ریخته گری در قالب های دائم

[سیندخت 18786]

مقدمه:

قدیمیترین روش شناخته شده ریخته گری فلزات عبارتند از ریختن مذاب فلزات در قالب های ماسه ای و به طور کلی در تمامی این قبیل روش ها مذاب ، تحت نیروی ثقل حفره ی قالب را پر میکند و در حال حاضر هم تحت عنوان ریخته گری ماسه ای خیلی از قطعات مختلف صنعتی تولید میشوند. در کلیه روشها- قالب تماماً از بین رونده بوده و برای یک سیکل ریخته گری قطعه آماده شده و لازم است که برای سیکل بعدی دوباره قالب از نو آماده گردد. برای غلبه بر این شکل اساسی همیشه صنعت گران به دنبال این بودند که بتوانند، قالبی اریه نمایند، که به دفعات زیاد از آن استفاده نموده، ساده ترین آن قالب های دائمی، عبارت اند از انواع مختلف قالب های ثقلی میباشند. که در مقایسه با قطعات ریخته شده به روش ماسه ای کیفیت صافی سطح، تلرانس ابعاد، دید ظاهری و خواص مختلف مکانیکی قطعات ریخته شده در قالب های ثقلی به مراتب با لا تر میباشد و برای بهبود بخشیدن به قطعات و بهتر نمودن کیفیت آنها لازم است از مکانیزم هایی استفاده شود که بتوان مذاب را با فشار به داخل قالب های فلزی، تزریق نماییم. قدیمی ترین مدارک فنی در این مربوط است به سالهای 1894 تا 1877که از دستگاه های ساده ای یاد آوری شده که مذاب آلیاژ سرب یا قلع را توسط مکانیزم سیلندر و پیستون به داخل حفره ی قالب با فشار های پایین تزریق مینمایند.

 

به علت پایین بودن نقطه ذوب آلیاژهای سرب و قلع ، مشکلات فنی چندانی در به کارگیری مکانیزم تزریق و یا انتخاب مواد مناسب برای سیلندر و پیستون وجود نداردو. اما اگر بخواهیم این مکانیزم را برای آلیاژهایی که دارای نقطه ذوب بالا از قبیل al ، mg ، cu ، و روی به کارببریم با مسائل برطرف شده است. بعد از آلیاژ های سرب و قلع قدم بعدی در مورد آلیاژ های روی برداشته شده است. چون نقطه ذوب این آلیاژ ها حدود 390 درجه سانتیگراد در مقایسه با سرب 3330 درجه و قلع 230 درجه در مقام بعدی قرار گرفته و مشکلات ناشی از طریق مذاب خیلی حاد نخواهد بود . خواص مکانیکی آلیاژ های روی به مراتب از سرب و قلع بالاتر است. پس آلیاژ های قلع و سرب وروی نوبت به الیاژ های al خواهیم رسید. که هم نقطه ذوب بالاست حدود 700 درجه و هم خواص مکانیکی آن به مراتب بهتر است. قطعات دایکاست آلومینیومی به صورت انبوه از سالهلی 1915 تولید گردیده و آن زمان قطعات مختلف ، تجهیزات جنگ افزار ها برای کارخانجات نظامی تولید میکردند. امروزه روش ریخته گری تحت فشار الیاژ های آلومینیومی ا زنظر جاافتاده ای میباشد. به طوری که در اکثر رشته های صنایع، از قطعات دایکاست آلومینومی به وجود می آیند . الیاژ های منیزیم نیز در صنعت ریخته گری تحت فشار دایکاست به کار میرود. و چون نقطه ذوب آن در حدود نقطه ذوب al میباشد. لذا مشکلات چندانی به وجود نخواهد امد. دایکاست منیزیم تولید میشوند. پس از آلیاژ های al و mg صنعت آلیاژمس یا گروه برنج به میان خواهى أمدز نقطه ذوب برنج یا برنز در حدود 900 درجه بوده که با در نظر گرفتن آن مشکلات فراوان فنی و متالورژیکی در تزریق مذاب و یا انتخاب مواد مناسب برای قالب دائمی وجود دارد. و امروزه پاره ای ازآن مشکلات و میائل حل شده است . و برای خیلی از آلیاژ های مختلف مس نتوانسته اند روش عملی ریخته گری تحت فشار را ارایه نمایند. علی رغم مشکلات فراوان در ریخته گری برنج باز قطعات به طور انبوه و اقتصادی تولید میشوند. که در بعضی از این قطعات استحکام بالایی به آن داده شده است. در مقایسه با سایر روشهای و سوم ریخته گری روش دایکست رشد بالایی داشته به طوری که در فاصله ی زمانی خیلی کم از بکارگیری دستگاه ساده ایراد شده برای تزریق سرب و قلع با کمک چند تقسیم و کاملاً دستی به سطح عالی ترازوی، دستگاه های کامل تری و با یک نفر اپراتور به تعداد 300 الی 500 قطعه در هر ساعت ترقی کرده است. روشهای ساخت: در تولید انبوه بیش ترسیمس در استفاده از روشی است که قطعات با صرف کمترین هزینه مواد، نیروی انسانی و زمان کاری تهیه شود. شکل گیری و شکل دادن در جه ی اول جزء این روشها به شما ر میرود( شکل2 صفحه ی 1) با این روش میتوان قطعات پیچیده ای به روش بدون براده برداری و در یک مرحله کاری با دقت شکلی و دقت اندازه درست تولید کرد. در این روش به ماشین کاری بعدی نیاز چندانی نیست. غالباً میتوان در یک مرحله کاری چند قطعه را با هم تولید کرد. در اجرای این روش ها قالب ها، ماتریس ها و قالب های انها بسته و به طور کلی قالب های دائمی به کار میرود. اگر ماده ی بی شکل مایع، چقرمگی و یا خمیری باشد به ریخته گری موسوم است. چنانچه ماده ی بی شکل دانه ای یا پودری باشد به تف جوشی معروف است.

 

 

 

 

روشهای ریخته گری در قالب های دائمی محدودیت های زیر را داراست:

 

1 – اگر چه حد ماکسیمی برای اندازه ی ابعاد قطعه . ولی این روش برای تولید قطعات کوچک عملیتر است. 2- همه ی آلیاژ های برای ریخته گری در قالب دائمی مناسب نیستند. 3- ای روش برای تولید قطعات به تعداد کم مقرون به صرفه نیست و هزینه ی زیاد در چنین شرایطی انتخاب این روش را منع میکند. 4- تولید برخی از قطعات به واسطه ی محل قرار گرفتن خط جدایش و دشواری خارج ساختن قطعه از قالب با استفاده از این روش امکانپذیر نیست.

ریخته گری در قالب های فلزی : ریژه( کوکیل)

در این روش مذاب فلزات غیر اهنی به کمک نیروی وزن یا با فشار کم در قالب های دائم چند پارچه ریخته میشود . قالب هایفلزی ریخته گری از فولاد ، یا چدن ریختگی ویژه هستند. متناسب با اندازه قطعه ریختگی تعداد 30000 تا 60 هزار قطعه کا را میتوان با هر قالب فلزی ریخته گری کرد. قالب های فلزی ریخته گری ممکن است تمام فلز بوده و یا نیمه های قالب های فلزی و ماهیچه از ماسه باشد ( قالب های فلزی ریخته گری مرکب) قطعات تولیدی با قالب های فلزی دقت ابعادی بالا ، کیفیت سطحی خوب و ساختار دانه ریز دارند. با قالب های فلزی نیز میتوان قطعات پیچیده "، صنایع موتور سازی ، فولاد سازی و ماشین سازی مانند پوسته های جعبه دنده و سر سیلندر در تیراژ بالا به طور اقتصادی تهیه کرد.

 

 

 

انواع قالب های فلزی ریژه :

قالب های فلزی انواع گوناگونی دارند از جمله قالب های فلزی 1- ساده2-کشویی 3- لولایی 4-با اجزای محرکه مکانیکی 5- با اجزای محرکه هیدرولیکی ( شکلهای 4،1،2،صفحه 1)

1- قالب های فلزی با یک بست رکابی به یک دیگر بسته میشوند، پس از انجماد مذاب بست را باز کرده و به این ترتیب نیمه های قالب از یکدیگر جدا و قطعه کار خارج میشود. 2-در قالب های فلزی کشویی نیمه های قالب بر روی یک صفحه بازو های راهنمایی موازی قرار گرفته . این بازوها رها راهنمای کار با قالب های فلزی بزرگتر زا آسان تر میکنند 3- قالب های فلزی لولایی کار را ساده تر کرده که دو نیمه اتصال آنها که یک لولا است بازو بسته شده که فقط این نوع قالب برای قطعات تخت مناسب هستند.4- قالب های فلزی ریخته گری بزرگتر با اجرایی محرکه مکانیکی به کار میرود. در این قالب ها یکی از نیمه های قالب ثابت و دیگری متحرک بوده، که جابجایی آن به وسیله یک میله محور( پیچ و مهره) انجام میشود. اتصال نیمه های قالب، موقع ریخته گری با بست قلاب دار جانبی حفظ میشود. یک اهرم زاویه دار ماهیچه را باز کرده و سپس بیرون کشیده میشود.5- قالب فلزی با اجزای محرکه هیدرولیکی بیش تر در تولید انبوه به کار میرود. که برای جابجا کردن نیمه های قالب و یا ماهیچه ها از سیلندر های هیدرولیکی که با کنتری شیرها انجام میشود. میتوان نیمه های قالب و ماهیچه هائرا جابجا نمو

[سیندخت 18786]

ماشین های ریخته گری برای سطح جدایش افقی:

سطح جدایش قالب های گفته شده در یک صفحه عمودی قرار دارند. که این سطح جدایش مهم ترین وضعیت برای باز کردن قالب و خارج ساختن قطه ریختگی است. اما برخی قطعات با داشتن یک سطح جدایش در یک صفحه افقی بهتر ریخته میشود. اغلب ماشین های ریخته گری که دارای سطح جدایش افقی هستند با یک مکانیزم گردان تجهیز شده اند. به طوری که ذوب ریزی در موقعی که سطح جدایش به صورت افقی قرار دارد، انجام میگیرد. و سپس موقعیت قالب با چرخش تغییر کرده و امکان خارج ساختن قطعه در حالی که سطح جدایش در صفحه قائم است وجود دارد. در بعضی از قطعات ذوب ریزی دز حالی که سطه جدایش در صفحه افق است آغاز شده و سپس الی که این عمل تداوم یافته و کامل میشود، چرخش آرام قالب نیز انجام میگیرد. به عنوانمثال به منظور ریخته گری یک قالب برای ماشین کاری اگر ذوب ریزی در شرایطی که سطح جدایش به صورت عمودی صورت میگرفت، مذاب به عمق زیادی در داخل قالب سقوط کرده، و این ریزش از ارتفاع زیاد، پاشیدن مذاب و ایجاد یک جریان متلاطم و غیر قابل قبول را به دنبال خواهد داشت. برای جاوگیری از سقوط مذاب به داخل این عمق زیاد یک قالب چرخان در یک ماشین ریخته گری مورد استفاده قرار میگیرد بدین ترتیب امکان ذوب ریزی در قالب تحت شرایطی که سطح جدایش به صورت افقی قرار داشته به وجود خواهد آمد. بخش اعظم ذوب ریز تحت این شرایط انجام و مابقی وقتی که قالب 90 چرخنده تا سطح جدایش به صورت عمودی قرار میگیرد. این فرایند به آرامی صورت میگیرد. قطه در این زمان خمیده شده و از قالب خارج میشود.

 

 

 

ماشین های ریخته گری با صفحات گردان:

قطعه های ریخته گری کوجک و سبک وزن میتوانند از طریقه ی دستی ریخته شده از قالب خارج شود اما با بالاترین درجه حرارت ذوب ریزی و افزایش وزن قطعات ریختگی روش دستی دشوار میگردد. در این موقع روش عمل باید خودکار باشد. این امر اغلب با بکارگیری ماشین های ریخته گری که بر روی صفحه گردان نسب شده است صورت میپذیرد. یک نمونه ی معمول از ضفحات گردان مورد استفاده که شامل 12 ماشین ریخته گری است در شکل 7 صفحه 2 است. یک دور گردش کامل 2 الی 7 دقفیقه به طول میانجامد. مراحل مختلف این روش ریخته گری که شامل ذوب ریزی ، پوشش دادن قالب، جاگذاری ماهیچه ها ، انجماد و خارج ساختن قطعه است. در ضمن عبور ماشین ریخته گری از چندین توقف گاه انجام عملیات به طور کامل صورت میگیرد . اغلب این نوع ماشین ها بدون هیچ گونه هدایتی به طور مداوم و در حال چرخش هستند. این نوع تجهیزات زمانی که همه ی 12 ماشین( 12 قالب) مشابه هم بوده و بالاترین سرعت تولید را به مرحله ی اجرا در میآورد. اما به هر حال قالب های متفاوت را هم در هر کدام از 12 دستگاه میتوان مورد استفاده قرار دارد.-

 

 

ماشین های ریخته گری گریز مرکز( سانتریفوژ) :

با استفاده از ریخته گری سانتریفوژ میتوان اکثر فلزات و آلیاژ های صنعتی را ریخته گری کرد. این گونه دستگاه ها به دو دسته تقسیم میشوند:

1- سانتریفوژ افقی2- سانتریفوژعمودی- اغلب تصور میکنند که ریخته گری گریز از مرکز فقط قادر است اجسام توخالی تولید کند. اما با استفاده از قالب مناسب میتوان هم جسمی را با هم شکلی تولید کرد. قالب های ریخته گری گریز از مرکز از لحاظ سیستم خنک کننده دو نوع میباشند. با سیستم خنک کننده و بدون سیستم صفحهخنک کننده در این گونه دستگاه ها در اثر نیروی گریز از مرگز ناخالصی های مذاب به سمت داخل لوله میتوان حرکت کرده و لوله نیز بدون شک تولید میشود. ساختمان کریستالی نیز ظریف و یکسان بوده و در اثر آن مقاومت قطعه افزایش مییابد.اگر کوکیل با آب خنک شود قطعه ای از کربن با آهن ترکیب شده و تشکیل کاربید میدهند. که همین اثر قابل شکنندگی لوله را بالا میبرد . برای از بین بردن آن بایستی لوله را پس از ریخته گری در کوره حرارت داد. از کوکیل های سانتیفور خنک شونده برای ریخته گری واشر، سر سیلندر، لنت ترمز- چرخ دنده استفاده میشود. و در سیستم های خنک کننده در ساخت لوله های مصرفی پزشکی و قطعات موتور به کار میرود. لوله هایی که در قالب های پوشیده از ماسه ریخته گرسی گریز از مرکز میشوند عاری از کاربید و احتیاج به عملیات حرارتی ندارند. ریخته گری توسط قالب های فولادی در این روش انجام میشود. وسیله ی این قالب های فولادی میتوان کلیه آلیاژ های مقاوم در برابر سایدگی را با این روش تولید کرد. دستگا های ریخته گری عمودی در قطعات کم ارتفاع زیاد و با قطر زیاد از قبیل چرخ دنده های فلزی و چرخ دنده ها به کار میرود. هم چنین قطعات برای لوله ای شکل با قطر داخلی کم و ارتفاع زیاد مانند محور های ماشین تراش و مته، محور های صفحه توخالی وحتی جهت تولید قطعات غیر متقارن روش های عمودی مناسب تر است. ماشین که در شکل نشان داده شده است برای ریخته گری لوله چدنی به کار میرود.

 

این ماشین اسا ساً شامل ک قالب استوانه ای است که بر روی غلتک هایی نسب شده است به طوری که قالب میتواند داخل یک جداره ی خنک کننده ثابت پر آب بچرخد. جداره ی خنک کننده پر آب بر روی چرخ دنده هایی نسب گردیده است و کل سیستم مونتاژ شده در جهت محور طولی قالب بر روی یک بستر ثابت که نسبت به سطح افقی کمی زاویه دار د میتواند جابجا شود. فلز مذاب از میان یک ظرف ذوب ریز که حالت انحنا دارد به داخل قالب میریزد. این ظرف مذاب یک ناودان که خمیده گشته و به سمت دایره ی قالب متمایل شده است. فلز مذاب به وسیله ی یک ملاقه ی کوچک ریخته گری که حاوی مقدار کافی جهت تهیه یک عدد لوله است به داخل ظرف ریخته میشود در خلال ریختن مذاب ، ملاقه ی ریخته گری به وسیله یک سیستم هیدرولیکی کج میشود تا سرعت ذوب ریزی ثابتی حاصل شود. ییک صفحه ی انتهایی و یک ماهیچه ماسه ای به منظور ایجاد شکل داخلی انتهای لوله در داخل قالب و در انتهای آن قرار گرفته اند قبل از جاری شدن فلز مذاب در محلی که ریخته گری لوله آغاز میشود پوشش قا لب که به کار میرود. پوشش دادن قالب به وسیله ی یک نازل پوشش دهنده چندان صورت میگیرد که برخوردی با عملیات ریخته گری نداشته باشد ، وقتی قالب در آخرین انتهایی بسته ثابت قرار دارد برای ریخته گری آماده است. در این وقت ظرف ذوب ریزدر داخل قالب و تقریباً در تمام طول آن تا آخر امتداد یافتهاست. در خلال ذوب ریزی قالب چرخان و جداره ی خنک کننده ی پر آب اطراف آن در امتداد طولی بسته جابجا میشوند. در حالی که فلز مذاب از ظرف تخلیه شده و تحت زاویه ای بر روی سطح قالب جاری میشود، مذاب تخلیه شده بر اثر نیروی گریز از مرکز جاگیر میشود، تا انجماد پایان یابد. سپس قالب از چرخش باز ایستاده و لوله ی ریخته گری توسط قطعه کش از قا لب خارج میشود. شتابی که در ریخته گری گریز از مرکز جهت ساخت لوله حاصل میشود به قطر لوله ی ریخته گری و سرعت چرخش قالب بستگی دارد. این شتاب را با استفاده از نمودار شکل 9 صفحه 2 میتوان انداره گیری قطعات ریخته گری به این روش از جنس چدن خاکستری باید با سرعتی چرخنده شود که شتابی برابر 80 الی 160 برابر واحد شتاب ثقل ایجاد نمید. چرخش با سرعتی که شتاب کم تر از 80 برابر شتاب ثقل باشد، ذوب ریزی را پر تلاطم و چرخش سریع عمر قالب را کاهش میدهد. برای چدن خاکستری باید در محد وده ای باشد که شتاب آن 80 الی 160 برابر شتاب ثقل باشد. خطوط خط چین در نمودار فوق چگونگی استفاده و برای اندازه گیری حداقل و حداکثر یک قطعه با قطر 15 سانتیمتر نشان میدهد. دقت کنید که اگر سرعت چرخش تقریباً 15 درصد افزایش یابد شتاب 100 درصد افزایش خواهد یافت.

 

 

 

ماشین های ریخته گری تحت فشار:

ماشین های ریخته گری تحت فشار وظیفه ی نگه داشتن بستن، پر کردن و باز کردن قالب و همچنین خارج کردن قطعه کار را به عهده دارند. متناسب با اندازه ی قطعه کار تولیدی و نوع مواد مذاب ماشین های گوناگون به کار میروند. این ماشین ها بسته به جهت اعمال فشار به دو نوع افقی و عمودی بسته به جریان کاری به دو نوع نیمه خودکار و تمام خودکار و از نظر انتقال فشار به انواع هیدرولیکی، پنوماتیکی و مرکب گروه بندی میشوند. همچنین ماشین های ریخته گری تحت فشار بر حسب موتد مذاب به ماشین هایی برای مواد با نقطه ذوب پایین یا بالا تقسیم میشوند اصولاً ماشین های ریخته گری تحت فشار علاوه بر نوع مواد مذاب به دو گروه ماشین های ریخته گری تحت فشار محفظه گرم و محفطه سرد تقسیم میشوند. در تولید انبوه بیش تر سعی در استفاده از روشی است که قطعات با صرف کمترین هزینه مواد نیروی انسانی و در زمان کاری تهیه شود. شکل گیری و شکل دادن در درجه اول خود این روش ها به شمار میرود. با این روش ها میتوان قطعات پیچیده را به روش براده برداری و در یک مرحله کاری با دقت شکلی و دقت اندازه درست تولید کرد، در این روش ها به ماشین کاری بعدی نیاز چندانی نیست زمان و حداقل افت حرارت به داخل حفره قالب تزریق میشود، در حالی که پیستون در بالا قرار دارد، مواد مذاب در داخل سیلندر فشار یا سیلندر تزریق راه یافته و سپس از پایین آمدن پیستون ابتدا دریچه تغذیه بسته میشود. سپس مواد مذاب با فشار از طریق مجرای گردن غازی به داخل حفره را میابد. سپس از گذشت زمان لازم برای انجماد مواد، پیستون دوباره بالا میرود و مواد جدید برای تزریق بعدی وارد سیلندر بعدی میشود .

 

نیروی لازم که پیستون تزریق منتقل میشود. بسته به طرح دستگاه میتواند پنوماتیک یا هیدرولیک باشد. قطعات مختلف ازوزن چند گرمی تا نزدیک به 25 کیلوگرم را میتوان با این سیستم تولید کرد. با این روش تغییر اندازه ی مجرای گردن غازی قطعات با وزن متفاوت را میتوان با این سیستم تولید کرد. وزن قطعاتی که میتوان با این روش تولید کرد بستگی دارد به 1- آلیاژ مورد تزریق2- اندازه ی سطح خارجی قطعه 3- نیرویی که دو کفه قالب را بسته نگه میدارد. بسته به طرح دستگاه و متغیر های عمل تزریق با این سیستم میتوان 50 تا 500 ضرب در ساعت تزریق کرد. البته با ماشین های ویژه 2000 تا 5000 وحتی 18000 ضرب در ساعت میتوان تزریق کرد . مجرای گردن غازی از چدن خاکستری و یا چدن آلیاژی نشکن و یا فولاد ریخته گری ساخته میشود. نوع مواد بستگی به فشار دستگاه ، مواد تزریق و قیمت دستگاه ، در هر صورت مواد استفاده برای ساخت این قسمت ها میبایست در مقابل حرارت و سایش مقاوم باشد. معمولاً مجرای گردن غازی دارای نازل قابل تعویض یباشد تا در صورت فرسوده شدن تعویض گردد. زیر آب بندی نازل با قسمت تزریق قالب از اهمیت بالایی برخوردار است. برای پوسته های داخلی مجرای عبور مذاب از فولادد گرم کار و یا فولاد گرم کار نیتروژه شده و فولاد نسوز ضد زنگ استفاده میشود. نازل باید دارای مقاومت در مقابل حرارت، فشار و سایش باشد که معمولاً از چدن آلیاژی فولاد گرم کار یا فولاد نسوز ضد زنگ استفاده میشود. سنبه تزریق این سیستم دایکاست معمولاً از چدن آلیاژی ساخته میشود و میتوان بدون عملیات سخت کاری آنرا مورد استفاده قرار دارد برای اعمال فشار بیش تر ، برخی اوقات روی سنبه تزریق رینگ تعمیر میشود . برای افزایش عمر سیلندر تزریق سطح داخل آن را با پرداخت خوب میتراشد که پس از این عمل ، سنبه تزریق ( پیستون ) و سیلندر بین 002/0 تا 003/0 میلی متر به ازای هر متر قطر سیلندر تزریق میشود.