ریخته گری موم گمشده: فناوری، مزایا و معایب

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

استفاده از مدل های سرمایه گذاری یک روش نسبتاً محبوب برای تولید ریخته گری است. این روش با پیچیدگی فرآیند فن آوری و هزینه های بالای نیروی کار برای فرآیندهای آماده سازی متمایز می شود. بنابراین در جاهایی استفاده می شود که رعایت دقیق ابعاد و اطمینان از کیفیت بالای سطح قطعات ضروری باشد. تیغه های توربین و ابزارهای با کارایی بالا، پروتزهای مصنوعی و جواهرات و همچنین مجسمه هایی با پیکربندی پیچیده ریخته گری می شوند. ماهیت ریخته گری موم گمشده این است که قالب برای ریخته گری یک تکه است، مدل مواد کم ذوب در حین قالب گیری حذف نمی شود، بلکه ذوب می شود. این امر رعایت دقیق ابعاد و تسکین را تضمین می کند. فلز در حفره باقی مانده از مدل ریخته می شود. پس از اتمام خنک سازی، قالب از بین می رود و محصول خارج می شود. هنگام ریخته گری سریال های بزرگ، هزینه محصول کاهش می یابد.

مزایای روش

مزیت اصلی ریخته گری سرمایه گذاری دقت انتقال قالب و زبری کم سطح است. علاوه بر این، مزایای دیگری نیز در دسترس است:

• تولید قطعات آلیاژی با ماشینکاری سبک موجود است.
• نیاز به ماشینکاری بیشتر را کاهش می دهد.
• محصولاتی ریخته گری می شوند که در غیر این صورت باید به صورت قطعات ساخته شده و با هم مونتاژ شوند.
• با سری های بزرگ، کاهش شدت کار خاص (به ازای هر محصول) و هزینه آن حاصل می شود.
• امکان مکانیزاسیون و اتوماسیون جزئی عملیات آماده سازی خود ریخته گری.

این مزایا این روش را به یکی از محبوب‌ترین و مورد استفاده‌ترین روش‌ها در متالورژی امروزی، به ویژه در ترکیب با روش‌های ریخته‌گری پیشرفته مدرن تبدیل می‌کند.

معایب ریخته گری سرمایه گذاری

به نظر می رسد مزایای بدون شک روش باید برتری آن را در بین روش های دیگر تضمین می کرد. با این حال، با وجود محبوبیت روش ریخته گری سرمایه گذاری، معایب مانع از پذیرش گسترده آن شده است. نقطه ضعف اصلی پیچیدگی فرآیند چند مرحله ای است. برای مراحل آماده سازی به تجهیزات تکنولوژیکی بسیار پیچیده و گران قیمت نیاز دارد. برای محصولات ساده تولید شده در دسته های کوچک، این روش هزینه بالاتری دارد.

برای کاربرد مقرون به صرفه ریخته گری سرمایه گذاری، مزایا و معایب روش مقایسه می شوند، تصمیم گیری در موردانتخاب آن بر اساس ارزیابی نسبت قیمت / کیفیت انجام می شود. بنابراین، عمدتاً برای بحرانی‌ترین و گران‌ترین محصولاتی که از هر راه دیگری به سختی به دست می‌آیند، مانند پره‌های توربین، مجسمه‌ها، ابزارهای پرسرعت و غیره استفاده می‌شود. که اثر مقیاس دستیابی به کاهش قابل توجه هزینه را ممکن می سازد.

فناوری

فناوری ریخته گری سرمایه گذاری یک فرآیند تولید چند مرحله ای است که نسبتاً کار فشرده است. در مرحله اول یک مدل اصلی ساخته می شود که پس از گذراندن تمام مراحل محصول نهایی به استاندارد ساخت مدل های کار تبدیل می شود. برای تولید یک مدل اصلی، از ترکیبات مدل خاص و سنتی - گچ یا چوب - استفاده می شود. مواد مدل اصلی باید استحکام و سهولت پردازش را ترکیب کند.

بعلاوه، فناوری ریخته گری سرمایه گذاری، ایجاد قالبی را فراهم می کند که تمام مدل های کار در آن ریخته می شوند. قالب ها از گچ، لاستیک، سیلیکون، کمتر از فلز ساخته شده اند. از نظر ساختاری، لزوماً باید قابل جدا شدن باشد و برای استفاده مکرر طراحی شده باشد. قالب با ترکیب مدل پر می شود، پس از سفت شدن، از هم جدا می شود و مدل کار بعدی خارج می شود.

هنگام تولید قطعات منحصر به فرد یا اجراهای کوچک، مراحل ایجاد یک چیدمان اصلی و یک قالب حذف می شود و یک طرح (یا چندین) با قالب گیری دستی مواد ساخته می شود.

مرحله بعدی در فرآیند ریخته گری سرمایه گذاری استتولید در اطراف طرح (یا بلوک از طرح بندی) قالب ریخته گری. این ماتریس ها از نظر ساختاری از قبل غیرقابل جدا شدن و یکبار مصرف هستند که رعایت دقیق ابعاد و زبری محصول را ممکن می سازد. در صنعت مدرن از دو نوع قالب استفاده می‌شود - قالب‌های شنی سنتی برای ریخته‌گری در زمین و قالب‌های صدفی - برای تولید قطعات دقیق و گران قیمت.

بعد از تکمیل قالب، مدل را با حرارت دادن یا دمیدن با بخار فوق گرم از آن ذوب می کنند. فرم های پوسته علاوه بر این با حرارت دادن تا 1000 درجه سانتیگراد تقویت می شوند.

مرحله پایانی فرآیند شامل ریخته گری واقعی محصول، خنک شدن آن در شرایط طبیعی یا با روشی خاص در ترموستات، تخریب قالب و تمیز کردن محصول است. این روش به شما امکان می دهد تا قطعات ریخته گری با کیفیت بالا را با وزن از چند گرم تا ده ها کیلوگرم بدست آورید.

ترکیب مدل

مواد تولید چیدمان باید دارای خواص خاصی باشد. باید ویژگی هایی مانند: داشته باشد

• پلاستیسیته در فاز جامد. لازم است شکل محصول آینده را با دقت تکرار کنید و در صورت لزوم آن را اصلاح کنید.
• قدرت. مدل باید بدون تغییر شکل در برابر فرآیند تشکیل یک شکل در اطراف خود مقاومت کند.
• Fusible. رندر کردن یک مدل نباید به زمان و انرژی زیادی نیاز داشته باشد.
• سیالیت مذاب. ترکیب باید به راحتی در تمام فرورفتگی ها و جزئیات نقش برجسته نفوذ کند و دقیقاً خطوط کلی جزئیات آینده را تکرار کند.
• اقتصاد. به ویژه برای تولید سری های بزرگ مهم است.

برای ترکیبات مدل، معمولاً از مخلوط استئارین و پارافین استفاده می شود. این مواد با موفقیت پارامترهای یکدیگر را تکمیل می‌کنند و نقطه ذوب ناکافی پارافین و ویسکوزیته بیش از حد استئارین را جبران می‌کنند.

ترکیبات مبتنی بر موم لیگنیت در صنعت کمتر محبوب نیستند. خواص اصلی آن مقاومت در برابر رطوبت، استحکام و توانایی ایجاد پوشش های بسیار صاف است که به ویژه برای مدل سازی محصول بسیار ارزشمند است.

ترکیبات متشکل از مخلوطی از موم زغال سنگ قهوه ای، پارافین و استئارین نیز استفاده می شود.

قالب سازی

برای تولید محصولات منحصر به فرد، با برش دادن یک قطعه از مواد مدل به صورت دستی یا طبق الگوها، طرحی تهیه می شود. مدل هایی به شکل بدنه های انقلاب نیز بر روی ماشین تراش ساخته می شوند. اخیرا روش پرینت سه بعدی مدل ها بیشتر و بیشتر شده است. هم برای چیدمان های تکی و هم برای سری های کوچک مناسب است.

هزینه یک چاپگر سه بعدی صنعتی مدرن هنوز بالاست، اما به دلیل سهولت پیکربندی مجدد از یک محصول به محصول دیگر، می تواند در صورت تعداد زیادی سفارشات سری کوچک ناهمگن، به ابزاری موثر در ساخت مدل تبدیل شود.

برای ایجاد تعداد زیادی طرح بندی یکسان، یک ماتریس از گچ، لاستیک، سیلیکون یا فلز ساخته می شود. طرح بندی های کاری به نوبه خود با ریخته گری در یک ماتریس تولید می شوند. با طراحی، قالب باید قابل جمع شدن باشد تا از امکان ساخت تعداد معینی از مدل اطمینان حاصل شود.ماده انتخاب شده نیز باید چنین فرصتی را فراهم کند، بنابراین الزاماتی مانند استحکام، چگالی، زبری کم و بی اثری شیمیایی در رابطه با چیدمان بر آن تحمیل می شود. ماده قالب همچنین باید حداقل چسبندگی به ماکت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که ماکت های تمام شده را می توان به راحتی جدا کرد و ابعاد را به آن چسباند. یکی از ویژگی های مهم قالب، استحکام و مقاومت در برابر سایش آن است، به خصوص برای سری های بزرگ.

ساخت مدل و بلوک

یک روش پرکاربرد برای ساخت مدل‌های سرمایه‌گذاری، ریخته‌گری آنها تحت فشار کم در قالب است. تزریق مخلوط مایع به دو صورت دستی و با استفاده از سرنگ های پیستونی و سوپرشارژرهای مکانیکی، هیدرولیک یا پنوماتیک انجام می شود. در مورد استفاده از موم زغال سنگ قهوه ای، به دلیل ویسکوزیته بالا، لازم است خطوط لوله برای تامین ترکیب حرارت داده شود. مدل‌های پلی استایرن منبسط شده با اکستروژن روی ماشین‌های قالب‌گیری خودکار ساخته می‌شوند.

برای افزایش کارایی اقتصادی و کاهش شدت کار در مورد تولید سریال های ریخته گری کوچک، طرح بندی آنها در بلوک ها ترکیب می شود. سیستم های دریچه ای در بالای بلوک ها با چسباندن طرح های جداگانه به اسپروها با استفاده از آهن لحیم کاری دستی شکل می گیرند. در مورد ریخته گری های تکی یا سری های کوچک، مدل ها با دست ساخته می شوند.

هنگام تشکیل سیستم های دروازه ای، لازم است از جریان غیر متلاطم مذاب، پر شدن یکنواخت همه عناصر ماتریس اطمینان حاصل شود. هنگام پر کردن فرم از PGS، باید پر شدن یکنواخت همه را نیز کنترل کنیدمنافذ بین اسپروها و جلوگیری از آسیب.

ساخت قالب

در روش ریخته گری سرمایه گذاری مورد بررسی، دو نوع قالب اصلی وجود دارد:

• مخلوط‌های خاک رس (SGM).
• Shell.

قالب های ریخته گری موم فلوئد عمدتاً در تولید سری های کوچک محصولاتی که به دقت بسیار بالایی نیاز ندارند استفاده می شود. فرآیند ساخت آنها کاملاً کار فشرده است و نیاز به مهارت های بالا و اغلب منحصر به فرد مدل سازان و قالب سازان دارد. مکانیزاسیون جزئی فقط به عملیات خاصی مانند آماده سازی و پر کردن ماسه قالب گیری و کوبیدن آن کمک می کند.

از طرف دیگر، قالب های پوسته برای تولید قطعاتی که نیاز به دقت ساخت خاصی دارند، استفاده می شود. فرآیند ساخت آنها پیچیده تر و طولانی تر است، اما خود را بهتر به مکانیزه می دهد.

بازیگران زمینی

این اولین روش پردازش فلز است که توسط بشر تسلط یافته است. اجداد ما همزمان با شروع استفاده از محصولات فلزی به عنوان سلاح، ابزار یا ظروف، یعنی حدود 5 هزار سال پیش، تسلط یافتند. فلز مذاب از مخلوطی از ماسه و خاک رس در یک ماتریس آماده شده ریخته می شود. اولین مکان‌ها برای فرآوری فلزات به‌تازگی در آن‌جا پدید آمدند که رسوبات فلزات به شکل تکه‌ها و مکان‌ها در نزدیکی آن قرار داشتند. نمونه بارز آن کارخانه کاسلی در اورال است که به دلیل ریخته گری توری آهنی خود در جهان مشهور است.

روش ریخته گری سرمایه گذاری برای ساخت محصولات فلزی - هم آهنی و هم آهنی استفاده می شود.رنگی و فقط برای فلزاتی که در فاز مایع تمایل بیشتری به واکنش نشان می‌دهند (مانند تیتانیوم)، لازم است ماتریس‌هایی از ترکیبات دیگر ساخته شوند.

فرایند تولید ریخته گری در PGS از مراحل زیر تشکیل شده است:

• مدل سازی؛
• آماده کردن فلاسک؛
• پر کردن و فشرده سازی مخلوط در فلاسک؛
• ریخته گری فلز;
• حذف و تمیز کردن قالب.

فرم از ASG - یکبار مصرف. برای به دست آوردن محصول نهایی، باید شکسته شود. در عین حال، بیشتر مخلوط برای استفاده مجدد در دسترس است.

ترکیبات ماسه های عمدتا کوارتز با اندازه های مختلف دانه و خاک رس های پلاستیکی، که محتوای آنها بین 3 تا 45 درصد است، به عنوان مواد برای ASG استفاده می شود. بنابراین، برای مثال، ریخته‌گری‌های هنری با استفاده از مخلوطی با محتوای خاک رس 10-20٪ تولید می‌شوند، برای ریخته‌گری‌های بزرگ، محتوای خاک رس به 25٪ تنظیم می‌شود.

دو نوع فرعی استفاده می شود:

• مخلوط های صورت. آنها در سطح داخلی قالب قرار دارند و با فلز مذاب تعامل دارند. آنها باید در برابر حرارت مقاوم باشند و در اثر اختلاف دما و تنش های ناشی از آن از بین نروند. این مخلوط ها دارای دانه های ریز برای انتقال دقیق جزئیات سطح هستند. توانایی مخلوط برای عبور گاز نیز بسیار قابل توجه است.
• مخلوط های پرکننده. از آنها برای پرکردن پشتی بین لایه روبرو و دیواره فلاسک استفاده می شود. آنها باید وزن فلز ریخته شده را تحمل کنند، شکل محصول را حفظ کنند و به حذف به موقع و کامل گازها کمک کنند. تولید شده از گریدهای ارزانتر شن و ماسه،قابل استفاده مجدد.

اگر گازهای ریخته گری از توده های ماسه قالب گیری خارج نشوند، بلکه از طریق سیستم دروازه ای خارج شوند، نقص در ریخته گری رخ می دهد که منجر به ازدواج می شود.

فناوری سنتی ریخته‌گری در زمین به تفصیل در فیلم A. Tarkovsky "Andrei Rublev" نشان داده شده است. در داستان کوتاه "زنگ"، مرد جوان بوریسکا، پسر یک استاد فقید، ریاست یک کارخانه ریخته گری را بر عهده دارد و ناقوس کلیسا را می اندازد.

بازیگران پوسته

روش ریخته گری سرمایه گذاری در قالب های پوسته با بهترین انتقال ابعاد محصول و زبری سطح پایین مشخص می شود. این مدل از ترکیبات قابل ذوب، مانند موم زغال سنگ قهوه ای ساخته شده است. ریخته گری ها نیز به طور گسترده ای از ترکیب پارافین استئارین به نسبت مساوی استفاده می کنند. در مورد ریخته گری با اندازه های بزرگ، نمک در مواد مدل گنجانده شده است تا مدل را از تغییر شکل محافظت کند. با فرو بردن در محلول، مدل در 6-10 لایه با یک تعلیق با دمای بالا پوشانده می شود.

سیلیکات های هیدرولیز شده به عنوان یک اتصال دهنده عمل می کنند، کریستال های الکتروکوروندوم یا کوارتز به عنوان آبپاشی مقاوم در برابر حرارت در نظر گرفته می شوند. مواد قالب پوسته با استحکام بالا، رطوبت سنجی کم و نفوذپذیری گاز عالی مشخص می شوند.

طرح در فضایی از آمونیاک گازی خشک می شود. در مرحله بعد قالب را تا 120 درجه سانتیگراد گرم می کنند تا مدل پارافینی خارج شود. بقایای مخلوط با بخار فوق گرم تحت فشار بالا حذف می شود. سپس قالب در دمای 1000 درجه سانتیگراد کلسینه می شود که منجر به تثبیت نهایی و حذف مواد می شود.که ممکن است در طی فرآیند ریخته گری به صورت گاز آزاد شود.

پوسته را در نوعی فلاسک قرار می دهند که با گلوله فولادی پوشانده شده است. این به حفظ پیکربندی هنگام پر کردن قالب با مذاب کمک می کند و در عین حال شرایط خنک سازی ریخته گری را بهبود می بخشد. مذاب در قالب هایی که تا دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم شده اند ریخته می شود. پس از خنک شدن محصول طبق برنامه خاصی در ترموستات، قالب از بین می رود، قالب ریخته گری خارج و تمیز می شود.

مزیت اصلی این روش ریخته گری دقت ابعادی بالا و زبری سطح پایین است.

مزایای اضافی روش:

• ریخته گری قطعات از آلیاژهایی که ماشین کاری آنها دشوار است.
• اقلام ریخته گری که در غیر این صورت باید تکه تکه ریخته شوند و سپس دوباره کنار هم قرار گیرند.

معایب این روش ریخته گری سرمایه گذاری استفاده کم از فلز و افزایش شدت کار است.

ریخته گری دقیق

ریخته گری سرمایه گذاری دقیق - این نامی است که هم به فناوری و هم به خود محصول نهایی داده شده است. دقت بالای ریخته گری با این واقعیت تضمین می شود که در طول آماده سازی قالب نیازی به استخراج مدل محصول از آن نیست. هنگام استفاده از روش سنتی، تولید ماتریس ریخته گری یک فرآیند چند مرحله ای پیچیده و بسیار زمان بر است. این امر به ویژه در مورد قطعات ریخته گری با پیکربندی پیچیده، با فرورفتگی ها، فرورفتگی ها و حفره های داخلی صادق است.

به عنوان مثال، هنگام ریخته گری گلدان چدنی یا مسی با انحنای سطح متغیر، باید از ترفندهای زیادی استفاده کنید. بله، اولنیمه پایینی فلاسک را پر می کنیم، سپس مدل را برداشته، برگردانده و نیمه بالایی را رم می کنیم. مدل باید به صورت کامپوزیت ساخته شود، دسته های گلدان از دو عنصر ساخته شده است، آنها از طریق حفره مدل در دو مرحله بیرون کشیده می شوند - ابتدا عنصر پایین و سپس قسمت بالایی. این همه چرخش و کشیدن های متعدد نمی تواند تاثیر مثبتی بر یکپارچگی سطح قالب و در نهایت بر دقت حفظ ابعاد ریخته گری و کیفیت سطح آن داشته باشد. علاوه بر این، مشکل تطبیق دقیق قطعات فلاسک ها و اتصال ایمن آنها به یکدیگر وجود دارد.

تولید ریخته‌گری سرمایه‌گذاری عاری از این کاستی‌ها است، نیازی به مدل‌سازان بسیار ماهر ندارد و شدت کار عملیات پیش‌ریخته‌گری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. این امر به ویژه با تعداد زیادی از ریخته‌گری‌ها مشخص می‌شود.

این روش اجازه می دهد تا طبق GOST 26645-85 به کلاس دقت 2-5 برسد. این امر امکان ریخته‌گری محصولات با دقت بالا مانند تیغه‌های توربین، ابزارهای برش، از جمله فرزها و مته‌های با کارایی بالا، براکت‌های با بار بالا، قطعات کوچک وسایل نقلیه با بار بالا، ماشین‌ابزار و سایر مکانیسم‌های پیچیده را فراهم می‌کند.

دقت ابعادی بالا و کلاس سطح بالا نیاز به ماشینکاری بیشتر ریخته گری را به حداقل می رساند که باعث صرفه جویی در فلز و کاهش هزینه های تولید می شود.

تجهیزات

تجهیزات ریخته گری سرمایه گذاری مورد نیاز متنوع و پیچیده است. شرکت ها آنها را در یک مجموعه واحد و هماهنگ ترکیب می کنند،سازماندهی شده به عنوان یک سایت، کارگاه یا تولید جداگانه.

ترکیب مجموعه به مقیاس تولید، اندازه، پیکربندی و گردش قطعات ریخته گری بستگی دارد.

بنابراین در تولید پروتز و زیورآلات تجهیزات عبارتند از:

• مدل جدول؛
• کوره صدا خفه کن با ترموستات؛
• مجموعه چاقوی جراحی و کاردک برای اصلاح شکل مدل؛
• تشکیل هیئت;
• فلاسک;
• مخازن برای ذخیره و آماده سازی ماسه قالب گیری؛
• مجموعه ابزار چکش شنی؛
• بوته برای ذوب فلز؛
• forceps;
• چکش برای شکستن قالب.

این مجموعه تولیدی به راحتی روی یک میز و در یک کابینت جای می گیرد. اگر برای تولید انبوه، به عنوان مثال، قطعات ریخته گری آلومینیوم - قطعات یک دستگاه برنامه ریزی شده است، تجهیزات مورد نیاز خواهد بود:

• شکل دادن و ریختن قالب های سرامیکی؛
• فرم های خشک کردن؛
• ذوب کردن مواد مدل و اعمال یک لایه مقاوم در برابر حرارت؛
• تمیز کردن ریخته گری از مواد قالب گیری.

و در نهایت تجهیزات واقعی مجتمع ریخته گری که برای تهیه مذاب و ریختن آن در قالب طراحی شده است. این می تواند تجهیزات ریخته گری باشد:

• تحت فشار کم؛
• گریز از مرکز؛
• به روش گرانشی معمول.

ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی و ریخته‌گری گریز از مرکز یک دستگاه کاملاً مکانیزه و خودکار جداگانه هستند.مجتمع تولید، جدا از فضای مغازه. آنها کار دستی و قرار گرفتن انسان در معرض شرایط مضر را به حداقل می رساند. محفظه های مهر و موم شده ای که مجتمع ها در آنها قرار دارند، جذب و تصفیه کامل گازهای خروجی را فراهم می کنند که به طور قابل توجهی دوستی محیطی شرکت را افزایش می دهد.

ریخته گری موم گمشده پتانسیل نسبتاً بالایی برای توسعه دارد، به ویژه هنگامی که با تکنیک های پیشرفته قالب سازی و ریختن ترکیب شود.