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 یا آهن جهت ساخت جعبه ماهیچه نمی باشد. بنابراین از چوب و موم جهت ساخت مدل ریخته گری و جعبه ماهیچه استفاده می شود.

مزیت روش شاو جهت ریخته گری پروانه پمپ

در ریخته گری پروانه پمپ گریز از مرکز، قسمت داخلی پروانه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. صافی سطح قسمت های داخلی پروانه و ضخامت پره ها به طور مستقیم در راندمان پمپ تاثیر دارد. بنابراین برای سادگی کار فقط ماهیچه پروانه به روش شاو و به صورت سرامیکی ساخته می شود. مدل ها همان مدلی است که برای ریخته گری معمولی استفاده می شود. مزیت این حالت نسبت به سایر روش ها دقت، سرعت و امکان پیش گرم کردن قالب می باشد. در توضیح این مطلب باید گفت، درست است که نسبت به ریخته گری معمولی مراحل بیشتر و مواد گران تری استفاده می شود؛ ولی با توجه به هزینه های پایین تر مدل سازی در تعداد کم، نمونه سازی سریع و قطعات یدکی این روش بهترین گزینه خواهد بود. براین اساس در اکثر واحدهای ریخته گری در دنیا هنوز هم از این روش جهت تولید پروانه پمپ و دیفیوزر استفاده می کنند.

پیش گرم قالب

پیش گرم قالب ریخته گری قبل از ذوب ریزی مزیت های زیادی دارد. یک مثال ساده برای بیان اهمیت پیش گرم، ریختن آب داغ در لیوان است. اگر لیوان سرد باشد باعث ایجاد حباب در آب داغ می کند. در مورد فلز مذاب هم به همین صورت است. در ریخته گری موم فناشونده (investment casting) به دلیل سرامیکی بودن و پوسته ای بودن قالب، می بایست پیش گرم حتما انجام شود. در روش شاو پیش گرم قالب به صورت های زیر قابل انجام است:

1. بدون پیش گرم
2. پیش گرم ماهیچه سرامیکی به تنهایی قبل از جفت کردن
3. پیش گرم کل قالب قبل از ذوب ریزی (بهترین حالت)

مورد سوم بهترین حالت است که کل قالب گرم شود و ذوب به راحتی تمام مقاطع نازک را پر کند. اما ممکن است در این باره محدودیت هایی وجود داشته باشد. در این صورت می توان ماهیچه را به تنهایی داغ کرد. اگر باز هم امکان آن وجود نداشت، در قالب سرد هم می توان ذوب ریزی را انجام داد. اما اگر قالب سرد باشد، حرکت مذاب در تماس با ماهیچه سرامیکی قدری کند خواهد بود. در این صورت احتمال سرد جوشی و نیامد به ویژه در مقاطع نازک در ذوب استیل وجود دارد. همه این موارد به شرایط واحد ریخته گری و ذوب بستگی دارد؛ ولی با این وجود می توان به عنوان یک روش ارزان و سریع برای ریخته گری در تیراژ کم روی این روش حساب کرد.

انتخاب جنس مدل و جعبه ماهیچه

همانگونه که بارها در مطالب قبلی توضیح داده ام، با توجه به اینکه مدل نه حرارت می بیند و نه فشاری به آن وارد می شود، تقریبا از هر چیزی می توان برای ساخت مدل ریخته گری شاو استفاده نمود. از جمله این موارد می توان به آلومینیوم، چوپ، پلاستیک، رزین، موم، سیلیکون، گچ و ... اشاره کرد. انتخاب جنس مدل به موارد مختلفی از جمله قیمت، دقت، سرعت ساخت، استحکام و امکان جدا سازی قالب از مدل بستگی دارد. در ادامه تجربیات خودم را در زمینه ساخت مدل های ریخته گری با جنس های مختلف را در اختیار شما قرار می دهم.

آلومینیوم

آلومینیوم بهترین گزینه از جهت استحکام می باشد. همچنین پایداری ابعادی آن در نگه داری های طولانی و در اثر حرارت حفظ می شود. براین اساس بیشتر ریخته گران ترجیح می دهد از آلومینیوم برای ساخت مدلهای ریخته گری استفاده کنند. در مواردی که از فنول یا ماچه چراغی برای ساخت ماهیچه استفاده می شود، مجبور به استفاده از آلومینیوم می باشیم. بنابراین اگر مدل و جعبه ماهیچه جهت قالب گیری ماسه موجود باشد از همان مدل ها می توان جهت قالب گیری شاو استفاده نمود. فقط با توجه به دقت بالاتر این روش باید قبل از قالب گیری سطح مدل را به خوبی سنباده زد. تجربه بنده در استفاده از آلومینیوم، این است که به دلیل صلب بودن آلومینیوم جدا کردن قالب سرامیکی شاو از مدل آن کمی سخت تر است. با این وجود می توان از همان مدل و جعبه ماهیچه سرامیکی برای قالب گیری استفاده کرد. در صورتی که در روش ریخته گری دقیق موم فنا شونده دیگر از آن مدل ها نمی توان استفاده نمود.

چوب

چوب به دلیل نرم بودن قابلیت ماشین کاری خوبی دارد. اما نسبت به آلومینیوم استکام و پایداری کمتری دارد. چوب با رطوبت و فشار ممکن است تغییر ابعاد بدهد. معمولا در شرایطی که نیاز به نگه داری طولانی مدت مدل جهت استفاده های بعدی باشد چوب گزینه خوبی نیست. اما در حالتی که به تعداد کم از یک قطعه مورد نیاز باشد، چوب یک گزینه کم هزینه خواهد بود. اصلا مزیت روش شاو اینجا نمایان می شود. برای نمونه پروانه پمپی که تولید آن در این مقاله بررسی می شود، اگر مواد مدل سازی از آلومینیوم باشد هزینه مواد اولیه آن نسبت به چوب 10 برابر خواهد شد. ضمن این که این فقط مواد اولیه آن است و هزینه های ماشین کاری آن هم بیشتر خواهد بود. طبق آنچه بنده تجربه نمودم به دلیل انعطاف نسبی چوب نسبت به آلومینیوم انعطاف پذری و امکان جدا شدن راحت تر مدل از قالب سرامیکی است. اما جهت ماشین کاری بیشتر اپراتورها از چوب به دلیل گرد چوب و کثیف کردن دستگاه، از آن فراری اند. ولی دستگاه هایی هم مخصوص ماشین کاری چوب وجود دارد که شرایط را جهت ماشین کاری چوب فراهم نموده اند. در مورد چوب باید در نظر داشت پس از ماشین کاری و بدست آوردن شکل مناسب می بایست از پوشش های سیلر، کیلر، پلی استر و رنگ مناسب استفاده کرد. علت اصلی این کار هم وجود منافذ و پرزهای سطحی چوب است. به دلیل اینکه ظاهر کار اهمیتی ندارد، فقط می توان از چند دست سیلر جهت پوشش دهی مدل های چوبی استفاده نمود.

پلاستیک

پلاستیک در اینجا شامل همه مدل پلاستیک از قبیل پلی اتیلن، تفلون، پلی آمید، PLA، PTFE، PET، ABS و غیره می باشد. در نمونه سازی سریع استفاده از چاپگرهای سه بعدی امروزه رواج زیادی پیدا کرده است. شما به راحتی می توانید مدل ها را چاپ سه بعدی کرده و به دفعات از آن استفاده کنید. در ریخته گری دقیق مدل فناشونده هر چاپ سه بعدی از قطعه مورد نظر، فقط یک بار قابل استفاده است. اما در روش شاو مدل های چاپ شده به دفعات قابل استفاده هستند.

رزین

برای قالب گیری از انواع رزین های سرد گیر و گرم گیر جهت ساخت قالب می توان استفاده نمود. معمولا رزین به حرارت حساس است با توجه به این که در روش شاو مدل ها حرارت نمی بیند به راحتی می توان از آن برای ساخت مدل استفاده نمود. در مورد رزین ها به این مزیت می توان اشاره کرد که در مواردی نیاز است مدل های ساخته شده (حتی از جنس های متفاوت) اصلاح شوند. به عنوان مثال اگر نیاز به اضافه بار بیشتری باشد یا نیاز باشد به مدل آفست داده شود و یا حتی برای استحکام بیشتر مدل های چوبی می توان از رزین ها استفاده نمود. پر کاربرد ترین رزین، رزین اپوکسی می باشد که از استحکام خوبی نیز برخوردار است.

موم

وقتی نام موم جهت ساخت مدل به میان می آید، ذهن ها به مدل های فناشوده در روش قالب گیری investment متوجه می شود. در صورتی که در اینجا مدل از بین نمی رود. در واقع در این روش مدل از بین نمی رود. گرچه در مواردی می توان از همان مدل فناشونده نیز استفاده کرده و قالب تو پر ساخت. در مواردی که قطعه کوچک باشد، این روش مناسب تر از روش investment پوسته ای خواهد بود. مانند قالب گیری درختچه مومی جواهرات در سیلندرهای فلزی با این تفاوت که به جای گچ نسوز که تحمل دمایی کمی دارد و برای ریخته گری فلزات پایه آهن مناسب نمی باشد، از سرامیک نسوز استفاده می شود. در واقع می توان گفت روش شاو همانند قالب گیری گچی است با این تفاوت که به جای گچ از سرامیک برای قالب استفاده می شود.استفاده از موم به عنوان مدل قابل استفاده مجدد در این روش امکان پذیر است. در شراطی که شیب های منفی با میزان بالا در قالب وجود داشته باشد می توان از موم استفاده کرده و بعد از قالب گیری موم را آب کرد. در ادامه بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت.

سیلیکون

سیلیکون با خاصیت ارتجاعی که دارد، به راحتی از قالب سرامیکی جدا می شود. اما برای سیلیکون نیاز به پشت قالب هست. در مواردی که شیب منفی در مدل وجود دارد، استفاده از سیلیکون بسیار کمک می کند. برای شکل دهی سیلیکون نیاز به قالب می باشد. معمولا بهترین حالت چاپ سه بعدی قالب جهت قالب گیری سیلیکون مدل می باشد. یعنی سیلیکون روی مدل چاپ سه بعدی ریخته می شود. از سیلیکون برای بدست آوردن بخش های پیچیده تر قالب هم می توان استفاده نمود. مثلا برای پروانه پمپ، یک پره چاپ سه بعدی شده و سپس با سیلیکون از آن قالب کپی درست می کنیم و به تعداد پره ها از روی آن مدل مومی درست می کنیم.

گچ

ویژگی های بارز گچ شامل خودگیری سریع، شکل پذیری راحت و توانایی بسیار بالای آن در بدست آوردن جزئیات سطوح می باشد. اما ضربه پذیری و امکان ایجاد خراش در سطح آن از معایب گچ است. معمولا از گچ برای پشت قالب سیلیکون استفاده می شود. برای کارهای هنری که دقت ابعادی اهمیتی ندارد، ماده اصلی جهت ساخت مدل ها گچ می باشد. همانگونه که در بالا در مورد موم گفته شد، از گچ به جای سرامیک نسوز نیز می توان استفاده کرد که به آن قالب گیری گچی نیز می گویند.

مراحل ساخت مدل ریخته گری پروانه پمپ

پروانه پمپ به عنوان قلب پمپ های گریز از مرکز می باشد. در مطالب قبلی در این باره مفصل بحث نموده ام. در اینجا به مراحل ساخت مدل ریخته گری آن و انتخاب مواد مورد استفاده جهت مدل سازی خواهم پرداخت. در این مطلب انواع روش های تولید پروانه پمپ با هم مقایسه کرده ام.

با توجه به گستره کاربرد پمپ ها در صنایع، نیاز به تولید این قطعه با دقت بالا بسیار احساس می شود. در موارد بسیاری پمپ های ساخته شده توسط شرکت های مختلف پس از مدتی نیاز به تعمیر و نگه داری دارند. یکی از قطعات مصرفی پمپ ها که به مرور زمان خراب شده و نیاز به تعویض دارد، پروانه پمپ می باشد. در کشور ما با توجه به تحریم و پیچیدگی مراحل ترخیص کالا، دریافت قطعات یدکی از سازنده اصلی پمپ مقرون به صرفه نیست. بر این اساس دغدغه بسیاری از ریخته گران تولید پروانه پمپ با دقت بالا می باشد. در این شرایط چون تعداد مورد تقاضا کم است. روش invesment به صرفه نخواهد بود. چون هزینه های ساخت مدل مدمی بسیار بالاست. حتی اگر از مدل چاپ شده سه بعدی هم استفاده شود، برای هر قطعه یک مدل چاپی نیاز است. ضمن این که در مواردی با توجه به دهنه باریک پروانه نیاز به ماهیچه سرامیکی می باشد. در این شرایط بهترین گزینه روش شاو می باشد.

بررسی ساخت مدل آلومینیومی

قطر پروانه مورد نظر حدود 35 سانتی متر و دهنه آن حدود 6 میلی متر و دارای 4 پره است. انتخاب جنس مدل چالش اساسی در تولید قطعه است. چون علاوه بر محدودیت قیمت باید دقت آن نیز مناسب باشد. برای این منظور می توان از آلومینیوم برای ساخت مدل استفاده نمود. برای ساخت مدل آلومینیومی هم می توان فوم یونولیت تراشید و سپس درون ماسه آلومینیوم ریخت و هم می توان بلوکه آلومینیومی را ماشین کاری کرد. اگر از بلوکه استفاده کنیم پلیسه آلومینیوم زیاد خواهد بود ضمن اینکه مواد بلوکه هم گران تر است اما مزیت آن این است که دیگر سوسه نخواهد داشت. چون آلومینیوم بلوکه اکسترود شده یا فورج شده و عاری از سوسه و حفره است. اما اگر اقدام به ریخته گری آلومینیوم کنیم، قطعه نهایی پر از سوسه و حفره خواهد بود. در هر دو صورت قیمت مواد اولیه آلومینیوم را می بایست در نظر بگیریم. تقریبا معادل هزینه ماشین کاری و فرآیندهای جانبی فقط باید هزیمه آلومینیوم بپردازیم. برای پره هم باید به تعداد پره ها چاپ کرد و از آن پره آلومینیومی ساخت. ضمن این که باید توجه داشت تعداد محدود از این قطعه مورد نیاز است.

ساخت مدل چوبی

با توجه به اینکه در روش شاو محدودیتی در انتخاب مواد وجود ندارد از چوب می توان به جای آلومینیوم استفاده کرد. درست است که استحکام و پایداری ابعادی آم کم است اما با توجه به تعداد تولید کم به صرفه خواهد بود. جهت انجام این کار ورق های MDF خام را با اندازه های مختلف و با چسب چوب روی یکدیگر می چسبانیم. سپس اقدام به ماشین کاری مدل های چوبی می کنیم. تای زیر و رو را با ایجاد یک پله روی هم قرار می دهیم. برای جعبه ماهیجه هم همین کار را می کنیم. به جز قسمت زیرین جعبه ماهیچه که نیاز به فرز CNC جهت ماشین کاری دارد، سه قطعه چوب دیگر با تراش CNC قابل انجام هستند. البته هر چهار قطعه را نیز می توان با فرز CNC ماشین کاری کرد.

روش ساخت پره جعبه ماهیچه

برای پره هم می توان به تعداد پره ها (چهار عدد) چاپ سه بعدی انجام داد. اما بهتر است یک عدد چاپ شده و به تعداد آن پره مومی از روی آن کپی شود. نحوه ساخت قالب پره هم به این صورت است که ابتدا یک عدد پره چاپ سه بعدی می شود. پره باید به گونه ای باشد که پین جاگیری آن در جعبه ماهیچه تا کف جعبه ماهیچه امتداد پیدا کند. ضمن اینکه فیلت پایینی هم می بایست در پره چاپ شده در نظر گرفته شود. فیلت بالای پره هم به راحتی بعد از ساخت ماهیچه سرامیکی قابل اجراست. پره چاپ شده می بایست با دقت بسیار بالا سنباده پوست آب زده شود تا سطح آن با نهایت دقت صاف شود. سپس پره را کف یک سطح صاف با چسبی که بعدا راحت کنده شود می چسبانیم. اطرافپره را با گل رس یا گل معمولی پر می کنیم. دقت شود که شیب گل اعمال شده منفی نباشد و در سر پره راهگاهی جهت ریختن سیلیکون ایجاد می کنیم. گل اعمال شده پس از ساخت پشت قالب گچی حذف شده و به جای آن سیلیکون درون قالب ریخته می شود. به این صورت قالب سیلیکونی با پشت قالب گچی ساخته می شود.