ریخته گری

مقدمه:
يكي از روشهاي توليد قطعات روش ريخته گري مي باشد و اجسام زيادي را در صنعت مي توان با اين روش تهيه كرد. انواع قطعات اتومبيل، موتور هواپيما، ماشين آلات سنگين، بيلهاي مكانيكي و… و خلاصه اينكه كمتر مي توان ماشين صنعتي پيدا كرد كه در آن قطعات ريخته گري استفاده نشده باشد و اين به علت آن است كه فوائد و مزاياي بسياري نسبت به ساير روشها دارد كه در زير به آن اشاره مي شود.

الف – روش ريخته گري ساده ترين راه در صنعت براي تبديل سريع يك طرح به جسم مورد نياز ميباشد.
ب – تهيه قطعات با وزن كمتر از يك كيلوگرم تا چند صد تن امكان پذير مي باشد.
ج – با استفاده از روش ريخته گري قطعات با پيچيدگي خاصي كه در روشهاي ديگر، امكان توليد آنها وجود ندارد، قابل توليد مي باشد.
د – با اين روش قطعات با آلياژها و آناليزهاي خاصي قابل توليد مي باشند.
ه- امكان ايجاد خواص مكانيكي و متالورژيكي از طريق كنترل و انتخاب تركيب شيميايي مورد نظر و عمليات حرارتي لازم وجود دارد.

و – امكان توليد قطعات يك پارچه با آلياژهاي متفاوت وجود دارد.
ز – توليد به روش ريخته گري نسبت به روشهاي ديگر اقتصادي تر و ارزانتر مي باشد.
با توجه به اين دلايل و مطالعه برنامه توليد براي توليد اكثر قطعات خودرو از جنس چدن و فولاد روش ريخته گري مناسب ترين روش مي باشد. شكل شماره ۱ تصاويري از قطعاتي كه به روش ريخته گري توليد شده اند را نشان مي دهد.

شكل شماره ۱ تصاويري از قطعاتي كه به روش ريخته گري توليد شده اند

جدول شماره ۱
برنامه توليد كارخانه ريخته گري چدني به ظرفيت ۱۰ هزار تن در سال
رديف نام قطعه در خودروي موردنظر تعداد قطعه در هر خودرو وزن هر قطعه (kg) وزن قطعات
(kg) تعداد خودرو (دستگاه) وزن كل قطعات (تن)
۱ خودروهاي سواري كوچك:
۱-۱ كاسه چرخ عقب ۲ ۶ ۱۲ ۶۰۰۰۰ ۷۲۰
۱-۲ ديسك ترمز ۲ ۴ ۸ ۶۰۰۰۰ ۴۸۰
۱-۳ مجموعه منيفولد ۱ ۲/۵ ۲/۵ ۶۰۰۰۰ ۳۱۲

۱-۴ فلايول ۱ ۵ ۵ ۶۰۰۰۰ ۳۰۰
۱-۵ فلنج چپ راست ۲ ۳ ۶ ۶۰۰۰۰ ۳۶۰
۱-۶ كله گاوي (ديفرانسيل) ۱ ۵ ۵ ۶۰۰۰۰ ۳۰۰
۱-۷ بازوي عقب ، راست و چپ ۲ ۲ ۴ ۰۰۰۰ ۲۴۰
۲ خودروهاي سواري متوسط
۲-۱ كاسه چرخ عقب ۲ ۳/۹ ۶/۱۸ ۶۰۰۰۰ ۱۱۱۶
۲-۲ ديسك ترمز ۲ ۵/۷ ۱۵ ۶۰۰۰۰ ۹۰۰
۲-۳ بازوي چرخ اكسل عقب ۲ ۹ ۱۸ ۶۰۰۰۰ ۱۰۸۰
۲-۴ بازويي زير اتاق اكسل عقب ۲ ۹ ۱۸ ۶۰۰۰۰ ۱۰۸۰
۲-۵ مجموعه مينفولد ۱ ۴/۶ ۴/۶ ۶۰۰۰۰ ۳۸۴
۲-۶ فلايول ۱ ۵/۷ ۵/۷ ۶۰۰۰۰ ۴۵۰
۲-۷ ميل بادامك ۱ ۴ ۴ ۶۰۰۰۰ ۲۴۰

۲-۸ بازوي اتاق چپ و راست ۲ ۱۰ ۲۰ ۶۰۰۰۰ ۱۲۰۰
۲-۹ كپه ياتاقان ۱ ۵ ۵ ۶۰۰۰۰ ۳۰۰
جمع ۹۴۶۲
۷% سهم ماشين كاري ۶۶۲
جمع كل ريخته گري خام ۱۰۱۲۴

۱-۲- طرح مقدماتي مراحل توليد و شناسايي ماشين آلات و تجهيزات
بخش هاي عمده يك كارخانه ريخته گري داراي قسمتهاي زير مي‌باشد.
۱-۲-۱- واحد ذوب، شامل تجهيزات ذوب و حمل مذاب، واحد آماده سازي قراضه
۱-۲-۲- واحد قالبگيري و ماهيچه سازي ، شامل خط قالبگيري اتوماتيك، خط قالبگيري دستي، دستگاههاي ماهيچه گيري Hot Box و Cold Box

۱-۲-۳- واحد آماده سازي و تامين ماسه، اين واحد شامل سيستم تامين ماسه و سيستم تخليه درجه (Shake out) بازيافت ماسه براي ماشينهاي قالبگيري و ماهيچه سازي است.
۱-۲-۴- واحد تميزكاري و تكميل، واحدتميز كاري شامل تجهيزات شات بلاست، و سنگ زني و جوشكاري مي باشد.

۱-۲-۵- واحد آزمايشگاه و كنترل كيفيت، شامل تجهيزات آزمايشگاهي واحد ذوب، ماسه و آزمايشگاه تست هاي مكانيكي و تجهيزات كنترل كيفيت خط توليد (On line)
1-2-6- واحد تعميرات مدل و قالب، ساخت مدل و قالب در خارج از كارخانه و يا توسط مشتري انجام مي گيرد و اين واحد صرفاً براي تعميرات جزئي و نصب و مونتاژ مدل و قالب لازم مي باشد.
۱-۲-۷- انبار محصول و مواد اوليه ، ان

ار براي محصولات ريخته گري شده و انبار كردن مواد اوليه براي ريخته گري مورد نياز است.
۱-۲-۴ واحد تميز كاري و تكميل ، واحد تميز كاري شامل تجهيزات شات پلاست و سنگ زني و جوشكاري مي باشد .
۱-۲-۵ واحد آزمايشگاه و كنترل كيفيت ، شامل تجهيزات آزمايشگاهي واحد ذوب ، ماسه و آزمايشگاه تست هاي مكانيكي و تجهيزات كنترل كيفيت خط توليد ( on line)
1-2-6واحد تعميرات مدل و قالب ، ساخت مدل و قالب در خارج از كارخانه و يا توسط مشتري انجام مي گيرد و اين واحد صرفاً براي تعميرات جزئي و نصب و مونتاژ مدل و قالب لازم مي باشد .
۱-۲-۷ انبار محصول و مواد اوليه انبار براي محصولات ريخته گري شده و انبار كردن مواد اوليه براي ريخته گري مورد نياز است .

۱-۳ بر آورد اوليه تجهيزات و ماشين آلات مورد نياز و منابع تأمين آنها
در اين قسمت تجهيزات اصلي مورد نياز براي قسمت ذوب ،قالبگيري ، ماهيچه سازي و ماسه رساني و تجهيزات جانبي توليد بشرح زير توضيح داده مي شوند .
۱-۳-۱ تجهيزات ذوب
براي ذوب چدن و فولاد مي توان از كوره هاي الكتريكي استفاده نمود مزاياي اين كوره ها بشرح زيرند :
الف) امكان كنترل دماي شارژ و نگهداري آن در يك درجه حرارت معين براي مدت زمان مشخص
ب) امكان استفاده از اتمسفر كنترل شده در محفظه ذوب وجود دارد .
ج) امكان استفاده از خلاء و يا فشارهاي پايين تر از اتمسفر در محيط شارژ وجود دارد ( براي آلياژ سازيهاي خاص )
د) امكان تهيه آلياژهايي با كيفيت مناسب از مواد اوليه اي با كيفيت پايين تر وجود دارد .
و) كار با اين كوره ها ساده مي باشد .
به همين دليل كوره هاي الكتريكي نسبت به انواع ديگر كوره هاي صنعتي براي ذوب فولاد و چدن مناسبتر مي باشند . كوره هاي الكتريكي به سه گروه كوره هاي مقاومتي ، كوره هاي قوس الكتريكي و كوره هاي القايي تقسيم بندي مي شوند . از لحاظ صنعتي كوره هاي مقاومتي براي ذوب چدن و فولاد مناسب نيستند ، به همين دليل كوره هاي قوس الكتريكي و القايي براي توليد اين محصولات مناسب مي باشند كه در زير توضيح داده شده است .

۱-۳-۱-۱ كوره هاي الكتريكي
در اثر عبور جريان برق بين الكترود و شارژ قوس الكتريك ايجاد مي شود . دماي ايجاد شده بسيار زياد و تا ۳۸۰۰ در نقطه قوس الكتريكي مي رسد . كوره هاي قوس الكتريكي مناسب براي ذوب چدن و فولاد داراي ۳ الكترود مي باشند اين كوره ها به دليل ايجاد آلودگي صوتي و محيط زيستي و هم چنين عدم كنترل دقيق شارژ كوره و افزايش كربن كه نياز به تجهيزات ديگري براي بدست آوردن تركيب آلياژي مورد نظر را دارند ، براي قطعات صنعتي و كوچك با تركيب شيميايي خاص و يكنواخت پيشنهاد نمي شوند . شكل شماره ۲ يك كوره قوس الكتريك را نشان مي‌دهد .

شكل شماره ۲ يك كوره قوس الكتريك
۱-۳-۱-۲ كوره هاي القايي
اساس كار اين كوره ها شبيه يك ترانسفورماتور الكتريكي مي باشد ، در اينجا سيم پيچ اوليه يك كويل مسي است و سيم پيچ ثانويه همان شارژ ذوب مي باشد .جريان القاء شده در شارژ فلزي موجب ايجاد حرارت در شارژ مي گردد . اين كوره ها به دو گروه كوره هاي القايي هسته دار و بدون هسته تقسيم مي شوند .

۱-۳-۱-۳ كوره هاي القايي هسته دار
اين كوره ها براي ذوب فلزات غير آهني مناسب مي باشند . هم چنين اين كوره ها به عنوان نگهدارنده بكار مي روند ، در اين كوره ها بر اي شروع به كار مي بايستي مقداري ذوب در ابتدا در آنها شارژ گردد به همين دليل كوره هاي القايي هسته دار براي ذوب فولاد و چدن مناسب نيستند . شكل شماره ۳ تصوير برش خورده يك كوره القايي هسته دار را نشان مي دهد .

شكل شماره ۳ تصوير برش خورده يك كوره القايي هسته دار
۱-۳-۱-۴ كوره هاي القايي بدون هسته
در اين كوره سيم پيچ دوم در واقع همان شارژ مي باشد و عبور فلوي مغناطيسي از ميان شارژ باعث افزايش دما و در نهايت ذوب قطعات شارژ مي شود . كوره هاي القايي بدون هسته به سه گروه تقسيم مي شوند ، كوره هاي القايي فر

كانس شبكه ، كوره هاي القايي فركانس متوسط ، كوره‌هاي القايي فركانس بالا .
الف)كوره هاي القايي فركانس شبكه
اين كوره ها با فركانس شبكهHZ 60-50 كار مي كنند . اين كوره ها نياز به تجهيزات اضافي براي افزايش فركانس ندارند و ارزانتر مي باشند ولي عيب اين كوره ها در مدت زمان ذوب زياد در شروع كار مي باشد . در عمل سعي مي شود براي كوتاه شدن زمان ذوب در اين كوره ها هميشه ۲۰ تا ۳۰ در صد مذاب در كوره باقي بماند .
ب) كوره هاي القايي فركانس متوسط
فركانس برق اين كوره ها عمدتاً تا ۱۰۰۰ هرتز نيز مي رسد ، اين كوره ها به دليل نياز به تجهيزات افزايش فركانس گرانتر از كوره هاي فركانس شبكه مي باشند ولي سرعت ذوب در اين كوره ها بيشتر مي باشد و همچنين اين كوره ها را مي توان بدون نياز به مذاب اوليه از حالت سرد بكار انداخت، اين كوره ها براي توليد چدن و فولاد مناسب مي باشند .

شكل شماره ۴ تصوير تخليه كوره القايي بدون هسته با فركانس متوسط را نشان مي دهد .

شكل شماره ۴ تصوير تخليه كوره القايي بدون هسته با فركانس متوسط

ج) كوره ها ي القايي فركانس بالا
فركانس برق در اين كوره ها به بيشتر از ۱۰۰۰ هرتز مي رسد ، سرعت ذوب در اين كوره ها بسيار زياد مي باشد وبه دليل تجهيزات اضافي براي بالا بردن فركانس ذوب، بسيار گرانتر از كوره هاي فركانس متوسط مي باشند و عمدتاً در صنعت استفاده نمي شوند از مزاياي اين كوره ها مي توان به تهيه ذوب سريع از قراضه هاي غير فشرده نام برد .

با توجه به توضيحات داده شده كوره القايي با فركانس متوسط براي واحد ذوب پروژه مورد نظر گزينه مناسبتري مي باشد .
شكل شماره ۵ كوره هاي القايي در هنگام ذوب ريزي نشان مي دهد .

شكل شماره ۵ كوره هاي القايي در هنگام ذوب ريزي
۱-۳-۲ واحد قالبگيري و ماهيچه سازي
قالب را مي توان يكي از اجزاء اصلي فرايند ريخته گري دانست بهمين علت ريخته گري را مي توان بر حسب نوع و سيستم قالب تقسيم بندي كرد . قالبهاي موقت ريخته گري عمدتاً از مواد ديرگداز مانند انواع ماسه ها ، گچ ، سيمان و…….. استفاده مي شوند . از اين مواد ماسه ها كاربرد وسيعتر و متداولتري را دارند ، بهمين دليل ابتدا تعريفي از ماسه براي تشريح بهتر فرآيند خواهيم داشت .

ماسه ، بخش عمده توليدات ريخته گري در قالبهاي ماسه اي انجام مي شود ، براي توليد يك تن قطعه ريختگي به ۴ تا ۵ تن ماسه قالبگيري در گردش نياز است كه به ابعاد قطعات ريخته گري و روش قالبگيري بستگي دارد ، در اينجا با توجه به برنامه توليد قطعات چدني از روش ريخته گري در قالبهاي ماسه اي تر استفاده خواهد شد كه در ادامه روشهاي متداول و مناسب براي اين منظور توضيح داده شده است .

۱-۳-۲-۱ قالبگيري
قالبگيري عبارتست از تهيه كردن يك محفظه براي ريختن فلز مذاب در آن ، عمل قالبگيري شامل عمليات كوبيدن ماسه روي مدل در يك جعبه درجه ، ساختن مدل ، گذاشتن ماهيچه و ايجاد سيستم راگاهي در ماسه و مونتاژ درجه مي باشد .
سيستم هاي قالبگيري : براي قالبگيري قطعات در ماسه روشهاي متفاوت با تكنولوژي هاي مختلف وجود دارد . مي توان روشهاي قالبگيري را بر اساس نوع تجهيزات بكار رفته به دو دسته قالبگيري دستي و قالبگيري ماشيني تقسيم بندي نمود . در اينجا سعي شده است روشهايي كه مناسب با ظرفيت و برنامه توليد پروژه مي باشد توضيح داده مي شود .
الف – ر وش قالبگيري دستي
اين روش براي توليدات سفارشي و توليداتي كه تيراژ بالايي ندارند و نيز قطعات با وزن بالا مناسب است . روشهاي متداول و مناسب براي برنامه توليد عبارتند از قالبگيري با ماسه تر ، قالبگيري با چسب سيليكات سديم و گاز و……….

۱- روش قالبگيري در ماسه تر به روش دستي
در اين روش كه رايج ترين روش ريخته گري انواع قطعات كوچك و متوسط و بزرگ با تيراژ محدود و كم مي باشد از ماسه به اضافه چسب هاي طبيعي و آب به عنوان اجزاء تشكيل دهنده قالب استفاده مي شود . براي شكل گيري ماسه بعد از قرار گرفتن مدل در درجه ، ماسه بر روي آن ريخته شده و سپس با كوبه دستي آن را مي كوبند تا قالب با استحكام مناسب براي حفظ شكل مدل مورد نظر بدست آيد سپس اقدام به خارج كردن مدل و سپس جفت كردن درجه مي نمايند ، در اين مرحله قالب آماده ذوب ريزي مي باشد .

۲- روش قالبگيري در قالب هاي و سيليكات سديم به روش دستي
در اين روش ماسه سيليسي با چسب سيليكات سديم مخلوط مي گردد و سپس ماسه با كوبه كوبيده مي گردد تا تمام سطوح مدل و درجه از ماسه پر شده باشد سپس گاز به درون قالب دميده مي شود بر اثر يك فعل و انفعال شيميايي كه توسط چسب ماسه و گاز انجام مي شود ذرات ماسه در كنار يكديگر قرار مي گيرند در اين روش استحكام قالب بسيار بالاتر از روش ماسه تر مي باشد . اين روش مناسب براي قطعات داراي پيچيدگي و قطعات با ابعاد بزرگ مي باشد .
شكل شماره ۶ تصاويري از قالبگيري و مونتاژ ماهيچه ها به روش دستي را نشان مي دهد .

شكل شماره ۶ – تصاويري از قالبگيري و مونتاژ ماهيچه به روش دستي .
ب- روش قالبگيري ماشيني

در صورتي كه تيراژ توليد زياد باشد از ماشينهاي قالبگيري استفاده مي گردد . اين ماشينها از لحاظ مكانيزم قالبگيري به دو دسته ، قالبگيري عمودي و قالبگيري افقي تقسيم مي شوند ،
از لحاظ سيستم قالبگيري روشها و تجهيزات متفاوتي ساخته شده كه برحسب نياز بكار گرفته مي شوند و در تمام روشها مخلوط ماسه تر همراه افزودنيهاي ديگر با روشهاي متفاوت فشرده مي شوند تا در نهايت به يك كيفيت مطلوب در قالب ماسه اي برسند .
۱- روش قالبگيري عمودي Disamatic

مكانيزم قالبگيري عمودي داراي مزايا و معايبي مي باشد ، در روش قالبگيري عمودي كه به Disamatic معروف است سرعت قالبگيري بسيار بالا و بر حسب شرايط و ابعاد و شكل مدل متفاوت و تا حدود ۵۰۰ قالب در ساعت نيز مي رسد . در اين روش به دليل عمودي بودن سيستم راهگاهي امكان توليد بعضي از قطعات با كيفيت سطحي بسيار بالا وجود ندارد ، در اين روش نيازي به درجه نمي باشد و قطعات بصورت اتوماتيك و پشت سر هم قالبگيري و ذوب ريزي مي شوند .در اين روش محدوديت توليد قطعات با وزنهاي بالا وجود دارد .
شكل شماره ۷ شماتيك ماشين قالبگيري ديزاماتيك را نشان مي دهد .

شكل شماره ۷ – شماتيك ماشين قالبگيري ديزاماتيك
۲- روش قالبگيري افقي
در اين روش ، سيستم راهگاهي افقي است به دليل افقي بودن سيستم راهگاهي محدوديت هاي كمتري وجود دارد ، در اينجا سعي بر آن شده كه سيستم هاي متداول و جا افتاده در ايران كه از لحاظ كيفيت در درجه بالايي قرار دارند معرفي شود و يكي از اين سيستم ها كه با برنامه توليد هماهنگي دارد معرفي گردد .

۳- روش قالبگيري با ماشينBMD
در اين ماشين با باز كردن سريع يك مخزن هوا يك موج فشاري از هوا توليد مي شود كه ماسه قالب را فشرده مي كند