صفر تا صد قالب ریژه را یاد بگیرید

خاصیت شکل پذیری فلزات در حالت مذاب، بشر را برآن داشت که با ذوب فلز و ریختن آن در قالب، لوازم و تجهیزاتی را که در زندگی روزمره نیاز دارد، بسازد. در واقع قدمت فرایند ریختگری به بیش از 4000 هزار سال پیش از میلاد مسیح برمی گردد.

با گذر زمان، روش های پیشرفته تری برای ریخته گری فلزات به وجود آمد. این روش ها براساس تجهیزات و شیوه ی کار به سه گروه اصلی ریخته گری در قالب ماسه ای، ریخته گری در قالب های فلزی و ریخته گری دایکست تقسیم بندی می شوند.

روش ریخته گری در قالب های فلزی که به روش ریژه معروف است، با استفاده از قالب ریژه انجام می شود. این قالب در اصل قالب های فلزی‌ای هستند که برای تولید قطعات در تعداد بالا و به طور متوالی مورد استفاده قرار می گیرند. قالب ریژه از دو یا چند قطعه فلزی تشکیل شده است که ماهیچه های فلزی و غیر فلزی در آن به کار می رود.

تکنولوژی ریژه ریزی چیست؟

تکنولوژی ریژه ریزی بر اساس نیروی ثقل مذاب پیشروی می کند و نیروی خارجی برای ورود مذاب به درون قالب وجود ندارد. در این قالب از دو نوع ماهیچه فلزی و غیر فلزی استفاده می شود. ماهیچه های اصلی و ثابت از جنس فلز هستند.

اما ماهیچه های پیچیده تر را با گچ و ماسه تهیه می کنند. براساس اختلاف ارتفاع بین دهانه بارریزی مذاب و قالب مذاب حرکت می کند و قالب ریزی انجام می شود. پیش از بارریزی مذاب باید قالب ریژه گرم شود تا در ویسکوزیته مذاب تاثیر مخرب نداشته باشد.

در برخی از دستگاه های ریژه ریزی، برای افزایش سرعت بهبود کیفیت قطعات از سیستم های گردان قالب استفاده می شود.

پس از قالب گیری و سرد شدن و شکل گیری قطعه، قالب به روش دستی یا با استفاده از سیستم های هیدرولیکی و پنوماتیکی انجام می شود. قابل ذکر است که سرعت سرد کردن به نسبت ضخامت قطعه و روش سرد کردن متفاوت خواهد بود.

ساخت قالب ریژه

ساخت قالب ریژه به منظور تولید قطعات در تعداد بالا با روش ریخته گری، نیازمند صرف هزینه و وقت است. در واقع باید طراحی قالب ریژه را به افراد متخصص و با تجربه در این زمینه بسپارید. آماده سازی قالب دائم زمان بر است.

چرا که ممکن است روزها و حتی ماه ها صرف طراحی قالب آن شود. مرحله بعد، ساخت قالب است. ساخت قالب باید با توجه به جنس محصول خروجی از قالب صورت گیرد. برای ساخت قالب های ریژه از چدن خاکستری، آلیاژهای چدن و فولاد 1020 استفاده می شود.

فرآیند کلی ریخته گری در قالب های ریژه

فرایند ریخته گری در قالب ریژه که با استفاده از قالب های فلزی انجام می شود، از حساسیت های زیادی برخوردار است. عدم دقت به هریک از مسائل می تواند منجر به آسیب رسیدن به قالب و تولید قطعه ی بیکیفیتی شود.

در مجموع فرایند کلی ریخته گری در قالب های ریژه شامل ذوب کردن فلز و آلیاژها در دمای مشخص و بار ریزی آن در قالب های فلزی از پیش طراحی شده است.

در این فرایند، فاکتورهایی همچون دمای قالب ، دمای مذاب، ضخامت پوشش قالب، ضخامت دیواره قالب و موارد دیگر بر کیفیت محصول قالبگیری شده با این روش تاثیرگذار خواهد بود. در ادامه هریک از این فاکتورها به صورت تخصصی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مزایا و معایب تکنولوژی ریژه ریزی

روش ریژه به دلیل ثابت بودن ابعاد و زوایای قالب، از دقت بالایی برخوردار است و برای ریخته گری قطعاتی که نیازمند تولید در تعداد بالا هستند، استفاده می شود.

تکنولوژی ریژه ریزی دارای همانند سایر روش های ریخته‌گری مزایا و محدودیت هایی دارد. کارفرما با اطلاع از کلیه ی این مزایا و معایب می تواند به درستی در مورد انتخاب روش ریخته گری تصمیم گیری کند:

• مزایای ریژه ریزی

قالب ریژه برای تولید قطعات در تعداد بالا روش مناسبی است. قطعاتی که با این روش تولید می شوند، دارای کمترین عیوب ریخته گری هستند و از دقت ابعادی بالایی برخوردارند.

ریخته گری با این روش استحکام و خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی را برای قطعات پدید می آورد.

با توجه به مزیت های ذکر شده می توان گفت، قطعه خروجی از این قالب ها انتظارات کارفرما را برآورده می کند. اما در مقابل برخی محدودیت ها در استفاده از این روش وجود دارد که باید آنها را در نظر گرفت؛

• معایب ریژه ریزی

اگر تعداد محدودی قطعه ریخته گری شده درخواست شده است، بهتر است دیگر روش های ریخته گری را انتخاب کنید. چرا که ریژه ریزی برای تعداد کمتر قطعات، صرفه و توجیه اقتصادی ندارد. دلیل آن هزینه بالای طراحی و ساخت قالب است.

ریژه ریزی تنها برای فلزات و آلیاژهایی نظیر آلومینیوم، روی، چدن خاکستری هیپویوتکتیک به کار می رود. در واقع اغلب فلزات را نمی توان با این روش قالب گیری کرد. از طرفی به منظور حفاظت از قالب و افزایش عمر آن، استفاده از پوشش هایی همچون سیلیکات سدیم، گل نسوز، اکسیدفلزی و سنگ های صابونی الزامی است.

روش ریژه ریزی بر اساس نیروی ثقل و ویسکوزیته مذاب عمل می کند. بنابراین تولید اشکال پیچیده توسط این روش امکان پذیر نیست. در روش قالب ریزی ریژه امکان تولید قطعات با ابعاد بزرگ وجود ندارد. چرا که نیاز به صرف هزینه های گزافی برای ساخت قالب خواهد داشت و این اقدام از نظر اقتصادی به‌ صرفه نیست.

روشهای ریخته گری در قالب های ریژه

ریخته گری در قالب های ریژه با توجه به نوع تجهیزات به سه روش زیر انجام می شود؛

• دستی

روش دستی برای تولید قطعات ساده و با دو ضخامت متفاوت کم و زیاد به کار می رود. از مزیت های این روش می توان به تولید قطعاتی ضخیم و با برامدگی های زیاد اشاره کرد. امروزه حجم قابل توجهی از قطعات ریژه به روش دستی تولید می شوند.

• نیمه اتوماتیک

این روش که برای تولید انبوه قطعات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد، تا حدودی از سیستم های هیدرولیکی به جای نیروی انسانی بهره می برد.

در واقع باز و بسته شدن قالب توسط این سیستم ها به مقدار قابل توجهی سرعت تولید را بالا می برد و انرژی کمتری از کارگران خواهد گرفت. در سیستم نیمه اتوماتیک قالب ریژه، خروج قطعات با کمک نیروی انسانی انجام می شود.

• اتوماتیک

تکنولوژی تمام اتوماتیک ریژه ریزی یک گام از روش نیمه اتوماتیک پیشرفته تر است و تمامی مراحل بستن قالب، پرکردن قالب و خروج قطعه توسط ماشین انجام می گیرد.

دقت و سرعت کار در این روش به مراتب از سایر روش های پیشین بالاتر است و به دلیل جایگزینی ربات به جای انسان، احتمال بروز آسیب ها هم به مراتب کاهش می یابد. در روش اتوماتیک تولید قطعات با ابعاد مختلف و در تعداد بالا امکان پذیر است.

در ساخت قالب ریژه از چه فلزها و آلیاژهایی استفاده می شود؟

همانطور که پیش از این عنوان شد، یکی از معایب روش ریخته گری در قالب های ریژه، محدودیت در ریختهگری فلزات مختلف است. در واقع با این روش تنها چند فلز و آلیاژ را می توان قالب ریزی کرد که در ادامه معرفی می‌شوند:

• آلیاژهای آلومینیوم

یکی از محصولات این روش که با آلیاژهای آلومینیوم تولید می شود، بدنه ی موتور با ضخامت کم است. وزن قطعات خروجی از قالب های ریژه با این آلیاژها تا 70 کیلوگرم گزارش شده است.

• آلیاژهای منیزیم

خانواده ی آلیاژهای منیزیم از قابلیت ریخته گری محدودی برخوردارند. با این حال توسط قالب ریژه می توان آن‌ها را ریخته گری کرد. قطعات خروجی از قالب های ریژه با ترکیبات منیزیم به طور متوسط 10 کیلوگرم وزن دارند.

• آلیاژهای مس

آلیاژهای مس محدوده‌ی گسترده ای دارند که برای ریخته گری در قالب های ریژه مناسبند. به ویژه آلیاژهای برنج با درصدهای مختلف از ترکیبات مس و روی، به شرط رعایت برخی اصول قابل ریخته گری در این قالب ها هستند.

مس به دلیل رسانایی بالا و دیگر خواص ذاتی، سرعت انجماد بالایی دارد. با در نظر گرفتن این ویژگی، باید قطعات را پس از سرد شدن به سرعت از قالب جدا کرد. چرا که انقباض فلز منجر به درگیر شدن قطعه با قالب و ماهیچه ها می شود.

• آلیاژهای روی

از دیگر آلیاژهایی که توسط این روش ریخته گری می شوند، آلیاژهای روی همچون برنج هستند. به دلیل ویژگی‌های ذاتی روی، روش ریخته گری تحت فشار برای تولید قطعه‌ی پیشنهادی مناسب تر است.

• چدن خاکستری

چدن های خاکستری هیپویوتکتیک هم با این روش ریخته گری می شوند. اما به دلیل مشکلاتی نظیر سرعت سرد شدن کندتر، ترجیح بر استفاده از سایر روش هاست.

قطعات چدنی بیش از 10 کیلوگرم با این روش به دلیل افزایش هزینه های طراحی و تولید قالب و مشکلات انجماد قالب ریزی نمی شوند.

عوامل موثر بر عمر قالب ریژه

طول عمر قالب‌های ریژه به رعایت اصول و استانداردهای تعیین شده در این روش ریخته گری بستگی دارد. در واقع عوامل مختلفی بر دوام و طول عمر قالب های ریخته گری موثرند که کارفرما در حین کار باید آنها را مدنظر قرار دهد.

از طرفی جنس قالب ها در عمر آنها هم تاثیرگذار است. عمر یک قالب ریژه که براساس دفعات ریخته‌گری تعریف می شود، بین 100 تا 250 هزار بار متغیر خواهد بود. از جمله مهمترین عواملی که در طول عمر قالب های ریژه موثرند، در ادامه بیان می شوند؛

• درجه مذاب در حین بارریزی

درصورتی که درجه حرارت بارریزی پایین تر از دمای استاندارد باشد، قالب به درستی پر نمی شود و بالاتر بودن از حد معمول منجر به ایجاد حفره های انقباضی می شود.

در اصل می توان گفت، دمای بیش از حد بالای مذاب، باعث تاب برداشتن قالب شده و عمر آن را کاهش می دهد.

• وزن قطعه فلزی

افزایش نسبی وزن قطعه، به معنای کاهش تعداد دفعات استفاده از یک قالب و کاهش عمر آن خواهد بود.

• ضخامت قطعه و میزان یکنواختی ضخامت:

قطعاتی که دارای ضخامت کم و یکنواختی هستند، مشکلی برای قالب ایجاد نمی کنند. اما قطعاتی که در بخش‌های مختلف ضخامت یکسانی ندارند، در حین سرد شدن در قسمت های مختلف قالب اختلاف دمایی ایجاد می کنند. این اختلاف دما در سطح قالب به مرور عمر آن را کاهش می دهد.

• شیوه ی سردسازی قالب و قطعه:

بهترین روش برای سرد کردن قطعات و جلوگیری از تخریب قالب، سرد کردن در هواست. روش های سریع تر قالب را تخریب می کند.

• پیش گرم کردن قالب ریژه

پیش گرم کردن قالب باعث کاهش اختلاف دمایی بین مذاب و قالب شده و مانع بروز ترک و آسیب های بعدی در قالب می شود.

• پوشش دهی قالب ریژه

پوشش های روان ساز و پوشش های عایق به منظور پیش‌گیری از تخریب قالب استفاده می شود. سیلیکات سدیم، خاک نسوز، اکسیدهای فلزی و خاک های دیاتومی، انواع تالک، میکا و سنگ های صابونی از پوششهایی هستند که باعث جلوگیری از تخریب قالب ریژه شده و دوام طولانی آن می شود.

• نحوه نگهداری از قالب

نگهداری قالب در محیط های نامناسب و مرطوب سبب خوردگی و تخریب قالب می شود.

• روش تمیز کردن قالب پس از کار

تمیزکاری قالب پس از پایان کار، اهمیت ویژه ای در دوام قالب دارد. تمیزکاری غالبا با محلول سود انجام میشود. درصورت بی دقتی در تمیزکاری قالب، ممکن است قالب دچار سایش و خوردگی شود.

• نحوه ی طراحی سیستم راهگاهی

سیستم راهگاهی باید به درستی طراحی شود تا منجر به تخریب قالب نشود.

• نوع عملیات ریختگی

در روش های تمام اتوماتیک، قالب های ریخته گری ریژه دوام بالاتری نسبت به روش های دستی دارند.

عوامل موثر بر درجه حرارت قالب

فاکتور مهمی که مستقیما بر کیفیت قطعه خروجی از قالب تاثیر دارد، درجه حرارت قالب است. بنابراین تنظیم صحیح درجه حرارت قالب در ریخته گری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در ادامه عواملی که دمای قالب را تعیین می کنند، عنوان شده است؛

• درجه حرارت بار ریزی: متناسب با افزایش دمای بارریزی، دمای قالب هم افزایش می یابد.

• دفعات و مدت زمان ریخته گری: دوره های سریع تر ریخته گری، دمای قالب را بالا می برند.

• شکل قطعه ریختگی: پیچیدگی قالب و نقاط و گوشه های تیز باعث ایجاد شیب دمایی نامتوازن در قالب می شود. به عبارتی این نوع طراحی ها دمای قالب را افزایش می دهد.

• ضخامت قطعه ریختگی: قطعات ضخیم تر انتقال حرارت کندتری دارند و در نتیجه دمای قالب را بالا می برند.

• ضخامت دیواره قالب: قالب های با دیواره های ضخیم تر باعث کاهش دمای قالب می شوند.

• ضخامت پوشش قالب: افزایش ضخامت پوشش قالب به معنای افزایش دمای قالب خواهد بود.

انتخاب جنس قالب ریژه

ساخت یک قطعه با کیفیت به عوامل مختلفی وابسته است. یکی از این عوامل، جنس قالب آن است. برای انتخاب ماده مناسب برای ساخت قالب ریژه باید به مواردی نظیر دمای مذاب، ابعاد قطعه‌ی ریختگی، ظرفیت حدودی تولید، و هزینه های تولید توجه نمود.

در مجموع برای آلیاژهای روی، مس، آلومینیوم و منیزیم از چدن خاکستری برای ساخت قالب ریژه استفاده می شود. همچنین برای ریخته‌گری قطعات چدن خاکستری از چدن خاکستری آلیاژی استفاده می شود.