ریخته گری فلز: فرآیند، روش ها، روش ها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

فلز اساس تمام تمدن مدرن است. در یک سال، بشریت مدرن آنقدر آهن را به تنهایی استخراج و فرآوری می کند که قبل از آن که تمام دنیا حداقل برای چند قرن آن را بچینند. و این نیاز کاملاً توجیه شده است، زیرا ساخت و ساز به تنهایی مقدار باورنکردنی فولاد را می گیرد. جای تعجب نیست که ریخته‌گری فلز در چنین شرایطی دائماً در حال بهبود است.

کمی از تاریخ

مهم ترین ویژگی آهن برای گرفتن، جامد کردن، شکل "پیشنهاد" به آن، یک فرد در زمان های قدیم متوجه شد. امروزه تقریباً همه دانشمندان تصور می کنند که آشنایی اولیه انسان با فلز به لطف شهاب سنگ ها صورت گرفته است. آهن شهاب سنگی گداخت پذیر و آسان برای پردازش بود، بنابراین اصول اولیه ریخته گری توسط برخی از تمدن های نوپا مدت ها پیش مورد مطالعه قرار گرفت.

در کشور ما قرن هاست که ریخته گری فلز کاری محترم و محترم بوده است، مردم همیشه با این هنر با احترام برخورد می کردند. "توپ تزار" و "زنگ تزار" به طور گسترده ای شناخته شده اند که شاهکارهای مهارت بازیگری استادان روسی هستند، حتی اگر یکی از آنها هرگز زنگ نخورد و دومی شلیک نکرد. کاستورهای اورال در دوران سلطنت پتر کبیربه عنوان تامین کننده سلاح های قابل اعتماد برای ارتش شهرت خاصی به دست آورد. با این حال، آنها به درستی این عنوان را حتی در حال حاضر یدک می کشند. قبل از اینکه به انواع اصلی ریخته گری فلزات بپردازیم، لازم است چند کلمه در مورد ویژگی های مورد نیاز مواد اولیه بیان کنیم.

فلز برای ریخته‌گری چه چیزی باید باشد

مهمترین خاصیت فلزی که برای ریخته گری استفاده می شود سیال بودن آن است. آلیاژ به شکل مذاب باید به راحتی از یک بوته به بوته دیگر جریان یابد و در عین حال کوچکترین فرورفتگی های آن را پر کند. هر چه سیالیت بیشتر باشد، دیواره ها را می توان در محصول نهایی نازک تر ساخت. با فلزی که ضعیف پخش می شود، بسیار دشوارتر است. در شرایط عادی، او خیلی زودتر از پر کردن تمام شکاف های فرم موفق به گرفتن می شود. این مشکلی است که صنعتگران هنگام ریخته‌گری آلیاژهای فلزی با آن مواجه هستند.

جای تعجب نیست که چدن به مواد مورد علاقه ریخته گری تبدیل شده است. این به این دلیل است که این آلیاژ سیالیت عالی دارد و کار با آن را نسبتاً آسان می کند. فولاد خیلی سیال نیست و بنابراین برای پر کردن کامل قالب (به طوری که حفره و فضای خالی وجود نداشته باشد) باید به انواع ترفندها متوسل شد.

در ساده ترین حالت، زمانی که نیاز به ریخته گری فلزات خانگی است، مواد اولیه ذوب می شوند و در قسمت های کوچک در آب ریخته می شوند: به طور خاص، به این ترتیب می توانید سینک برای ماهیگیری درست کنید. اما این روش حتی در صنعت اسلحه نیز کاربرد نسبتاً گسترده ای دارد! از بالای یک برج خاص، شبیه یک برج خنک کننده در طرح کلی، مذابفلز. ارتفاع سازه به حدی است که یک قطره کاملاً شکل گرفته که قبلاً خنک شده است به زمین می رسد. شات در مقیاس صنعتی اینگونه تولید می شود.

روش ریخته گری زمین

ساده ترین و قدیمی ترین روش ریختن فلز در زمین است. اما "سادگی" آن یک مفهوم نسبتاً مشروط است، زیرا این کار نیاز به آماده سازی بسیار پر زحمت دارد. یعنی چی؟

ابتدا، یک مدل با اندازه کامل و دقیق ترین مدل ریخته گری آینده در فروشگاه مدل ساخته می شود. علاوه بر این، اندازه آن باید تا حدودی بزرگتر از محصولی باشد که باید به دست آید، زیرا فلز با سرد شدن ته نشین می شود. به عنوان یک قاعده، این مدل از دو نیمه قابل جدا شدن است.

پس از انجام این کار، ماسه قالب گیری مخصوص آماده می شود. اگر محصول آینده باید دارای حفره ها و حفره های داخلی باشد، میله ها و همچنین یک ترکیب قالب گیری اضافی نیز لازم است. آنها باید به طور موقت آن مناطقی را که در قسمت تمام شده "خالی" هستند پر کنند. اگر به ریخته‌گری فلزات در خانه علاقه دارید، حتما این واقعیت را در نظر داشته باشید، زیرا در غیر این صورت یک فلاسک از قبل پر شده می‌تواند به سادگی با فشار پاره شود و عواقب آن می‌تواند غم‌انگیزترین باشد.

ماسه های قالب گیری از چه چیزی ساخته شده اند؟

اساس درجه های مختلف ماسه و خاک رس و همچنین کلاسورها است. نقش آنها را می توان با روغن های طبیعی و مصنوعی، روغن خشک کن، رزین، کلوفون و حتی قطران ایفا کرد.

بعد از آن زمان قالب گیرها فرا می رسد که وظیفه آنها ساخت قالب است. اگه توضیح بدیساده تر، اینطوری انجام می شود: یک جعبه چوبی گرفته می شود، نیمی از قالب در آن قرار می گیرد (همچنین قابل جدا شدن است) و شکاف های بین دیواره های مدل و قالب با یک ترکیب قالب گیری مسدود می شود.

همین کار را با نیمه دوم انجام می دهیم و هر دو قسمت را با سنجاق محکم می کنیم. توجه به این نکته ضروری است که دو مخروط مخصوص در قسمتی از فرم که هنگام ریختن در قسمت بالایی قرار می گیرد وارد می شود. یکی از آنها برای ریختن فلز مذاب و دومی برای خروج گازهای در حال انبساط استفاده می شود.

پایان مرحله مقدماتی

و اکنون زمان شاید مهم‌ترین بخش عملیات فرا رسیده است. فلاسک ها با دقت زیادی از هم جدا می شوند و سعی می شود از نقض یکپارچگی شن و ماسه جلوگیری شود. پس از آن، دو اثر واضح و دقیق از قسمت آینده در زمین باقی می ماند. پس از آن، آنها را با رنگ مخصوص پوشانده اند. این کار به گونه ای انجام می شود که فلز مذاب در تماس مستقیم با زمین ماسه قرار نگیرد. فن آوری ریخته گری فلز نباید این اجازه را بدهد، در غیر این صورت کیفیت محصول نهایی ممکن است به طور قابل توجهی بدتر شود.

در صورت لزوم، همزمان یک راه ورودی اضافی نیز بریده می شود که برای ریختن مذاب لازم است. فلاسک ها دوباره تا می شوند و تا حد امکان محکم وصل می شوند. هنگامی که ماسه کمی خشک شد، می توانید ریخته گری را شروع کنید.

شروع بازیگران

ابتدا در گنبدها، یعنی کوره های مخصوص، قطعات چدنی ذوب می شوند. در صورت نیاز به ریخته‌گری فولاد، مواد اولیه در کوره‌های بلند، کوره‌های باز، اینورتر و سایر کوره‌ها ذوب می‌شوند. داخل آوردنحالت ذوب فلزات غیر آهنی، از دستگاه های ذوب تخصصی استفاده کنید.

همه چیز، می توانید بازیگران را شروع کنید. اگر فقط یک فرم وجود داشته باشد، مذاب به صورت جداگانه با ملاقه در آن ریخته می شود. در موارد دیگر، به عنوان یک قاعده، یک نوار نقاله سازماندهی شده است: یا یک تسمه با قطعات خالی زیر ملاقه می رود، یا ملاقه روی ردیف فلاسک ها حرکت می کند. همه چیز فقط به سازمان تولید بستگی دارد. وقتی زمان فرا رسید و فلز سرد شد، از قالب خارج می شود. در اصل، این روش در مواردی که ریخته گری فلز در خانه مورد نیاز است (مثلاً برای یک آهنگر) ایده آل است. در چنین شرایطی هیچ چیز عالی تر به هر حال به دست نمی آید.

دستگاه های سندبلاست یا سنگ زنی رسوب و ماسه قالب گیری چسبنده را از محصول نهایی حذف می کنند. به هر حال، این روش به طور فعال در تولید تانک در طول جنگ بزرگ میهنی مورد استفاده قرار گرفت. برج‌های ریخته‌گری به این ترتیب تولید می‌شدند و سادگی و ساخت‌پذیری این فرآیند باعث شد تا تعداد زیادی خودروی نظامی تولید شود که جبهه بسیار به آن نیاز داشت. چه نوع دیگری از ریخته گری فلز وجود دارد؟

دایکستینگ

اما اکنون از روش های بسیار پیشرفته تر و از نظر فناوری پیشرفته برای تولید محصولات ریخته گری استفاده می کنند. به عنوان مثال، ریخته گری فلز در قالب سرد. در اصل، این روش از بسیاری جهات شبیه روشی است که در بالا توضیح داده شد، زیرا در این مورد از قالب های ریخته گری نیز استفاده می شود. فقط در عین حال آنها فلزی هستند که فرآیند تولید در مقیاس بزرگ را بسیار ساده می کند.

بنابراین، مخروط ها و میله ها به دو نیمه (برای ریختن فلز و ایجاد حفره) وارد می شوند.سپس آنها را محکم به یکدیگر ببندید. همه چیز، شما می توانید به کار بروید. ویژگی این روش این است که در اینجا فلز مذاب بسیار سریع جامد می شود، امکان سرد شدن اجباری قالب ها وجود دارد و بنابراین فرآیند رهاسازی بسیار سریعتر است. تنها با یک قالب، می‌توانید صدها، اگر نه هزاران قطعه ریخته‌گری دریافت کنید، در حالی که زمان زیادی را صرف آماده‌سازی فردی قالب‌ها و ماسه نمی‌کنید.

برخی از معایب روش

عیب این روش ریخته گری این است که فقط آن دسته از فلزاتی که با سیالیت بیشتر در شکل مذاب مشخص می شوند برای آن مناسب هستند. به عنوان مثال، فقط ریخته گری تحت فشار برای فولاد مناسب است (در مورد آن در زیر)، زیرا این ماده به هیچ وجه سیالیت خوبی ندارد. تحت تأثیر هوای فشرده، حتی "نشکن"ترین گریدهای فولادی شکل مورد نیاز را بسیار بهتر به خود می گیرند. نکته بد این است که یک قالب سرد معمولی به سادگی نمی تواند چنین شرایط شدید تولید را تحمل کند و از بین می رود. بنابراین باید از روش تولید خاصی استفاده کنید که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

قالب گیری تزریقی

ریخته گری - تحت فشار - فلزات چگونه انجام می شود؟ ما قبلاً برخی از جنبه‌ها را در بالا در نظر گرفته‌ایم، اما هنوز لازم است این موضوع با جزئیات بیشتر افشا شود. همه چیز کاملا ساده است. در مرحله اول، یک قالب ریخته گری ساخته شده از فولاد با کیفیت مورد نیاز است که می تواند یک شکل داخلی چند مرحله ای و پیچیده باشد. ثانیاً، ما به تجهیزات پمپاژی نیاز داریم که بتواند از هفتصد تا هفتصد مگاپیکسل تحویل دهد.

مزیت اصلیاین روش ذوب بهره وری بالایی دارد. چه چیز دیگری قالب گیری تزریقی را فراهم می کند؟ در این حالت از فلز بسیار کمتری استفاده می شود و کیفیت سطح محصول نهایی بسیار خوب است. شرایط اخیر به معنای رد یک روش تمیز کردن و سنگ زنی پیچیده و نسبتاً خسته کننده است. بهترین مواد برای این روش تولید برای تولید محصولات و قطعات نهایی چه موادی هستند؟

رایج ترین آلیاژهای مورد استفاده بر پایه آلومینیوم، روی، مس و سرب قلع (ریخته گری فلزات غیر آهنی) هستند. دمای ذوب آنها نسبتاً پایین است و بنابراین قابلیت ساخت بسیار بالایی از کل فرآیند حاصل می شود. علاوه بر این، این ماده اولیه پس از سرد شدن دارای رسوب نسبتا کمی است. یعنی امکان تولید قطعات با تلرانس های بسیار کم وجود دارد که در تولید تکنولوژی روز اهمیت فوق العاده ای دارد.

پیچیدگی این روش این است که وقتی محصولات نهایی از قالب جدا می شوند، ممکن است آسیب ببینند. علاوه بر این، این روش تنها برای ساخت قطعاتی با ضخامت دیواره نسبتا کم مناسب است. واقعیت این است که یک لایه ضخیم از فلز به شدت نابرابر سخت می شود، که تشکیل پوسته ها و حفره ها را از پیش تعیین می کند.

انواع تاسیسات برای ریخته گری تحت فشار

همه ماشین‌هایی که در این روش ریخته‌گری محصولات فلزی استفاده می‌شوند به دو گروه بزرگ با محفظه ریخته‌گری سرد و گرم تقسیم می‌شوند. نوع "گرم" اغلب فقط برای آلیاژهای مبتنی بر روی قابل استفاده است. در این حالت خود محفظه ریخته گری در فلز داغ غوطه ور می شود. تحت فشارهوا یا یک پیستون خاص، به داخل حفره ریخته گری جریان می یابد.

به عنوان یک قاعده، نیروی تزریق قوی لازم نیست، فشار تا 35-70 مگاپاسکال کافی است. بنابراین، در این مورد، قالب‌های ریخته‌گری فلز می‌توانند بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر باشند که بیشترین تأثیر را بر قیمت نهایی محصول دارد. در قالب های ریخته گری سرد، فلز مذاب باید تحت فشار بالا به اعماق محفظه ریخته گری رانده شود. در همان زمان، می تواند به 700 مگاپاسکال برسد.

قطعات قالب‌گیری تزریقی کجا استفاده می‌شوند؟

آنها همه جا هستند. در گوشی‌ها، رایانه‌ها، دوربین‌ها و ماشین‌های لباسشویی، همه جا جزئیاتی با استفاده از این روش خاص به دست می‌آید. این به ویژه توسط مهندسی مکانیک، از جمله مواردی که مستقیماً با صنایع هوانوردی و حتی فضایی مرتبط هستند، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. جرم قطعات ریخته گری می تواند از چند گرم تا 50 کیلوگرم (و حتی بیشتر) متفاوت باشد. آیا می توان از سایر "فرآوری" فلزات توسط ریخته گری استفاده کرد؟ بله، و راه های بسیار بیشتری وجود دارد.

ریخته گری موم گمشده

همانطور که در اولین موردی که در نظر گرفتیم، از زمان های قدیم بشر روش ریختن فلز مذاب را در یک مدل از پیش آماده ساخته شده از پارافین یا موم می دانست. به سادگی در فلاسک قرار می گیرد و شکاف ها با ماسه قالب گیری پر می شوند. مذاب موم را حل می کند و به طور ایده آل کل حجم قطعه کار اولیه را پر می کند. این روش خوب است زیرا نیازی به خارج کردن مدل از فلاسک نیست. علاوه بر این، این امکان وجود دارد که قطعاتی با کیفیت بسیار عالی، این فرآیند ریخته گری به دست آوریداتوماسیون فلزات نسبتاً آسان است.

بازیگران پوسته

اگر ریخته‌گری نسبتاً ساده باشد و استحکام فضایی محصول نهایی مورد نیاز نباشد، می‌توان از روش ریخته‌گری در قالب‌های پوسته استفاده کرد. آنها از زمان های بسیار قدیم ساخته شده اند و از ماسه و رزین کوارتز ریز به عنوان پایه استفاده می شود. البته امروزه از ترکیبات مصنوعی مختلفی به عنوان دومی استفاده می شود.

سپس، مدل‌های فلزی جمع‌شونده گرفته می‌شوند که از دو نیمه تشکیل شده‌اند و روی سطحی قرار می‌گیرند که تا دمای تقریباً ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم شده است. سپس مخلوط قالب گیری (از ماسه و رزین خشک) در همان محل ریخته می شود تا سطح مدل های فلزی را کاملاً بپوشاند. تحت تأثیر گرما، رزین ذوب می شود و یک "فلاسک" نسبتاً قوی در ضخامت ماسه ظاهر می شود.

به محض اینکه همه چیز کمی خنک شد، می توان شمش های فلزی را جدا کرد و ماسه را برای "برشته کردن" به فر فرستاد. پس از آن، فرم های به اندازه کافی قوی به دست می آید: با اتصال دو نیمه آنها، می توان فلز مذاب را در آنها ریخت. چه روش های دیگری برای ریخته گری فلز وجود دارد؟

ریخته گری گریز از مرکز

در این حالت مذاب به شکل مخصوصی ریخته می شود که با سرعت بسیار بالایی به صورت افقی یا عمودی می چرخد. در نتیجه عمل نیروهای گریز از مرکز قدرتمند به همان اندازه اعمال شده، فلز به طور یکنواخت در تمام شکاف های قالب جریان می یابد و در نتیجه کیفیت بالایی از محصول نهایی به دست می آید. این روش ریخته گری برای تولید انواع لوله ها ایده آل است. این اجازه می دهد تا یک ضخامت بسیار یکنواخت تر تشکیل شوددیوارها، که دستیابی به آن با استفاده از روش های "استاتیک" بسیار دشوار است.

ریخته گری الکترو سرباره

آیا روش هایی برای ریخته گری فلزات وجود دارد که به درستی بتوان آن را مدرن نامید؟ ریخته گری الکترو سرباره. در این حالت ابتدا فلز مایع با عمل بر روی ماده اولیه آماده شده قبلی با تخلیه های قوس الکتریکی قوی بدست می آید. زمانی که آهن از گرمای انباشته شده توسط سرباره ذوب می شود، می توان از روش بدون قوس نیز استفاده کرد. اما آخرین مورد تحت تأثیر ترشحات قوی است.

بعد از آن، فلز مایع که در تمام طول فرآیند هرگز با هوا تماس نداشته است، وارد محفظه تبلور می شود که "در ترکیب" نیز یک قالب ریخته گری است. این روش برای ریخته گری های نسبتاً ساده و حجیم استفاده می شود که برای ساخت آنها نیازی به رعایت بسیاری از شرایط نیست.

پر کردن با خلاء

فقط برای مواد "بالا" مانند طلا، تیتانیوم، فولاد ضد زنگ کاربرد دارد. در این حالت، فلز در شرایط خلاء ذوب می شود و سپس به سرعت (در همان شرایط) در قالب ها توزیع می شود. این روش از این جهت خوب است که هنگام استفاده از آن، تشکیل حفره ها و حفره های هوا در محصول عملاً حذف می شود، زیرا مقدار گازهای موجود در آن حداقل است. مهم است که به یاد داشته باشید که وزن قطعات ریخته گری در این مورد نمی تواند از صد یا دو کیلوگرم بیشتر شود.

آیا امکان تهیه قطعات بزرگتر وجود دارد؟

بله، چنین فناوری وجود دارد. اما فقط در مواردی قابل استفاده است که صد تن فولاد به طور همزمان فرآوری شود.و بیشتر. ابتدا فلز را در شرایط خلاء ذوب می کنند و سپس آن را نه در قالب، بلکه در ملاقه های قالب گیری مخصوص می ریزند که از ورود هوا به داخل حفره آنها نیز محافظت می شود.

پس از آن، مذاب تمام شده را می توان در قالب هایی توزیع کرد، که هوا نیز قبلاً با یک پمپ از آن خارج می شد. فولاد به دست آمده در نتیجه چنین فرآیند تکنولوژیکی بسیار گران است. برای آهنگری، و همچنین برخی از انواع ریخته‌گری مشابه، زمانی که نیاز به دستیابی به قطعات و قطعات با بالاترین کیفیت باشد، استفاده می‌شود.

ریخته گری روی الگوهای گازدار (سوخته)

از نظر کیفیت ریخته گری و سادگی، این روش یکی از سودآورترین روش ها است و به همین دلیل در صنعت مدرن روز به روز بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. چنین ریخته گری فلزی که تولید آن سال به سال در حال افزایش است، به ویژه در چین و ایالات متحده آمریکا محبوبیت دارد، زیرا پایه های صنعتی این دو کشور با بیشترین نیاز به فولاد با کیفیت بالا متمایز می شوند. مزیت این روش این است که امکان تولید قالب های ریخته گری را بدون محدودیت وزن و اندازه فراهم می کند.

از بسیاری جهات، این روش شبیه به روش هایی است که در بالا توضیح داده شد: به عنوان مثال، در این مورد، مدل اولیه نه از موم یا پلاستیک، بلکه از فوم در حال حاضر گسترده استفاده می شود. از آنجایی که این ماده مشخصات خاص خود را دارد، مخلوط ماسه بایندر تحت فشار حدود 50 کیلو پاسکال در فلاسک بسته بندی می شود. اغلب این روش در مواردی انجام می شود که نیاز به ساخت قطعات با وزن 100 گرم تا دو تن باشد.

با این حال، قبلاً گفته ایم که برخی محدودیت های سختگیرانه درجزئیات اندازه شماره بنابراین، با استفاده از این روش ریخته‌گری، حتی می‌توان قطعاتی را برای موتورهای کشتی تولید کرد که هرگز در اندازه‌های «متوسط» نبوده‌اند. برای هر تن مواد خام فلزی، مقدار مواد اضافی زیر مصرف می شود:

• کوارتز شنی ریز - 50 کیلوگرم.
• روکش نچسب ویژه - 25 کیلوگرم.
• فوم پلی استایرن گرانول - 6 کیلوگرم.
• فیلم پلی اتیلن متراکم - 10 متر مربع. m.

تمام ماسه های قالب گیری ماسه کوارتز خالص بدون هیچ گونه افزودنی و افزودنی اضافی هستند. این می تواند حدود 95-97٪ قابل استفاده مجدد باشد، که به شدت اقتصاد را بهبود می بخشد و هزینه فرآیند را کاهش می دهد.

بنابراین، ریخته‌گری فلز (فیزیک فرآیند تا حدی توسط ما مورد توجه قرار گرفت) یک پدیده "چند وجهی" است، زیرا امروزه روش‌های جدید زیادی وجود دارد. در عین حال، صنعت مدرن روش هایی را به کار می گیرد که چندین هزار سال پیش مورد استفاده قرار گرفته اند و تا حدودی آنها را با واقعیت های فعلی تطبیق می دهند.