روش‌ها و فرایند‌های مختلفی برای تولید قطعات مورداستفاده در صنایع وجود دارد. مقیاس و اندازه این قطعات با هم متفاوت است. فرایند اصلی برای ساخت و تولید اغلب قطعات، ریخته‌گری است. ریخته‌گری چدن یکی از مهم‌ترین فرایند‌ها در تولید قطعات موردنیاز برای صنایع محسوب می‌شود. اجرای این فرایند نیازمند انجام چندین مرحله کلیدی خواهد بود. انجام تمام مراحل ریخته‌گری چدن برای تولید یک قطعه کاربردی و سالم ضروری است.
ریخته‌گری چدن و روش‌های اجرای آن
ریخته‌گری عملیاتی برای ساخت و فرم‌دهی فلزات به شکل‌های مختلف است. در این فرایند برای تولید قطعات از مواد اولیه مختلف مانند آهن، چدن و آلومینیوم استفاده می‌شود. قالب‌سازی، عملیات ذوب و انجام بخشی از مراحل مهم این عملیات هستند. در ریخته‌گری چدن از برخی عناصر مانند آهن، سیلیسیم نیز استفاده می‌شود. روش‌های مختلفی برای تولید قطعات از این طریق وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به روش‌های زیر اشاره کرد:
·روش داکتیل
اضافه کردن عناصری مثل منیزیم و سدیم به چدن مذاب در این روش باعث تغییر کلی ساختار چدن می‌شود. می‌توان این محصول را به حالت کروی شکل درآورد. این مواد افزودنی نقش مهمی در بهبود کشش و استحکام چدن بازی می‌کنند و حالت شکنندگی این آلیاژ را از بین می‌برد.
·روش ماسه حساس به co2
ماسه‌های سیلیسی اصلی‌ترین مواد برای قالب‌گیری در این روش هستند. چسب‌های به‌کار رفته در این روش نیز چسب سیلیکات سدیم است. دمیدن گاز co2 به این چسب‌ها از طریق آزاد کردن سیلیسیم به اتصال ذرات ماسه به هم کمک می‌کند. این روش باعث کاهش قابلیت تراشکاری و افزایش دقت محصول نهایی می‌شود. بعد از خروج قطعه از قالب نیز جای ماسه ری بدنه آن باقی نمی‌ماند.
·روش ماهیچه‌های محافظ
ماهیچه یک بخش جدا از قالب است که مسئولیت ایجاد محفظه داخلی در قطعات توخالی را بر عهده دارد. زائده‌های خارجی ماهیچه‌ها در یک سطح نیستند. در مواردی که طراحی و ساخت قالب پیچیده است و امکان کوبیدن دستی قالب وجود ندارد، ماسه‌ها در حالت دمشی و با فشار باد به قالب تزریق می‌شوند. پس از آن، مواد مذاب به یک قطعه چدنی یا فولادی محکم تبیل می‌شوند.
برای تولید قطعات مورد نیاز صنایع خودروسازی به ریخته‌گری چدن نیازمند هستیم
مراحل اصلی ریخته‌گری
در مراحل ریخته‌گری چدن باید اشاره کنیم این فرایند از چندین زیرمجموعه تشکیل شده که شامل موارد زیر است.
طراحی قالب اصلی ریخته‌گری
طراحی قالب یکی از مراحل اصلی در ریخته‌گری به حساب می‌آید. در تولید قالب‌ها باید به نوع فرایند تولید آنها دقت کرد. قالب‌های تزریق پلاستیک، پرس، آهنگری و ریخته‌گری مهم‌ترین قالب‌های موجود در بازار هستند. در طراحی قالب، شکل آن نیز اهمیت بسیار زیادی دارد. مواد اولیه در تولید قالب نیز به نوع و کاربرد آن وابسته است. اما قالب‌های به‌کار رفته در این فرایند به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
- قالب‌های یکبار مصرف یا موقتی
این نوع قالب‌ها هنگام فرایند ذوب و برداشت قطعه از بین می‌رود. نمونه‌های شنی رایج‌ترین قالب‌های موقت هستند. در تولید این قالب‌ها، علاوه بر شن می‌توان از مواد دیگری مانند سرامیک و گچ نیز استفاده کرد.
- قالب‌های دائمی
در ساخت این نمونه قالب‌ها از فلز استفاده می‌شود. کاهش درصد انقباض و پیشگیری از بروز نقص‌های ساختاری دو مزیت اصلی این نمونه قالب‌ها هستند. استفاده از قالب‌های دائمی در دو تکنیک ریخته‌گری با فشار بالا و فشار کم کاربرد دارد.
دسته‌بندی قالب‌های دائمی
قالب‌های دائمی به چند زیرمجموهه تقسیم می‌شوند.
- قالب دایکاست
این قالب بیشتر برای تولید قطعات آلومینیومی با ضخامت ۱. ۵ تا ۱۵ میلی‌متر به کار می‌رود. ضخامت تمام بخش‌های قالب دایکاست یکسان است. استفاده از این محصول برای تولید قطعه در تیراژ بالا بهترین گزینه است. صرفه‌جویی در زمان و کاهش هزینه تولید دو مزیت اصلی این قالب به حساب می‌آید.
- قالب ریژه
این قالب نیز برای تولید قطعات آلومینیومی به‌کار می‌رود اما ابعاد آن یکسان نیست. اگر قصد دارید یک قطعه محکم، فاقد تخلخل و دانه‌های ریز بسازیم باید مواد مذاب به آرامی وارد قالب شوند. این عملیات درحقیقت ریخته‌گری با فشار کم نام دارد. در ادامه بررسی مراحل ریخته‌گری چدن باید بدانید قالب‌های ریژه بهترین انتخاب برای ریخته‌گری در فشار پایین هستند.
- قالب ماسه‌ای
این نوع قالب‌ها قدمت بسیار زیادی دارند و رایج‌ترین مدل در فرایند ریخته‌گری محسوب می‌شوند. برای تولید این قالب‌ها، ابتدا باید یک مدل فلزی ذوب شده و سپس از آن برای تولید قالب ماسه‌ای استفاده شود.
در ریخته‌گری مرحله طراحی و ساخت قالب بر اساس کارآیی قطعه مورد نظر انجام می‌شود
مراحل اصلی طراحی قالب ریخته‌گری
پیشرفت‌های تکنولوژی باعث شده که روش‌ها و نرم‌افزاری‌های بسیار مدرن برای طراحی قالب استفاده شود. قدرتمند‌ترین نرم افزا‌ها عبارتند از: MECHANICAL DESKTOP، AUTODESK INVENTOR، CATIA و SOLIDWORKS . این نرم‌افزار‌ها برای تولید طرح سه بعدی از قالب به کار می‌روند. پس از آن، نوبت به ساخت قسمت‌های مختلف قالب با استفاده از چوب می‌رسد. در مرحله بعد هر یک از قطعات به صورت جداگانه ساخته شده و مرحله مونتاژ آغاز می‌شود.
نحوه و روش‌های ساخت قالب ریخته‌گری
ابتدا باید برای قطعه‌ای که به تولید آن نیاز داریم یک نقشه طراحی کنیم. بعد از آن باید از روی نقشه، مرحله مدل‌سازی انجام شود. انتخاب فلز مناسب برای ساخت قالب به کاربرد قطعه وابسته است. استفاده از ماسه به شکل‌گیری بهتر قالب کمک می‌کند. در قطعه‌هایی که دارای فرورفتگی و برجستگی هستند استفاده از ماهیچه برای اتصال قسمت‌های مختلف آن ضروری خواهد بود. بعد از ریختن ماده مذاب درون قالب منتظر بمانید تا گاز‌های موجود در آن خارج شود. این مرحله برای تثبیت شکل نهایی قالب مفید است. باید دما و سرعت مناسبی برای ریختن ماده مذاب در قالب تعیین شود. سرعت سرد شدن ماده مذاب باید کنترل شود. بی‌توجهی به این مرحله باعث باعث ایجاد حفره در قطعه مورد نظر می‌شود. در مسیر بررسی مراحل ریخته‌گری چدن باید به سراغ روش‌های اصلی ساخت قالب ریخته‌گری برویم. این موارد عبارتند از:
- روش‌های دستی
- روش‌های نیمه خودکار
- روش‌های کاملا اتوماتیک
ساخت درجه مناسب برای ریخته‌گری فلزات
درجه‌ی فلاسک یکی دیگر از اصطلاحات بسیار رایج در ریخته‌گری است. در مواردی که قالب دو طرفه باشد از این عبارت استفاده می‌شود. درجه در حقیقت دستگاهی یک طرفه است که برای عمل قالب‌گیری به کار می‌رود. این محصول دارای تنوع بسیار بالایی از نظر طرح و ابعاد است. در ساخت بدنه آن ممکن از موادی مانند مس و آلومینیوم استفاده شود. در ریخته‌گری ماسه‌ای استفاده از درجه اهمیت بیشتری دارد. این محصول به انواع زیر تقسیم می‌شود:
- فلاسک یا درجه گرانوله: این محصول برای سرباره‌گیری یا آخال زدایی از آلومینیوم به‌کار می‌رود.
- فلاسک پودری: این درجه از نظر عملکرد کاملاً مشابه فلاسک گرانوله است.
- دسته دیگری از فلاسک‌های پودری وجود دارد که برای آخال زدایی و سرباره‌گیری از آلیاژ مس و برنج کاربرد دارد.
- فلاسک گرانوله و پودری: این محصول فاقد سدیم و کلسیم بوده و برای سرباره‌گیری یا آخال زدایی کذاب از آلومینیوم کاربرد دارد.
قالب‌گیری با ماسه
در این مرحله، قالب به وسیکه ماسه‌های co2 پوشیده می‌شود. برای افزایش ضخامت ماسه co2 به آن ماسه بادی اضافه می‌کنند. این مرحله به افزایش سرعت تخریب ماسه اطراف قالب و کاهش هزینه‌های اجرایی کمک می‌کند. برای اینکه ماسه کاملا فشرده شود باید با استفاده کوبه آن را بکوبید. بعد از کوبیدن دستی نوبت مرحله تزریق co2 است تا ماسه سفت و محکم شود. برای تسریع فرایند تزریق گاز، سوراخ‌هایی در قالب ایجاد می‌شود تزریق گاز برای افزایش استحکام و مقاومت قالب ریخته‌گری اهمیت زیادی دارد.
ذوب چدن
وقتی طراحی و ساخت قالب به پایان رسید، مرحله جمع‌آوری ضایعات آهن، بلوک و انتقال آنها به کوره آغاز می‌شود. در این بخش از مراحل ریخته‌گری چدن برای ذوب فلز باید دمای کوره به اندازه کافی افزایش یابد. دمای مناسب برای ذوب چدن حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد است؛ اما در بسیاری موارد کارخانه‌ها برای افزایش سعت ذوب، دمای کوره را تا ۱۴۰۰ درجه افزایش می‌دهند. دمای ذوب رابطه مستقیمی با مواد موجود در کوره دارد. هنگام ذوب ضایعات، اپراتور باید کربن و سلیس را به مواد مذاب اضافه کند. در برخی مواد کارخانه‌ها مواد مذاب را به شمش‌های چدن تبدیل می‌کند. قابلیت ذوب مجدد این شمش‌ها استفاده از آنها به عنوان ماده اولیه در برخی صنایع را ایده‌آل می‌کند.
جداسازی قالب ریخته‌گری
زمانی که مواد مذاب کاملاً سخت و منجمد شدند نوبت به جداسازی مواد از قالب ریخته‌گری می‌رسد. مراحل مختلفی برای انجام این فرایند وجود دارد. امکان اجرای این مرحله به‌صورت دستی یا با استفاده از دستگاه ویبراتور فراهم است.
جذاسازی قالب از ماده مذاب منجمد به‌صورت دستی یا با دستگاه‌های ویبراتور انجام می‌شود
پرداخت فلز
پرداخت فلز یا قطعه آخرین مرحله ریخته‌گری است. این مرحله به صاف یا براق کردن سطح قطعه و برطرف کردن نقص‌های احتمالی اشاره دارد و برای بهبود وضعیت ظاهری قطعه انجام می‌شود. پرداخت قطعات فلزی نقش مهمی در افزایش مقاومت آنها بازی می‌کند. افزایش مقاومت قطعه در برابر سایش، خوردگی و تغییر شکل سایر مزایای این مرحله هستند. برای پرداخت فلزات، ابتدا یک لایه نازک روی آن ریخته می‌شود. این لایه پوشش ناسبی برای پنهان‌سازی نقص‌ها ایجاد می‌کند. آبکاری، برس کاری، پولیش، سنگ زنی، پرداخت لرزه‌ای و سند بلاست مهم‌ترین روش‌های پرداخت کاری هستند.
سخن پایانی
ریخته‌گری مهم‌ترین عملیات برای تولید قطعات مورد نیاز در صنایع مختلف است. تولید محصول در این فرایند به انجام چندین مرحله متوالی نیاز دارد. با شناخت تمام مراحل ریخته‌گری چدن متوجه می‌شوید که همه آنها مکمل هم هستند. برخی موارد مانند کارایی قطعه، ابعاد و وزن آن در انتخاب تکنیک مناسب برای ساخت قالب ریخته‌گری مهم هستند. در این مقاله به بررسی همه جانبه این موارد پرداختیم.
