پایان نامه ریخته گری

چکیده

امروزه برای تولید قطعات نیاز به روش های مختلفی می باشد تا بتواند نیاز جامعه امروز را برآورده کند. از این رو ریخته گری به عنوان یک روش می تواند برای برخی از تولیدات مورد استفاده قرار گیرد که با شناسایی مواد و خصوصیات آنها می توان دریچه جدیدی از این علم را گشود که سیلیکون نمونه ای از این گونه مواد است که دارای خواص جالبی در دماهای بالا و پایین می‌باشد. سیلیکون ها در مقابل شرایط جوی مانند رطوبت و نور ، مقاومت خوبی دارند و تا دمای 260 تا 315 درجه سانتی‌گراد خاصیت لاستیکی خود را حفظ می‌کنند. در این پروژه تحقیقی جامع, روش های ریخته گری و جزئیات آن مورد بحث قرار داده شده است.

امروزه بیشتر قطعات ریختگی مصرفی جهان, در یک کشور تولید و به کشورهای دیگر صادر می شود. قطعات ریختگی کالایی است که بعد از نفت و فولاد بیشترین سهم را در تجارت بین المللی دارد و صنعت ریخته گری یکی از بزرگ ترین و بین المللی ترین صنایع در قرن بیست و یکم به شمار می رود .

1-2- مقدمه

ریخته گری را به طور خلاصه, فرآورش و تبدیل ماده خام به فراورده ای دیگر( مانند محصول ساخته شده) تعریف می کنند.از این لحاظ , این فرآیند در زمره فعالیتهای تبدیل ماده اولیه به قطعه نهایی تقسیم بندی می شود. فرآیند کار در کلیه روشهای مختلف ریخته گری متشکل از 5 مرحله می باشد که عبارتند از 1) ریختن مذاب در داخل قالب 2) انجماد 3) سرد شدن مذاب 4) تبدیل آن به قطعه ساخته شده و5) خارج کردن قطعه از قالب. در این فرآیند آنچه که صورت می گیرد پایین آمدن دمای مذاب تا حد معین ، توقف دما و رسیدن به دمای تعادل است. با توجه به آنچه که از فیزیک می دانیم هنگامی که دو یا چند ماده با دماهای متفاوت با یکدیگر ادغام می شوند گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود و این فرآیند تا هم دما شدن آنها و رسیدن به دمای تعادل تداوم می یابد. در اینجا نیز روش کار بدین صورت است که مذاب و قالب هم دما شده و تا رسیدن به دمای تعادل ( یا به اصطلاح سرد شدن مذاب ) فرایند  ادامه می یابد. البته نباید از نظر دور داشت که انجماد به یکباره صورت نمی گیرد بلکه مراحل جوانه زنی و رشد را نیز در بر می گیرد .

  1-3- اهمیت ریخته گری

براساس پیش بینی های موجود ، اگر چه فولاد تا سال های آتی همچنان به عنوان صنعت غالب غیر نفتی در کشور باقی خواهد ماند، اما صنعت ریخته گری و صنایع وابسته به آن از جمله صنعت خودرو سازی بیشترین درصد نسبی رشد را تجربه می‌کنند. شواهد نشان می دهند که صنایع ریخته گری در آینده، از اهمیت فزاینده و رو به رشدی برخوردار خواهند بود و هم زمان با افزایش بهره گیری از تکنولوژی‌های جدید، سهم قطعات ریختگی در سبد مصرف داخلی و صادرات افزایش خواهد یافت.

1-4- تاریخچه ریخته گری

انسان اولیه معلوم نیست چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف ، ذوب و فلز آهن را بدست آورده است. اما از شواهد امر پیداست که از 2400 سال پیش و شاید هم بیشتر ، انسانهای اولیه آهن را شناخته اند. به نظر می‌رسد ابتدا شهاب‌های ثابت آسمانی که حاوی آهن و نیکل است، مورد استفاده انسانهای اولیه قرار گرفته باشد و اتلاق عنوان سنگ و فلز آسمانی به آهن توسط انسانهای اولیه موید همین امر است. بعدها سنگ آهن نیز شناخته شد.بنابراین بشر از دیر باز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پر مصرف ترین فلزات جهان می باشند آشنا بوده است.

در این پروژه سعی بر آن شده است تا اغلب روش های مرسوم ریخته گری مورد بحث قرار گرفته و با هم مقایسه شوند .در فصل های پیش رو در مورد روش های قالب گیری و تشریح کامل این فرایندها، مزایا,  معایب و مواد مورد استفاده آنها صبحت خواهد شد .

1-5-  روش های ریخته گری

روش های ریخته گری بطور خلاصه به دو دسته عمده تقسیم بندی می شوند:

ریخته گری با قالب های یک بار مصرف[1]

ریخته گری با قالب های چند بار مصرف[2]

فرآیند ریخته گری با تولید قالب آغاز می شود که شکل قالب، قرینه و معکوس قطعه ای است که ما نیاز داریم. قالب از مواد نسوز مانند ماسه تهیه می شود. در ابتدای کار فلز با حرارت ذوب می شود, سپس فلز مذاب در گودی قالب که شکل قطعه مورد نظر است ریخته می شود و تا زمان رسیدن به مرحله انجماد خنک می گردد و در نهایت قطعه فلزی شکل گرفته از قالب,  جدا می شود.

خلاصه ای از انواع روش های ریخته گری ، به همراه مزایا و معایب آنها و مثالهایی در این زمینه در جدول 1-1 دیده می شود.

[1]Expendable casting

[2] permanent

-1- مقدمه

به طور کلی تنوع محصولات, روشهای ریخته گری را گسترده کرده است. از آنجاییکه هر روش مزایا و معایب خاص خود را دارد و رسیدن به یک فرایند ایده آل دشوار است روش های متعددی ابداع گردید.به عنوان مثال ،ریخته گری ماسه ای دقت پایینی داشته و در برخی موارد نیاز به فرایند دیگری دارد تا محصول نهایی شود. ایراد قالبهای بادی نیاز داشتن به دو قالب است,یک قالب برای پیش فرم و دیگری برای دمیدن. این قالب ها تنها برای قطعات نازک مناسب است و برای قطعات با ضخامت های بیشتر, دیگر کارآمد نیست و باید از روش تزریق گاز استفاده کرد که البته این روش نیز محدودیتهای خاص خود را دارد. نیاز به تجهیزات زیاد از ایرادات  روش  تزریق گاز محسوب میشود .ملاحظه می شود که با توجه به تنوع محصولات هر یک از روشهای گفته شده می تواند برای یک محصول مفید باشد . برای ریخته گری فلزات مسلما روشهای تزریق و بادی مثمر ثمر نخواهد بود که برای نیل به این منظور از دایکست استفاده می شود که کوتاهترین راه برای تولید یک محصول از فلز می باشد .

به طور خلاصه دقت ،کیفیت،صنعت مورد استفاده وسرمایه موجود از جمله عواملی هستند که برای انتخاب روش تولید یک محصول دخیل هستند که در فصل پیش رو این روش ها معرفی و نحوه ی فرایند و تجهیزات آنها شرح داده خواهد شد.

2-2- اصول ریخته گری با ماسه                                                        

در ریخته گری ماسه ای[1] از ماسه طبیعی یا ماسه ترکیبی( ماسه دریاچه) استفاده می شود، که دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا(sio2) می باشد. دانه های شن باید به قدر کافی کوچک باشند تا بتوان آن ها را متراکم کرد؛ و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته گری از بین منافذ آنها خارج شوند.

در قالب های بزرگ تر از ماسه سبز استفاده می کنند(ترکیبی از ماسه،خاک رس و مقداری آب). ماسه و همچنین زائده ها و فلزات اضافی بریده شده  را می توان  به طور مجدد مورد استفاده قرار داد.

قالب های ماسه ای دارای قسمت های زیر می باشند:

• قالب از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که درجه بالایی[2] و درجه پایینی[3] نامیده می شوند.

• مذاب در فضای بین دو درجه که حفره قالب نام دارد ،جاری می گردد. هندسه طرح توسط یک قطعهء چوبی که الگو نام دارد، ایجاد می شود. شکل طرح ، تقریبا شبیه به قطعه ای است که ما نیاز داریم.

• حفره قیفی شکل: بالای این قیف ظرف مذاب ریزی قرار دارد. و به قسمت لوله مانند, قیف[4] گفته می شود. فلز مذاب در داخل ظرف مذاب ریزی ریخته شده و از طریق spure به سمت پایین جاری می شود.

• راهگاه ها ، کانل هایی عمودی و توخالی هستند که حفره قالب را به سطح آن متصل می کنند. منطقه ای که این راهگاه ها به حفره قالب می رسند ، دروازه[5] نام دارد.

• چندین حفره دیگر نیز درون قالب تعبیه می شوند که با سطح آن در تماسند. اضافه مذابی که درون قالب ریخته می شود ، به داخل این حفره ها که "لوله های تغذیه"  نام دارند جاری می گردد. این لوله ها مانند مخازن ذخیره مذاب عمل می کنند. همان طور که مذاب در داخل حفره قالب, در حال جامد شدن است حجم آن کم می شود. برای جلوگیری از ایجاد حفره در داخل قطعه ، مذاب جبران کننده از داخل این لوله ها به قالب وارد می شود.

• منافذ هوا  لوله های باریکی هستند که حفره قالب را به فضای بیرون متصل می کنند و به گاز ها و هوای داخل قالب اجازه می دهند که از قالب خارج شوند.

• ماهیچه ها: بسیاری از قطعات ریخته گری دارای سوراخ های داخلی (فضا های خالی) هستند.و برخی حفره های موجود در ساختار آنها از هیچ کجای قالب قابل دسترسی نیستند. این سطوح درونی به وسیله ماهیچه ها ایجاد می گردند. ماهیچه ها از طریق آمیختن ماسه با یک سری چسب های خاص تهیه می شوند . این چسب باعث می شود که وقتی ماهیچه را در دست می گیریم شکل خود را حفظ کند. قالب از طریق قرار دادن ماهیچه در داخل حفره درجه پایینی و قرار دادن درجه بالایی روی آن و قفل کردن دو درجه به هم، ساخته می شود. بعد از انجام عملیات ریخته گری ، ماسه ها کنار زده می شوند و ماهیچه بیرون کشیده شده و معمولا شکسته می شود.

ماسه های سیلیسی به طور گسترده‌ای در ریخته گری به کار می رود و عمده‌‌ترین ماسه مصرفی محسوب می شود و ترکیب اصلی آن سیلیس SiO2 است.

ماسه های مصرفی به دو نوع ماسه های با چسب طبیعی و ماسه های مصنوعی تقسیم میگردند.

[1] Sand casting

[2] cope

[3] drag

[4] sprue

[5] gate