انواع روش‌های ریخته گری آلومینیوم Aluminum Casting

ریخته گری آلومینیوم شاید مهم‌ترین و ساده‌ترین روش تولید محصول نهایی از جنس آلومینیوم باشد بنابراین اطلاعات در این زمینه بسیار مهم و کاربردیست. در سال‌های اخیر بیشترین نرخ رشد مصرف فلزات مربوط به آلومینیوم بوده است که این موضوع بیانگر استراتژیک بودن این فلز برای کشورهای مختلف است. بر همین اساس، ریخته گری آلومینیوم با توجه به خصوصیات این فلز اهمیت بالایی یافته است.

آلومینیوم خالص را می‌توان از آلومینا با درصد خلوص بالا به دست آورد؛ اما با توجه به اینکه آلومینیوم خالص، فلزی نرم است امکان استفاده از آن در همه صنایع و کاربردها فراهم نیست. به همین منظور، برای بالا بردن میزان استحکام آلومینیوم، عموماً آن را با سایر فلزات ترکیب می‌کنند تا به‌صورت آلیاژ درآید.

آلومینیوم یا آلومینیم (به فرانسوی: aluminium) عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۱۳ و نشان شیمیایی Al است. چگالی آلومینیوم کمتر از سایر فلزات رایج و تقریباً یک سوم چگالی فولاد است. این عنصر میل زیادی به اکسیژن دارد و هنگام قرار گرفتن در معرض هوا، یک لایه اکسید محافظ بر روی سطح تشکیل می‌دهد. آلومینیوم از نظر ظاهری، هم از نظر رنگ و هم از نظر توانایی زیاد در انعکاس نور، به نقره شباهت دارد. این عنصر نرم، غیرمغناطیسی و شکل‌پذیر است. آلومینیوم یک ایزوتوپ پایدار دارد، ²⁷Al؛ این ایزوتوپ بسیار رایج است و آلومینیوم را به دوازدهمین عنصر رایج در جهان تبدیل می‌کند. از خاصیت رادیواکتیویته ²⁶Al در تاریخ‌یابی رادیومتریک استفاده می‌شود.

 

 

 ویژگی آلیاژهای آلومینیوم

   آلیاژهای آلومینیوم یکی از اصلی‌ترین و رایج‌ترین انتخاب‌های صنعتگران برای ساخت قطعات مختلف در صنعت هستند. – قطعه تولیدشده با ریخته گری آلومینیوم ابعاد و اندازه‌ای کاملاً متناسب با ابعاد نمونه اولیه یا به‌اصطلاح Near Net Shape دارد. به همین خاطر دیگر نیازی به فرآیندهای ماشین‌کاری ثانویه وجود ندارد.

 – قطعات به‌دست‌آمده از ریخته گری دقیق آلومینیوم در عین سبک بودن، بسیار مستحکم هستند و ظاهری زیبا دارند. – قطعات تولید شده با ریخته گری آلومینیوم قیمتی ارزان‌تر و مناسب‌تر دارند و محصولات باکیفیت و با قیمت مناسب را تولید می‌کنند تا مشتریان صنایع مختلف دغدغه‌ای ازاین‌جهت نداشته باشند.

 – آلیاژهای آلومینیوم با ویژگی‌های مثبت خود همچون مقاوم بودن در برابر خوردگی، کاربردهای گوناگونی در بخش‌های مختلف صنعت دارند. – طول عمر بالای قطعات حاصل از ریخته گری آلومینیوم در مقابل هزینه پرداختی مصرف‌کنندگان باعث می‌شود تا استفاده از آن‌ها مقرون‌به‌صرفه باشد.

 

انواع ریخته گری آلومینیوم

ریخته گری یکی از قدیمی‌ترین شیوه‌های استفاده از فلزات است که در آن فلز موردنظر را به شکل نهایی موردنیاز تبدیل می‌کنند. در ریخته گری آلومینیوم به کوره‌های ریخته گری نیاز است که اولین نمونه‌های آن با خاک رس ساخته می‌شد. با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، از لایه‌های مس و چوب در این کوره‌ها کمک گرفته شد. به‌صورت کلی، برای فلزات با موم‌سانی (Plasticity) کم یا تولید قطعات با شکل‌های منحصربه‌فرد، می‌توان از روش ریخته گری استفاده کرد. ریخته گری آلومینیوم هم یکی از شیوه‌های اساسی تولید قطعات و محصولات گوناگون آلومینیومی است.

 

ریخته گری دقیق آلومینیوم چیست؟

ریخته گری دقیق آلومینیوم برای تولید قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ریخته گری دقیق که به آن ریخته گری با مدل‌های مومی هم گفته می‌شود؛ به‌صورت کلی به روشی گفته می‌شود که در آن فلزات ذوب‌شده را درون قالب‌هایی از جنس موم منتقل کرده و سپس با گچ ریخته گری آن را احاطه می‌کنند. پس از تخلیه موم به دلیل حرارت و گرما، محصول فلزی موردنظر ایجاد می‌شود. با ریخته گری دقیق آلومینیوم می‌توان آلیاژهای گوناگونی را از آلومینیوم تهیه کرد که دقت بالایی دارند و می‌تواند برای ساخت محصولات آلومینیومی با جزئیات دقیق و پیچیده مورد استفاده قرار بگیرد. در این نوع ریخته گری آلومینیوم به قالب‌های ریخته گری دقیقی نیاز است که خود نیز کیفیت و دقت بالایی داشته باشند. به همین منظور عموماً این قالب‌ها از بهترین مواد و توسط ماشین‌کاری CNC ساخته می‌شوند.

 

استفاده از روش ریخته گری چه فوایدی دارد؟

• ساخت قطعات بسیار پیچیده با طراحی و شکل هندسی بسیار پیچیده و دقیق
• ساخت قطعاتی که داخل آن ها خالی (تهی) است. با سایر روش ها به سختی می توان این نوع از اشکال را خلق نمود.
• سرعت بالای تولید قطعات. البته در برخی از قطعات این روند متفاوت می باشد.
• وجود خطای اندک بین طراحی و ساخت با استفاده از ریخته گری. البته لازم است بدانید که باید طراحی قالب به صورت دقیق انجام پذیرد.
• کاهش میزان تولید ضایعات با استفاده از این روش

 

فرآیند ریخته گری به چه صورت انجام می شود؟

در ابتدا برای شروع ساخت یک قطعه با روش ریخته گری، باید قالب مورد نیاز توسط متخصصین و طراحان قطعه ساز به صورت دقیق ساخته شود. لازم است بدانید که در زمان ساخت قطعات به روش ریخته گری پارامتر های مختلفی از جمله خواص مکانیکی، طراحی، هزینه، سرعت تولید، هر کدام به صورت جداگانه مورد محاسبه و بررسی قرار می گیرند.

 

انتخاب فلز و نوع آلیاژ آن

در این مرحله از پروسه ریخته گری، باید با در نظر گرفتن مختصاتی که قطعه مد نظر دارد، فلزی مناسب با آن انتخاب شده و در فرآیند ذوب قرار بگیرد. در طی این مرحله تمامی مشخصات فنی فلز در زمان ذوب شدن و پس از سرد شدن، به صورت تخصصی مورد تحقیق و بررسی قرار بگیرد.

 

 

ریخت مذاب درون قالب

پس از مشخص نمودن فلز، باید در دمای تعریف شده به نقطه ذوب رسانده شود و فرآیند ریخت درون قالب شروع شود. البته لازم به ذکر است که باید این فرآید بر اساس نوع قطعات و بزرگی و کوچکی آن ها، در مدت زمانی مشخص شده انجام پذیرد.

دو مسئله در این مرحله از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد:

1. گاز های متصاعد از مذاب باید از طریق منفذ های از پیش طراحی شده در قالب، خروج پیدا کنند.
2. عملیات ذوب و ریخت باید تحت تدابیر کامل ایمنی انجام شود و حضور ناظر ایمنی تا پایان عملیات ریخته گری الزامی می باشد.

ترمیم

پس از این که عملیات ذوب، ریخت و پس از آن انجام صورت پذیرفت، باید مرحله پر اهمیتی به نام ترمیم آغاز شود. در ادامه بخش های مختلف این مرحله را شرح داده ایم.

روش های مختلف برای ترمیم قطعات ریخته گری شده

 

شات بلاست

یکی از روش های رایج برای ترمیم قطعات ریخته گری شده، شات بلاست می باشد. در این روش با به کار گیری سنگ ریزه ها و یا ساچمه های مخصوص، عملیات ترمیم انجام می شود. این مواد به صورت پرتابی و با فشار زیاد بر روی سطح قطعه پاشش شده و عملیات پرداخت و فرآوری سطح را انجام می دهند.

سنگ زنی

در این روش قطعات ریخته گری شده که از حجم کم تر و سطحی کوچک تر برخوردار می باشند، با کمک سنگ فرز و صفحه های لایه برداری، سطوح را به سطح دلخواه می رسانند.

پیرایش قطعه

در روش پیرایش قطعه، اضافه های مذاب های ایجاد شده بر روی قطعه ریخته گری شده را با کمک روش برشکاری از روی قطعه برمی دارند.

 

معرفی انواع روش های مختلف ریخته گری

1. تحت فشار (دایکست)

جزو روش های مرسوم در صنعت ریخته گری محسوب می شود. در این روش مواد مذاب با فشار به داخل قالب تزریق می شوند.

2. قالب ماسه ای

   (Sand casting)

در این روش برای قالب گیری از ماسه ساستفاده می شود. در واقع ماسه یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب های ریخته گری به شمار می آید.

3. دقیق (Investment Casting)

این روش با نام های مدل های مومی و یا ریخته گری ظریف نیز شناخته می شود. اما اغلب برای ساخت قطعات با کیفیت بالا و خطای بسیار کم مورد استفاده قرار می گیرد.

3. قالب گچی (Plaster mold Casting)

در این روش از قالب هایی که از گچ فرنگی ساخته شده اند استفاده می گردد.

6. ثقلی (ریژه) جزو روش های صنعتی ریخته گری می باشد.

در روش ثقلی، از چند تکه قالب به صورت مدام برای ریخت قطعات استفاده می گردد.

 

روش‌های ریخته گری آلومینیوم

آلومینیوم با توجه به ویژگی‌ها و خصوصیات خود، ازجمله فلزاتی است که می‌تواند در هر روشی مورد استفاده قرار بگیرد و در ریخته گری دقیق آلومینیوم نیز به‌صورت مذاب ریزی استفاده شود. ریخته گری دایکست، ریخته گری قالب دائمی، ریخته گری با ماسه، ریخته گری در قالب گچی، ریخته گری دقیق آلومینیوم و ریخته گری مداوم از انواع ریخته گری آلومینیوم هستند. در کنار این روش‌های ریخته گری آلومینیوم، روش‌های ریخته گری با فوم، ریخته گری کوبشی و پرس‌کاری ایزواستاتیک حرارتی نیز وجود دارند.

 

ریخته گری آلومینیوم با قالب مصرف شدنی

روش‌های ریخته گری آلومینیوم که با استفاده از قالب‌های مصرف شدنی انجام می‌شوند؛ نیازمند تخریب قالب ریخته گری است تا قطعه تولیدشده را آزاد کند. در ساخت این قالب‌ها از موادی همچون ماسه و گچ به همراه مواد متصل‌کننده هم‌چون چسب استفاده می‌شود.

 

قالب ماسه‌ای ریخته گری آلومینیوم

در روش‌های ریخته گری آلومینیوم، از ماسه طبیعی (مانند ماسه رودخانه­‌ها و ماسه بادی که سطح گردی دارند) یا ماسه مصنوعی (که از معادن به‌­دست می‌­آید و با حذف آهک از آن می­‌تواند دماهای بالایی را تحمل کند) یا ترکیب انواع ماسه استفاده می‌شود.

ماسه‌ها از نظر ظاهری به چهار دسته گرد، شبه‌گرد، گوشه­‌دار و مخلوطی تقسیم‌­بندی می‌­شوند. ماسه­‌های مصنوعی اکثرا دارای سطح گرد هستند که کیفیت سطح و قابلیت عبور گاز بهتری دارند؛ درحالی­‌که ماسه­‌های گوشه­‌دار به خاطر گوشه‌­هایی که دارند به راحتی درهم چفت می­‌شوند و استحکام بالاتری برای حمل‌­و­نقل و حرکت مذاب ارائه می­‌کنند اما قابلیت عبور گاز در آن­ها کم است.

ماسه دارای ترکیبی شیمیایی به نام سیلیکا در ساختار خود است که قابلیت نسوز بودن به آن می‌بخشد. نکته مهم در استفاده از ماسه برای قالب‌های ریخته گری آلومینیوم این است که باید به‌اندازه ذرات ماسه دقت شود. دانه‌های ماسه باید به حدی کوچک باشند که بتوانند متراکم شوند و درعین‌حال، باید مقداری نیز درشت باشند تا اجازه عبور گازهای حاصل از ریخته گری را از میان منافذ خود بدهند. از همین رو، قطر ذرات تقریبا بین پنج­صدم تا یک میلی‌متر قرار می‌گیرد. مزیت استفاده از ماسه برای قالب‌های ریخته گری آلومینیوم این است که می‌توان از آن دوباره استفاده کرد.

اساس ریخته گری ماسه‌­ای این است که ماسه را با خاک رس، چسب و آب مخلوط کرده و در اطراف مدل آن را فشرده­‌سازی می­‌کنند. بر همین اساس، قالب­‌های ماسه‌­ای را از نظر مواد اتصال‌­دهنده به سه دسته اصلی ماسه‌تر، جعبه سرد و قالب غیرحرارتی تقسیم­‌بندی می­‌کنند.

 

قالب ریخته گری دقیق آلومینیوم

در این روش از مدل‌های مومی یا پلاستیکی استفاده می‌کنند که با ذوب شدن از محفظه قالب ریخته گری آلومینیوم خارج می‌شود. اصلی‌ترین ویژگی ریخته گری دقیق آلومینیوم این است که در این روش، قالب و مدل تنها یک‌بار می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. ازاین‌رو، محصولاتی بسیار دقیق و با ظاهری زیبا تولید می‌شوند. همچنین با روش ریخته گری دقیق آلومینیوم می‌توان قطعاتی با شکل‌های پیچیده را ساخت که با سایر روش‌ها امکان این کار وجود ندارد.

ویژگی‌های ریخته گری دقیق آلومینیوم

طبیعتا هر روش ریخته گری یک سری ویژگی‌های مثبت و یک سری ویژگی‌های منفی خواهد داشت.

ویژگی‌های مثبت

 – تولید قطعات و ورق آلومینیوم در ابعاد و شکل‌های پیچیده در مقدار زیاد

 – تکرارپذیری در تولید قطعات دقیق با سطح صاف و یکنواخت

 – امکان تولید قطعات با آلیاژهای مختلف

 – حداقل مقدار نیاز به ماشین‌کاری محصولات به‌دست‌آمده از ریخته گری آلومینیوم

 – تولید قطعات با خواص متالورژیکی بهتر

 – حذف خط جدایش محصول

ویژگی‌های منفی

 – اندازه و وزن قطعه تولیدی با محدودیت مواجه است. (امکان ریخته گری دقیق آلومینیوم برای محصولات از چند گرم تا حدود ۱۳ کیلوگرم وجود دارد)

 – قیمت بالاتر ابزارها و تجهیزات استفاده شده در این روش نسبت به سایر روش‌ها

 – هزینه بالای نیروی کار برای تولید قطعات به روش ریخته گری دقیق آلومینیوم

 

عوامل تأثیرگذار بر روش ریخته گری آلومینیوم

انتخاب روش ریخته گری آلومینیوم برای تولید آلیاژهای آن به فاکتورهایی بستگی دارد که در ادامه به معرفی برخی از آن‌ها می‌پردازیم:

 – کیفیت

 – هزینه و امکان‌سنجی

آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان به روش‌های مختلفی ریخته گری کرد. از این نظر، امکان تولید مستقیم قطعات آلومینیومی با روش ریخته گری وجود دارد. بسیاری از قطعات موردنیاز به طراحی خاص و ابعادی ویژه نیاز دارند که روش‌های ریخته گری مختلف می‌توانند امکان‌پذیر بودن آن را تعیین کنند.

کیفیت محصول نهایی نیز از عوامل تأثیرگذار بر انتخاب روش ریخته گری آلومینیوم است. کیفیت یعنی محصول نهایی بدون خلل و فرج، ترک و اشکال در سطح باشد. همچنین باید قطعه و آلیاژ نهایی دارای استحکام و انعطاف‌پذیری مناسب باشد.

 

ریخته گری دقیق آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژ A356 آلومینیوم

این آلیاژ به‌صورت ترکیبی از آلومینیوم، سیلیس، آهن و روی تولید می‌شود که مقدار این فلزات افزوده‌شده بسیار اندک است. سپس عملیات حرارتی روی آن اعمال می‌شود و یک مرحله پیرسازی را طی می‌کند.

آلیاژ A356 آلومینیوم نسبت به A357 مستحکم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است. این آلیاژ را می‌توان هم به روش ریخته گری دقیق و هم دایکاست، تولید کرد.

با توجه به ویژگی‌های فیزیکی آلیاژ A356 آلومینیوم، از آن در ریخته گری قطعات ماشین، بدنه و قطعات هواپیما و قطعات شاسی کامیون، استفاده می‌کنند.

 

آلیاژ A357 آلومینیوم

در ساخت این آلیاژ، علاوه بر آلومینیوم از سیلیس، آهن، مس، تیتانیوم، روی، منیزیم، منگنز و برلیم استفاده می‌شود. به دلیل همین عناصر به‌کاررفته در ساخت آلیاژ A357، قطعات تولید شده از استحکام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخوردار هستند.

 

آلیاژ C355 آلومینیوم

این آلیاژ آلومینیومی، متشکل از سیلیس، آهن، مس، منیزیم، منگنز، روی و تیتانیوم است و در برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد. علاوه بر این، امکان جوشکاری در این آلیاژ آلومینیوم، فراهم است.

 

قیمت ریخته گری آلومینیوم

قیمت ریخته گری‌آلومینیوم به پارامتر هایی نظیر ابعاد و وزن و همچنین پیچیدگی قطعه تولیدی بستگی دارد. بدیهی است که پیچیده تر بودن و بزرگتر بودن قطعه مورد نظر قیمت ریخته گری آلومینیوم را نیز افزایش می دهد. همچنین روش تولیدی قطعات آلومینیومی نیز متفاوت بوده که همین موضوع سبب تنوع قیمت ریخته گری آلومینیوم می شود. به عنوان مثال قیمت ریخته گری آلومینیوم به روش دایکست نسبت به قیمت ریخته گری آلومینیوم به روش ماسه ای بالاتر است.