راهنمای عملی برای ریخته‌گری چدن

اغلب قطعاتی که در زندگی به استفاده از آن‌ها نیازمند هستیم از فولاد ساخته می‌شوند. مقیاس ساخت این قطعات با یکدیگر متفاوت است. ریخته‌گری رایج‌ترین روش برای تولید چنین قطعاتی محسوب می‌شود. قطعات تولیدشده در این فرایند مواد اولیه صنعت خودرو‌سازی هستند. در راهنمای ریخته‌گری چدن به معرفی اصول و مفاهیم ریخته‌گری، تکنیک‌های رایج در آن، فرایند کلی، اصطلاحات رایج در این حوزه، مزایا و معایب آن می‌پردازیم. این موارد می‌تواند به درک بهتر اهمیت ریخته‌گری برای تولید مواد اولیه بسیاری از صنایع کاربردی کمک ‌کند.

**ریخته‌گری رایج‌ترین فرایند برای تولید قطعات مورد استفاده در صنعت خودروسازی است**

اگر به دنبال قیمت روز خرید و فروش تامین کنندگان و تولیدکنندگان چدن هستید روی این لینک کلیک کنید

آشنایی با انواع روش‌های ساخت و تولید

مجموعه‌ای که از فرایند‌هایی که به تولید قطعات کلیدی در صنایع مختلف کمک می‌کنند در دسته روش‌های ساخت و تولید قرار دارند. به دلیل اینکه، مواد اولیه به‌کار رفته در تولید این قطعات با یکدیگر متفاوت است، از تکنیک‌های متنوعی برای ساخت یا تولید آن‌ها استفاده می‌شود. برای مثال، قالب‌گیری تزریقی تکنیک اصلی برای ساخت قطعات پلاستیکی است. سایر روش‌های کاربردی در این حوزه عبارتند از:

• قالب‌گیری: این تکنیک شامل فرایند‌هایی مانند متالورژی پودری، پوشش شرینگ و قالب‌گیری پلاستیکی است.
• حکاکی و پوشش‌دهی: آبکاری، انباشت بخار شیمیایی، پاشش حرارتی، چاپ، حکاکی با لیزر و لایه نشانی کندوپاش مهم‌ترین تکنیک‌هایی این روش هستند.
• شکل‌دهی: روش‌هایی مانند نورد، برش‌کاری، خم‌کاری، آهنگری، پرسکاری، اکستروژن، فرم‌دهی انتهای لوله و... در این دسته قرار می‌گیرند.
• ساخت افزایشی: رشته ذوبی، رشته پیچی، تف جوشی با پلاسما، تف جوشی لیزری انتخابی، استریو لیتوگرافی، لایه‌سازی و چاپ سه بعدی مهم‌ترین مواردی هستند که می‌توان به آن‌ها اشاره کرد.
• ماشین‌کاری: اصلی‌ترین تکنیک‌های این روش عبارت است از فرزکاری، سوراخ‌کاری، هونینگ، برشکاری با لیزر، سنگ زنی، برش با پلاسما، تراشکاری، خانکشی، تخلیه الکتریکی و واترجت.
• اتصال: روش‌های مختلفی مانند جوشکاری، لحیم‌کاری، پیچ‌کاری، چسب‌کاری و تف جوشی مهم‌ترین زیرمجموعه‌های این تکنیک هستند.
• سایر روش‌ها: روش‌های دیگری مانند معدن‌کاری، مونتاژ، بسته‌بندی، سخت کاری یا عملیات حرارتی، پخت، تولید مواد شیمیایی، تولید محصولات پتروشیمی و چوب‌کاری نیز سهم زیادی در تولید محصولات دارند.
• ریخته‌گری: این تکنیک مهم‌ترین روش برای تولید قطعات فلزی محسوب می‌شود.

نکته مهم این است که این تکنیک‌ها برای تولید انواع محصولات فلزی، پلیمری و پلاستیکی کاربرد دارند. فرایند‌های ساخت و تولید می‌توانند به صورت اختصاصی یا عمومی انجام شوند.

آشنایی با فرایند ریخته‌گری چدن و کاربرد‌های آن

ارائه راهنمای ریخته‌گری چدن بدون آشنایی با تعریف اصلی فرایند کستینگ و کاربرد‌های آن غیرممکن است. ریخته‌گری رایج‌ترین فرایند تولید قطعات فلزی است که از طریق ذوب و قالب‌گیری انجام می‌شود. انجام این فرایند، مسیر برای تولید قطعات دارای ابعاد و وزن‌های مختلف را هموار می‌کند. اجرای این فرایند از طریق روش‌های مختلف امکان‌پذیر است. ریخته‌گری ماسه‌ای قدیمی‌ترین روش ذوب و قالب‌گیری فلزات محسوب می‌شود.

بیش از ۹۰ درصد مواد اولیه به‌کار رفته در صنایع ماشین‌سازی و بسیاری از صنایع اصلی، از طریق فرایند کستینگ تولید می‌شوند. اما ۵۰ درصد از قطعات حاصل فرایند ریخته‌گری در صنایع ساخت ماشین‌آلات سنگین و تجهیزات حمل و نقل استفاده می‌شود.

ذوب و قالب‌گیری دو فرایند اصلی در ریخته‌گری

مواد اولیه به‌کار رفته در ریخته‌گری

چدن خاکستری ماده اصلی به‌کار رفته در فرایند ریخته‌گری است. علاوه بر این از موادی مانند چدن نشکن، فولاد، مس، روی و آلومینیوم نیز در این حوزه استفاده می‌شود. امکان استفاده از مواد غیرفلزی مانند شیشه، پلاستیک، رزین و بتن نیز در ریخته‌گری برخی قطعات فراهم است. عوامل مختلفی مانند دمای ذوب، مزیت اقتصادی، میزان تولید، مقاومت در برابر سایش، وزن، سرعت خنک کاری، و قابلیت جذب ارتعاش در انتخاب مواد مورد نیاز برای ریخته‌گری مؤثر هستند.

نحوه انجام فرایند ریخته‌گری

روش‌های مختلفی برای انجا این فرایند وجود دارد، اما همه آن‌ها از چند اصلی کلی استفاده می‌کنند. مراحل اصلی فرایند ریخته‌گری عبارت است از: ساخت الگو، ماهیچه و قالب، ذوب فلز یا ماده اولیه، ریختن ماده مذاب در قالب، انجماد مواد مذاب و پرداخت قطعه تولیدشده. هر یک از این مراحل به صورت زیر انجام می‌شود.

• ساخت الگو: در این مرحله، از نرم‌افزار‌های طراحی خاص برای ساخت مدل فیزیکی قطعه نهایی استفاده می‌شود.
• ساخت ماهیچه: این بخش به طراحی و ساخت ماهیچه‌های مورد نیاز برای ایجاد و اتصال بخش داخلی قطعه اختصاص دارد.
• ساخت قالب: در این بخش از راهنمای ریخته‌گری چدن باید اشاره کنیم که قالب‌سازی بر اساس اطلاعات و مستندات مرحله ساخت الگو و با استفاده از موادی مانند موم، فولاد و ماسه انجام می‌شود.
• ذوب: استفاده از دمای بالا برای تبدیل مواد اولیه به ماده مذاب و انتقال آن‌ها به درون قالب با استفاده از بوته یا تجهیزات مشابه، بخش‌های اصلی این مرحله هستند.
• انجماد و باز کردن قالب: کاهش دمای قالب برای انجماد مواد، جداسازی بخش‌های مختلف قالب و خروج قطعه در این مرحله انجام می‌شود.
• پرداخت: برای فرم‌دهی و اصلاح قسمت‌های مختلف قطعه عملیات‌های مختلفی مانند سنگ زنی، برشکاری، سندبلاست و غیره روی آن انجام خواهد شد.

انواع روش‌های ریخته‌گری

ریخته‌گری براساس نوع قالب آن تقسیم می‌شود. می‌توان این فرایند را به دو دسته ریخته‌گری در قالب یک‌بار مصرف یا قالب دائمی تقسیم کرد. استفاده از قالب‌های یکبار مصرف به معنی استفاده از قالب‌های موقتی و بدون قابلیت استفاده مجدد است. ریخته‌گری ماسه‌ای، گچی، پوسته‌ای، دقیق و دارای الگوی تبخیری با استفاده از قالب‌های موقتی انجام می‌شوند. در فرایند استفاده از قالب‌های دائمی به دلیل اینکه بعد از هر چرخه تولید تغییری روی قالب ایجاد نمی‌شود، می‌توان از آن‌ها چندین مرتبه استفاده کرد. این تکنیک در فرایند‌های ریخته‌گری ثقلی، دایکاست (تحت فشار)، نیمه جامد، متمرکز و گریز از مرکز به‌کار می‌رود.

ریخته‌گری تحت فشار یا دایکاست

این تکنیک سریع‌ترین روش ریخته‌گری محسوب می‌شود. در این رو، ماده مذاب با اعمال فشار به درون قالب تزریق می‌شود. تولید قطعات متراکم، عدم وجود مک یا حفره درونی و مقاومت بالا مزایای اصلی اجرای این تکنیک هستند.

تکنیک‌های مختلفی برای ریخته‌گری وجود دارد که بر اساس نوع، ابعاد و وزن قطعه انتخاب می‌شود

ریخته‌گری ماسه‌ای

در ادامه راهنمای ریخته‌گری چدن باید اشاره کنیم در این روش از ماسه برای تولید قالب استفاده می‌شود. میزان ماسه مورد نیاز برای یک تن ریخته‌گری حدود ۴ تا ۵ تن است. روش قالب‌گیری، اندازه قطعه و نوع قطعه سه عامل بسیار مهم در تعیین میزان ماسه مورد نیاز برای قالب‌سازی در این تکنیک هستند. ماسه طبیعی و ترکیبی (ماسه دریاچه) دو دسته اصلی ماسه‌های به‌کار رفته در این روش هستند. برای قالب‌های بزرگ‌تر می‌توان از ماسه سبز (ترکیب خاک رس، ماسه و آب) استفاده کرد.

ریخته‌گری دقیق

این روش به نام ریخته‌گری ظریف یا مومی نیز شناخته می‌شود. این تکنیک به دلیل دقت بالا برای تولید قطعات باکیفیت به‌کار می‌رود. سرامیک یا مواد دیرگداز دو ماده اصلی در تولید قالب‌های آن هستند.

ریخته‌گری گچی

برای تولید قالب‌های این روش از گچ و مواد افزودنی استفاده می‌شود. این تکنیک بهترین گزینه برای تولید قطعات مکانیکی باکیفیت است.

ریخته‌گری ثقلی

این تکنیک با نام ریخته‌گری ریزه نیز شناخته می‌شود. در این روش برای تولید قطعه از دو یا چند قالب فلزی استفاده می‌کنند. نیروی ثقل یا وزن عامل اصلی در پر کردن قالب است. همین امر باعث شده که در این تکنیک به ماهیچه‌های پیچیده و دقیق فلزی برای تولید قالب نیازمند باشیم.

مزایا، معایب و محدودیت‌های ریخته‌گری

برای اجرای هر یک از روش‌های ساخت و تولید با مجموعه‌ای از محدودیت‌ها روبه‌رو هستیم. اما در بسیاری از موارد مزایای متعدد این روش‌ها دلیل اصلی توجیه اجرای آن‌ها است. حالا که در راهنمای ریخته‌گری چدن به نحوه اجرا و تکنیک‌های مختلف آن اشاره کردیم باید به بررسی مزایا و معایب این روش بپردازیم.

مزایای ریخته‌گری

مهمترین مزایای ریخته‌گری در مقایسه با سایر روش‌های ساخت و تولید عبارت است از:

• در این روش، ساخت قطعات پیچیده با هزینه کم امکان‌پذیر است.
• ابعاد قطعه بر نحوه اجرای فرایند تأثیر ندارد.
• قطعه نهایی از خواص مکانیکی بسیار مطلوبی برخوردار است.
• قادر به ساخت قطعات دارای جزئیات ریز و دقیق هستیم.
• هیچ محدودیتی برای انتخاب مواد اولیه در این روش وجود ندارد.
• ساختار داخلی قطعات کاملا یکنواخت و همسانگرد خواهد بود.
• اجرای آن در مقایسه با سایر روش‌ها مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
• می‌توانیم قطعات کامپوزیتی متشکل از چند ماده اولیه بسازیم.

محدودیت‌های اجرای ریخته‌گری

• پرداخت روش ریخته‌گری نسبا ضعیف است و در اغلب موارد به پرداخت ثانویه نیاز داریم.
• ممکن است در حین فرایند ساخت یا پس از آن، نقص یا عیبی در ساختار قطعه به وجود بیاید.
• مراحل زیاد این تکنیک، کنترل فرایند اجرای آن را سخت می‌کند.
• قطعات تولیدشده از طریق ریخته‌گری مقاومت کمتری در مقایسه با قطعات آهنگری شده دارند.

معایب ریخته‌گری

رایج‌ترین مواردی که ممکن است با آن روبه‌رو شویم عبارت است از:

• عدم انطباق یا جانمایی نامناسب ماهیچه‌ها
• تورم و افزایش ابعاد حفره موجود در قالب به دلیل فشار زیاد ناشی از ماده مذاب
• محبوس شدن گاز در سطح قطعه هنگام انجماد
• ایجاد ترک روی سطح کار به دلیل استفاده از ماسه در فرایند تولید
• ناهمواری سطحی به دلیل دانه‌بندی ماسه‌ها و نفذ مواد مذاب به درون قالب ماسه‌ای
• ایجاد حفره‌های کوچک با قطر حدود ۲ میلی‌متر به دلیل آزاد شدن گاز هیدروژن از ماده مذاب
• ایجاد حفره‌های انقباضی ناشی از کاهش حجم ماده هنگام انجماد
• شکست کششی به دلیل تنش‌های پسماندی در ماده مذاب
• وجود ذرات سربار روی ماده مذاب
• ایجاد پلیسه یا لایه نازک روی قطعه
• تغییر شکل قطعه به دلیل غیریکنواختی کاهش دمای مواد اولیه موجود در ماده مذاب
• ایجاد چندین حفره کوچک و نزدیک به هم در سطح خارجی قطعه

آشنایی با مزایا، معایب و محدودیت‌های ریخته‌گری تنها راه برای ساخت قطعات باکیفیت و کاهش هزینه تولید است

سخن پایانی

با بررسی راهنمای ریخته‌گری چدن به خوبی متوجه شده‌اید که این فرایند نقش مهمی در تولید قطعات مورد نیاز در صنایع مختلف بازی می‌کند. شناخت مراحل مختلف اجرای این فرایند، آشنایی با تکنک‌های مختلف آن و بررسی محدودیت‌ها، مزایا و معایب کستینگ تنها راه برای اجرای اصولی و مقرون‌به‌صرفه آن است.