دانلود مقاله ریخته گری ( کاربرد – مزایا و . . . )

بخشی از مقاله

تعريف ريخته گري:
ريخته گري يكي از روشهاي ساخت و شكل دادن فلزات است.
در اين روش يك فلز يا آلياژ ابتدائاً ذوب شده و در درون يك محفظه تو خالي بنام قالب كه تقريباً به شكل قطع ساخته شده ريخته مي شود، بنحوي كه پس از پايان انجماد شكل، ابعاد، تركيب شيمياي و خواص مورد نظر بدست آيد.

مراحل ريخته گري:
1) طراحي مكانيكي طرح مدل سازي انتخاب روش مناسب
طراحي ريخته گري
قالبي كه براي ساخت ماهيچه استفاده مي شود.
2) ساخت قالب و ماهيچه
ريخته گري عمليات تخليه و تميز كاري( عمليات حرارتي و ساچمه زني و…) بازرسي و آزمايش قطعات بسته بندي و ارسال
3) ذوب فلز

تعريف ريخته گري
ريخته گري يكي از روشهاي شكل دادن قطعات فلزي است كه شامل تهيه مذاب از فلز مرد نظر و ريختن آن در محفظه اي بنام قالب است، به گونه اي كه پس از انجماد مذاب، شكل، اندازه و خواص مورد نظر تامين شود. بنابراين با توجه به اين تعريف يك فرآيند ريخته گري را بايد مجموعه اي از عمليات ذوب، تهيه قالب و ريختن مذاب دانست بطور كلي مراحل ريخته گري يك قطعه قلزي به طور ساده در ذيل نشان داده شده است.

تاريخچه ريخته گري:
براساس تحقيقات باستان شناسان، ريخته گري فلزات، يك تكنولوژي ماقبل تاريخ بوده و قدمتي شش هزار ساله دارد.
اولين اشياي ساخته شده از فلزات بصورت قطعات كوچك چكش كاري شده از مس هستند كه قدمت آنها به هزار سال قبل از ميلاد مسيح مي رسد.
از نقطه نظر تاريخي، ريخته گري را مي توان به چند دوره تقسيم نمود كه در اينجا بشرح آنها به اختصار مي پردازيم.

دوره برنز ( مس و مفرغ)
اين دوره در خاور نزديك و در حدود 3000 سال قبل از ميلاد مسيح آغاز شده اولين اشياي برنزي كشف شده بصورت آلياژي از مس و آرسنيك ( حدود 4 درصد) بوده است.
موضوع مهم در اين دوره، پي بردن به تأثير قلع بر خواص مس است كه باعث افزايش استحكام و سختي آن مي شود. اين موضوع هنوز در پرده اي از ابهام است. زيرا نه سنگ معدن مس حاوي قلع بوده و نه اينكه معدن مس و قلع نزديك هم قرار دارد كه آلياژ شدن آنها بطور اتفاقي امكان پذير باشد.
در ارتباط با چگونگي پيدايش ريخته گري، ميتوان اينگونه تحليل كرد كه با توجه به اينكه پتك كاري قبل از ريخته گري مورد استفاده بشر قرار گرفته است، ممكن است در هنگام تپك كاري عمل ذوب بطور اتفاقي صورت گرفته باشد كه با مشاهده اين امر موارد ذيل در ذهن بشر القا شده است:
-مذاب بايد در محفظه اي ريخته شود تا شكل پيدا كند.

- براي تهيه مذاب بايد كوره هاي تپك كاري بگونه اي تغيير يابد كه همواره تهيه مذاب در آن امكان پذير باشد.
- براي تهيه مذاب و نگه داري آن بايد ظرفي نسوز تهيه كرد ( بوته)
با توجه با اينكه بشر قبلاً به نسوز بودن بعضي از خاكها پي برده و نيز به دليل آشنايي با حرفه سفالگري، به نحوه شكل دادن خاك نيز دست يافته بود، لذا به نيازهاي اول و سوم او پاسخ داده شد. نياز دوم يعني ساخت كوره هاي ذوب نيز احتمالاً با سنگ چين و گل اندود نمودن و قرار دادن محلي براي عبور هوا برآورده شد.
از مسائل مهم در اين ارتباط موضوع و مش بود كه اين امر به تبديل سيستم دم از حالت فوت كردن به استفاده از كسيه دم و سپس به موتورهاي تنظيم هوا و فشار مناسب كه امروزه كاربرد فراواني دارد منتهي شد.
بطور كلي در دوران مفرغ، ساخت قطعاتي نظير تبر، نيزه، كارد، سپر، ظروف و شيشه و نيز ساخت آلياژ هايي از عناصري نظير قلع ( تا 18 درصد) و سرب ( تا 11 درصد) و آرستيك و روي معممل بوده است.

دوره آهن:
براساس كاوش باستان شناسان در چين قطعاتي چون مربوط به 600 سال قبل از ميلاد مسيح بدست آمده است اما پيدايش آهن به عنوان يك دوره به دو هزار سال قبل از ميلاد مسيح مي رسد.
نام آهن در زبان پهلوي به عنوان آليسن در زبان آلماني آيزن و در انگليسي آيرن ناميده مي شود و احتمالاً در هنگام ذوب مس به آن پي بردند.
در هر حال در حدود 1200- 1000 سال قبل از ميلاد آهن تقريباً ماده اصلي اغلب سلولها و ابزارها را تشكيل مي داد.
با توجه به نقطه ذوب بالا ( 1539 بديهي است كه ذوب مستقيم آهن تا قرن نوزدهم ميلادي امكانپذير نبود ولي در اواسط دوره آهن بر اثر افزايش كربن و پائين آمدن نقطه ذوب ( در چدنها) قطعات ريخته گري نيز بوجود آمد.

نكته مهم ديگر كشف عمليات حرارتي بر روي آهن بود كه از اهميت خاصي برخوردار است. در مصر شمشيري و تبري با پوشش خاك نسوز بدست آمده كه لبه آن حاوي 9 .0 درصد كربن و قسمتهاي مياني آن تقريباص فاقد كربن است.
در اين اشياء سختي در قسمت مياني معادل 70 BHN و در قسمت لبه معادل 440 BHN مي باشد البه در اين دوره جديدي در آلياژ هاي مس نيز بوجود آمده و آلياژ هاي مختلفي از مس و قلع ساخته شد.

از آلياژهاي ديگر ساخته شده در اواخر اين دوره آلياژ برنج ( مس و روي) و نيز بنجهاي قلع دار است. پيدايش روشهاي جديد ريخته گري و قالبگيري را نيز بايد از ديگر تحولات دوره آهن دانست در اين دوره شواهدي وجود دارد كه از قالبهاي سراميكي نيز استفاده بعمل آمده است.
از عجايب اين دوره ساخت مجسمه روديس است كه در سال 290 قبل از ميلاد ساخته شد و جزء عجايب هفتگانه محسوب مي شود.
اين مجسمه 32 متري كه از قطعات مختلف برنز ريختگي ساخته شده و وزني حدود 390 تن داشت، طي زمين لرزه اي در درياي مدينترانه غرق شد.

دوره تاريك صنعتي:
در سده هاي سوم و چهارم بعد از ميلاد تا قرن چهاردهم ميلادي يك دوره ركود در صنايع و از جمله ريخته گري بوجود آمد.
البته، با توجه به حاكميت كليسا و تزئينات آن نظير ناقوس و شمعداني روشهاي جديدي در ريخته گري ابداع شد. ( قالب گري با فرمان)

دوره رنسانس صنعتي:
اين دوره از سال 1500 ميلادي تا 1700 ميلادي بطول انجاميد. در اين دوره صنعت توپ ريزي بنا نهاده شد. ابتدا لوله هيا توپ از برنز و سپس از چدن ساخته شد.
در اين دوره علاوه بر تكامل كوره ها و سيستمهاي دمشي، از نظر مواد اوليه بايد آغاز استفاده از ماسه و روش قالبگيري در ماسه محسوب كرد.
ظهور چدن و فولاد به عنوان مواد اوليه در ساخت قطعات و لوازم دفاعي و خانگي و همچنين استفاده از آلياژ هاي متفاوت مس نظير برنز و برنج و عناصر ديگر و استفاده از طلا در ساخت زينت آلات و قطعات تزئيني از مظاهر ديگر اين دوره است.
در اين دوره متالوژي بعنوان يك علم مستقل، پيشرفت كرد و نظريه ساختاري بطوري فلزات و ساير مواد توسط هارلكويكر ( Harsoeker) فرانسوي اعلام شد.
قرن هفدهم قرن دستيابي به ابزاري جديد بنام ميكروسكوپ بود كه تحولي جدي در علم متالوژي ايجاد كرد.

دوره انقلاب صنعتي:
يكي از تعاريف انقلاب صنعتي اينست كه حداقل 50 درصد توليد هر ماه از خانه يا كارگاههاي كوچك به كارخانه منتقل شد.
انگلستان سال 1750 را آغاز انقلاب صنعتي مي داند و علت آن را استفاد از كك بجاي زغال چوب بيان مي كنند.
اولين كوره همراه با سوخت كك در سال 1709 ميلادي آغاز بكار كرد. ابراهام دارابي درسال 1777 اولين كوره بلند خود را براي ذوب و احياي سنگ معدن آهن بكار انداخت.
علاوه بر نوع كوره، روش و استفاده از دهنده هاي بهتر ( استفاده از دمنده هايي كه با موتور بخار كار مي كردند)، اطلاعات كافي از وجود واكنش هاي گرما زا ميان هوا و سوخت رابايد از عوامل اصلي ديگر در تحول و تكامل ريخته گري محسوب كرد.

روشهاي توليد قطعات:
در تهيه قطعات صنعتي هر چند ريخته گري بدليل ويژگي هاي آن از نقطه نظر تكنولوژي و جنبه‌هاي اقتصادي به عنوان يك روش مهم و اساسي مطرح است، با اين وجود براي بدست آوردن شناختي واقعي و همه جانبه، لازمست تا ويژگيهايي اين روش در كنار ساير روشهاي موجود در توليد قطعات مورد بررسي و انديابي قرار گيرد.
بطور كلي روشهاي اصلي شكل دادن فلزات را علاوه بر ريخته گري به چهار گروه عمليات مكانيكي، اتصالي، ماشينكاري و متالوژي پودر تقسيم مي نمايند.

عمليات مكانيكي با روش مكانيكي شكل دادن ، Mechanical procen
در اين عمليات مواد جامد فلزي موسوم به شمش تحت روشهايي نظير چكش كاري يا تپك كاري، نورد و اكستروژن ( فشار كاري) شكل داده مي شود.
در حقيقت در اين روش ها يك قطعه فلزي تحت تأثير ضربه يا نيروي اعمالي تغيير شكل پلاستيك مي دهد.
اين شكل دادن با توجه به جنس فلز و شرايط كاربردي آن ممكن است به صورت سرد يا گرم انجام شود.
هر گاه كار مكانيكي در درجه حرارتهاي پانيمتر از 3/1 نقطه ذوب بر حسب درجه كلوين انجام شود به آن كار سرد گويند، در حاليكه انجام كار مكانيكي در درجه حرارتهاي بالاتر از حد ذكر شده، كارگر ناميده مي شود.
همانطور كه قبلاً نيز ذكر شده مهمترين روشهاي مكانيكي شكل دادن شامل:
1) آهنگري، يا تپك كاري (Forging)
2) نورد Rolling
3) اكستروژن Extrusion
اكستروژن
در هر حال، نقطه شروع در توليد يك قطعه از طريق هر يك از روشهاي ذكر شده تهيه ماده اوليه يعني شمش فلز مورد نظر از طريق ريخته گري است.
قابل ذكر است كه اين روش تها به فلزاتي اختصاص دارد كه داراي قابليت شكل پذيري باشند. بعنوان مثال بسياري از موارد صنعتي و بخصوص چدنها كه قسمت اعظم مواد اوليه و آلياژ هاي صنعتي را تأمين مي كنند. از طريق مكانيكي امكان شكل پذيري ندارند
( بخشي از انواع آن) محصولات نهايي توليد شده در اين روشها، شكلهاي اوليه يا نيمه تمام استاندارد شده از قبيل ورق، صفحه، مفتول، سيم، پروفيل و لوله و … است.

محدوديت ها و مزايا:
- روشهاي نورد و اكستروژن فقط براي مقاطع يكنواخت و ساده باطري زياد استفاده مي شود.
- روش آهنگري از نظر سطوح و سوراخهاي داخلي محدوديت دارد
- هزينه تجهيزات بالاست.
- خواص مكانيكي در قطعات توليدي به روشهاي مكانيكي بالاتر از قطعات ريخته گري شده است.

2) روشهاي اتصالي
در اين روش قطعات بزرگ از بهم متصل كردن قطعات كوچكتر ساخته مي شود. كه شامل عمليات جوشكاري، لحيم كاري، پيچ و مهره و پرچ كردن مي باشد.
2-1) عمليات جوشكاري Welding procem
اين روش عبارتست از تهيه قطعات صنعتي از طريق جوش دادن اجزاي كوچكتري كه توسط روش هاي ديگر ساخته شده اند.
هر چند كه جوشكاري فلزات را از نظر تكامل و وسعت عمل نمي توان با روش ريخته گري مقايسه كرد ولي با اين وجود در بسياري جهات شباهتهايي ميان آنها وجود دارد.
بطور كلي اساس توليد قطعات در انواع روشهاي جوشكاري، ايجاد منطقه ذوب در ميان دو قعطعه اي است كه بايد بهم متصل شوند وشرط اصلي اتصال اتمي و مولكولي آن دو قطعه به يكديگر است.
امروزه روشهاي متنوعي از جوشكاري وجود دارد كه جوشكاري قوسي، اكس استيلن، نفوذي و جوشكاري، گاز آرگون از آن جمله است.
قابل ذكر اينكه در روش جوشكاري، استحكام قطعات متصل شده، هيچگاه قابل مقايسه با قطعات يكپارچه نيست و بهمين دليل اين روش بعنوان يك روش تكميلي ( تمام كننده) در توليد قطعات صنعتي شيار مي رود.

محدوديت ها:
1) جوشكاري همه فلزات راحت نيست مثل آلياژ هاي آلومنييم، چدن داكتيل و فولادهاي آلياژي و …
2) جوش معمولاً نقطة ضعيف قطعه محسوب مي شود. بخاطر وجود تنش بالا در محل جوش و يا ورود كك و ناخالصي در اثر جوشكاري
3) محدوديت از نظر تركيب شيميايي
روش ماشينكاري Machining procem
اين روش عبارتست از توليد قطعات از طريق براده برداري ( جدا سازي) از روي اجزايي يا اشكال ساده يا غير دقيق، با استفاده از ماشينكاي ابزار ( تراشكاري، فرز كاري، سوراخ كاري، اسپارك و …)

هر چند در اين روش اغلب اوقات شكل قطعات ساده بطور كامل از برداه برداري فلز از روي قطعات ساده بدست مي آيد، با اين وجود ماشينكاري يك روش تمام كننه به منظور بالابردن دقت ابعادي قطعات ساخته شده به روشهاي ديگر در صنعت كاربرد فراواني دارد.
صنعت ماشينكاري علي رغم در اختيار داشتن انواع ماشين آلات و دستگاههاي متعدد و پيچيده كه كاربرد آن نيازمند مهارت بالايي است. صنعت جديدي است كه در هر حال بعد از ريخته گري و آهنگري قرار مي گيرد. چرا كه بدون ماشينكاري، صنايع ديگر همچون ريخته گري و ماشين سازي از دقت برخوردار نبوده و شايد قسمت اعظم دستگاهها قادر به كاركردن هم نباشند ولي بدون وجود صنايع ريخته گري و آهنگري امكان ساخت هيچ ماشين و يا وسيله اي وجود ندارد.

محدوديت ها:
1) ماشينكاري قطعات با سختي بالا مشكل است. ماشينكاري چون سفيد شكل است.
2) محدوديت ابعاد و هزينه تجهيزات
3) محدوديت از نظر پيچيدگي سطوح داخلي
4) پرت يا اتلاف بالاي مواد
روش متالوژي پودر. Powder Metallurgy
متالوژي پودر يكي از روشهاي شكل دادن فلزات است كه در آن شكل، اندازه و خواص مورد نظر، در اثر تراكم كردن پودر فلزي و سپس تف جوشي ( زينتر كردن) آن ( ذوب سطحي) در درجه حرارتهاي بالا حاصل مي شود.
هر چند كه اين روش از نظر قدمت از قدمت زيادي برخوردار است ولي بعنوان يك روش توليد در مقياس تجارتي، يكي از جديدترين روشهاست.
امروزه پيشرفت و توسعه فراواني در زمينه متالوژي پودر حاصل شده است و اين روش طيف وسيعي از صنعت جديد را تحت پوشش خود قرار داده است كه برخي از اين موارد بدين شرح است.

- ساخت ابزارهاي برش و تراش براي كارهايي كه ميزان سايش در آنها بالاست.
- ساخت قطعات با نقطه ذوب بسيار بالا ميتوان شامل فيلامان تنگستي لامپهاي روشنايي
- ساخت قطعات اتومبيل و ماشينهاي كشاورزي
- ساخت قطعات مربوط به لوازم خانگي،‌ بعنوان مثال ماشين لباسشويي، كمپرسور يخچال و كولر
- بكارگيري عناصر آلياژ نشدني و مخلوطهاي فلزي و غير فلزي مثل Sic ,c, fe, pb, CM, Fe, pb+ cu-G
- صرفه جوئي در مصرف مواد و كاهش دور ريز
هر چند مي توان قطعات زيادي را با استفاده از روش متالوژي پودر ساخت ولي ساخت قطعات از فلزات ديرگداز( با نقطه ذوب بالا) از ويژگيهاي منحصر بفرد اين روش است.

اين روش بيشتر براي قطعاتي كه سايش زياد داردند استفاده مي شود.
روغنكاري قطعات توليد شده به اين روش راحت است چرا كه روغن در بين پودرها قرار گرفته و بمرور زمان اين روغن جهت روغنكاري قطعه همچون ياتاقان استفاده مي شود.

پودر فلزات معمولاً توسط روش ريخته گري توليد مي شود.
از مطالب بالا استنباط مي شود قطعات توليدي به اين روش داراي دوام بالايي بوده، دقت ابعادي بالائي دارند، صافي سطح بالايي دارند. ضريب اصطحكاك استاتيكي و ديناميكي پائيني دارند.

محدوديت ها:
1) از نظر هزينه تجهيزات
2) از نظر ابعد قطعات و وزن قطعات توليدي محدوديت داريم حداكثر تا 12 kg
3) قطعات شكل پذيري كمي دارند.
4) تهيه مواد اوليه گران ( معمولاً بروش ريخته گري)
5) محدوديت تركيب شيميايي
6) محدوديت شكل سطوح داخلي
مزايا و محدوديتهاي روش ريخته گري نسبت به ساير روشهاي توليد
در جهان امروز صنعت ريخته گري قسمت بزرگي از اقتصاد يك كشور را تحت پوشش خود قرار مي دهد.
با مراجعه به آمارهاي جهاني توليد قطعات صنعتي، افزايش روز افزون ميزان اين محصولات ريخته گري در مقايسه با محصولات ساخته شده از طريق ساير روشها، بخوبي مشهور است. با توجه به گسترش روزافزون اين روش توليدي. در اينجا لازم است مروري مختصري بر مزايا و محدوديتهاي توليد قطعات به روش ريخته گري صورت گيرد.

مهمترين مزاياي روش ريخته گري:
پاره اي از مزايا بعنوان يك ويژگي ذاتي، در فرآيند ريخته گري مطرح هستند. اين ويژگيها در مواردي خاص، عامل اصلي در انتخاب روش ريخته گري بعنوان يك روش برتر، نسبت به ساير روشهاي شكل دادن بشمار مي روند، در هر حال برخي از مزاياي اين روش: 1- امكان ساخت ( عدم محدوديت شكل ( داخلي و خارجي))
اجسامي كه داراي شكلهاي پيچيده داخلي و خارجي هستند، فقط از طريق ريخته گري توليد مي شوند. در نتيجه بسياري از عمليات ديگر از قبيل ماشينكاري، آهنگري و جوشكاري، كه در ساخت قطعاتي نظير سيلندرها، توربينها، پمپها و نظاير آنها از محدوديت هاي فراواني برخوردارند، كاهش يافته و يا از بين مي روند.

2- طبيعت فلز،
برخي از فلزات بنا بر طبيعت متالوژيكي، تنها به روش ريخته گري شكل مي گيرند و عمليات مكانيكي از قبيل نورد و آهنگري را نمي پذيرند. چدنها نمونه بارز اين قبيل مواد هستند.
3- سهولت و سرعت توليد ( كاهش اتلاف و همچنين كاهش زمان ساخت)
4- امكان توليد قطعات بسيار بزرگ و بسيار كوچك ( عدم محدوديت ابعاد و وزن قطعات)
5- امكان ايجاد خواص مكانيكي لازم، از طريق كنترل تركيب شيمياي آلياژ و يا سرعت سرد كردن آنها. ( امكان آلياژ سازي وجود دارد)
6- با توجه به سرعت توليد و هزينه هاي تمام شده از نظر اقتصادي، قطعات ساخته شده به روش ريخته گري نسبت به ساير روشها مقرون به صرفه تر هستند.
7- از نظر تعداد قطعه محدوديت وجود ندارد.
8- يكپارچه ساخته شدن قطعات

مهمترين محدوديت هاي روش ريخته گري:
علي رغم مزايايي زيادي كه به آنها اشاره شده توليد قطعات به اين روش از محدوديت هايي نيز برخوردارد است كه برخي از آنها عبارتند از:
1- كافي نبودن دقت:
هر چند ميزان دقت ابعاد و سطوح در روشهاي مختلف ريخته گري متفاوت است و با پيشرفت روز افزون اين صنعت روشهايي ابداع شده است كه محصول توليدي آنها از دقت ابعاد و سطوح بسيار بالايي برخوردار است ( روش ريخته گري دقيق). با اين وجود در يك نگرش كلي به طبيت اين فرآيند كافي نبودن دقت ابعادي در اين روش در مقايسه با روش همچون ماشينكاري بخوبي استنباط مي شود.

2- غير يكنواختي در خواص مكانيكي
عدم يكنواختي در سرعت سرد شدن قطعات ريختگي كه از طبيعت اين فرآيند ناشي مي شود بغير يكنواختي ساختار دروني و خواص مكانيكي قطعه منتهي مي شود.
3- آلودگي محيط روش ريخته گري، بيش از ساير روشهاي توليد مي باشد.
4- براي فلزات فعال روش هاي ويژه نياز دارد.

محصولات ريخته گري
صنعت ريخته گري از نظر توليدي به دو دسته اصلي تقسيم مي شود كه عبارتند از:
1- ريخته گري شمش ( شمش ريزي ) Ingot Casting
2- ريخته گري قطعه ( شكل ريزي) Shope Casting
همانطور كه قبلاً اشاره شد، شمشها محصولات نيمه تعامي هستند كه يا به منظور استفاده در ريخته گري ( ذوب مجدد) توليد مي شوند و يا اينكه براي تهيه قطعات صنعتي از طريق يكي از روشهاي متداول شكل دادن مكانيكي مورد استفاده قرار مي گيرند.
دارا بودن ابعادي مناسب از نقطه نظر وزن، انبار كردن و سهولت برش و جدا كردن از ويژگيهاي مهم در ارتباط با شمشهاي ريخته گري هستند.
در حاليكه شمشهاي مناسب براي انجام كار مكانيكي، شكل هندسي معيني داشته و بيشتر در انواع مكعب مستطيل و يا استوانه اي توليد مي شوند.
صنعت ريخته گري از نظر فلز مصرفي به دو دسته تقسي بندي مي شود:

- ريخته گري فلزات آهن
- ريخته گري فلزات غير آهني
همچنين از نظر نوع قالب مي توان اينچنين تقسيبم بندي نمود.
- ريخته گري در قالبهاي موقت
- ريخته گري در قالبهاي دائمي
تقسيم بندي كارگاه ريخته گري Cast home (Foundry)
از نظر نوع آلياژ مصرفي
- آلياژ هاي آهني، چدن ريزي، فولاد ريزي
- آلياژ هاي غير آهني/ رنگي، آلومنيم ريزي، برنج ريزي و …
از نظر روش ريخته گري / قالبگيري
الف- ريخته گري در قالب هاي موقت
- ريخته گري در ماسه
- ريخته گري دقيق
ب- ريخته گري در قالب هاي دائمي
- ريخته گري تحت فشار
- ريخته گري گريز از مركز
از نظر وزن:
- كارگاههايي كه قطعات كوچك ريخته گري مي كنند ( براي آلياژهاي آهني كمتر از 100kg)
- كارگاههايي كه قطعات متوسط ريخته گري مي كنند( 100-500kg)
- كارگاههايي كه قطعات بزرگ ريخته گري مي كنند( 500- 3000 kg)
- كارگاههايي كه قطعات خيلي بزرگ ريخته گري مي كنند ( > 3000kg)
قبلا اشاره كرديم كه توليدات ريخته گري دو نوع هستند:
1- شكل ريزي، يا قطعه ريزي shape Casting
2- شمش ريزي Ingot Casting

شمشها محصولات نيمه تمامي هستند كه يا در ريخته گري و يا در روشهاي ديگر توليد
( شكل دادن مكانيكي) مورد استفاده قرار مي گيرند و داراي شكلهاي هندسي ساده ( مكعب مستطيل، استوانه و…) مي باشند.
انواع شمش
الف- شمشهاي ريختگي يا ذوب مجدد ( شوشه يا Pig)
از نظر عيوب مشكلي ندارند و جهت كوره هيا ذوب تهيه مي شوند.
معمولاً قابل شكستن مي باشند.
ب) شمشهاي كارپذير wrought Ingets
شمشهاي كه توسط روشهاي مكانيكي و يا اتصال فلزات و ماشينكاري، شكل نهايي داده مي شود مثل شمش نورد- اكستروژن – فورجينگ
عيوب اين شمش ها كمتر، تركيب شيميايي و متغير و قيمت بالاتري نيز دارند.
1- شمشه يا Bloom:
محصول فلزي نيم تمام با مقطع تقريباً مربع و طول زياد و گوشه ها يي گرد كه معمولاً در نورد و فورجينگ ( آهنگري ) از آن استفاده مي شود.
از اين شمش در تهيه ميلگرد استفاده مي شود cm 15 ×15 s=w#l
2- شمشالي يا Billet
محصول فلزي نيم ساخته با مقطع دايره، شش گوش، مربع و … با طولهاي مختلف كه عمدتاً در روش اكستروژن و نورد از آن استفاده مي شود. مثال شمشال آلومينيم براي ساخت پروفيل يا ميله آلومينيمي استفاده مي شود.
3- تختال يا Slab
محصول نيم ساخته با مقطع پهن كه در نورد گرم يا عمليات حرارتي ساخته مي شود
( محصول فولاد مباركه)
از تختالها عموماً براي توليد ورق استفاه مي شود.
محصولاتي كه از ششهاي كارپذير بدست مي آيند:
الف – ميله Bar
قطعه اي با مقطع ساده، مربع، دايره، شش گوش با طول زياد كه از شمشها بدست مي آيند.
mm150- S: قطر دايره
S-150 mm : عرض (مربع)
ب – ميلگرد Round
ميله هايي با مقطع گرد ( دايره) به قطر 6- 200 mm را اصطلاحاً ميلگرد ميگويند.
كه از شمشهالها يا شمشه ها بدست مي آيد

ج- مفتول Rod
ميلة گردي به قطر كمتر از 5mm كه از ميله يا ميلگرد بدست مي آيد. بعنوان مثال مفتول 4، مفتولي است كه قطرش 4mm مي باشد.
د- سيم wire:
از مفتول بدست مي آيد با روش كشش سرد، مثل سيم هاي فولادي، مسي، با ضخامتهاي بسيار كم
ر- نوار ورق Strip:
محصول دستگاههاي نورد گرم از تختال است و به صورت كلاف ( پيچيده روي هم ) با عرض 60- 170 cm و بيشتر مي سازند.
ز- صفحه plate:
محصول نورد شمشه يا تختال است كه ضخامت آن بيش از 3mm و عرض آن بيشتر از ضخامت است.
ژ- ورق Sheet :
محصول تختي كه ضخامت آن از صفحه كمتر است و با نورد تختال بدست مي آيد
س- ورق نازك foil
ورقهاي بسيار نازك كه ضخامت آنها از چند ميكرون تا چند هم ميليمتر است و از نورد ورق بدست مي آيند مثل زرورق آلومينيم و مس
ش- نوار لوله Skelp :
نوار صفحه اي كه براي ساختن لوله با نورد كاري و جوشكاري بكار مي رود و از تختال بدست مي آيد.
ص – پروفيل هاي ساختماني structurad Shapen :
بعنوان مثال تيرآهن – ناوداني – سپري – نبشي – پروفيل هاي در و پنجره كه محصول شمشه و كمتر از شمشال مي باشند.
ض – ريل Rail :
از فولاد مخصوص است و از شمشه بدست مي آيد، از طريق نورد گرم
هـ – تسمه Flat يا Bands :
محصول نورم گرمبا مقعطع مستطيل شكل به ضخامت mm چند 2 و عرض بيشتر و طول زياد
ع- بلوك يا تكه Block :
شمشهاي كارپذير يا ريخته گري با ابعاد نامشخص كه از سپاژهاي شمشها بدست مي آيد و استاندارد نيست.
خصوصيات كلي قالبهاي ريخته گري :
الف) شكل پذيري Formability : موادي مانند گچ، ماسه، دوغابهاي سراميكي و بعضي از فلزات و آلياژ ها
ب) ريرگدازي كافي نسبت به مذاب Refractoriness
فلزات و آلياژ ها در ريخته گري در يك محدوده و رنج 2000- 100 ريخته گري مي شوند.
ج) استحكام مكانيكي ( خواص مكانيكي كاني)
اعم از اينكه وزن خود و مذاب و … را بتوانند تحمل كنند.

د) پايداري حرارتي Thermad Stability
در برابر تغييرات سريع حرارت در قالب مقاومت داشته باشد و ترك نخورد، از هم نپاشد در حقيقت ضريب انبساط حرارتي كمي داشته باشد.
هـ ) انتقال حرارت مناسب بسياري از خواص فيزيكي و مكانيكي قطعه توليدي ( زير ساختار فازها و حتي پر شدن كامل قالب به اين پارامتر بستگي دارد.
و) قابليت استفاده مجدد
ي) ارزش اقتصادي مواد قالب بايستي فراوان و قيمت مناسب داشته باشد.
قالب هاي ريخته گري :
طبق تعريف يك قالب ريخته گري، محفظه اي است كه درون موادي شكل پذير از قبيل ماسه، خاك، گچ و فلز و … تعبيه مي شود، به گونه اي كه مذاب پس از پر كردن اين محفظه و انجماد در آن، شكل محفظ را بخود بگيرد.
قالب در ريخته گري از اهميت ويژه اي برخوردار است.

ساخت و تهيه يك قطعه ريختگي سالم با مشخصات مطلوب تنها در صورت استفاده از قالبي مناسب امكانپذير است.
خصوصيات كلي قالبهاي ريخته گري :
الف) شكل پذيري Formability
موادي مثل گچ، ماسه، دوغابهاي سراميكي و بعضي از فلزات و آلياژ ها
ب) دير گراني كافي نسبت به مذاب Refractorinen
فلزات و آلياژها در ريخته گري در يك محدود 2000- 100ريخته گري مي شوند
ج) استحكام مكانيكي ( خواص مكانيكي كاني)
اعم از اينكه وزن خود و مذاب را بتوانند تحمل كنند.
د) پايداري حرارتي Thermal Stability
در برابر تغييرات سريع حرارت در قالب مقاومت داشته باشند و ترك نخورند، از هم نپاشند. در حقيقت ضريب انبساط حرارتي كمي داشته باشند.
هـ ) انتقال حرارت مناسب

بسياري از خواص فيزيكي و مكانيكي قطع توليدي ( زير ساختارها فازها) و حتي پر شدن كامل قالب به اين پارامتر بستگي دارد.
بعنوان مثال : اگر سرعت سرد كردن بالا باشد، خواص مكانيكي بالا مي رود ولي ظرافت كم مي شود.
و) قابليت استفاده مجدد
ي) ارزش اقتصادي مواد قالب، بايستي فراوان و قيمت مناسب داشته باشد.
بطور كلي از نظر متالوژيكي و جنبه هاي اقتصادي، قالبها به دو دسته دائمي و موقت تقسيم مي شوند:
قالب هاي دائمي:
قالبهايي كه در ساخت قطعات ريختگي، بطور مكررر استفاده مي شوند، قالبهاي دائمي ناميده مي شوند. جنس اين قالبها، فلزي بوده و معمولاً از چدن خاكستري، فولاد و گاهي اوقات از برنز ساخته مي شوند.
انتخاب جنس براساس مواردي مثل:
- بالا بودن نقطه ذوب در مقايسه با فلز يا آلياژ ريختگي
- داشتن كمترين تغييرات ابعادي
- دارا بودن مقاومت به سايش و فرسايش مطلوب

در يك قالب دائمي، محفظه قالب Dre Carity ممكن است ابتدا از طريق ريخته گري ايجاد وشد و سپس به منظور دستيابي به ابعاد نهايي، تحت عمليات ماشينكاري قرار گيرد. اخيراً به منظور بالا بردن عمر مفيد اين قالبها يكسري عمليات سطحي بر روي آنها صورت مي گيرد تا كيفيت سطحي قالب افزايش يافته، مقاومت به سايش و فرسايش خوبي پيدا مي كند. مثلاً ايجاد پوششهاي سختي مثل كاربيد و اناديم vc و يا بوردهي
اين قالبها معمولاً براي ساخت قطعاتي از جنس فلزات و آلياژ هاي غير آهني مثل آلومينيم، منيزيم، سرب، مس و آلياژ هاي آنها و نيز قطعاتي از جنس چدن خاكستري مورد استفاده قرار مي گيرند.

در جدول ذيل درجه حرارت هاي ريختن مذاب، عمر تقريبي قالب و نيز درجه حرارتهاي پيشگرم قالب در ريخته گري چند آلياژ مهم صنعتي درج شده است:
فلز يا آلياژ درجه حرارت باريزش
عمر قالب ( تعداد قطعات درجه حرارت پيشگرم
چدن خاكستري 1480- 1260 20000- 5 425- 315
آلياژ هاي آلومينيم 760- 700 تا 000/100 425- 340
آلياژ هاي مس 1150-1040 000/20-5 260- 120
آلياژ هاي منيزيم 700- 650 0000/100- 000/20 315- 150
آلياژهاي روي 425- 385 بيشتر از 000/100 260- 2000

بالا بودن سرعت توليد، دقت ابعادي و نيز ايجاد مشخصات متالوژيكي مطلوب از مهمترين مزايايي استفاده از قالبهاي دائمي هستند.
محدوديت هاي عمده در استفاده از قالبهاي دائمي عبارتند از:

- هزينه بالاي ساخت قالب
- مناسب نبودن براي ساخت فلزاتي با نقطه ذوب بالا ( بعنوان مثال فولادها)
- اقتصادي نبودن در توليد قطعات بزرگ و به تعداد كم و نيز قطعاتي با اشكال پيچيده قالبهاي دائمي از نقطه نظر نحوه پر شدن توسط مذاب به سه دسته قالبهاي
- قالبهاي ويژه ( ثقلي يا وزني)
- قالبهاي تحت فشار
- قالبهاي گريز از مركز
تقسيم بندي ميشوند كه ادامه بحث دررابطه با آنها صحبت كامل صورت مي گيرد.
قالب هاي موقت:
قالبهايي كه پس از هر بار ريخته گري به هنگام خروج قطعه از هم پاشيده مي شوند قالبهاي موقت ناميده مي شوند.
اين قالبها كه مواد سازنده آنها عمرماً به صورت مخلوطي از ذرات يك ماده دير گداز (ماسه)، چسب و مواد ديگر هستند به سه طريق ممكن ساخته مي شوند.
- توسط كوبيدن و متراكم كردن مخلوطي به صورت تر در اطراف مدل
- با اعمال جريان آزاد مخلوطي به صورت خشك در اطراف مدل (قالبگيري پوسته اي)
( ماسه و زين گرما سخت ( فنل فرمالدئيد) مخلوط روي مدل گرم ريخته مي شود، زرين حالت پليمري گرفته و باعث چسبندگي مي شود.
- بوسيله جاري كردن آزاد مخلوطي به صورت دوغاب يا مايع در اطراف مدل ( قالبگيري دقيق)
بطور كلي روش ساخت قالب و تجهيزاتي كه براي اين كار مورد نياز است با توجه به ماهيت و طبعيت مواد قالبگيري تعيين مي شود. بعنوان مثال در قالبگيري ماسه اي به روش تر كه از قديمي ترين روشهاي قالبگيري است از مخلوطي موسوم به ماسه قالبگيري شامل ماسه، چسب، آب و مواد افزودني براي تهيه و ساخت قالب استفاده مي شود.

با توجه به طبيعيت اين مخلوط، بديهي است كه براي شكل دادن به مواد قالب بايد مخلوط ورد نظر در اطراف مدل كوبيده و متراكم گردد.
بعنوان مثال در روش دستي عمل كوبيدن دستي ابزاري بنام كوبه صورت مي گيرد در صورتيكه در روشهاي ماشيني اين عمل توسط سيستمهاي ضربه اي، فشاري و يا ارتعاشي و يا تركيبي از اين روشها استفاده مي شود.
مشخصات عمومي قالبهاي موقت:
براي تهيه و ساخت قيطعات ريختگي سالم و بدون عيب يك مخلوط قالبگيري بايد داراي خواص عمومي ذيل باشد:

قابليت شكل پذيري:
هر چند در ساخت قالب، نحوه شكل دادن به يك مخلوط قالبگيري با توجه به ماهيت اين مواد متفاوت است، با اين وجود دارا بودن قابليت شكل پذيري و حفظ نمودن آن، بعنوان مهمترين ويژگي مواد قالب گيري در تمام روشها مطرح مي باشد.
در ميان مواد قالبگيري مورد استفاده در ساخت قالبهاي موقت ماسه قالبگيري بدليل برخورداري از سهولت شكل پذيري در اثر كوبيدن بعنوان قديمي ترين روش قالبگيري بخش مهمي از فرآيند ريخته گري را به خود اختصاص داده است.

دير گدازي:
با توجه به اينكه مذاب فلزات مختلف از درجه حرارت ريختن تا انجماد كامل در داخل محفظه قالب و در تماس مستقيم با مواد قالب قرار دارند لذا ديرگدازي يا نسوز بودن اين مواد جهت توليد قطعه اي سالم امري لازم و ضروري است قابل ذكر اينكه اين دير گدازي هم ذرات ماسه و هم مواد چسب را شامل مي شود.
داشتن استحكام مكانيكي
يك مخلوط مواد قالبگيري پس از شكل گيري بايد از استحكام كافي برخوردار باشد بگونه اي كه هنگام جابجايي و انتقال به مجل بارريزي شكل ايجاد شده را حفظ نمايد.
همچنين در موقع بارزيزي، در اثر تماس با مذاب داغ مقاومت خوبي را در مقابل سايش و فرسايش از خود نشان داده و در اثر فشار فلز دستيابي ( فشار مذاب) Metalostatic pressure دچجار تغيير شكل و ابعاد نگردد.
معاني گوناگون استحكام در طي مراحل مختلف قالبگيري و ذوب ريزي
• طبق تعريف دير گدازي عبارتست از توانايي ماسه براي تحمل دماي بالا بدون سوختن يا تجزيه شدن
حداقل تغييرات ابعادي در درجه حرارتهاي بالا:
با توجه به اينكه جداره هاي محفظ قالب در اثر مجاورت با مذاب داغ، بسرعت گرم مي شوند از اينرو در صورتي كه مواد قالب از ضريب انبساطي مطلوب برخوردار نباشند، سطح قالب در اثر انبساط سريع، دچار بادگردگي، ترك و يا شكست مي شوند.
• قابليت نفوذ گاز
علاوه بر هواي موجود در محفظه قالب،‌ مخلوط مواد قالبگيري نيز اغلب حاوي اجزايي است كه در مجاورت مذاب تبخير شده به صورت گاز بخشي از محفظه قالب را اشغال مي كند.
با توجه به اين امر، جهت خروج گازهاي موجود، وجود منافذ كافي در بدنه قالب لازم و ضروري است.

داشتن انتقال حرارت مطلوب
بطور كلي انجاما فلز مذاب در داخل قالب مستلزم خروج حرارت مذاب از طريق مواد قالب مي باشد. با توجه به اينكه سرعت اين انتقال حرارت نقش بسيار موثري را در مشخاصت و خواص متالوژيكي و مكانيكي قطعه ريختگي بر عهده دارد، از اين رو، در انتخاب مواد قالب گيري به اين نكته مهم بايد توجه شود.
• توانايي ماده تشكيل دهنده قالب در عبور دادن بخار از طريق ديواره ها.‌نفوذ پذيري يا قابليت نفوذ گاز ناميده مي شود.

قابليت متلاشي شدن:
با توجه به اينكه قالبها بايد پس از ريختن مذاب و جامد شدن آن تخريب گردند، بنابراين مخلوط مواد قالبگيري بايستي به هنگام خروج قطعه از قالب به خوبي از هم پاشيده شود

اقتصادي بودن:
ارزش اقتصادي همواره به عنوان عاملي مهم در كنار يك توليد مهندسي بشمار مي رود. به همين جهت قابل دسترس بودن مواد قالب در طبيعت و نيز قابليت استفاده مجدد از اين مواد از مشخصات مهم قالبهاي موقت مي باشد.
واژه استحكام در مورد قالبهاي موقت در طي مراحل مختلف قالبگيري و ذوب ريزي از اهميت ويژه اي برخوردار بوده و از اين ديد معاني گوناگوني نيز دارد:
استحكام تر: استحكام قبل از خودگيري نهايي ( يا قبل از خشك كردن قالب)
استحكام خشك: استحكام بعد از خشك كردن قالب يا خودگيري چسب
استحكام گرم: استحكام در هنگام ريخته گري و در حين انجماد قطعه
استحكام باقيمانده : استحكام پس از پايان انجماد قطعه، در حين سرد شدن تا دماي اطاق
معمولاً هر چه استحكام تر بالاتر، استحكام خشك بالاتر، استحكام گرم بالاتر و استحكام باقيمانده كم باشد بهتر است.

استحكام باقيمانده كم
از نظر تخريب قالب
از نظر جلوگيري از بروز ترك در قطعه
ماسه:
همانگونه كه اشاره شد يكي از اجزاي اصلي در مخلوط ماسه قالبگيري، ذرات ديرگداز موسوم به ماسه است. بطور كلي ماسه ذرات ريزي از مواد معدني مي باشد كه قطر آن در محدودة mm ( 2-5%) تغيير مي كند.
ذراتي كه قطر آنها كمتر از 2% ميليمتر است، طبق تعريف خاك ناميده مي شوند. مخلوط ماسه قالبگيري كه در ريخته گري مورد استفاده قرار مي گيرد براساس ماهيت آن به دو دسته تقسيم بندي مي شوند.
1- ماسه طبيعي 2- ماسه مصنوعي

ماسه طبيعي:
اين ماسه ها كه جزء ديرگداز آن سيلس Sioz مي باشد درطبيعت به صورت مخلوطي با خاك رس ( چسب طبيعي) يافت مي شود.
ميزان خاك رس در ماسه هايي كه در ريخته گري مورد استفاده قرار مي گيرند بين 20-8 درصد تغييرات است علاوه بر خاك رس تركيبات ديگري نيز معمولاص در اين ماسه ها وجود دارند كه عبارتند از: اكسيد آلومينيم Al2o3 ، اكسيد آهن Fe203، اكسيد تيتانيم Tioz، اكسيد كلسيم cao اكسيد منيزيم Mgo، اكسيد پتاسيم k20 و اكسيد سديم Na¬2o
خواص و مشخصات اين ماسه ها بشدت به ميزان خاك و ساير تركيبات موجود در آنها بستگي دارد.