در این مطلب می خواهم کمی در مورد نکات مربوط به ساخت مدل ریخته گری و جعبه ماهیچه مربوط صحبت کنم. مدلی که ساخته می شود جهت ریخته گری به روش شاو است. در این روش جهت ساخت جعبه ماهیچه الزامی به استفاده از آلومینیوم جهت ساخت جعبه ماهیچه نمی باشد. بنابراین از چوب و موم جهت ساخت مدل ریخته گری و جعبه ماهیچه استفاده می شود.
برای توسعه صنعت هر کشوری نیاز به پیش نیازهایی است. به اعتقاد بنده قطعه سازی یکی از مهم ترین آنهاست. فرآیندهایی که در تولید قطعات به کار گرفته می شود، کیفیت و قیمت نهایی محصول را تعیین می کند. استفاده از شیوه های روزآمد تولید باعث پیشی گرفتن از سایر رقبا خواهد شد. راز پیشرفت ژاپن در دهه های اخیر را هم باید در استفاده از همین فناوری ها جست و جو کرد. یکی از فرآیندهایی تولید قطعه، ریخته گری می باشد. در ابتدای دهه 1960 با معرفی فرآیند شاو به صنعت ژاپن تحولی عظیم در لایه های زیرین صنعت ژاپن به وجود می آید که در صنایع مختلف نمایان می شود. در این مقاله به مراحل معرفی این فرآیند و ورود فناوری شاو جهت تولید قطعات به ژاپن را به قلم یک مهندس ژاپنی می خوانیم.
مهندس هاروتوشی یاماموتو تجربیات خود را در زمینه فرآیند شاو در مقاله ای عنوان کرده که در این مقاله این تجربیات را در اختیار شما قرار خواهیم داد. بدون تردید این مقاله به این امید نوشته شده که با بیان پیشینه تاریخی کمکی به متخصصان جوان داشته باشد. در زیر، می‌خواهم کارهایی را که در 35 سال گذشته، از تحقیقات فارغ‌التحصیلی تا بازنشستگی، بر ایشان در صنعت ریخته‌گری تأثیر گذاشته است، توضیح دهیم.
امروز با پیشرفت صنایع نیاز به تولید قطعات بدون عیب بسیار احساس می شود. بر این اساس ریخته گری به عنوان فرآیند کلیدی برای تولید بسیاری از انواع قطعات پیچیده شناخته می شود. به طور معمول ریخته گری به عنوان فرآیندی سنتی که بدون داشتن دانش فنی و مهارت انجام می شود، شناخته می شود. در صورتی که داشتن مهارت و آشنایی با انواع روش های قالب گیری و ریخته گری جهت تولید قطعات سالم و با دقت بالا مورد نیاز است. ریخته گری دقیق به عنوان فرآیند استفاده از سرامیک نسوز به عنوان مواد قالب گری شناخته می شود. اما معمولا ریخته گری دقیق را با ریخته گری مومی یا Investment Casting می شناسند. در صورتی که روش های دیگری نیز برای به کار گیری سرامیک در قالب گیری در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. به این فرآیندها قالب گیری سرامیکی یا Ceramic Molding میگویند. مهم ترین این روش ها روش قالب گری شاو Shaw Process می باشد که در این مقاله به طور مفصل در مورد آن صحبت خواهیم کرد.
روش شاو یکی از روش های قالب گیری سرامیکی جهت ریخته گری فلزات می باشد. در این روش دوغاب سرامیکی به صورت دوغابی درون قالب ریخته می شود. پس از ژل شدن چسب مورد استفاده، به راحتی از قالب جدا شده و برای سوزاندن و پخت آماده می شود. با این وجود استحکام قبل از پخت قالب جهت جابجایی اهمیت دارد. در ادامه به بیان روش های استحکام بخشی به سرامیک خام می پردازیم.
در شرایطی که قالب نیاز به حرارت دیدن تا دمای بالاتر نداشته باشد به راحتی می توان از قانجاق فلزی جهت استحکام بخشی استفاده نمود. قالب های ماسه ای را به راحتی می توان با این روش استحکام بخشید. در این حالت قانجاق فلزی همانند آرماتور عمل کرده و استحکام لازم را فراهم می کند.
اما برای قالب های سرامیکی از این قانجاق ها نمی توان استفاده نمود علت این امر هم اختلاف انبساط حرارتی فلز و سرامیک می باشد. در دمای بالا فلز انبساط بیشتری نسبت به سرامیک خواهد داشت که باعث شکستن قالب سرامیکی خواهد شد. بنابراین می بایست به دنبال راه حل دیگری برای استحکام بخشی خام قالب سرامیک بود. در ادامه به راه کارهایی جهت بهبود استحکام خام قالب یا ماهیچه سرامیکی خواهیم پرداخت.
پمپ یکی از مهم ترین اجزای مورد استفاده در صنعت می باشد. پمپ های گریز از مرکز بیشترین کاربرد را در بین پمپ های صنعتی دارد. دغدغه اصلی پمپ سازان در ساخت پمپ ها، افزایش هر چه بیشتر بازدهی پمپ می باشد. مهم ترین قطعه به کار رفته در پمپ ها پروانه آن می باشد. در واقع می توان قلب پمپ را پروانه آن در نظر گرفت. جهت افزایش بهره وری پمپ، هرچه دقت ابعادی و صافی سطح پروانه بهتر باشد، بازدهی پمپ بالاتر خواهد بود. معمول ترین روش تولید پروانه پمپ، ریخته گری است. جهت افزایش دقت ساخت پروانه پمپ، از روش های ریخته گری دقیق استفاده می شود. در این صورت بازدهی پمپ 3 تا 7 درصد افزایش خواهد داشت. معمولا با ساخت مدل مومی و ساخت قالب سرامیکی پوسته ای به روش Invetment اقدام به ساخت قالب ریخته گری دقیق جهت ریخته گری پروانه می کنند. در این روش کیفیت خوبی خواهیم داشت اما معایبی نیز داردکه در ادامه بیان می شود.
تضمین کیفیت در تولید ریخته گری فولاد برای اطمینان از ثبات و برتری در محصول نهایی بسیار مهم است. تولیدکنندگان از استراتژی ها و فرآیندهای مختلفی برای حفظ استانداردهای با کیفیت بالا در طول چرخه تولید استفاده می کنند. در اینجا چند روش کلیدی مورد استفاده توسط سازندگان برای اطمینان از تضمین کیفیت در تولید ریخته گری فولاد وجود دارد که در ادامه به آن می پردازیم.
قالب های سرامیکی مورد استفاده در ریخته گری دقیق دارای این مزیت اند که تولید قطعات در آنها نسبت به سایر قالب هات دارای بیشترین دقت است. موقعیت نادری که در نتیجه استفاده طولانی از این فرایند در تولید قطعات نسبتا کوچک بوده که در آنها مسائل ابعادی به راحتی قابل تشخیص نمی باشد. قطعات ریخته شده توسط این فرآیند، دارای سطوح تمام شده بسیار عالی و نقوش و جزئیات ریز و تیز می باشد.
پروانه ها اجزای حیاتی پمپ ها هستند و وظیفه تولید جریان سیال را بر عهده دارند. بسته به عواملی مانند جنس پروانه، دقت مورد نیاز، پیچیدگی طراحی و حجم تولید، چندین فرآیند تولید برای تولید پروانه پمپ استفاده می شود. در اینجا یک نمای کلی از فرآیندهای مختلف تولید پروانه های پمپ، به همراه کاربرد آنها آورده شده است. در ادامه به بررسی روش های تولید پروانه خواهیم پرداخت.
با توجه به گران بودن سرامیک و چسب مورد استفاده در ریخته گری دقیق نیازمند به کارگیری روش هایی برای ساخت قالب ترکیبی به جهت کاهش هزینه و افزایش بهره وری هستیم. بهترین گزینه برای رسیدن به این هدف استفاده از روش شاو برای ساخت قالب سرامیکی و ماهیچه می باشد. قالب های شاو تنها قالب هایی هستند که با پیش گرم و بدون پیش گرم قابلیت ریخته گری دقیق را با قالب های سنتی فراهم می کند. در این مطلب انواع روش های ساخت قالب ترکیبی سرامیکی به روش شاو را ارائه می دهیم.
در این مقاله قصد داریم به بررسی راه کارهایی جهت کاهش و حذف عیوب مربوط به قطعات ریخته گری استیل ضد زنگ آلیاژی بپردازیم. جهت دستیابی به این هدف می بایست عواملی که باعث بروز تخلخل می شود را شناسایی کنیم. سپس به دنبال راه کاری جهت حذف آن باشیم
مواردی که در این مقاله بررسی می شود:
درک رطوبت و تخلخل ناشی از آن.
حذف تخلخل زیرسطحی در فولادهای پر آلیاژ.
مطالعه موردی برای یافتن راه حل موثر جهت جلوگیری از تخلخل زیرسطحی.
یک مرور کوتاه در مورد قالب های ریخته گری فلزات توسط فرآیند قالب گیری شاو در این مقاله انجام خواهیم داد. فرآیند شاو یک از فرآیندهای قالب گیری سرامیکی است که در این فرآیندها از سرامیک به عنوان مواد قالب استفاده شود. فرآیند شاو و یونیکست دو نمونه از فرآیندهای قالب گیری سرامیکی هستند که برای تولید قطعاتی چون پروانه و پخش کننده های پمپ با ابعاد گوناگون در تناژهای مختلف از آنها استفاده می شود. در این مقاله به مبابع علمی و ثبت اختراع مربوط به ریخته گری فلزات به روش فرآیند Shaw خواهیم پرداخت. در این مطلب صرفا یک مقاله مروری در این زمینه آورده شده و از بیان سایر منابع مورد استفاده در آن خودداری شده است.
مهمترین بخش تولید قطعه دقیق ریخته گری تولید قالب سرامیکی می باشد. چسب مورد استفاده در قالب سرامیکی روش شاو، پایه الکل بوده و توسط فرآیند ژل سازی تولید می شود. علاوه بر تولید محلول قالب به روش شاو روش های دیگری نیز برای تولید نانو ساختارها با کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوشتار سعی شده به طور خلاصه این روش ها و کاربرد هر یک بیان شود. در این صورت علاوه بر آشنایی بیشتر با فرآیند، امکان استفاده از روش های دیگر برای تولید قالب های دقیق نیز فراهم می شود.
ریخته‌گری‌های فلزی سعی می‌کنند قطعات بی عیبی تولید کنند، با این حال، تنها تعداد کمی از ریخته‌گری‌ها کاملاً عاری از نقص هستند. ریخته‌گری‌های مدرن دارای تجهیزات بازرسی پیچیده ای هستند که می توانند حتی تفاوت های کوچک در اندازه و عیوب گوناگون را تشخیص دهند. عیوب عمدتاً به دلیل خطای انسانی ناشی از شرایط محیطی یا به دلیل تخلخل در قطعات ریخته گری رخ می دهد. در این میان، تخلخل ممکن است دائمی ترین و رایج ترین شکایت کاربران ریخته گری باشد. با فرآیندهایی چون آهنگری، ماشین‌کاری و جوش‌کاری می توان تخلخل را در شمش ها و قطعات ساده حذف کرد. تخلخل در قطعات ریخته گری باعث نگرانی های مشتری در مورد قابلیت اطمینان و کیفیت می‌شود. کنترل تخلخل به درک منابع و علل آن بستگی دارد. اگر بتوان تخلخل در قطعات ریخته گری را کنترل یا حذف کرد، می توان به بهبودهای قابل توجهی در کیفیت محصول، عملکرد اجزا و قابلیت اطمینان طراحی دست یافت.
برای کاهش عیوب ریخته گری دقیق و قالب گیری سرامیکی راه های مختلفی از قبیل پیش گرم قالب، ذوب ریزی در خلا و ریخته گری در حالت گریز از مرکز پیشنهاد می شود. در این میان پیش گرم از اهمیت ویژه ای برخوردارداست.
قالب های سرامیکی به دلیل کاهش شوک های حرارتی می بایست پیش گرم شوند.
ادامه دارد...
در این آزمایش بر روی نمونه اولیه جهت تعيين اثربخشی شيميايي و غلظت مطلوب کریستوبالیت و زیرکون جهت انحلال بهتر ماهیچه سرامیکی متمرکز شده ایم. مشاهدات این نمونه آزمایش در ادامه مطالب ارائه می گردد.
ادامه مطالب...
ماهیچه های سرامیکی مدت هاست برای به دست آوردن حفره های داخلی قطعات ریخته گری با اشکال پیچیده استفاده می شود. در صنعت ریخته گری دقیق، ماهیچه های سرامیکی نقش مهمی در بهبود عمکرد پره های توربین گازی ایفا می کنند.
برای ایجاد کانال های خنک کاری و شکل های پیچیده آن، ماهیچه سرامیکی درون پوسته ریخته گری دقیق قرار می گیرد. پس از شکستن پوسته سرامیکی، نوبت به خارج کردن ماهیچه سرامیکی می رسد. فرآیندی که برای خارج کردن ماهیچه استفاده می شود، غالبا انحلال پذیری یا لیچ شدن در محلول سود سوز آور(caustic leaching) می باشد. برای حل شدن ماهیچه محصور درون قطعه ریختگی، تحت شرایطی خاص این قطعه و ماهیچه درون حمام سود قرار می گیرد. با وجود استفاده زیاد از این فرآیند طی سال های اخیر، مبانی فیزیکی و شیمیایی آن خیلی کم مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه مختصری راجع به این فرآیند مطالبی بیان می شود. این مطالب چکیده ای از یک مقاله مفصل در این باره می باشد.
ادامه دارد...
عیب پارگی گرم (Hot Tear) یکی از عیوب معمول ریخته گری در قالب های سرامیکی می باشد. این عیب به دلیل استحکام بالای قالب یا ماهیچه و دمای بالای ذوب ریزی اتفاق می افتد. محل آن هم نزدیک راهگاه یا تغذیه در جاهایی که تمرکز تنش وجود دارد، اتفاق می افتد. برای حل مشکل می بایست دمای ذوب اصلاح شود. در این پدیده قالب یا ماهیچه اجازه انقباض فلز مذاب را نمی دهد. این پدیده در شرایطی که ماهیچه سرامیکی یا کلد باکس در قالب ماسه ای باشد، دور از انتظار نیست.
در جدول زیر به طور خلاصه مقایسه کلی بین روش موم فنا شونده (investment casting) و قالب گیری سرامیکی (ceramic molding) شده است...
دقت ابعادی در روش ریخته گری دقیق و فرآیند شاو، بستگی به دقت ابعادی مدل دارد. با تخمین میزان ضریب جمع شوندگی فلز ریخته شده، تلرانس ابعادی به صورت زیر در نظر گرفته می شود:
• ±0.08 mm (±0.003 in.) on dimensions up to 25 mm (1 in.)
• ±0.13 mm (±0.005 in.) on dimensions over 25 to 75 mm (1 to 3 in.)
• ±0.38 mm (±0.015 in.) on dimensions over 75 to 203 mm (3 to 8 in.)
• ±0.76 mm (±0.030 in.) on dimensions over 203 to 381 mm (8 to 15 in.)
• ±1.14 mm (±0.045 in.) on dimensions over 381 mm (15 in.)
برای خط جدایش قالب مقادیر زیر نیز به موارد بالا اضافه می گردد.
±0.25 to ±0.51 (±0.010 to ±0.020 in.)
تلرانس های بهتر با استفاده مجدد از الگوی بعد از ریخته گری آزمایشی قابل دستیابی است. تکرارپذیری نیز در این روش بسیار خوب است. در صورت استفاده مکرر از مدل، ممکن است روی عمر مدل و دقت ابعادی تاثیر گذار باشد.
جهت ایجاد شیارهای داخلی قطعات ریخته گری(چه با قالب سرامیکی و چه ماسه ای) ممکن است از ماهیچه استفاده شود. جهت ساخت ماهیچه باید به جنس ماهیچه، جنس قالب، ابعاد قطعه و ماهیچه، نحوه قرارگیری، لقی، استحکام و موارد دیگر توجه داشت. در ادامه مطالب نکاتی درباره ساخت ماهیچه جهت ریخته گری فلزات بیان می شود...
در حالت کلی در ریخته گری اگر از سرامیک ریز دانه جهت ساخت قالب ریخته گری استفاده شود، به آن قالب دقیق می گویند. چون علاوه بر دقت ابعادی، صافی سطح بسیار خوبی خواهیم داشت.
فرآیند اصلی مورد استفاده در ساخت قالب سرامیکی دقیق، ژل سازی دوغاب سرامیکی می باشد. چه در فرآیند یونیکست و چه در فرایند شاو، ژل سازی مورد استفاده است. حتی در اینوستمنت یا موم فناشونده اگر از سیلیکات اتیل استفاده کنیم، با قرار گیری قالب سرامیکی در اتمسفر آمونیاک و تسریع در ژل سازی، سرعت ساخت قالب بسیار افزابش می یابد. در این مطلب فرآیند سل-ژل مورد استفاده در ساخت قالب سرامیکی به طور مختصر بررسی می شود...
یکی از فرآیندهای قالب گیری سرامیکی فرآیند یونیکست "Unicast Process" می باشد. تفاوت این فرآیند با فرآیند قالب گیری shaw در این است که پس از ژل سازی به جای آتش زدن الکل موجود، قالب در حمام پخت قرار میگیرد.
با توجه به ماهیت پخت قالب در این روش دیگر ترک های میکروسکوپی ایجاد نمی شود. نفوذ پذیری در این روش به علت عدم وجود میکرو ترک ها کمتر است. صافی سطح نیز به خوبی روش shaw می باشد. با توجه به ویژگی های بیان شده این روش برای تولید ماهیچه های سرامیکی دقیق بسیار مناسب است...
قالب گیری سرامیکی فرآیندی نو برای تولید قطعه های ریخته گری با کیفیت بالا می باشد. در قالب گیری سرامیکی پودر سرامیک نسوز با چسب ترکیب شده و مقداری عامل ژل ساز به آن اضافه می شود. پس از گذشت چند دقیقه دوغاب سرامیکی به صورت ژل خالص سرامیک در آمده و به راحتی از مدل جدا می شود. بلافاصله ژل سرامیک در معرض شعله قرار داده و آتش زده می شود. تقریبا انواع آلیاژهای ریخته گری به ویژه سوپر آلیاژها، استیل و فولاد به این روش قابل انجام است. در فیلم فرآیند تولید پمپ های سانتریفیوژ به روش shaw process مربوط به یک شرکت انگلیسی تولید کننده پروانه پمپ و دیفیوزر می باشد.
مراحل کار به این صورت است:
1- ساخت مدل برای ماهیچه و قالب
2- ساخت ماهیچه سرامیکی و درجه ها
3- سرهم کردن درجه ها و ماهیچه سرامیکی
4- عملیات حرارتی قالب ریخته گری دقیق
5- ریخته گری فلز مداب درون قالب دقیق
این ویدئو را می توانید در آپارات از طریق این لینک مشاهده کنید.
فرآیند Shaw توسط شرکت رینگ پیستون سازی RIKEN در سال 1957 از طریق شرکت بریتانیایی ShawProcess به ژاپن معرفی شد. تقریباً در همان زمان، در بیش از دوازده شرکت این فناوری معرفی شد. از جمله خودروسازی تویوتا، خودروسازی نیسان، کارخانه آهنگری تویو کوگیو کوبوتا، شرکت ریخته گری توکیو، شرکت هواپیماسازی شووا، شرکت گیفو سیکی و...
مهم ترین کاربرد روش شاو در صنعت خودرو شامل ساخت قالب های پرس، فرج، دایکست، قالب های دائمی و قطعات ریخته گری می باشد.
در ژاپن تقریبا از سال 1960 میلادی توسعه روش شاو در دستور کار شرکت های ژاپنی قرار گرفت. بر این اساس شرکت های مهم خودروساز ژاپنی از جمله مزدا، تویوتا، نیسان و ایسارو در این زمینه پیشگام بوده اند. این شرکت ها از روش shaw process بیشتر برای ساخت قالب های پرس استفاده می کردند. در بین این شرکت ها شرکت مزدا، از روش شاو بیشترین استفاده را داشته و تواسته است این روش را جهت اهداف خود توسعه دهد. این شرکت بخش بزرگی از تولیدات مربوط به قالب های پرس خود را به روش شاو ریخته گری کرده است. وزن کل قالب های پرسی که طی سال های 1960 تا 1963 در این شرکت به روش شاو تولید شده است، به چندین تن می سد.
با توسعه فرآیند قالب گیری شاو، علاوه بر اروپا و آمریکا، ژاپن نیز از این روش جهت تولید قالب استفاده نموده اند. شرکت تویوتا نیز از پیشگامان استفاده از روش شاو بوده است. شرکت تویوتا مدعی شده است، در سال 1960 با استفاده از روش shaw دقت کپی برداری جهت ساخت قالب در این شرکت افزایش یافته است.
منبع: سایت رسمی شرکت تویوتا
انتقال حرارت پدیده اصلی در فرآیند ریخته گری می باشد. ریخته گری قطعات با مقاطع باریک از جنس های خاص به روش های سنتی دارای پیچیدگی هایی همچون عدم سیالیت مذاب و پر نشدن بخش هایی از قالب می باشد. قطعاتی که دارای مقاطع نازک باشد، به دلیل انتقال حرارت سریع بین فلز گداخته و قالب امکان پر شدن قالب (خصوصا در مورد فولاد و استیل) وجود ندارد...
ماده پشتیبان باید به اندازه کافی محکم باشد تا بتوان از آن به عنوان پشتیبان قالب استفاده نمود. علاوه بر این باید قابلیت خروج گاز را داشته و ارزان قیمت باشد. از ماسه سیلیس به علت ابساط زیاد و غیر خطی نمی توان استفاده نمود. ماده ارزان قیمت جایگزین که پیشنهاد می شود، شاموت یا خاک پخته است که در ساخت آجر از آن استفاده می کنند. این ماده به راحتی با گریدهای مختلف در دسترس است.
جهت ایجاد حفره های داخلی قطعات، از ماهیچه استفاده می شود. در شرایطی که در ریخته گری قطعات صافی سطح و دقت ابعادی مورد نیاز باشد و دمای ذوب بالا باشد یا فلز مذاب با قالب های معمولی واکنش دهد، ماهیچه سرامیکی مورد استفاده است. از این پس مقالاتی را در مورد انواع قالب های سرامیکی و کاربرد آنها در ریخته گری فلزات بیان می کنیم.
ادامه دارد...
این نوع ماسه برای قطعات ضخیم و بزرگ مناسب است و از زینتر کردن خاک رس بدست می آید. مزیت این ماسه نسبت به کوارتز یکنواختی و کم بودن تغییر حجم آن در اثر تغییرات درجه حرارت می باشد و به علت اینکه دیرتر وارد فعل و انفعالات شیمیایی شده و کمتر به سطح آن می چسبد در فولاد ریزی بکار می رود...
معمولا از شاموت یا خاک پخته با تحمل دمایی بالا به عنوان لایه پشتیبان ارزان قیمت استفاده می شود
شاموت با چسب سیلیکات سدیم ترکیب شده و ابتدا روی مدل پشتیبان ریخته می شود. سپس دوغاب سرامیکی روی مدل واقعی ریخته می شود. در این صورت تمام جزئیات قالب را با داشتن قابلیت دیر گدازی لازم می توان بدست آورد. در مواردی که قطعه مورد نظر و قالب ریخته گری آن کوچک باشد نیازی به لایه پشتیبان نمی باشد. ولی در صورتی که قالب بزرگ باشد، می بایست از لایه پشتیبان استفاده نمود تا هزینه تمام شده قالب کاهش یابد. دلیل اصلی استفاده از لایه پشتیبان شاموتی برای ریخته گری دقیق قالب های سرامیکی، گران بودن مواد سرامیکی و چسب مورد استفاده می باشد.
اطلاعات و خدمات در زمینه ریخته گری فلزات به روش ریخته گری دقیق با قالب سرامیکی تولید شده به روش shaw