قالبهای ماسه ای در ریخته گری و مواد و ویژگی های ان
اولیه مرحله در ریخته گری تولید قالب است. برای انجام این مقصود در قالبهای ماسه ای به مدل ولوازم قالبگیری احتیاج است.
مدل : مدل به عنوان اولین جزو لازم در تولید قطعات ریخته گری بر حسب مقدار تولید ممکن است از جذب یا فلز به طرق مختلف ساخته شود. از نکات مهم در طرح مدل عبارتست از تعیین اضافات مجاز و تغییرات کلی طرح که در مرحله اول می توان اضافات مجاز انقباض، تراش و شیب و در مرحله دوم ایجاد انواع ماهیچه و تکیه گاه طرح مدل های جعبه ماهیچه و حذف بعضی از قسمتها را نام برد.
وسایل و لوازم قالبگیری – کوبیدن ماسه (دستی و ماشینی)
ماشینهای قالبگیری : ماشینهای فشاری ساده، ماشینهای ضربه ای ساده، ماشینهای ضربه سروفشاری
خشک کردن و سخت کردن قالب :
بسیاری از قالبها قبل از بارریزی خشک می شوند بدینطریق رطوبت موجود در ماسه تقلیل یافته و از طرفی استحکام قالب افزایش می یابد. در صنایع خشک کردن کامل قالب و خشک کردن سطحی متداول می باشد در خشک کردن کامل، قالب درون کوره هائی با تغییرات حرارتی 200 – 400 (برحسب نوع چسب) برای زمان معینی قرار میگیرید که میتوان چنین کوره هایی را در یک نقطه از خط تولید مستقر نمود و گردش مداوم قالب را با زمان بار ریزی بر حسب درصد رطوبت ماسه ابعاد قالب و حجم ماسه منطبق کرد.
خشک کردن های سطحی را میتوان با چراغهای شعله ای معمول (گازی یا نفتی) و یا بوسیله کوره های شعله ای انجام داد که در صورت هدف تقلیل رطوبت ماسه می باشد.
قالبهای دائمی : مشخصات عمومی و طرح قالبهای دائمی
1- جنس قالب : در انتخاب نوع آلیاژ برای ساخت قالب نکات زیر حائز اهمیت است
الف) دیرذوبی آلیاژ قالب نسبت به فلز ریختگی
ب) استحکام آلیاژ در مقابل نوسانات حرارتی
ج) استحکام آلیاژ در مقابل نوسانات مکانیکی
د) استحکام قالب در مقابل انحلال و خوردگی توسط فلز مذاب
هـ) نسبت معین بین انبساط و انقباض قالب و فلزی ریختگی
در شروع عوامل فوق نقطه ذوب قالب نسبت به نقطه ذوب آلیاژ با توجه به درجه حرارت فوق ذوب که معمولاً 10 تا 200 انتخاب می شود از مهمترین عوامل می باشد و از این رو انتخاب آلیاژ برای ریخته گری آلیاژهای دیرذوب معمولاًٌ با اشکالات انتخاب همراه میباشد.
عیوب ریخته گری
تحت شرایط عملی ریخته گری قطعات تولید شده همواره، حاوی عیوبی مانند تخلل مواد ناخواسته، غیر یکنواختی و ترک خوردگی هستند که تقسیم بندی کلی منابع عیوب ریخته گری از سه جنبه مورد نظر قرار می گیرد که عبارتند از 1- طراحی قطعه 2- روش تولید و مسائل تکنولوژی 3- نحوه استفاده از تکنولوژی و کاربرد آن . یک عیب ممکن است دقیقاً منشعب از یکی از علل موجود و شناخته شده باشد در حالیکه ممکن است نتیجه ترکیبی عوامل متعددی نیز باشد و در نتیجه اقدامات لازم برای برطرف کردن و یا جلوگیری از بروز عیب تا حدود زیادی شکل می گیرد و تعدادی از عیوب نیز هستند که دقیقاً منبع علت آنان مکشوف نگردیده است و در مورد هر قطعه خاص عیوبی خاص نیز خارج از بحث کلی عیوب موجود و مطرح است از طرف دیگر بایستی به این نکته نیز توجه داشت که هر گونه عملی برای تقلیل و یا حذف عیوب ریخته گری در تحت شرایط اقتصادی انجام می گیرد و فریضه تولید در مقابل کیفیت تولید در موازنه کامل باشد.
تقسیم عیوب در یک طرح کلی و یا مانند فوق در سه دسته عمده چندان آسان نیست زیرا ممکن است عوامل بوجود آورنده بیش از یک مورد باشند ولی تا حدودی میتوان با دسته بندی کردن عیوبات حاصله به جای بررسی مراحل مختلف تولید به موفقیت دست یافتی که در این مبحث 7 نوع اصلی عیوب معرفی می گردد.
1- خطای ابعاد و اندازه 2- خطای ترکیب و تمرکز غلظت
3- بی شکلی ناشی از ریختن 4- عیوب گازی
5- عیوب مواد جامد 6- عیوب انقباض
7- عیوب انقباض در فاز جامد
خواص عموی ماسه های قالب گیری :
ماسه، ماده ای است مرکب از دانه های مواد معدنی که اندازه آنها در حدود 2 تا 05/0 میلیمتر است، این تعریف هیچ گونه اطلاعاتی در مورد ترکیب معدنی دانه ها ارائه نمی کند، اما ماسه های ریخته گری معمولی عمدتاً از سیلیس تشکیل یافته اند، در برخی از نمونه ها، دانه های سیلیس با مقادیر کمی از فلداسپار، میکا و دیگر مواد معدنی دیگر همراه است، ماسه هایی با کیفیت ویژه بالا برای ماهیچه ها و قالب ها در دسترس قرار دارند و در جایی که خواص بی نظیر این گونه مواد مورد نیاز است، بکار می روند. ماسه های ویژه معمول عبارتند از : زیرکن یا کرومیت یا اولیدین یا استائورولیت و سیلیکات های آلومینیوم.
مواد قالب و ماهیچه برای قالب های دائمی :
معرفی
قالب های دائمی برای ریخته گری فلزات و آلیاژهای مختلف بطور گسترده بکار می روند، گذشته از فرآیند شمش ریزی که به منظور تولید شمش های فولادی در ریخته گری مداوم و تهیه شمش آلیاژهای متنوع دیگر متداول است، ریخته گری با قالب دائمی برای تولید قطعات و به عبارت بهتر برای قطعه ریزی نیز گسترش روز افزون یافته است.
قالب های دائمی به منظور تولید تعداد زیادی قطعه مکرراً و به دفعات زیاد مورد استفاده قرار می گیرند، عمر قالب های دائمی و دوام آنها طولانی است و به خصوص اگر تعداد قطعه مورد نظر باندازه کافی زیاد باشد تا صرف هزینه تهیه قالب ها جبران شود، چنین فرآیندی از نظر اقتصادی نیز بسیار با صرفه است ریخته گری در قالب دائمی یا نیمه دائمی از قدیم مرسوم بوده است و ذوب ریزی به داخل قالب تهیه شده از سنگ تراشیده شده انجام می گرفته است، در شرایط حاضر این عمل با تکنولوژی متکامل تر و به روش های مختلف انجام می گیرد، جنس قالب های دائمی عموماً فلزی است و محفظه داخلی قالب از طریق ماشین کاری آماده می گردد.
از مزایای قالب های دائمی عمر زیاد و دوام طولانی آنها، سرعت تولید بالا، صحت و دقت ابعادی خوب، بهبود خواص مکانیکی قطعات ریختگی به دلیل سرعت سرد شدن زیاد و انجماد سریع تر، صرفه جویی در مذاب مصرفی و نیز صرفه جویی در عملیات تکمیلی بنایی قطعات است. ریخته گری در قالب دائمی محدودیت هایی را نیز در بردارد، همه آلیاژها برای ریخته گری در قالب دائمی محدودیت هایی را نیز در بردارد، همه آلیاژها برای ریخته گری در قالب دائمی مناسب نیستند و این روش برای تولید قطعاتی که تعداد آنها کم باشد مقرون بصرفه نیست. وزن قطعه شکل و طرح و پیچیدگی آن اهمیت بسزایی دارد و توجه کافی به عواملی مثل درجه حرارت قالب، دمای مذاب و درجه حرارت ذوب ریزی، پوشش قالب و نحوه خارج ساختن قطعه از قالب، ضروری است.
بررسی ماسه های ریخته گری ایران:
علیرغم اهمیتی که شناخت ماسه های موجود در ایران از نظر مشخصات شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی به منظور استفاده در صنایع ریخته گری دارد، در گذشته تحقیق جامع و مستمری در این زمینه به عمل نیامده بود، تنها کوشش های ارزنده در این مورد در گذشته، مطالعات آقای ابوالقاسم دهقان در سال 1350 بوده است که بعنوان موضوع تز فوق لیسانس در بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز به انجام رسیده و در کنار آن گزارشها و مطالعات بخش ریخته گری دانشگاه مهندس متالوژی دانشگاه صنعتی شریف و دیگر موسساتی چون اداره برسی های معدن وزارت صنایع و معادن و شرکت شیشه قزوین و تحقیقات پراکنده سایر مراکز بوده است.
بررسی های اساسی در این رابطه در سالهای 1358 تا 1362 توسط جامعه ریخته گران ایران صورت گرفته است و نتایج آن اعلام گردیده است، در این گزارشات ابتدا به معرفی و شناسایی انواع ماسه های سیلیسی طبیعی و مصنوعی در واحدهای ریخته گری ایران پرداخته و سپس معایب، محاسن و موارد مصرف هریک از آنها در دو تقسیم بندی کلی ماسه های سیلسی طبیعی و ماسه سیلیسی مصنوعی تشریح شده است، اطلاعات ارائه شده در رابطه با وضعیت ماسه های ریخته گری ایران می تواند راهنمای مفیدی برای ریخته گران باشد، معهذا واحدهای ریخته گری باید در هنگام خریداری ماسه، شخصاً مشخصات ارائه شده از سوی توزیع کنندگان، ماسه ریخته گری را تجربه کنند، ترکیب شیمیایی ماسه فقط نمایانگر مفید بودن آن است در حالی که کاربرد ماسه جهت انواع قطعات ریختگی با خواص فیزیکی و مکانیکی آن تعیین می شود.
نگرشی به ماسه سیلیسی موجود در ایران:
الف) ماسه های چسب دار طبیعی :
فراوانی و ارزانی این نوع ماسه ها باعث شده تا بطور وسیعی در صنایع کوچک ریخته گری ایران مصرف شود، این نوع ماسه ها بطور طبیعی مواد چسبی دارند و فقط با اضافه کردن مقدار مناسبی آب، خواص لازم جهت قالب گیری بدست می آید، ماسه های لاکان رشت، گرم سار، اردکان یزد، حسن آباد قم، عیسی آباد محلات، دروازه قرآن یزد و رودخانه تفت یزد جزء این گروه از ماسه های ریخته گری هستند.
ب – ماسه های طبیعی بدون چسب :
این نوع ماسه ها در مقایسه با ماسه های چسب دار طبیعی یا درصد کمتری چسب دارند یا بطور کلی فاقد چسب فعال هستند. این مواد اغلب بصورت ماسه های رودخانه ای در دسترس ریخته گران قرار دارند. معمولاً درجه خلوص بالاتر و کم بودن مقدار اکسیدهای قلیائی و آهک و گردی دانه ها در این نوع ماسه ها در مقایسه با ماسه های چسب دار طبیعی، باعث بالا بودن کیفیت آنها می شود، در بکارگیری این نوع ماسه ها افزودن درصد مناسبی از چسب فعال نظیر بنتونیت و سایر مواد اضافه شونده، البته قبل از افزودن آب، الزامی است.
ج- ماسه های مصنوعی :
این نوع ماسه که توسط خرد کردن، دانه بندی و شستشوی سنگ ها و ماسه سنگ های سیلیسی تولید می شود، بهترین نوع ماسه سیلیسی جهت ریخته گری است، گرانتر بودن این نوع ماسه در مقایسه با ماسه ها طبیعی و نیز گوشه دار بودن دانه های آنها که باعث افزایش مصرف چسب و سایر مواد اضافه شونده می شود و نیز دشواری آماده سازی آن جهت قالب گیری که بکار بردن مخلوط کن را الزامی می سازد، از جمله مواردی است که استفاده از آن را در کارگاههای کوچک ریخته گری محدود می کند ولی با این وجود مصرف آن در بعضی از این واحدها آغاز شده است این نوع ماسه ها را می توان جهت قالب گیری انواع قطعات غیر آهنی، چدنی و فولادی مورد استفاده قرار داد و فقط در مواقع خاصی که به ماسه هائی با کیفیت ویژه نیاز است، استفاده از این نوع ماسه ها بویژه در فولادریزی با محدودیت هائی مواجه خواهد شد، علیرغم وجود منابع غنی این نوع ماسه در داخل کشور و مصرف آن در صنایع ریخته گری گاهی مشاهده می شود از ماسه های خارجی که کیفیتی مشابه این نوع ماسه ها دارد، استفاده می شود، در صورتیکه شرکت های توزیع کننده داخلی این نوع ماسه ها قادر به تامین مصرف داخلی باشند، بر اساس مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایش این نوع ماسه ها و ماسه های خارجی به خوبی دیده می شود که به وارد کردن ماسه سیلیسی نیازی نیست