علم و صنعت ریخته‌ گری ، ستون استوار تمامی صنایع ، لبریز از شگفتی و توانمندی ، عرصه ای که صنعت از آن زاده شد .

ریخته‌ گری چیست ؟

ریخته‌ گری یک فرایند دوگانه ذوب و انجماد است، که طی آن فلزی که با استفاده از درجه حرارتهای استاندارد و از پیش تعیین شده بشکل مذاب و مایع درآمده است، داخل یک قالب ریخته شده و سپس طی یک زمانبندی مشخص به آن اجازه داده می شود تا منجمد شود.

جالب اینکه بسیاری از خواص شیمیایی و مکانیکی فلز، طی این فرآیند شکل می گیرد، همچنین بسیاری از معایب و نواقص ریخته‌گری مانند "تخلخل گاز" و "انقباض انجماد" هم در این مرحله اتفاق می افتد که با کنترل پارامترهای فرایند می توان از رخداد آنها جلوگیری کرد.

تاریخچه

ریخته‌ گری، کهن ترین و متداول ترین روش شناخته شده برای دستیابی به شکل دلخواه از فلزات می باشد. این صنعت باتوجه به یافته های جدیدی که در شهر "حسنلوی آذربایجان شرقی" از نمونه های مسی چکش کاری شده بدست آمده قدمتی بالغ بر 900 سال پیش از میلاد دارد.

روایتهای مختلفی در خصوص اینکه ریخته‌ گری قدمتی 7000 ساله دارد در محافل تاریخ صنعت وجود دارد ولی دلایل متقنی برای این ادعا ثبت نشده است. تاریخ بشکل دیگری هم شفاف سازی شده که در آن این صنعت را با دوره های مختلف، تاریخ شناسی کرده اند:

• دوره،‌برنز،مس‌ومفرغ : بیشترین استفاده از صنعت ریخته‌ گری در این دوره برای ساخت جنگ افزارهای ابتدایی مانند کارد،شمشیر و سرنیزه بوده است که بیشتر از آلیاژهایی چون مس و قلع استفاده می‌شده است .

• دوره آهن: با توجه به کشف باستان شناسان قطعاتی از جنس آهن در کشور چین به دست آمده که قدمت آن به 600 سال پیش از میلاد مسیح می رسد.
• دوره تاریک صنعتی: در طول تاریخ این صنعت دوره ای به نام سیاه یا دوره رکود وجود دارد که به دلایلی که هنوز ناشناخته مانده است صنعت ریخته‌‌گری با رکود مواجه شد و سرعت پیشرفت آن از تک و تاب اولیه بازایستاد. هنوز محققان تاریخی این صنعت نتوانسته اند به مسیر روشنی برای دلایل آن رکود دست یابند.
• دوره رنسانس صنعتی: در این دوره که در بازه زمانی سال های ۱۵۰۰ تا ۱۷۰۰ میلادی رخ داده است . صنعت ساخت ادوات نظامی به نقطه عطف های جدیدی در ریختگری رسید و جنگ افزارهای گرم مانند گلوله های توپ با استفاده از این صنعت ساخته شدند.
• دوره انقلاب صنعتی: مصادف با انقلاب صنعتی انگلستان در سال 1750 که بشر توانست ذغال سنگ را جایگزین چوب در سوخت صنایع نموده و با این پیشرفت بزرگ تحولی عظیم در صنعت ریختگری به وجود آمد.

فوایدی که با ریخته گری  بدست آمدند

*ساخت قطعات بسیار پیچیده با طراحی و شکل هندسی بسیار پیچیده و دقیق

*کاهش میزان ضایعات تولید با استفاده از روش

*وجود خطای اندک بین طراحی و ساخت با اسفاده از ریختگری بشرط طراحی قالب دقیق

*ساخت قطعاتی که داخل آنها تهی است ، با روشهای دیگر تولید، بسختی می توان به این شکل از قطعات دست یافت

*سرعت بالای تولید قطعات که البته تابعی از المان های متفاوت و گوناگون است.

فلزات ریخت پذیر

امروزه بسیاری از فلزات را می توان با استفاده از ریخته‌ گری به اشکال دلخواه درآورد که عمده فلزاتی که بیشترین استفاده از آنها در این روش می شود عبارتند از:

1-آلومینیوم و انواع آلیاژهای آن

2-آهن و انواع فولاد و چدنها

3-برنز

4-برنج

5-منیزیم

6-روی

واحد ریخته گری شرکت آلومینات بانگرش کلان و آینده محور مدیریت این مجموعه،در سال 1373 راه اندازی گردیده و طی سالیان گذشته تا به امروز همواره در حال توسعه تجهیزات و گسترش توانمندی خود بوده است.در این بخش نگاه دقیقی داریم به تجهیزات و توانمندی های واحد ذوب و ریخت شرکت آلومینات .

در حال حاضر این واحد دارای 3 کوره ذوب و ریخت (DC (Direct Chill Casting یا ریخته گری سرمایش مستقیم می باشد.

این شرکت توانایی تولید بیلت های آلومینیومی از قطر 4 تا 22 اینچ را در تمامی گروه های آلیاژی دارد و با در اختیار داشتن 30 نفر نیروی انسانی می تواند در 3 شیفت کاری 50 تن بیلت در اقطار مختلف تولید نماید. تمامی بیلت های تولید شده توسط کوره های ذوب و ریخت با 2 دستگاه اره بیلت بر و 2 دستگاه اره نواری بعنوان بیلت برش خورده یا همان مواد اولیه تولید برای 5 پرس اکستروژن مهیا می گردند.

لازم به ذکر است اره های نواری توانایی برش مقاطع تا قطر 1000 میلیمتر را دارند. همچنین اره های بیلت بر توانایی برش بیلت تا قطر 350 میلیمتر را دارا می باشند. این واحد دارای یک کوره هموژن با ظرفیت 30 تن می باشد که روزانه توانایی هموژنیزه نمودن بیلت های ریخته شده را تا ظرفیت 60 تن دارد.

ذوب و ریخت با تکنولوژی نوین EM

با پیشرفت روزافزون تکنولوژی در صنعت ذوب و ریخت و همچنین نیاز صنایع مختلف به بالاترین سطح کیفیت مواد اولیه محصولات خود و نگرش مدیریت شرکت آلومینات که مبتنی بر بهبود مستمر تجهیزات و دانش فنی است، از سال 95 سیستم پیشرفته ذوب و ریخت EM یا الکترو مگنتیک در آلومینات راه اندازی گردید که نقطه عطفی در صنعت ذوب و ریخت آلومینیوم بوجود آورد .

اگر بخواهیم به اختصار در مورد این تکنولوژی نوین ذوب و ریخت اطلاعاتی ارائه دهیم باید عنوان داشت این سیستم ریخته گری با به کارگیری یک کوئل مسی اطراف قالب یک میدان مغناطیسی ایجاد نموده که بوسیله این میدان مغناطیسی یک جریان گردابی درون قالب شکل می گیرد. این میدان مغناطیسی باعث شکستن دندریتها ، یکنواختی در دانه بندی از سطح تا مغز ، جلوگیری از shell zone، ریزدانگی هم محور و ..... می گردد. در حقیقت این میدان مغناطیسی رفتار القایی یک سیم پیچ را از خود نشان می دهد .

از دیگر مزایای این سیستم می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• صافی سطح بسیار مناسب
• ساختار ذره ای دانه ریز که علت آن تلاطم مذاب به خاطر نیروهای الکترومغناطیس می باشد.

با توجه به اینکه بیلت های تولید شده با استفاده از تکنولوژی EM اصطلاحا ریزدانه هستند ، محصول تولید شده با این نوع بیلت ها تمامی مراحل تولید خصوصا عملیات های مختلف حرارتی را با سطح پذیرش عالیمی گذارنند.

تولید شمش های چهارگوش یا آند آلومینیومی

واحد ذوب و ریخت آلومینات اولین تولید کننده آندهای آلومینیومی که به صورت چهارگوش ریخته گری می شوند نیز محسوب می گردد و این واحد توانایی تولید روزانه 10 تن آند آلومینیومی را دارد .

ریخت بیلت های مورد نیاز تولید لوله های بدون درز

واحد ذوب و ریخت آلومینات تنها تولید کننده بیلت های داخل سوراخ یا پیرسینگ می باشد که بوسیله آنها لوله های آلومینیومی بدون درز تنها بوسیله آلومینات در ایران تولید می گردد.بیلت های پیرسینگ در انواع گروه های آلیاژی و با سایزهای مختلف در این واحد تولید می گردد.

تشریح فرایند ریخته‌گری

امکان سنجی ساخت قطعه که ابتدا انجام میشود :

در گام نسخت برای شروع ساخت یک قطعه با این روش بایستی توسط متخصصین و طراحان قطعه ساز، دقیقا به این برسیم که این قطعه بایستی با این روش ساخته شود، پارامترهایی همچون خواص مکانیکی،طراحی،هزینه،سرعت تولید در اتخاذ این تصمیم بسیار مهم هستند.

بارها در دنیای صنعت مشاهده شده که قطعاتی با روش ریخته‌ گری تولید شده اند که اگر با استفاده از روش های دیگر ساخته می شدند بار هزینه ای بمراتب کمتری برای تولید کننده داشتند و البته بالعکس.

طراحی و ساخت قالب:

ابتدا باید نقشه اولیه از قطعه ای که قصد ریخته‌‌ گری و تولید آن را داریم طراحی و تهیه کنیم ، پس از آن باید طبق طراحی الگویی را مدل سازی کنیم . پس از حصول قطعه اولیه که به آن مدل اطلاق می شود ، بایستی معایب اولیه در طراحی برطرف شده و الگو برای طراحی و ساخت قالب ملاک قرار گیرد .

انتخاب فلز و نوع آلیاژ آن :

در این مرحله که باز به طراحی بر می گردد، با توجه به مختصاتی که قطعه مدنظر دارد بایستی فلز مناسب با آن انتخاب و در فرایند ذوب قرار گیرد. طی این مرحله تمامی مشخصات فنی فلز حین فرایند ذوب و پس از آن بایستی توسط تیم طراحی رصد شود.

ریخت مذاب درون قالب :

پس از اینکه فلز مورد نظر در دمای تعریف شده به ذوب کامل رسید فرایند ریخت درون قالب آغاز شده و بسته به نوع قطعات و بزرگی و کوچکی قالب طی یک دوره زمانی عملیات انجام می شود.

دو موضوع در این مرحله بسیار بسیار اهمیت دارد، اول اینکه گازهای متصاعد از مذاب باید از منفذهای از پیش طراحی شده در قالب خارج شوند، دوم اینکه عملیات ذوب و ریخت بایستی تحت تدابیر کامل ایمنی انجام پذیرد و حضور ناظر ایمنی تا پایان عملیات الزامی است.

ترمیم :

پس از اینکه عملیات ذوب،ریخت و به تبع آن دو، انجماد قطعه صورت گرفت یکی دیگر از مراحل کار پراهمیت ریخته‌گری آغاز می شود که بصورت کلی به آنها ترمیم گفته می شود.

بخشی از روش های ترمیم قطعات ریخته گری شده

شات بلاست:

یکی از روشهای مرسوم ترمیم عملیات شات بلاست است که با استفاده از سنگ ریزه ها و یا ساچمه های مخصوص این عملیات انجام می شود و این مواد بصورت پرتابی و با فشار زیاد بر روی سطح قطعه پاشش شده و عملیات پرداخت و فراوری سطح را انجام می دهند.

سنگ زنی:

در احجام و سطوح کوچکتر و کمتر با استفاده از سنگ فرز و صفحه های لایه برداری که بر روی آن نصب می شود سطوح را به سطح دلخواه می رسانند.

پیرایش قطعه:

در این مرحله، اضافه مذابهای روی قطعه که حاصل از ریخت زیاد و نشت احتمالی از قالب است از روی قطعه با استفاده از روش برشکاری برداشته میشود.

کنترل کیفیت و آزمایشهای مطابق استاندارد

قطعات مطابق استاندارد تعریف شده برای آنها از سوی مشتری و یا کارفرما بایستی تحت آزمایش های مربوطه قرارگرفته و تمامی خواص مهم را پاس کنند، این فرایند معمولا توسط آزمایشگاه معتبر درون و یا برون سازمانی انجام می شود.

انواع قالب های ریخته گری

بطورکلی قالب ها در ریخته گری به دو نوع اصلی، دائمی و یکبار مصرف دسته بندی می شوند. قالبهای یکبار مصرف به آن دست از قالب ها گفته می شود که پس از اتمام یک فرایند ریخت از بین رفته و بلا استفاده خواهند بود. پرکاربردترین نوع این قالب‌ها، قالب‌های ماسه‌ای است که به فرایند آن، ریخته گری در قالب ماسه‌ای Sand casting، گفته می‌شود. ماسه‌ها انواع گوناگونی دارند، مانند ماسه‌های سیلیسی، ماسه چراغی، ماسه زیرکونیایی و غیره … .

برای ساخت برخی از قالب از سیلیکات سدیم (آب شیشه) به عنوان چسب استفاده می‌شود که از گاز CO2 برای سفت کردن آن استفاده می‌شود. قالب های گچی نیز بنوعی از دسته قالبهای یکبار مصرف محسوب می شوند. قالبهای دائمی معمولا جنسی از فلز دارند و تخریب و خوردگی آنها کمتر است و عمر و دوام بیشتری دارند.

از ویژگی‌های این قالب‌ها می‌توان به بازگرداندن فشار مذاب به خود آن اشاره کرد، که این امر باعث کاهش درصد انقباض و عیوب ناشی از آن می‌شود. همچنین در قالب‌های فلزی به دلیل بالا بودن سرعت انتقال حرارت نسبت به قالب‌های ماسه‌ای ساختارهای ریخته‌گری ریزتر و خواص مکانیکی اغلب بالاتر است.

انواع روش های ریخته‌گری

1- تحت فشار (دایکست)

دایکست ،سریع ترین نوع از روش های ریخته‌‌ گری مرسوم این صنعت در جهان می باشد.در این روش مواد مذاب با فشار به داخل قالب تزریق می شوند و به خاطر وجود همین سطح فشار می توان قطعاتی محکم،پیوسته و بدون مک یا حفره های درونی را تولید کرد.

2- قالب ماسه ای (Sand casting)

در این روش برای قالب گیری از ماسه استفاده می شود، ماسه یکی از پرکاربردترین مواد در ساخت قالبهای ریخته ‌‌گری محسوب می شود.جالب است بدانید برای ریختگری یک سفارش یک تنی در حدود 4 تن ماسه نیاز است و با توجه به قیمت نسبتا پایین ماسه ، استفاده از آن در صنعت بسیار زیاد است.

3- دقیق (Investment Casting)

این روش با اصطلاحاتی همچون ریخت با "مدلهای مومی" یا "ریخته‌گری ظریف" نامبرده می شود که معمولا برای استنفاده در قطعات با کیفیت بالا و میزان خطای بسیار بسیار کم استفاده می شود.

4- قالب گچی (Plaster mold casting)

همانطور که از اسم این روش برمی آید است در این نوع ریخته‌‌گری از قالب های ساخته شده از "گچ فرنگی" و افزودنی های دیگر استفاده می شود.از این روش در تولید قطعاتی با دقت ابعادی مانند قطعات مکانیکی بهره می گیرند.

5- ثقلی (ریژه) از انواع روش های صنعتی

در این روش چند تکه قالب بصورت مداوم برای ریخت قطعات استفاده می شود و قطعات به وسیله "کوپلینگ" ها و یا همان اتصالات مقاوم در برابر دمای بالا قبل از شروع فرایند به یکدیگر متصل شده و تشکیل قالبی یکپارچه فلزی را می دهند، برای قطعاتی که پس از ریخته‌ گری فرایندهای دیگری همچون ماشینکاری و انواع پرداختها بر روی آنها استفاده می شود از این روش بسیار استفاده می شود.

ضعفهای موجود و مرسوم در صنعت ریختگری

1-ریخته‌‌گری با ریختن مواد مذاب آغاز می شود و ممکن است طی این عمل واکنش های شیمیایی مختلفی بین محیط و مذاب بوجود آید و بسیاری از خواص مذاب تحت شعاع این مسئله قرار بگیرد. برای مثال تشکیل اکسیدهای فلزی حین حرکت مذاب است که ممکن است عیوبی را در قطعه ایجاد کند.

2-ذرات ناخالص و نامرغوب موجود در بدنه قالبها و یا پاتیل ها هم یکی دیگر از عیوبی است که همواره همراه ریخته‌‌گری بوده است و تاثیرات خود را بر روی خروجی فرایند و در معایب شیمیایی و مکانیکی قطعات نشان داده است.

3-گازهای حل شده در مذاب یکی دیگری از معایب فرایند است که منجر به ایجاد تخلخل گازی می شودکه یکی از روشهایی که با آن می توان این میزان را به کمترین سطح رساند فشار خلا می باشد. استفاده از یک فلاکس محافظ که تماس با هوا را محدود کند نیز می‌تواند به کاهش انـــحلال گازها کمک کند .

در روش گاززدایی خلاء Vacuum degassing، ماده مذاب قبل از انجام ریخته‌گری به داخل یک محیط با فشار کم یا خلاء نسبی اسپری می‌شود. در روش شستشوی گازی gas flushing حباب‌هایی از گازهای نجیب یا واکنش پذیر به داخل مذاب تزریق می‌شود.

یکی دیگر از راه‌های کاهش گازهای محلول در مذاب، واکنش دادن آن با یک ماده دیگر و ساخت ترکیباتی سبک می‌باشد. این ترکیبات سبک سپس به صورت کفی بر روی محلول مذاب جمع می‌شوند و می‌توان آنها را جمع‌آوری کرد.

4-سیالیت و دمای ریخت: اگر جریان مذاب قبل از اینکه بصورت کامل وارد منفذ ها و معبرهای منتهی به فضای قالب شود سرد شود عیوبی نمود پیدا می کنند که اصطلاحا به آنها "نیامد" و یا "سرد بستن" می گویند. به توان حرکتی مذاب سیالیت گفته می شود که اگر جریان مذاب با دمای آن هارمونی لازم را نداشته باشد قطعه قطعا دچار سردبستگی و یا نیامد می شود.

5-انقباض انجماد: اکثر فلزات مذاب زمانیکه منجمد می‌شوند، کاهش حجم پیدا کرده و منقبض می‌شوند. انقباض (Shrinkage) از سه مرحله اصلی تشکیل می‌شود:

1. انقباض مایعزمانی که تا دمای شروع به انجماد خنک می‌شود.
2. انقباض انجمادزمانی که مایع تبدیل به جامد می‌شود.
3. انقباض ماده جامدزمانیکه قطعه جامد تا دمای اتاق خنک می‌شود.
4. در مجموع هر گونه انقباض خارج از تصور در فرایند طراحی باعث آسیب جدی به قطعه می گردد و از میزان سطح استاندارد تعریف شده و قابل انتظار آن می کاهد.متاسفانه انقباض همواره همراه فرایند ریخت بوده که امروزه راهکارهای مختلفی برای کاهش و یا کنترل آن اندیشیده شده است.