ریخته گری چیست

ریخته گری فلز یکی از روش های تولید قطعات فلزی است که در آن مواد فلزی در قالب های مختلف با استفاده از قالب های چدنی یا فلزی، با استفاده از فرآیند ذوب و ریخته گری به شکل قطعات تبدیل می شوند. این روش برای تولید قطعات با شکل ها و اندازه های مختلف استفاده می شود.

ریخته گری فلز به دلیل امکان تولید قطعات با شکل های پیچیده و دقت بالا، هزینه تولید کمتر و زمان تولید کوتاه تر، به عنوان یکی از روش های پرکاربرد تولید قطعات در صنایع مختلف شناخته شده است. به علاوه، در مقایسه با روش های دیگر تولید قطعات، ریخته گری فلز قابلیت تولید قطعات در اندازه و شکل های مختلف را دارد.

 

تاریخچه ریخته گری

ریختگری یک فرآیند ۷۰۰۰ ساله است . قدیمیترین قطعه تولید شده به این روش که در حال حاضر موجود است مربوط به یک قورباغه مسی مربوط به ۳۲۰۰ سال قبل از میلاد مسیح است. در تاریخچه متالورژی ، این فرآیند را می توان به چند دوره تقسیم بندی نمود :

    دوره برنز (مس و مفرغ): ۳۰۰۰سال قبل از میلادمسیح آغاز شد. اولین اشیای برنزی کشف شده آلیاژی از مس و آرسنیک (۴%) می باشد.

    دوره آهن : ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح

    دوره تاریک صنعتی : ۳۰۰ سال بعد از میلاد : دوره ناقوس کلیساها

    دوره رنسانس صنعتی : ۱۵۰۰ تا ۱۷۰۰ سال میلادی: صنعت ذوب ریزی بنا نهاده شد. ابتدا از برنز و سپس از چدن ساخته شد.

    دوره انقلاب صنعتی : سال ۱۷۵۰ به بعد

 

کاربرد ریخته گری

ریخته یک روش مرسوم در اغلب صنایع است به گونه ای که در حدود 90 درصد از محصولاتی که در صنایع مختلف تولید می شود به کمک همین فرایند است. از ریخته گری می توان برای ساخت وسایل با ابعاد متنوع از چند گرم گرفته تا چندین تن و به صورت انبوه استفاه کرد. از جمله صنایعی که در آن از ریخته گری استفاده می شود می توان به صنعت حمل و نقل، ماشین آلات سنگین، ابزار سازی، صنایع نظامی و لوازم خانگی اشاره کرد.

مواد ریخته گری

فلزات

در ریخته گری فلزات، ابتدا فلز تا دمای بالایی حرارت داده شده تا به حالت مایع تبدیل شود و سپس به درون قالب ریخته می شود. قالب قطعه ای ست دارای حفره به شکلی که مورد نظر ساخت می باشد. پس از آنکه فلز مذاب درون قالب ریخته شد، قالب سرد می شود تا فلز به حالت جامد در بیاید. فلز سخته شده یا ریخته گری شده سپس از قالب خارج می شود. در انتها از طریق انجام عملیات تکمیلی بخش های اضافی حاصل از ریخته گری حذف می شود.

 

پلاستر، بتن یا رزین پلاستیک

گچ و سایر مواد شیمیایی مانند بتن و رزین پلاستیکی نیز می توانند به وسیله ی قالب های یکبار مصرف از طریق ریخته گری شکل داده شوند. در این مواد پس از انجام ریخته گری از یک فرایند مانند رنگ آمیزی یا حکاکی برای بهبود ظاهر وسیله ی ساخته شده استفاده می شود.

 

انواع روش های ریخته گری

انواع مختلفی از فرآیندهای ریخته گری وجود دارد و هر فرآیند بنا به نیاز کاربر، مزایا و معایب خاص خود را دارد. انتخاب بهترین فرآیند از بین انواع روش های موجود، نیازمند توجه به نوع فلز ریخته گری، شکل قطعه، هزینه فرآیند، تناژ محصول و در دسترس بودن امکانات است.

 
ریخته گری ماسه ای

ریخته گری ماسه ای یک فرآیند ریخته گری همه کاره است که می تواند برای ریخته گری هر آلیاژ فلزی، آهنی یا غیر آهنی استفاده شود. این روش به طور گسترده برای تولید انبوه در واحدهای صنعتی قطعات ریخته گری فلزات خودرو مانند بلوک موتور، سرسیلندر، میل لنگ و غیره استفاده می شود.

در این فرآیند از قالبی استفاده می شود که از مواد مبتنی بر سیلیس ساخته شده است؛ مانند شن و ماسه با پیوند طبیعی یا مصنوعی که سطح صاف قالب را تشکیل می دهند. سطح قالب دارای ۲ قسمت نیمه بالایی و نیمه پایینی است. فلز مذاب را با استفاده از پاتیل به داخل الگو ریخته و می گذاریم تا جامد شود تا شکل نهایی را به خود بگیرد. درنهایت، برش فلز اضافی برای تکمیل محصول نهایی ریخته گری فلز انجام می شود.

 

مزایای ریخته گری ماسه ای

    از نظر هزینه های تولید نسبتاً ارزان است، به ویژه در تولیدات با حجم کم
    ساخت قطعات بزرگ
    ریخته گری هر دو آلیاژ آهنی و غیر آهنی
    قابلیت بازیافت قطعات تولیدی
    قابلیت ریخته گری فلزات با دمای ذوب بالا مانند فولاد و تیتانیوم

معایب ریخته گری ماسه ای

    دقت ابعادی پایین تر قطعات در مقایسه با روش های دیگر
    استفاده از این روش برای محصولات با مشخصات اندازه و وزن از پیش تعیین شده مشکل است.
    این فرآیند محصولاتی با سطح خشن به دست می دهد.

 
ریخته گری گرانشی

ریخته گری گرانشی که معمولاً به عنوان ریخته گری قالب دائمی نیز شناخته می شود، از قالب های قابل استفاده مجدد ساخته شده از فولاد، گرافیت و غیره برای ساخت فلز و آلیاژهای فلزی استفاده می کند. این نوع ریخته گری می تواند قطعات مختلفی مانند چرخ دنده، محفظه دنده، اتصالات لوله، چرخ، پیستون موتور و غیره را تولید کند.

در این فرآیند ریختن مستقیم فلز مذاب به داخل حفره قالب تحت تأثیر جاذبه صورت می گیرد. برای انجام بهتر فرآیند، قالب را می توان کج کرد تا از این طریق پر شدن قالب تحت کنترل درآید. سپس به فلز مذاب اجازه داده می شود تا خنک شده و در داخل قالب جامد شود. درنتیجه، این فرآیند برای ریخته گری موادی مانند آلیاژهای سرب، روی، آلومینیوم، منیزیم، برنزهای خاص و چدن بسیار مناسب است.

این فرآیند ریخته گری برخلاف سایر فرآیندهای ریخته گری تحت فشار، با روش پایین به بالا برای پر کردن قالب کار می کند. اگرچه، این فرآیند دارای نرخ ریخته گری بالاتری نسبت به ریخته گری ماسه ای است، اما به دلیل قالب های فلزی گران قیمت از نظر هزینه نسبتاً بالاتر است.

 

مزایای ریخته گری گرانشی

    کیفیت سطح بهتر محصولات را به دلیل انجماد سریع فراهم می کند.
    محصولات ریخته گری دارای دقت بالا و استحکام بالا هستند.
    محصولات دارای خواص مکانیکی بهتری هستند.
    قابلیت تولید محصولات جدار نازک
    قالب های قابل استفاده مجدد باعث صرفه جویی در زمان و افزایش بهره وری می شود که هزینه های تولید را کاهش می دهد.

معایب ریخته گری گرانشی

    ریخته گری قطعات پیچیده دشوار است.
    هزینه های ساخت قالب ها بالاتر است.
    گاهی اوقات، بیرون کشیدن قطعه از قالب، یک فرورفتگی در محصول ایجاد می کند.

 
ریخته گری تحت فشار

دو نوع ریخته گری تحت فشار بسته به فشار وجود دارد که شامل ریخته گری فشار پایین و ریخته گری فشار بالا می شوند. ریخته گری فشار بالا برای تولید انبوه قطعات با هندسه های پیچیده که نیاز به دقت بالایی دارند محبوبیت بیشتری دارد. درحالی که برای تولید قطعات بزرگ و ساده، ریخته گری فشار پایین یک فرآیند ریخته گری ترجیحی است.

در این نوع ریخته گری فلزات، فلزات و آلیاژهای غیرآهنی مانند روی، قلع، مس و آلومینیوم در قالبی قابل استفاده مجدد که با روان کننده پوشانده شده است، با فشار بالا تزریق می شوند. بنابراین، فشار بالا در طول فرآیند تزریق سریع حفظ می شود تا از سخت شدن فلز جلوگیری شود. درنهایت، پس از اتمام فرآیند، استخراج قطعه ریخته گری و تمام کاری برای حذف هرگونه مواد اضافی و پلیسه انجام می شود.

ریخته گری تحت فشار در فرآیند پر کردن قالب با ریخته گری گرانشی متفاوت است. ریخته گری تحت فشار از تزریق فشار بالا فلز مذاب به داخل قالب فلزی استفاده می کند. سپس فلز مذاب به سرعت جامد می شود تا محصول مورد نیاز تولید شود. با روش های ریخته گری مس در این لینک آشنا شوید.

 

مزایای ریخته گری تحت فشار

    دقت بالا و ثبات ابعاد
    راندمان بالا و کیفیت خوب محصول
    کاهش نیاز به ماشین کاری پس از ریخته گری
    خنک شدن سریع فلز مذاب به سرعت تولید سریع تر منجر می شود.
    این فرآیند می تواند ساعت های طولانی تری بدون نیاز به تعویض قالب اجرا شود.

معایب ریخته گری تحت فشار

    هزینه ابزار نسبتاً بالا
    محدود به ریخته گری مواد غیر آهنی
    اطمینان از خواص مکانیکی محصولات دشوار است، بنابراین برای قطعات ساختاری استفاده نمی شود.
    راه اندازی کامل آن نیاز به سرمایه زیادی دارد.

 
ریخته گری دقیق

ریخته گری دقیق که به عنوان ریخته گری موم فدا شونده نیز شناخته می شود، فرآیندی است که الگوی موم را با مواد نسوز و یک ماده اتصال دهنده برای شکل دادن به یک قالب سرامیکی یک بارمصرف دقیق به کار می برد و سپس فلز مذاب برای ساخت قالب های فلزی در قالب ریخته می شود.

ریخته گری دقیق فرآیندی پرهزینه و پرزحمت است و می تواند برای تولید انبوه یا در ریخته گری های پیچیده برای تولید محصولات ریخته گری فلزی مانند چرخ دنده ها، بدنه دوچرخه، دیسک های موتور و قطعات یدکی در ماشین های انفجار استفاده شود.

 

مزایای ریخته گری دقیق

    می تواند قطعاتی با دیواره های نازک، پیچیدگی بیشتر و کیفیت سطح بالا تولید کند.
    نیاز به ماشین کاری پس از ریخته گری را کاهش می دهد.
    می تواند آلیاژهای با نقطه ذوب بالا مانند فولاد ضد زنگ و غیره را ریخته گری کند.
    به دلیل جدا شدن قالب پوسته، امکان ریخته گری با زوایای ۹۰ درجه را فراهم می کند.
    دقت ابعادی بالا در محصولات
    قابلیت ایجاد انقباض در قالب

معایب ریخته گری دقیق

    چرخه تولید طولانی تر
    هزینه های بالاتر ساخت قالب
    نیاز به قالب جدید برای ایجاد الگوهای مومی برای هر چرخه ریخته گری

 
ریخته گری قالب گچی

فرآیند ریخته گری قالب گچ مانند ریخته گری ماسه ای است، با این تفاوت که قالب از مخلوطی به نام “گچ پاریس” ساخته می شود. به دلیل رسانایی حرارتی پایین و ظرفیت گرمایی گچ، این قالب فلز را در مقایسه با قالب ماسه ای با سرعت کندتری خنک می کند که به دقت بالا به ویژه برای قطعات با مقطع نازک کمک می کند. بااین حال، این روش ریخته گری برای مواد آهنی با دمای بالا مناسب نیست. همچنین، قطعات ریختگی کوچک تا ۳۰ گرم و نیز قطعات بزرگ تا ۴۵ کیلوگرم را می توان از طریق فرآیند ریخته گری قالب گچی ساخت.

 

مزایای ریخته گری قالب گچی

    پرداخت سطح صاف
    دقت ابعادی بیشتر قطعات نسبت به ریخته گری ماسه ای
    قابلیت ریخته گری قطعات با هندسه پیچیده و جدارهای نازک

معایب ریخته گری قالب گچی

    این فرآیند نسبت به اکثر انواع روش های ریخته گری گران تر است.
    کاربردهای محدود برای آلومینیوم و آلیاژهای مبتنی بر مس
    ممکن است نیاز به تعویض مکرر قالب گچی داشته باشد.
    برای مواد با دمای ذوب بالا مناسب نیست.
    زمان خنک شدن طولانی تر، بر نرخ تولید تأثیر می گذارد.

 
ریخته گری گریز از مرکز

ریخته گری گریز از مرکز که به نام ریخته گری روتو (roto casting) نیز شناخته می شود، فرآیندی برای تولید صنعتی قطعات استوانه ای با نیروهای گریز از مرکز است. در این روش ریخته گری، از یک قالب استوانه ای که از قبل گرم شده است استفاده می شود و فلز مذاب در آن ریخته می شود. نیروهای گریز از مرکز به توزیع فلز مذاب در داخل قالب در فشار بالا کمک می کنند.

سه نوع ریخته گری گریز از مرکز وجود دارد که شامل فرآیند ریخته گری گریز از مرکز واقعی، فرآیند ریخته گری نیمه گریز از مرکز و فرآیند ریخته گری گریز از مرکز عمودی می شوند. ریخته گری نیمه گریز از مرکز، برخلاف ریخته گری گریز از مرکز واقعی، قالب را به طور کامل با استفاده از چرخش پر می کند. بااین حال، در ریخته گری گریز از مرکز واقعی، فلز مذاب به دلیل چرخش مداوم به طرفین می چسبد. در مقابل، ریخته گری گریز از مرکز عمودی، همان طور که از نام آن پیداست، از قالب با جهت عمود بر زمین استفاده می کند که همان فرآیند ریخته گری گریز از مرکز واقعی را دنبال می کند.

به طورمعمول، ریخته گری گریز از مرکز، قطعات دوار و توخالی مانند استوانه تولید می کند. به ویژه قطعاتی مانند یاتاقان های بوش، صفحات کلاچ، رینگ های پیستون و آستر سیلندر و غیره. همچنین ریختن فلز در مرکز قالب به کاهش عیوب مانند تخلخل، حفرات انقباضی و حفره های گاز کمک می کند. بااین حال، این روش برای همه انواع آلیاژهای فلزی مناسب نیست. برای آشنایی کامل با ریخته گری گریز از مرکز به این لینک مراجعه نمایید.

 

مزایای ریخته گری گریز از مرکز

    بازده فرآیند بهبود یافته و ضایعات کاهش می یابد.
    کاهش عیوب قطعات ریختگی
    این فرآیند برای تولید قطعات کامپوزیت فلزی مناسب است.
    بدون نیاز به راهگاه و رایزر

معایب ریخته گری گریز از مرکز

    ریخته گری گریز از مرکز نیاز به سرمایه گذاری بالایی دارد.
    نیاز به نیروی کار ماهر
    محدود به تولید قطعات استوانه ای و توخالی

 
ریخته گری فوم فدا شونده

روش ریخته گری فوم فدا شونده شبیه ریخته گری دقیق است با این تفاوت که به جای موم، از فوم برای ساخت الگو استفاده می شود. پس از تشکیل الگو، پوشش با یک سرامیک نسوز از طریق غوطه ور کردن، اسپری کردن یا برس زدن ایجاد می شود. سپس فلز مذاب در قالب ریخته می شود تا محصول موردنظر تشکیل شود.

این تکنیک را می توان برای مواد مختلفی مانند فولادهای آلیاژی، فولاد کربنی، چدن آلیاژی و غیره استفاده کرد. محصولاتی مانند محفظه پمپ، شیر آتش نشانی، شیرها و اتصالات از طریق فرآیند ریخته گری فوم فدا شونده ساخته می شوند.

 

مزایای ریخته گری فوم فدا شونده

    تولید قطعات با دقت بالا
    قابلیت تولید هر نوع قطعه
    تولید قطعات تمیز و باکیفیت
    اقتصادی برای تولید با حجم بالا

معایب ریخته گری فوم فدا شونده

    هزینه های ساخت الگوی برای تولید با تناژ کم، بالاست.
    استحکام کم باعث اعوجاج یا آسیب به الگو می شود.
    زمان فرآیند طولانی

 
ریخته گری تحت خلاء

ریخته گری تحت خلاء، همان طور که از نام آن پیداست، نوعی ریخته گری است که در آن تولید قطعات تحت فشار خلاء ۱۰۰ بار یا کمتر، برای خروج گاز از حفره قالب انجام می شود. خلاء قالب باعث کاهش گیر افتادن گازها در داخل حفره در طی فرآیند تزریق فلز می شود. درنهایت، فلز در یک محفظه حرارتی پخته شده و از قالب خارج می شود.

فرآیند ریخته گری تحت خلاء در صنایع مختلف ازجمله خودرو، هوافضا، الکترونیک، دریایی، مخابرات و غیره رایج است. برخی از قطعات ساخته شده توسط این فرآیند تولید شامل اجزای ساختاری شاسی و قطعات بدنه خودرو است.

 

مزایای ریخته گری تحت خلاء

    کاهش تخلخل، بهبود خواص مکانیکی و کیفیت سطح بهتر قطعه
    قابلیت تولید محصولات جدار نازک
    جوشکاری و عملیات حرارتی محصولات امکان پذیر است.
    مناسب برای تولید با حجم کم
    بدون نیاز به ابزار تمام کاری سخت و گران قیمت
    کاهش حباب های هوا در مراحل اولیه تولید

معایب ریخته گری تحت خلاء

    هزینه ابزار بالا
    قالب مورداستفاده در فرآیند عمر کوتاهی دارد.
    قطعات دارای پتانسیل فرورفتگی دارند.

 
ریخته گری کوبشی

ریخته گری کوبشی یک فرآیند ترکیبی است که ریخته گری قالب دائمی و آهنگری قالب را در یک مرحله ادغام می کند. در این فرآیند مقدار مشخصی از آلیاژ فلز مذاب به داخل قالب تزریق می شود و برای شکل دادن به آن فشار وارد می شود. سپس قسمت فلزی در دمای ذوب حرارت داده می شود و از قالب استخراج می شود.

همچنین، ریخته گری کوبشی یک فرآیند ریخته گری بالقوه برای تولید قطعات ایمنی در سیستم های خودرو است. به عنوان مثال، اتصالات اسپیس فریم، بندهای آلومینیومی فرمان جلو، فریم شاسی، براکت ها و غیره به این روش تولید می شوند.

این نوع ریخته گری فلز مزایای فرآیندهای ریخته گری و آهنگری را باهم ترکیب می کند. به عنوان مثال، فشار زیاد اعمال شده در طول انجماد به جلوگیری از انقباض و تخلخل کمک می کند. بااین حال، به دلیل الزامات ابزار خاص، به اندازه سایر فرآیندهای ریخته گری برای تولید انبوه محبوب نیست.

 

مزایای ریخته گری کوبشی

    عیوب داخلی مانند منافذ، سوراخ های انقباضی و تخلخل انقباض را از بین می برد.
    تولید قطعات با زبری سطح کم
    می تواند از ترک های ریخته گری جلوگیری کند.
    تولید قطعات با استحکام بالا
    بدون اتلاف مواد

معایب ریخته گری کوبشی

    بهره وری پایین تر
    نیاز بالا به ماشین کاری
    به کنترل دقیق نیاز دارد و روند کلی فرآیند را کند می کند.
    انعطاف پذیری کمتر در برخی هندسه های خاص از قطعات

 
ریخته گری پیوسته یا مداوم

همان طور که از نام آن پیداست، این روش از انواع روش های ریخته گری، امکان تولید انبوه پروفیل های فلزی با سطح مقطع ثابت را فراهم می کند. این نوع ریخته گری در تولید میلگردهای فولادی و همچنین بیلت، شمش، بلوم و غیره رایج است.

در این فرآیند، فلز مذاب با سرعت محاسبه شده در قالبی با آب خنک و با انتهای باز ریخته می شود که اجازه می دهد سطحی از فلز جامد روی فلز مایع در مرکز تشکیل شود. بنابراین، انجماد فلز از بیرون به داخل اتفاق می افتد. پس از اتمام این فرآیند، رشته های فلزی را می توان به طور مداوم از قالب استخراج کرد. طول های از پیش تعیین شده محصولات را می توان با قیچی مکانیکی یا مشعل های اکسی استیلن متحرک قطع کرد. به طورکلی، محصولات ایجادشده با استفاده از ریخته گری پیوسته، همگن، یکدست و متراکم هستند.

 

مزایای ریخته گری پیوسته

    هزینه کمتر فرآیند به دلیل تولید مداوم
    هدر رفت کمتر مواد
    طیف اندازه های متنوع محصولات ریخته گری از نوار با ضخامت چند میلی متر تا بیلت ها و اسلب های بزرگ تر متغیر است.

معایب ریخته گری پیوسته

    نیاز به خنک سازی مداوم قالب ها، در غیر این صورت، انقباض لایه مرکزی ایجاد می شود.
    فقط قابلیت ریخته گری قطعات ساده با مقطع ثابت
    نیاز به فضای بزرگ و سرمایه گذاری اولیه بالایی دارد.

 

ریخته گری قالب پوسته ای

ریخته گری قالب پوسته ای یک فرآیند ریخته گری قالب مصرفی است. شبیه فرآیند ریخته گری ماسه ای است با این تفاوت که پوسته سخت شده ماسه به جای یک فلاسک ماسه، حفره قالب را تشکیل می دهد. ماسه مورداستفاده در این روش، ریزتر از ماسه ای است که در ریخته گری ماسه ای استفاده می شود و با رزین مخلوط می شود تا بتوان آن را حرارت داد و در پوسته اطراف الگو سخت کرد.

ریخته گری قالب پوسته ای محصولات صنعتی را تولید می کند، به عنوان مثال، محفظه گیربکس، شاتون، قایق های کوچک، هود کامیون، سر استوانه ای، میل بادامک، بدنه سوپاپ و غیره به این روش تولید می شوند. محصولات ریخته گری سطح و دقت ابعادی خوبی دارند. اما محدودیت این نوع ریخته گری شامل محدودیت اندازه و وزن قطعات می شود.

 

مزایای ریخته گری قالب پوسته ای

    قابلیت ریخته گری قطعات جدار نازک و دارای هندسه پیچیده
    نیروی کار نیمه ماهر
    بدون نیاز به ماشین کاری زیاد پس از فرآیند
    قابلیت کنترل عیوب سطحی

معایب ریخته گری قالب پوسته ای

    برای تولید در مقیاس کوچک مناسب نیست.
    محدودیت در اندازه و وزن
    الگوی فلزی خاصی موردنیاز است که آن را برای ریخته گری قطعات بزرگ گران می کند.

 

جمع بندی

انواع روش های ریخته گری مانند ریخته گری ماسه ای، تحت فشار، گریز از مرکز، کوبشی، پیوسته و غیره برای تولید قطعات با هندسه های مختلف، وزن و سایز متنوع و نیز برحسب خواص و مواد مورد استفاده وجود دارند که انتخاب بهترین روش از بین آن ها، سبب دستیابی به یک تولید مطلوب و عاری از عیوب ریخته گری می شود.

باوجود تفاوت در انواع روش های ریخته گری موجود و مزایا و معایب هر یک، اما روند کلی اکثر آن ها مشابه است. اکثر فرآیندهای ریخته گری عمدتاً از مراحل اولیه مانند الگوسازی، قالب سازی، انتخاب و ریختن آلیاژهای فلزی و درنهایت تکمیل قطعه ریخته گری شده پیروی می کنند.