ریخته گری

فهرست مطالب

ریخته گری چیست

ریخته‌گری (Casting) یکی از روش‌های قدیمی و پرکاربرد در تولید قطعات صنعتی است که در آن فلز یا ماده‌ای مایع (معمولاً فلز مذاب) درون قالبی ریخته می‌شود و پس از سرد شدن و انجماد، شکل مورد نظر قالب را به خود می‌گیرد. این فرآیند به‌خصوص برای تولید قطعات پیچیده یا با اشکال خاص که تولید آن‌ها با روش‌های دیگر سخت یا غیرممکن است، بسیار مناسب می‌باشد.

### مراحل اصلی ریخته‌گری:

1. **طراحی قالب:** قالب ممکن است یک‌بار مصرف (مانند قالب‌های ماسه‌ای) یا دائمی (مانند قالب‌های فلزی) باشد. این قالب‌ها معمولاً بر اساس شکل نهایی قطعه طراحی می‌شوند.
2. **ذوب فلز:** فلز یا ماده مورد نظر به نقطه ذوب خود رسانده و به شکل مایع درمی‌آید.
3. **ریختن مذاب:** فلز مذاب به داخل قالب ریخته می‌شود.
4. **خنک شدن و انجماد:** پس از پر کردن قالب، مذاب به تدریج سرد شده و جامد می‌شود.
5. **خروج قطعه:** قطعه از قالب خارج می‌شود. در قالب‌های یک‌بار مصرف، قالب تخریب می‌شود؛ اما در قالب‌های دائمی، قالب قابل استفاده مجدد است.
6. **پرداخت نهایی:** قطعه نهایی ممکن است به عملیات پرداخت، برش یا اصلاح نیاز داشته باشد.

### انواع روش‌های ریخته‌گری:

1. **ریخته‌گری ماسه‌ای:** از ماسه به‌عنوان ماده قالب استفاده می‌شود.
2. **ریخته‌گری دائمی:** از قالب‌های فلزی قابل استفاده مجدد استفاده می‌شود.
3. **ریخته‌گری دقیق (Investment Casting):** برای تولید قطعات با دقت بالا و جزئیات ظریف استفاده می‌شود.
4. **ریخته‌گری گریز از مرکز:** از نیروی گریز از مرکز برای پر کردن قالب استفاده می‌شود.
5. **ریخته‌گری تحت فشار:** فلز مذاب با فشار به داخل قالب تزریق می‌شود.

### کاربردهای ریخته‌گری:

- تولید قطعات خودرو (مانند بلوک موتور، سرسیلندر)

- صنایع هوافضا

- ساخت ماشین‌آلات سنگین

- ابزارها و تجهیزات خانگی

ریخته‌گری به دلیل انعطاف‌پذیری بالا در تولید قطعات مختلف و مقرون‌به‌صرفه بودن در تولید انبوه، جایگاه ویژه‌ای در صنعت دارد.

انواع عیوب ریخته گری شمش

عیوب ریخته‌گری شمش به نقایصی اطلاق می‌شود که در فرآیند ریخته‌گری و تولید شمش به دلایل مختلف ایجاد می‌شوند. این عیوب می‌توانند به کیفیت نهایی شمش آسیب برسانند و در صورت عدم رفع، مشکلاتی در مراحل بعدی تولید ایجاد کنند. در ادامه انواع عیوب متداول در ریخته‌گری شمش معرفی می‌شوند:

---

### 1. **عیوب سطحی:**

این عیوب روی سطح شمش مشاهده می‌شوند و شامل موارد زیر هستند:

- **ترک‌های سطحی:** ترک‌هایی که به دلیل سرد شدن سریع، تنش‌های حرارتی یا انقباض نامتقارن به وجود می‌آیند.

- **پوسته شدن (Scabbing):** نواحی سطحی که به‌درستی شکل نگرفته یا فلز مذاب به‌خوبی با قالب تماس نداشته است.

- **پوسته‌های اکسیدی:** ناشی از اکسید شدن سطح فلز مذاب هنگام ریخته‌گری.

- **زائده‌ها یا پلیسه‌ها:** به علت نفوذ مذاب به درزهای قالب.

---

### 2. **عیوب داخلی:**

این عیوب در داخل ساختار شمش رخ می‌دهند و شامل موارد زیر می‌شوند:

- **حفره‌های گازی (Gas Porosity):** به دلیل محبوس شدن گازها در فلز مذاب ایجاد می‌شوند.

- **حفره‌های انقباضی (Shrinkage Cavity):** به دلیل انقباض در زمان سرد شدن و عدم تأمین مذاب کافی.

- **جداشدگی (Segregation):** تجمع غیر یکنواخت عناصر آلیاژی در نقاط مختلف شمش.

- **حباب‌های انقباضی (Blow Holes):** حباب‌هایی ناشی از گازهای محبوس‌شده که به سطح راه پیدا نکرده‌اند.

---

### 3. **عیوب ساختاری:**

این عیوب به ساختار بلوری و میکروسکوپی شمش مرتبط هستند:

- **تبلور ستونی (Columnar Crystals):** رشد نامطلوب بلورها به شکل ستون‌های بلند که مقاومت شمش را کاهش می‌دهد.

- **ناخالصی‌های غیر فلزی (Inclusions):** ورود ناخالصی‌ها یا سرباره‌ها به مذاب.

- **حالت پوسته‌ای (Layering):** ایجاد لایه‌های ناپیوسته به دلیل شرایط غیر یکنواخت انجماد.

---

### 4. **عیوب ناشی از فرآیند:**

- **آخال‌ها:** مواد اضافی مانند ماسه یا سرباره که وارد شمش شده‌اند.

- **شکل نامناسب شمش:** ناشی از عدم تنظیم قالب یا دمای نامناسب مذاب.

- **جریان سرد (Cold Shut):** به دلیل سرد شدن زودهنگام مذاب و عدم پر کردن کامل قالب.

---

### علل بروز عیوب:

- طراحی ضعیف قالب

- ترکیب نامناسب آلیاژ

- سرعت خنک‌سازی ناهماهنگ

- ورود گازها به مذاب

- عدم کنترل دما در مراحل ریخته‌گری

### روش‌های پیشگیری:

- استفاده از سیستم تهویه مناسب در قالب

- کنترل دقیق دما و ترکیب آلیاژ

- استفاده از روش‌های اصلاح‌گر مذاب (مانند گاززدایی)

- طراحی صحیح قالب و سیستم راهگاهی

بررسی و رفع این عیوب در مراحل ابتدایی تولید، کیفیت شمش و هزینه‌های تولید را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.

روش های پیشگیری و اصلاح عیوب

برای پیشگیری و اصلاح عیوب ریخته‌گری شمش، باید اقداماتی در مراحل مختلف فرآیند ریخته‌گری انجام داد. این اقدامات شامل بهینه‌سازی طراحی قالب، کنترل دقیق پارامترهای فرآیند، و به‌کارگیری روش‌های اصلاحی برای بهبود کیفیت محصول نهایی است. در ادامه روش‌های پیشگیری و اصلاح عیوب دسته‌بندی شده‌اند:

---

### 1. **پیشگیری از عیوب سطحی**

- **کنترل سرعت خنک‌سازی:** تنظیم دمای قالب و فلز مذاب برای جلوگیری از ترک‌های حرارتی و سطحی.

- **استفاده از پوشش‌های مناسب قالب:** استفاده از مواد عایق یا روان‌کننده‌ها برای بهبود سطح قالب و جلوگیری از چسبندگی مذاب.

- **بهبود طراحی قالب:** اطمینان از صافی سطح قالب و جلوگیری از درزها و شکاف‌هایی که منجر به زائده یا پلیسه می‌شوند.

- **تصفیه مذاب:** حذف سرباره و آخال از فلز مذاب قبل از ریختن.

---

### 2. **پیشگیری از عیوب داخلی**

- **گاززدایی مذاب:** استفاده از روش‌هایی مانند دمیدن گاز خنثی (مانند آرگون) به مذاب برای حذف گازهای محلول.

- **طراحی مناسب سیستم راهگاهی:** جلوگیری از محبوس شدن گاز و ایجاد جریان یکنواخت برای پر شدن کامل قالب.

- **کنترل انقباض:** استفاده از تغذیه‌ها و گرم‌کن‌ها برای جبران انقباض در حین انجماد.

- **بهبود همگنی مواد:** استفاده از همزن مکانیکی یا الکترومغناطیسی برای یکنواخت‌سازی ترکیب مذاب.

---

### 3. **اصلاح عیوب ساختاری**

- **کاهش تبلور ستونی:** تنظیم سرعت خنک‌سازی و بهینه‌سازی هندسه قالب برای کنترل رشد بلورها.

- **رفع ناخالصی‌ها:** استفاده از فیلترهای سرامیکی برای جلوگیری از ورود ناخالصی‌ها به مذاب.

- **تصفیه مذاب:** اضافه کردن فلاکس‌ها (مواد سرباره‌گیر) برای حذف اکسیدها و آخال‌ها.

- **تنظیم ترکیب شیمیایی:** بررسی دقیق ترکیب آلیاژ برای کاهش احتمال جداشدگی (Segregation).

---

### 4. **اصلاح عیوب ناشی از فرآیند**

- **استفاده از روان‌سازها:** برای بهبود جریان مذاب و جلوگیری از ایجاد جریان سرد (Cold Shut).

- **کنترل دما:** حفظ دمای بهینه مذاب و قالب برای جلوگیری از شکل‌گیری لایه‌های سرد.

- **بهبود سیستم راهگاهی:** طراحی مناسب مسیرهای ورود مذاب برای پر کردن یکنواخت قالب.

- **انجام آزمایش‌های کنترل کیفی:** شامل آزمون‌های غیرمخرب مانند اولتراسونیک و آزمون‌های متالورژیکی برای شناسایی و رفع عیوب پیش از مراحل بعدی تولید.

---

### 5. **روش‌های اصلاح عیوب پس از تولید**

- **عملیات حرارتی:** برای رفع تنش‌های داخلی و بهبود ساختار بلوری قطعه.

- **ماشین‌کاری:** حذف عیوب سطحی یا بخش‌های معیوب.

- **تعمیر قالب:** اصلاح قالب‌های معیوب برای جلوگیری از ایجاد مشکلات مشابه در دفعات بعدی.

- **جوشکاری و پر کردن:** در برخی موارد، از جوشکاری یا مواد پرکننده برای رفع حفره‌های سطحی استفاده می‌شود.

---

### نکات کلیدی برای پیشگیری

1. **آموزش پرسنل:** افزایش آگاهی اپراتورها از علل عیوب و روش‌های پیشگیری.
2. **کنترل کیفیت مواد اولیه:** استفاده از فلزات و مواد اولیه با کیفیت بالا.
3. **بهینه‌سازی فرآیند:** نظارت دقیق بر پارامترهای فرآیند شامل دما، زمان و سرعت ریختن.
4. **استفاده از شبیه‌سازی:** بهره‌گیری از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای تحلیل جریان مذاب و انجماد قبل از تولید.

اجرای این روش‌ها می‌تواند به کاهش عیوب و افزایش کیفیت شمش کمک کند و در نتیجه هزینه‌های تولید را کاهش دهد.

نحوه ریخته گری

**ریخته‌گری** فرآیندی است که در آن ماده‌ای مذاب، معمولاً فلز، درون قالبی ریخته می‌شود و پس از انجماد، شکل قالب را به خود می‌گیرد. این روش به دلیل قابلیت تولید قطعات پیچیده با دقت بالا، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. در ادامه مراحل اصلی و روش‌های ریخته‌گری توضیح داده شده است:

---

### **مراحل اصلی ریخته‌گری**

#### 1. **طراحی و ساخت قالب**

- **طراحی قالب:** قالب با توجه به شکل نهایی قطعه طراحی می‌شود. قالب‌ها می‌توانند یک‌بار مصرف (مانند ماسه‌ای) یا دائمی (مانند فلزی) باشند.

- **ساخت قالب:**

  - در قالب ماسه‌ای: از ماسه با چسب مناسب برای ساخت قالب استفاده می‌شود.

  - در قالب دائمی: معمولاً از فولاد یا چدن برای ساخت قالب استفاده می‌شود.

#### 2. **ذوب فلز**

- فلز مورد نظر تا دمای ذوب حرارت داده می‌شود تا به حالت مایع درآید.

- از کوره‌هایی مانند کوره‌های القایی، بوته‌ای یا قوس الکتریکی استفاده می‌شود.

- **تصفیه فلز مذاب:** برای حذف ناخالصی‌ها، گازها و آخال‌ها از روش‌هایی مانند گاززدایی یا افزودن فلاکس استفاده می‌شود.

#### 3. **ریختن مذاب در قالب**

- مذاب به آرامی یا تحت فشار وارد قالب می‌شود.

- توجه به سرعت و روش ریختن برای جلوگیری از ایجاد حباب گاز یا تلاطم ضروری است.

#### 4. **انجماد و سرد شدن**

- مذاب داخل قالب به تدریج سرد شده و جامد می‌شود.

- سرعت انجماد باید کنترل شود تا ترک یا عیوب انقباضی ایجاد نشود.

#### 5. **خروج قطعه از قالب**

- در قالب‌های ماسه‌ای: قالب تخریب و قطعه خارج می‌شود.

- در قالب‌های دائمی: قطعه با باز کردن قالب خارج می‌شود.

#### 6. **پرداخت و عملیات تکمیلی**

- **برش زائده‌ها و راهگاه‌ها:** بخش‌های اضافی ناشی از سیستم راهگاهی بریده می‌شوند.

- **تمیزکاری سطح:** از روش‌هایی مانند شات‌بلاست برای تمیز کردن سطح قطعه استفاده می‌شود.

- **پرداخت نهایی:** در صورت نیاز، عملیات حرارتی یا ماشین‌کاری انجام می‌شود.

---

### **انواع روش‌های ریخته‌گری**

#### 1. **ریخته‌گری ماسه‌ای**

- قالب از ماسه ساخته شده و یک‌بار مصرف است.

- مناسب برای تولید قطعات بزرگ و پیچیده.

- هزینه کم و انعطاف‌پذیری بالا.

#### 2. **ریخته‌گری دائمی**

- قالب از فلز مقاوم ساخته شده و قابل استفاده مجدد است.

- دقت ابعادی بالا و سطحی صاف‌تر نسبت به قالب ماسه‌ای.

- مناسب برای تولید انبوه.

#### 3. **ریخته‌گری دقیق (Investment Casting)**

- از مدل‌های مومی و قالب‌های سرامیکی استفاده می‌شود.

- قطعات با جزئیات بالا و تلورانس کم تولید می‌شوند.

- مناسب برای صنایع هوافضا و پزشکی.

#### 4. **ریخته‌گری تحت فشار (Die Casting)**

- مذاب تحت فشار به داخل قالب تزریق می‌شود.

- سرعت تولید بالا و قطعات با کیفیت سطحی عالی.

- مناسب برای قطعات کوچک و متوسط.

#### 5. **ریخته‌گری گریز از مرکز**

- قالب در حال چرخش است و نیروی گریز از مرکز مذاب را به دیواره قالب می‌فشارد.

- مناسب برای تولید قطعات متقارن مانند لوله‌ها و بوش‌ها.

#### 6. **ریخته‌گری مداوم (Continuous Casting)**

- فرآیند تولید مداوم شمش یا مقاطع فلزی.

- برای تولید انبوه مقاطع با کیفیت بالا استفاده می‌شود.

---

### **مزایا و معایب ریخته‌گری**

#### **مزایا:**

- امکان تولید قطعات پیچیده.

- مناسب برای مواد سخت یا شکننده.

- تولید قطعات بزرگ و سنگین.

- مقرون‌به‌صرفه برای تولید انبوه.

#### **معایب:**

- احتمال وجود عیوب مانند ترک، حفره یا آخال.

- نیاز به کنترل دقیق فرآیند.

- هزینه بالای ساخت قالب دائمی.

---

### **کاربردهای ریخته‌گری**

- **صنایع خودروسازی:** تولید قطعاتی مانند سرسیلندر، بلوک موتور.

- **صنایع هوافضا:** تولید قطعات دقیق با آلیاژهای خاص.

- **ساخت ابزار و تجهیزات:** ابزارهای خانگی و صنعتی.

- **صنایع سنگین:** تولید ماشین‌آلات و تجهیزات سنگین.

ریخته‌گری به دلیل انعطاف‌پذیری و توانایی تولید قطعات متنوع، یکی از فرآیندهای کلیدی در صنعت به‌شمار می‌رود.