مقاله بررسی تعريف،كاربرد و مزایای ريخته گري

مقاله بررسي تعريف،كاربرد و مزاياي ريخته گري در 132 صفحه ورد قابل ويرايش

چکيده

در اين مقاله مراحل و تاريخچه ريخته گري، روشهاي توليد قطعات، مهمترين مزاياي روش ريخته گري، محصولات ريخته گري، قالب هاي ريخته گري، مدل pattern و … را مطرح مي کند.

ريخته گري يکي از روشهاي شکل دادن قطعات فلزي است که شامل تهيه مذاب از فلز مرد نظر و ريختن آن در محفظه اي بنام قالب است، به گونه اي که پس از انجماد مذاب، شکل، اندازه و خواص مورد نظر تامين شود. بنابراين با توجه به اين تعريف يک فرآيند ريخته گري را بايد مجموعه اي از عمليات ذوب، تهيه قالب و ريختن مذاب دانست .

در تهيه قطعات صنعتي هر چند ريخته گري بدليل ويژگي هاي آن از نقطه نظر تکنولوژي و جنبه‌هاي اقتصادي به عنوان يک روش مهم و اساسي مطرح است، با اين وجود براي بدست آوردن شناختي واقعي و همه جانبه، لازمست تا ويژگيهايي اين روش در کنار ساير روشهاي موجود در توليد قطعات مورد بررسي و انديابي قرار گيرد.

بطور کلي روشهاي اصلي شکل دادن فلزات را علاوه بر ريخته گري به چهار گروه عمليات مکانيکي، اتصالي، ماشينکاري و متالوژي پودر تقسيم مي نمايند.

عمليات مکانيکي با روش مکانيکي شکل دادن ، Mechanical procen

در اين عمليات مواد جامد فلزي موسوم به شمش تحت روشهايي نظير چکش کاري يا تپک کاري، نورد و اکستروژن ( فشار کاري) شکل داده مي شود.

در حقيقت در اين روش ها يک قطعه فلزي تحت تأثير ضربه يا نيروي اعمالي تغيير شکل پلاستيک مي دهد.

اين شکل دادن با توجه به جنس فلز و شرايط کاربردي آن ممکن است به صورت سرد يا گرم انجام شود.

هر گاه کار مکانيکي در درجه حرارتهاي پانيمتر از ?/? نقطه ذوب بر حسب درجه کلوين انجام شود به آن کار سرد گويند، در حاليکه انجام کار مکانيکي در درجه حرارتهاي بالاتر از حد ذکر شده، کارگر ناميده مي شود.

واژه هاي کليدي: ريخته گري، قالب، مدل، ماسه
فهرست مطالب

تعريف ريخته گري ?
مراحل ريخته گري ?
تعريف ريخته گري ?
تاريخچه ريخته گري ?
دوره برنز ( مس و مفرغ) ?
دوره آهن ??
دوره تاريک صنعتي ??
دوره رنسانس صنعتي ??
دوره انقلاب صنعتي ??
روشهاي توليد قطعات ??
اکستروژن ??
محدوديت ها و مزايا ??
روش متالوژي پودر. Powder Metallurgy ??
مهمترين مزاياي روش ريخته گري ??
محصولات ريخته گري ??
انواع شمش ??
قالب هاي دائمي ??
قالب هاي موقت ??
مشخصات عمومي قالبهاي موقت ??
قابليت شکل پذيري ??
دير گدازي ??
داشتن استحکام مکانيکي ??
داشتن انتقال حرارت مطلوب ??
قابليت متلاشي شدن ??
ماسه ??
ماسه طبيعي ??
معدن ماسه ??
ماسه مصنوعي ??
ماسه سيليسي نامرغوب ??
ماسه هاي ديرگداز غير سيليسي ??
انبساط حرارتي ماسه هاي قالبگيري مختلف ??
کنترل شکل و اندازه ذرات ماسه ??
چسب ها Binders ??
تقسيم بندي چسبها از لحاظ ترکيب شيميايي ??
بهبود قابليت از هم پاشيدگي ??
افزودنيهاي مخصوص در مخلوط هاي قالبگيري ??
درصد اجزاي تشکيل دهنده ??
احياء و آماده سازي ماسه ??
روشهاي احيا ماسه ??
آماده سازي ماسه ??
خاکها ??
انواع مدل ??
مدلهاي چوبي ??
مدلهاي فلزي ??
مدلهاي پلاستيکي ??
مدلهاي طبيعي ??
مدل يک تکه ??
مدلهاي صفحه اي ??
مدل با قطعه آزاد ??
مدل با سيستم راهگاهي ??
مدلهاي مخصوص ??
اضافه مجاز انقباضي ??
ميزان اضافه مجاز ماشينکاري آلياژ هاي صنعتي ??
اضافه مجاز ماشينکاري ??
شيب مجاز ??
اختلاف مجاز ( تلرانس) ??
اشتباه در مجاز ??
ريخته گري در قالبهاي ماسه اي تر ??
روشهاي قالبگيري با ماسه تر ??
ريخته گري در قالب ماسه اي خشک ??
قالب هاي خشک شده سطحي ??
قالبهاي ماسه اي کاملاً خشک ??
ريخته گري در قالبهاي Co2 ??
واکنش سيليکات سديم و دي اکسيد کربن ??
مخلوط ماسه قالبگيري ??
ريخته گري در قالبهاي پوسته اي ???
عمليات تهيه قالب و ماهيچه ???
روش ريخته گري دقيق Investment casting ???
مزاياي روش ريخته گري دقيق ???
انواع روشهاي ريخته گري دقيق ???
مواد نسوز در فرآيند پوسته اي دقيق ???
ريخته گري در قالبهاي دائمي ???
تقسيم بندي روشهاي ريخته گري در قالبهاي دائمي ???
ريخته گري در قالبهاي ويژه ( روش ثقلي)Grarity Die Cootiney ???
روشهاي ريخته گري ويژه ???
عمر قالب ???
درجه حرارت بار ريزي ???
ريخته گري تحت فشار pressure Die Casting ???
روش ريخته گري تحت فشار با محفظه سرد ???
ريخته گري تحت فشار کم ???
ريخته گري گريز از مرگز Centrifugal Casting ???
روشهاي بارريزي ???
ريخته گري گريز از مرکز عمومي ???
پوشش دادن قالب و ماهيچه ???
انواع مواد پوششي در قالب هاي موقت ???
روشهاي پوشش دادن قالب و ماهيچه ???
مشخصات مواد پوششي ???
عمر مواد پوششي ???
مواد پوششي براي آلياژ هاي مختلف ريختگي ???
مواد پوششي در آلياژ هاي مختلف مثل Cu, Mg, Al, ZA ???
کوره هاي ذوب ???
کوره هاي تشعشي: Rever bratory Farnace ???
کوره هاي الکتريکي Electric Furnace ???
کوره هاي القايي Inducticn Furnace ???
عمليات کيفي ???
منابع توليد گاز در مذاب ???
اتمي مولکولي ???
بعنوان مثال تأثير عناصر آلياژي را بر انحلال هيدروژن در آلومينيم ???
عوامل موثر در ميزان مکهاي گازي ???
روشهاي کمي ???
روش استخراج در خلاء ???
روشهاي گاززدايي ???
روشهاي مکانيکي ???
روش گار زدايي با استفاه از کاهش فشار خارجي ???
استفاده از گازهاي فعال ???


تعريف ريخته گري:

ريخته گري يكي از روشهاي ساخت و شكل دادن فلزات است.

در اين روش يك فلز يا آلياژ ابتدائاً ذوب شده و در درون يك محفظه تو خالي بنام قالب كه تقريباً به شكل قطع ساخته شده ريخته مي شود، بنحوي كه پس از پايان انجماد شكل، ابعاد، تركيب شيمياي و خواص مورد نظر بدست آيد.

مراحل ريخته گري:

1) طراحي مكانيكي طرح مدل سازي انتخاب روش مناسب

طراحي ريخته گري

قالبي كه براي ساخت ماهيچه استفاده مي شود.

2) ساخت قالب و ماهيچه

ريخته گري عمليات تخليه و تميز كاري( عمليات حرارتي و ساچمه زني و…) بازرسي و آزمايش قطعات بسته بندي و ارسال

3) ذوب فلز

تعريف ريخته گري

ريخته گري يكي از روشهاي شكل دادن قطعات فلزي است كه شامل تهيه مذاب از فلز مرد نظر و ريختن آن در محفظه اي بنام قالب است، به گونه اي كه پس از انجماد مذاب، شكل، اندازه و خواص مورد نظر تامين شود. بنابراين با توجه به اين تعريف يك فرآيند ريخته گري را بايد مجموعه اي از عمليات ذوب، تهيه قالب و ريختن مذاب دانست بطور كلي مراحل ريخته گري يك قطعه قلزي به طور ساده در ذيل نشان داده شده است.

تاريخچه ريخته گري:

براساس تحقيقات باستان شناسان، ريخته گري فلزات، يك تكنولوژي ماقبل تاريخ بوده و قدمتي شش هزار ساله دارد.

اولين اشياي ساخته شده از فلزات بصورت قطعات كوچك چكش كاري شده از مس هستند كه قدمت آنها به هزار سال قبل از ميلاد مسيح مي رسد.

از نقطه نظر تاريخي، ريخته گري را مي توان به چند دوره تقسيم نمود كه در اينجا بشرح آنها به اختصار مي پردازيم.

دوره برنز ( مس و مفرغ)

اين دوره در خاور نزديك و در حدود 3000 سال قبل از ميلاد مسيح آغاز شده اولين اشياي برنزي كشف شده بصورت آلياژي از مس و آرسنيك ( حدود 4 درصد) بوده است.

موضوع مهم در اين دوره، پي بردن به تأثير قلع بر خواص مس است كه باعث افزايش استحكام و سختي آن مي شود. اين موضوع هنوز در پرده اي از ابهام است. زيرا نه سنگ معدن مس حاوي قلع بوده و نه اينكه معدن مس و قلع نزديك هم قرار دارد كه آلياژ شدن آنها بطور اتفاقي امكان پذير باشد.

در ارتباط با چگونگي پيدايش ريخته گري، ميتوان اينگونه تحليل كرد كه با توجه به اينكه پتك كاري قبل از ريخته گري مورد استفاده بشر قرار گرفته است، ممكن است در هنگام تپك كاري عمل ذوب بطور اتفاقي صورت گرفته باشد كه با مشاهده اين امر موارد ذيل در ذهن بشر القا شده است:

-مذاب بايد در محفظه اي ريخته شود تا شكل پيدا كند.

- براي تهيه مذاب بايد كوره هاي تپك كاري بگونه اي تغيير يابد كه همواره تهيه مذاب در آن امكان پذير باشد.

- براي تهيه مذاب و نگه داري آن بايد ظرفي نسوز تهيه كرد ( بوته)

با توجه با اينكه بشر قبلاً به نسوز بودن بعضي از خاكها پي برده و نيز به دليل آشنايي با حرفه سفالگري، به نحوه شكل دادن خاك نيز دست يافته بود، لذا به نيازهاي اول و سوم او پاسخ داده شد. نياز دوم يعني ساخت كوره هاي ذوب نيز احتمالاً با سنگ چين و گل اندود نمودن و قرار دادن محلي براي عبور هوا برآورده شد.

از مسائل مهم در اين ارتباط موضوع و مش بود كه اين امر به تبديل سيستم دم از حالت فوت كردن به استفاده از كسيه دم و سپس به موتورهاي تنظيم هوا و فشار مناسب كه امروزه كاربرد فراواني دارد منتهي شد.

بطور كلي در دوران مفرغ، ساخت قطعاتي نظير تبر، نيزه، كارد، سپر، ظروف و شيشه و نيز ساخت آلياژ هايي از عناصري نظير قلع ( تا 18 درصد) و سرب ( تا 11 درصد) و آرستيك و روي معممل بوده است.

دوره آهن:

براساس كاوش باستان شناسان در چين قطعاتي چون مربوط به 600 سال قبل از ميلاد مسيح بدست آمده است اما پيدايش آهن به عنوان يك دوره به دو هزار سال قبل از ميلاد مسيح مي رسد.

نام آهن در زبان پهلوي به عنوان آليسن در زبان آلماني آيزن و در انگليسي آيرن ناميده مي شود و احتمالاً در هنگام ذوب مس به آن پي بردند.

در هر حال در حدود 1200- 1000 سال قبل از ميلاد آهن تقريباً ماده اصلي اغلب سلولها و ابزارها را تشكيل مي داد.

با توجه به نقطه ذوب بالا ( 1539 بديهي است كه ذوب مستقيم آهن تا قرن نوزدهم ميلادي امكانپذير نبود ولي در اواسط دوره آهن بر اثر افزايش كربن و پائين آمدن نقطه ذوب ( در چدنها) قطعات ريخته گري نيز بوجود آمد.

نكته مهم ديگر كشف عمليات حرارتي بر روي آهن بود كه از اهميت خاصي برخوردار است. در مصر شمشيري و تبري با پوشش خاك نسوز بدست آمده كه لبه آن حاوي 9 .0 درصد كربن و قسمتهاي مياني آن تقريباص فاقد كربن است.

در اين اشياء سختي در قسمت مياني معادل 70 BHN و در قسمت لبه معادل 440 BHN مي باشد البه در اين دوره جديدي در آلياژ هاي مس نيز بوجود آمده و آلياژ هاي مختلفي از مس و قلع ساخته شد.

از آلياژهاي ديگر ساخته شده در اواخر اين دوره آلياژ برنج ( مس و روي) و نيز بنجهاي قلع دار است. پيدايش روشهاي جديد ريخته گري و قالبگيري را نيز بايد از ديگر تحولات دوره آهن دانست در اين دوره شواهدي وجود دارد كه از قالبهاي سراميكي نيز استفاده بعمل آمده است.

از عجايب اين دوره ساخت مجسمه روديس است كه در سال 290 قبل از ميلاد ساخته شد و جزء عجايب هفتگانه محسوب مي شود.

اين مجسمه 32 متري كه از قطعات مختلف برنز ريختگي ساخته شده و وزني حدود 390 تن داشت، طي زمين لرزه اي در درياي مدينترانه غرق شد.

دوره تاريك صنعتي:

در سده هاي سوم و چهارم بعد از ميلاد تا قرن چهاردهم ميلادي يك دوره ركود در صنايع و از جمله ريخته گري بوجود آمد.

البته، با توجه به حاكميت كليسا و تزئينات آن نظير ناقوس و شمعداني روشهاي جديدي در ريخته گري ابداع شد. ( قالب گري با فرمان)



دوره رنسانس صنعتي:

اين دوره از سال 1500 ميلادي تا 1700 ميلادي بطول انجاميد. در اين دوره صنعت توپ ريزي بنا نهاده شد. ابتدا لوله هيا توپ از برنز و سپس از چدن ساخته شد.

در اين دوره علاوه بر تكامل كوره ها و سيستمهاي دمشي، از نظر مواد اوليه بايد آغاز استفاده از ماسه و روش قالبگيري در ماسه محسوب كرد.

ظهور چدن و فولاد به عنوان مواد اوليه در ساخت قطعات و لوازم دفاعي و خانگي و همچنين استفاده از آلياژ هاي متفاوت مس نظير برنز و برنج و عناصر ديگر و استفاده از طلا در ساخت زينت آلات و قطعات تزئيني از مظاهر ديگر اين دوره است.

در اين دوره متالوژي بعنوان يك علم مستقل، پيشرفت كرد و نظريه ساختاري بطوري فلزات و ساير مواد توسط هارلكويكر ( Harsoeker) فرانسوي اعلام شد.

قرن هفدهم قرن دستيابي به ابزاري جديد بنام ميكروسكوپ بود كه تحولي جدي در علم متالوژي ايجاد كرد.



قابليت شكل پذيري:

هر چند در ساخت قالب، نحوه شكل دادن به يك مخلوط قالبگيري با توجه به ماهيت اين مواد متفاوت است، با اين وجود دارا بودن قابليت شكل پذيري و حفظ نمودن آن، بعنوان مهمترين ويژگي مواد قالب گيري در تمام روشها مطرح مي باشد.

در ميان مواد قالبگيري مورد استفاده در ساخت قالبهاي موقت ماسه قالبگيري بدليل برخورداري از سهولت شكل پذيري در اثر كوبيدن بعنوان قديمي ترين روش قالبگيري بخش مهمي از فرآيند ريخته گري را به خود اختصاص داده است.

دير گدازي:

با توجه به اينكه مذاب فلزات مختلف از درجه حرارت ريختن تا انجماد كامل در داخل محفظه قالب و در تماس مستقيم با مواد قالب قرار دارند لذا ديرگدازي يا نسوز بودن اين مواد جهت توليد قطعه اي سالم امري لازم و ضروري است قابل ذكر اينكه اين دير گدازي هم ذرات ماسه و هم مواد چسب را شامل مي شود.

داشتن استحكام مكانيكي

يك مخلوط مواد قالبگيري پس از شكل گيري بايد از استحكام كافي برخوردار باشد بگونه اي كه هنگام جابجايي و انتقال به مجل بارريزي شكل ايجاد شده را حفظ نمايد.

همچنين در موقع بارزيزي، در اثر تماس با مذاب داغ مقاومت خوبي را در مقابل سايش و فرسايش از خود نشان داده و در اثر فشار فلز دستيابي ( فشار مذاب) Metalostatic pressure دچجار تغيير شكل و ابعاد نگردد.

معاني گوناگون استحكام در طي مراحل مختلف قالبگيري و ذوب ريزي

· طبق تعريف دير گدازي عبارتست از توانايي ماسه براي تحمل دماي بالا بدون سوختن يا تجزيه شدن

حداقل تغييرات ابعادي در درجه حرارتهاي بالا:

با توجه به اينكه جداره هاي محفظ قالب در اثر مجاورت با مذاب داغ، بسرعت گرم مي شوند از اينرو در صورتي كه مواد قالب از ضريب انبساطي مطلوب برخوردار نباشند، سطح قالب در اثر انبساط سريع، دچار بادگردگي، ترك و يا شكست مي شوند.

·قابليت نفوذ گاز

علاوه بر هواي موجود در محفظه قالب،‌ مخلوط مواد قالبگيري نيز اغلب حاوي اجزايي است كه در مجاورت مذاب تبخير شده به صورت گاز بخشي از محفظه قالب را اشغال مي كند.

با توجه به اين امر، جهت خروج گازهاي موجود، وجود منافذ كافي در بدنه قالب لازم و ضروري است.


داشتن انتقال حرارت مطلوب

بطور كلي انجاما فلز مذاب در داخل قالب مستلزم خروج حرارت مذاب از طريق مواد قالب مي باشد. با توجه به اينكه سرعت اين انتقال حرارت نقش بسيار موثري را در مشخاصت و خواص متالوژيكي و مكانيكي قطعه ريختگي بر عهده دارد، از اين رو، در انتخاب مواد قالب گيري به اين نكته مهم بايد توجه شود.

· توانايي ماده تشكيل دهنده قالب در عبور دادن بخار از طريق ديواره ها.‌نفوذ پذيري يا قابليت نفوذ گاز ناميده مي شود.

قابليت متلاشي شدن:

با توجه به اينكه قالبها بايد پس از ريختن مذاب و جامد شدن آن تخريب گردند، بنابراين مخلوط مواد قالبگيري بايستي به هنگام خروج قطعه از قالب به خوبي از هم پاشيده شود

اقتصادي بودن:

ارزش اقتصادي همواره به عنوان عاملي مهم در كنار يك توليد مهندسي بشمار مي رود. به همين جهت قابل دسترس بودن مواد قالب در طبيعت و نيز قابليت استفاده مجدد از اين مواد از مشخصات مهم قالبهاي موقت مي باشد.

واژه استحكام در مورد قالبهاي موقت در طي مراحل مختلف قالبگيري و ذوب ريزي از اهميت ويژه اي برخوردار بوده و از اين ديد معاني گوناگوني نيز دارد:

استحكام تر: استحكام قبل از خودگيري نهايي ( يا قبل از خشك كردن قالب)

استحكام خشك: استحكام بعد از خشك كردن قالب يا خودگيري چسب

استحكام گرم: استحكام در هنگام ريخته گري و در حين انجماد قطعه

استحكام باقيمانده : استحكام پس از پايان انجماد قطعه، در حين سرد شدن تا دماي اطاق

معمولاً هر چه استحكام تر بالاتر، استحكام خشك بالاتر، استحكام گرم بالاتر و استحكام باقيمانده كم باشد بهتر است.

استحكام باقيمانده كم

از نظر تخريب قالب

از نظر جلوگيري از بروز ترك در قطعه

ماسه:

همانگونه كه اشاره شد يكي از اجزاي اصلي در مخلوط ماسه قالبگيري، ذرات ديرگداز موسوم به ماسه است. بطور كلي ماسه ذرات ريزي از مواد معدني مي باشد كه قطر آن در محدودة mm ( 2-5%) تغيير مي كند.

ذراتي كه قطر آنها كمتر از 2% ميليمتر است، طبق تعريف خاك ناميده مي شوند. مخلوط ماسه قالبگيري كه در ريخته گري مورد استفاده قرار مي گيرد براساس ماهيت آن به دو دسته تقسيم بندي مي شوند.

1- ماسه طبيعي 2- ماسه مصنوعي

ماسه طبيعي:

اين ماسه ها كه جزء ديرگداز آن سيلس Sioz مي باشد درطبيعت به صورت مخلوطي با خاك رس ( چسب طبيعي) يافت مي شود.

ميزان خاك رس در ماسه هايي كه در ريخته گري مورد استفاده قرار مي گيرند بين 20-8 درصد تغييرات است علاوه بر خاك رس تركيبات ديگري نيز معمولاص در اين ماسه ها وجود دارند كه عبارتند از: اكسيد آلومينيم Al2o3 ، اكسيد آهن Fe203، اكسيد تيتانيم Tioz، اكسيد كلسيم cao اكسيد منيزيم Mgo، اكسيد پتاسيم k20 و اكسيد سديم Na­2o



مدلهاي پلاستيكي:

اين مدلها از انواع رزينها ساخته مي شوند. زرينهايي كه براي ساخت مدلهاي پلاستيكي بكار مي روند از استحكام فشاري بيشتري ( در مقايسه با مدلهاي چوبي)، مقاومت خوب در مقابل مواد شيميايي و نيز چسبندگي كم به مواد قالبگيري برخوردارند. از ويژگي هاي مهم اين مواد در ساخت مدلها مي توان به پايداري ابعادي عالي و نياز به مهارت كمتر در مقايسه با ساخت مدلهاي فلزي اشاره نمود.

براي ساخت مدلهيا پلاستيكي، ابتدا يك قالب گچي مناسب از روي مدل اوليه چوبي تهيه مي شود. معمولاً پس از ريختن مواد به داخل قالب، براي خودگيري و سخت شدن آنرا بمدت 2 الي 12 ساعت در درجه حرارت اطاق قرار مي دهند.

حداكثر استحكام پس از مدت يك هفته در درجه حرارت اتاق و يا 2 الي 3 ساعت در درجه حرارت 70-50 بدست مي آيد.

همچنين به منظور كاهش زمان خودگيري و يا كاهش هزينه ها، زرينها را با مواد پر كننده اي مانند مواد معدني و يا پودر فلزات مخلوط نموده و بكار مي برند.

براي ساخت مدلهاي پلاستيكي از روش پوسته اي ماهيچه دار نيز استفاده مي گردد. در اين روش، مغري يا ماهيچه از چوب و يا مواد ديگر تهيه مي گردد و سپس با قرار دادن اين مغزي در قالب، مواد رزيني مناسب بداخل آن ريخته مي شود بدين ترتيب با كاهش يافتن مواد رزيني، هم هزينه آن پايين مي آيد و هم انقباض زياد مواد زريني جلوگيري مي گردد

اين روش بيشتر براي ساخت مدلهاي پلاستيكي با اندازه متوسط و اشكال ساده استفاده مي شود.

دسته بندي مدلها براساس شكل ظاهري آنها:

مدلها را مي‌توان از نظر ميزان تشابه آنها با شكل قطعه ريختگي ( نقشه مكانيكي) به دو گروه اصلي تقسيم نمود.

مدلهاي طبيعي:

اين نوع مدلها، از نظر شكل ظاهري كاملاً شبيه قطعه ريختگي هستند و مي توان قسمت هاي داخلي و خارجي قطعه را با استفاده از يك مدل، در داخل مواد قالبگيري (ماسه) تهيه نمود.

مدلهاي ماهيچه دار:

اين نوع مدلها اصولاً شباهت چنداني به قطعه مورد نظر نداشته و داراي زائد هايي بنام تكيه گاه يا ريشه ماهيچه براي نگه داري ماهيچه در محفظه قالب هستند و نمي توان با استفاده از يك مدل قسمتهاي داخلي آنرا قالبگيري نمود. اين قسمت توسط جعبه ماهيچه ساخته مي شود.