گزارش کارآموزی تکنولوژی ساخت قالب های سریع به روش ریخته گری دقیق

تقابل ریخته گری دقیق با روش DSPC در تولید قطعات با شکل نهایی

مقدمه

روش ریخته گری دقیق به عنوان روشی برای تولید قطعات کوچک با دقت بالا و تولتید خوشه‌های با ظرفیت حمل قطعات بیشتر (تیراژ بالا) نسبت به سایر روش‌های دیگر ریخته گری از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد. از آنجا که راه اندازی سیستم ریخته گری دقیق برای قطعات بزرگ با تیراژ تولید کم توجیه اقتصادی ندارد، تمایل به ترکیب این روش با انواع روش‌های تولید بیش از پیش افزایش یافته است. از طرف دیگر روش DSPC به عنوان یکی از روش‌های قالب سازی سریع باعث افزایش CAD / CAM و عدم استفاده از روشظهای سنتی ماشین کاری می‌شود، که با کمک آن می‌توان پاره‌ای از مراحل ریخته گری دقیق را حذف یا تصحیح نمود و سرعت فرایند را در عین حفظ دقت قطعات بالا برد. در این بخش به بررسی پروسه انجام این کار پرداخته شده است.

پیش درآمدی بر ریخته گری دقیق

ریخته گری دقیق از سال‌ها قبل در مقیاس غیر صنعتی در جواهر سازی کاربرد داشته و سپس در کاربردهای پزشکی از قبیل ساخت دندان و اعضای مصنوعی بدن به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته است.

با وقوع جنگ جهانی دوم، کاربرد این تکنولوژی در صنایع نظامی و هوایی به شدت گسترش یافت که یکی از عوامل آن را می‌توان نیاز به توربین‌ های گازی و ساخت موتورهای جدید نظامی دانست. به عبارت دیگر با ظهور توربین‌های گازی نیاز به ایجاد مقاومت در پره‌های توربین برابر دماهای بالا جهت افزایش راندمان آن از طریق افزایش دمای گازهای ورودی مورد توجه قرار گرفت. با کشف سوپر آلیاژها که مجموعه‌ای از آلیاژهای با پایه نیکل و کبالت بودند و مقاومت بیشتری در برابر حرارت داشتند این مواد، جایگزین قطعات آهنگری شده فولاد آلیاژی که قبلا در این صنعت مورد استفاده بود شدند. بیشتر این آلیاژ ها امکان استفاده از توربین‌ها در دماهای بالا و ایجاد راندمان بالاتر را فراهم می‌کردند ولی از آنجا که سوپر آلیاژها شکننده بوده و قابلیت آهنگری آنها با روش‌های مرسوم آن زمان وجود نداشت و از طرفی دیگر هزینه ماشین کاری آنها به دلیل مقاومت بالای سوپر آلیاژها و ایجاد سایش در ابزار برشی بسیار بالا بود، لذا گرایش به روش ریخته گری دقیق به عنوان یک روش جایگزین بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت. اوج شکوفایی روش ریخته گری دقیق به عنوان یک روش جایگزین بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت. اوج شکوفایی روش ریخته گری دقیق در سال 1980 بوده است، به طوری که بر طبق آخرین آمار حدود 15% کل قطعات تولیدی در کشور انگلیس به این روش ساخته می‌شود، که از این مقدار 50% به سوپر آلیاژهای با پایه نیکل و کبالت، 35% انواع فولاد، 10% آلمینیوم و آلیاژهای آن و 5% را آلیاژهای مس و تیتانیوم به خود اختصا می‌دهند.

معرفی فرایند ریخته گری دقیق

در این روش قالب سرامیکی توسط ساخت مدل‌های مومی و یا سایر موادی که قابلیت ذوب در دماهای پایین را دارا می‌باشند، تولید می‌گردد. پس از ساخت مدل‌های مومی از قطعه مورد نظر، مدل‌های فوق به یک راهگاه مومی که نقش اصلی در فرایند ذوب ریزی را بر عهده دارد متصل می‌گردند. مجموعه راهگاه و مدل‌های متصل به آن را خوشه می‌نامند که تعداد قطعات مومی در هر خوشه به ظرفیت حمل راهگاه، وزن نهایی خوشه تولیدی و تیراژ تولید بستگی دارد.

خوشه تولید شده را پس از آن در داخل یک دو غاب سرامیکی با مواد جوانه زا فرو می‌برند تا کاملا سطح مدل‌های مومی پوشش داده شود و لایه‌ای از روکش سرامیکی روی آن ایجاد شود. بعد از بیرون آوردن خوشه از دو غاب، آن را در زیر ریزش ذرات بسیار ریز یا در بستری از این ذرات قرار می‌دهند تا به لایه سرامیکی مرطوب بچسبد. این ذرات باعث ایجاد تخلخل در لایه سرامیکی می‌گردند که به خروج هوا از طریق پوسته سرامیکی در ضمن ذوب ریزی کمک می‌کند.

عمل روکش دهی با فرو بردن خوشه در دو غاب سرامیکی و خشک شدن لایه‌ ایجاد شده و دوباره تکرار این عمل ادامه می‌یابد تا ضخامت مورد نظر از لایه سرامیکی روی مدل‌ها را بپوشاند. ضخامت دیواره سرامیکی در این روش بین 4 تا 12/0 میلیمتر متغیر است لذا باید به نحوی تعیین شود که مانع از خروج هوا از قالب نشود و به راحتی پس از ریخته گری قابل شکستن و جدایش از قطعات باشد. بعد از رسیدن به ضخامت لایه مورد نظر، مجموعه خوشه را در داخل اتوکلاو گذاشته و به همراه فشار بخار آب حرارت اندکی می‌دهند تا موم از آن خارج شود.

مواد مورد استفاده برای روکش دهی مدل‌های مومی در حالت عمومی شامل مخلوطی از پلاستر، چسب و پودر سیلیکا، به عنوان ماده نسوز یا دیرگداز قالب، می‌باشد که این ترکیب برای ریخته گری فلزات با دمای ذوب پایین کاربرد دارد. برای فلزات با درجه حرارت ذوب بالاتر در این حالت سیلیمانیت که یک ترکیب از آلومینا – سیلیکات می‌باشد به عنوان ماده اصلی قالب پیشنهاد می‌گردد و سیلیکا نیز به عنوان چسب به کار می‌رود. بسته به دقت نهایی مورد نظر در ساخت قطعات، پوشش‌های دیگری از جنس سیلیمانیت، اتیل سیلیکات و مولاشیت نیز مورد استفاده می‌باشد. آنچه که در این میان از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد این است که دیواره سرامیکی بایستی حتی المقدور مقاوم در برابر شوک‌های حرارتی بوده و در دمای ذوب پایداری ابعادی خوبی از خود نشان دهد، همچنین عدم تمایل به واکنش با مذاب و انبساط حرارتی پایین از دیگر خواص آن باشد. بعد از خروج موم، قالب آماده ریخته گری می‌باشد، لذا آن را برای خروج باقیمانده احتمالی موم و نیز استحکام هر چه بیشتر چسب تا دمای 1000 درجه سانتیگراد  یا 1832 درجه فار نهایت پیش گرم می‌کنند. این کار به طراح اطمینان کافی از پر شدن قالب می‌دهد. عملیات ریخته گری به صورت ریخته گری ثقلی، تحت فشار و یا در خلاء انجام می‌گیرد اما در حالت ریخته گری تحت فشار باید کمال دقت را مبذول داشت تا هوا به طور کامل از قالب خارج گردد. وزن قطعات ریخته گری شده با این روش به طور عادی بین 200 گرم تا 8 کیلوگرم متفاوت است، اگر چه امروزه قطعات تا وزن 250 کیلوگرم نیز قابل تولید به این روش می‌باشند. روش ریخته گری دقیق قابلیت تولید آلیاژهای آلومینیوم، برنز ، فولادهای ابزار، فولادهای ضد زنگ، استلیت، سوپر آلیاژهای پایه نیکل و کبالت، طلا و تیتانیوم و آلیاژهای مس را به خوبی دارا می‌باشد.

مزایای روش ریخته گری دقیق

ریخته گری دقیق قابلیت دستیابی به تلرانس‌های بسته‌تر را دارد. این روش تلرانس، 5/0% و حتی در قطعات کوچک تا 15/0% قابل دسترس می‌باشد.

ریخته گری محدوده وسیعی از فلزات با این روش مقدور است.

امکان رسیدن به کیفیت بالای ساختار متالوژیکی به دلیل عدم وجود عیوبی مانند ماسه سوزی  و ... وجود دارد.

هزینه این روش نسبت به سایر روش‌های دیگر در تیراژ بالا بسیار کمتر می‌باشد.

عیوب ریخته گری دقیق

به راه اندازی سیستم ریخته گری دقیق متضمن صرف هزینه بالا بوده و باید استفاده از این روش توجیه اقتصای داشته باشد.

برای قطعات با تیراژ پایین مقرون به صرفه نمی‌باشد.

اصول کلی انجام ریخته گری دقیق

در زیر به توضیح اصول کلی فرایند ریخته گری دقیق پرداخته می‌شود.

تولید مدل مومی

مدل‌های موم به تعداد مورد نظر بعد از طراحی و ساخت قالب در این مرحله غالباً به روش تزریق تولید می‌شوند.

مرحله تزریق در قالب

مونتاژ

مدلها جهت تولید خوشه‌های متشکل از تعداد مشخص مدل، به یک راهگاه اصلی از جنس موم متصل می‌شوند. عمل اتصال توسط موم‌ مذابی که به عنوان لحیم ندر محل ریخته می‌شود، انجام می‌شود البته این کار باید به صورتی انجام شود که روی دقت ابعادی مدل تاثیر گذار نباشد.