در فرآیند قالب‌گيری در ماسه، از مدل‌های چوبی يا فلزی برای ایجاد شكل قطعه مورد نظر در داخل مواد قالب استفاده می‌شود. در این روش امکان استفاده مجدد از مدل‌ها وجود دارد ولی قالب‌ها تنها يک بار می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. این در حالی است که در روش ریخته گری دقيق هم مدل و هم قالب فقط یک بار استفاده می‌شود.
ریخته گری دقیق چیست؟
انتقال فلز ذوب شده درون قالب‌هایی از جنس نسوز به منظور انجماد و شکل گیری قطعه نهایی را ریخته گری دقیق می‌نامند. مهم‌ترین مزیت این روش ساخت قطعاتی است که هم دمای ذوب بالایی دارند و هم امکان قالب گیری در گچ یا فلز را ندارند. برخی از کاربران به اشتباه ریخته گری را ریخته گردی دقیق سرچ می‌کنند اما در واقع منظورشان همان ریخته گری دقیق است.
مراحل انجام روش ریخته گری دقیق
ریخته گری دقیق را می توان به کمک دو نوع مدل، موم اصلی(روش مستقیم) و یا کپی‌هایی از الگویی اصلی که ساخت آن ملزم به استفاده از موم نمی‌باشد (روش غیر مستقیم) انجام داد. در ادامه مطلب مراحل ریخته گری دقیق با روش غیر مستقیم را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
ساخت الگوی اصلی:
در این مرحله قالب ساز الگوی اصلی را از موم، خاک رس، پلاستیک و یا هر نوع مواد دیگر می‌سازد.
ساخت قالب:
ابتدا قالب الگوی اصلی ساخته می‌شود. در صورتی که الگوی اصلی از جنس فولاد ساخته شده باشد، می‌توان قالب را با استفاده از فلزی با نقطه ذوب پایین‌تر و به طور مستقیم با الگوی اصلی ریخته‌گری نمود. همچنین قالب‌های پلاستیک نیز امکان ریخته‌گری با الگوی اصلی را نیز دارا می‌باشند.
در روش دوم قالب اصلی به صورت مستقیم ماشین کاری شده و بدون ساخت الگو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الگوهای مومی:
بر خلاف نام این الگوها، لزوما از جنس موم ساخته نمی‌شوند چرا که ممکن است علاوه بر موم از جنس‌هایی همچون جیوه و پلاستیک هم در ساخت آن‌ها استفاده شود. الگوهای مومی با دو روش ساخته می‌شوند:
در روش اول مقداری موم داخل قالب ریخته می‌شود به طوری که سطح داخلی قالب با موم پوشانده شود.
در روش دوم تمام قالب را با استفاده از موم پر نموده و منتظر می‌مانند تا سرد شده و به حالت جامد تبدیل گردد.
سرهم کردن و مونتاژالگوهای مومی:
به منظور ساخت یک خوشه و یا درخت از الگوهای مومی، آن‌ها را به صورت یک الگوی بزرگ مونتاژ می‌کنند تا به طور دسته ای ریخته‌گری شوند.
در اتصال الگوهای مومی سطح مشخصی از موم با استفاده از یک ابزار گرمایشی ذوب گردیده و سپس به بدنه فشرده و سرد می‌شود.
به کارگیری مواد دقیق:
قالب سرامیکی مراحل پوشش دهی، اندودکاری و سخت شدن را برای رسیدن به ضخامت مورد نظر، تکرار می‌نماید.
در عملیات پوشش ریخته گری دقیق برای ایجاد یک پوشش سطحی یکنواخت در الگو، آن را درون یک دوغاب از مواد نسوز فرو می‌برند. به منظور حفظ جزئیات قالب از مواد ریز استفاده می‌شود که آن‌را پوشش اولیه می‌نامند.
ذرات سرامیکی درشت در مرحله اندودکاری با فروبردن الگوها به یک بستر مذاب به صورت دستی اعمال می‌شوند، و در ادامه، مرحله سخت کاری اجازه بهبود به پوشش را فراهم می‌کند. قالب نیز باید خشک شود که حدود 16 الی 48 ساعت زمان لازم دارد.
مراحل فوق تا رسیدن به ضخامت دلخواه تکرار می شود.
موم زدایی:
به منظور ذوب و تبخیر موم قالب‌های سرامیکی آن‌ها را به صورت وارونه در داخل کوره قرار می‌دهند. بالا بودن ضریب انبساط حرارتی موم نسبت به سرامیک موجب ترک برداشتن قالب در این مرحله می‌شود.
افزایش دما موجب انبساط موم و ایجاد تنش درآن میگردد، برای کاهش این تنش‌ها موم را با بیشترین سرعت گرم می‌کنند تا موم سطح خارجی در کمترین زمان ذوب و تخلیه شود. بدین ترتیب برای انبساط موم باقی مانده، فضای کافی ایجاد می‌شود.
پیش گرم کردن قالب:
برای خارج کردن رطوبت و موم باقی مانده در قالب آن را تا دمای حداکثر 1095 سانتیگراد گرم می‌کنند. پیش گرم کردن اغلب بعد از سرد شدن قالب انجام می‌شود تا آن را مورد آزمایش قرار دهند اما در برخی موارد هم می تواند قبل از ریختن مواد مذاب درون قالب اعمال شود.
پیش گرم کردن زمان مذاب ماندن فلز را بالا برده تا ماده فرصت کافی برای پرکردن تمام قالب داشته باشد، بدین ترتیب دقت ابعادی به حدی زیادی افزایش پیدا می‌کند.
ریختن مواد مذاب:
نیروی گرانش، فشار هوا و سایر نیروها در ریختن مواد مذاب درون قالب نقش مهمی را ایفا می‌کنند به همین دلیل قالب رو به بالا درون وان پر از ماسه قرار می‌گیرد و سپس مواد مذاب درون آن ریخته می‌شود.
عاری کردن:
بعد از انجام مراحل فوق، پوسته را چکش کاری نموده و یا می لرزانند تا قطعه ریخته‌گری شده جدا شود. به منظور افزایش کیفیت و ظرافت کار با استفاده از سنگ‌زنی اثرات ریخته گری از روی قطعه پاک می‌شود.
مزایای فرآیند ریخته گری دقیق
مزایای فرآیند ریخته گری دقیق در صنعت شامل موارد ذیل می باشد:
- توليد گسترده قطعات با اشكال پيچيده كه به وسیله مدل‌های ديگر ريخته گری نمی‌توان توليد کرد، توسط اين فرآيند امكان پذير می‌شود.
- مواد قالب و نيز تكنيک بالای اين فرآيند، امكان تكرار توليد قطعات با دقت ابعادی و صافی سطح يكنواخت را فراهم می‌نماید.
- از روش ریخته گری دقیق می‌توان برای توليد كليه فلزات و آلياژهای ريختگی استفاده کرد، همچنين امكان توليد قطعاتی از چند آلياژ مختلف وجود دارد.
- با ریخته گری دقیق می‌توان قطعاتی با حداقل نياز به عمليات ماشین‌کاری را تولید نمود، بنابراين محدوديت استفاده از آلياژهايی با قابليت ماشين‌كاری بد از بين می‌رود.
- قطعات با خواص متالورژيكی بهتری تولید می گردند .
- قابليت تطابق برای ذوب و ريخته گری قطعات در خلاء وجود دارد.
- خط جدايش قطعات حذف می شود وموجب حذف عيوبی كه در اثر وجود خط جدايش شده است، می گردد.
محدودیت های روش ریخته گری دقیق
روش ریخته گری دقیق دارای محدودیت هایی نیز است، محدودیت هایی از قبیل:
- اندازه و وزن قطعات توليد شده اين روش محدود بوده و عموماً قطعات با وزن كمتر از 5 كيلوگرم توليد می‌شود.
- هزينه زیاد تجهيزات و ابزارها در روش ریخته گری دقیقی نسبت به ساير روش‌ها
ریخته گری دقیق تجهیزات
بالا بودن هزینه ریخته گری دقیق، تجهیزات و مواد اولیه موجب افزایش قیمت نهایی قطعات میگردد به همین دلیل ریخته گری دایکاست گزینه بهتری در این زمینه به شمار می‌آید.
انواع روش‌های ريخته گری دقيق
برای انجام ریخته گری دقیق دو روش وجود دارد: روش پوسته‌ای و روش توپر. این دو روش ریخته گری دقیق در تهیه مدل باهم تفاوتی ندارند و تفاوت آن‌ها در نوع قالب‌ها می‌باشد.
ریخته گری دقیق پوسته‌ای
در اين مرحله از روش ریخته گری دقیق مدل خوشه‌ای در معرض جريان باران ذرات ماسه‌نسوز قرار می‌گيرد، تا يک لايه نازک در سطح آن تشكيل شود. برای توليد قطعات ريختگی فولاد ساده كربنی، فولادهای آلياژی، فولاد زنگ نزن، مقاوم به حرارت و ديگر آلياژهايی با نقطه ذوب بالای 100 درجه‌ی سانتیگراد، اين روش را به كار می‌گیرند.
مواد نسوز در فرآيند پوسته‌ای دقيق
از سيليس به دليل انبساط حرارتی كم به طور گسترده‌ای به عنوان نسوز در روش پوسته‌ای دقيق استفاده می‌شود. اين ماده نسوز برای ريخته‌گری آلیاژهای آهنی و آلياژهای كبالت مورد استفاده قرار می‌گيرد. زیرا بيشترين كاربرد را به عنوان نسوز در فرآيند پوسته‌ای دارد. اين ماده بهترين كيفيت را در سطوح قطعه ايجاد نموده و در درجه حرارت‌های بالا پايدار بوده و نسبت به خوردگی توسط مذاب مقاوم است. آلومينوم به دليل مقاومت كم در برابر شوک حرارتی كمتر مورد استفاده قرار می‌گيرد، اما در برخی موارد به دليل مقاومت در درجه حرارت بالامی‌تواند کاربردی باشد.
نکات مهم در ریخته گری دقیق
صنعتگران شکل مورد نظر را با دست یا به وسیله ماشین روی ماسه حک می‌کنند. به وسیله طرح تنها سطح خارجی قطعه ساخته می‌شود. سطوح داخلی توسط ماهیچه‌ها ایجاد می‌شود و باید مقدار فضای لازم را برای انقباض قطعه ریخته گری شده بعد از انجماد پیش‌بینی کرد.
وقتی دو درجه تشکیل دهنده قالب را از هم جدا کنیم و طرح ایجاد شده توسط درجه پایینی و بالایی را به دو نیم تقسیم کنیم به یک برشی عرضی از قطعه می‌رسیم. سطح خارجی برش عرضی را خط جدا کننده می‌نامند. اولین گام در طراحی قالب تشخیص این خط است.
برای جلوگیری از صدمه دیدن سطح قالب هنگام خارج کردن الگو، قطعات چوبی مربوط به لوله‌های هوا، راه گاه‌ها و غیره، باید سطوح عمودی قطعه را کمی مایل طراحی شود، به این شیب ملایم taper گفته می‌شود.
ماهیچه‌ها توسط اجزایی به نام برجستگی‌های ماهیچه (core print) در جای خود نگه داشته می‌شوند. اگر طراحی طوری باشد که مقاومت کافی برای نگه داشتن ماهیچه در جای خود وجود نداشته‌باشد، از نگه دارنده‌های فلزی به نام چپلت استفاده می‌شود. چپلت‌ها در داخل قطعه نهایی جاسازی می‌شوند. بعد از به دست آمدن قطعه ریخته گری شده باید آن را با فشار هوا تمیز کرد.
نهایتا، فلزات اضافی کنار دروازه‌ها، لوله‌های تغذیه و منافذ هوا باید بریده شوند. سطوح مهم باید ماشین‌کاری شوند تا سطحی پرداخت شده و دقیق حاصل گردد. ربات قالب‌ها را از ديپ سراميک به آرامی در می‌آورد و چند لحظه‌ای در بالای ديپ منتظر می‌شود که مواد اضافی به مخزن بازگردد. ربات مواد مذاب را به داخل قالب‌ها می‌ريزد و قطعات قالب‌ريزی شده را پرداخت می‌کند. ربات تقريبا می‌تواند کليه مراحل کاری اين صنعت را پوشش دهد.
