ریخته گری: تعریف، اهمیت، انواع و نحوه عملکرد

آخرین به روزرسانی

مقدمه

ریخته گری به انگلیسی casting یک فرایند تولید اساسی است که در آن فلز مذاب برای تولید یک شیء جامد با شکل و ساختار مورد نظر به داخل یک حفره از پیش طراحی شده به نام قالب ریخته می شود. این فرآیند به دلیل تطبیق پذیری و مقرون به صرفه بودن، به طور گسترده ای در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا و ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد. ریخته گری نقش مهمی در تولید قطعات پیچیده با جزئیات ظریف و ابعاد دقیق ایفا می کند.

ریخته گری دایکست (Die casting)، ریخته گری دقیق (Investment casting)، ریخته گری ماسه ای (Sand casting) و سایر تکنیک های casting از جمله گزینه های موجود هستند. هر کدام مزایای خود را دارند و برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب هستند. درک نحوه عملکرد ریخته گری و روش های مختلف مذاب ریزی برای مهندسان و تولید کنندگان برای اطمینان از تولید موثر و محصولات نهایی با کیفیت بالا بسیار مهم است. در این مقاله به بحث در مورد تولید قطعات ریخته، اهمیت آن، انواع اصلی و روش های عملکرد آن خواهیم پرداخت.

ریخته گری چیست؟

یک فرآیند تولید است که در آن مواد مذاب مانند فلز به داخل قالب ریخته می شود و اجازه می دهد تا سفت شود. پس از انجماد، قالب بازیافت می شود تا برای سیکل بعدی آماده شود. این روش تولید قطعات پیچیده و با خواص ویژه را امکان پذیر می کند.

تفاوت با تزریق پلاستیک

ریخته گری و تزریق پلاستیک دو فرآیند تولید متمایز هستند. تزریق پلاستیک شامل تزریق مواد مذاب به داخل قالب تحت فشار بالا برای ایجاد یک جسم جامد است. در مقابل، مذاب ریزی معمولاً از نیروی جاذبه برای ریختن مواد مذاب به داخل حفره قالب استفاده می کند. این فرآیندها در مکانیسم ها و کاربردهای خود متفاوت هستند و راه حل های منحصر به فردی را برای نیازهای مختلف ساخت ارائه می دهند.

اهمیت ریخته گری در تولید چیست؟

اهمیت casting در تولید این است که امکان تولید قطعات فلزی پیچیده و ظریف را به صورت مقرون به صرفه فراهم می کند. مذاب ریزی تعداد قطعات منفرد مورد نیاز را کاهش می دهد، زیرا چندین قطعه را می توان به عنوان یک قطعه واحد ریخته تولید کرد. این کار فرآیندهای مونتاژ را ساده می کند، مدیریت موجودی را تسهیل می‌نماید و هزینه‌های کلی را کاهش می دهد. قطعات ریخته با حذف نیاز به جوشکاری یا اتصال گسترده، بهره وری را در عملیات تولید افزایش می دهد.

انواع مختلف ریخته گری چیست؟

در اینجا به پنج نوع مختلف casting اشاره می کنیم:

1. ماسه ای(Sand Casting): این فرآیند شامل استفاده از مواد مبتنی بر سیلیس مانند ماسه برای ایجاد قالب است. معمولاً برای ساخت قطعات بزرگ استفاده می شود و برای ریخته گری مواد آهنی و غیر آهنی مناسب است.
2. دقیق(Investment Casting): این روش که به ریخته گری موم لاست واکس نیز معروف است، از یک الگوی مومی استفاده می کند که با مواد نسوز پوشانده شده است تا یک قالب ایجاد شود. این روش به دلیل دقت بالا، توانایی ایجاد اشکال پیچیده و پرداخت سطح خوب شناخته شده است.
3. گچی (Plaster casting): ریخته گری گچی به جای ماسه از مخلوطی از آب، ترکیب تقویت کننده و گچ استفاده می کند. این روش قادر به تولید اشکال پیچیده با دیوارهای نازک است و یک پرداخت سطح صاف را ارائه می دهد. با این حال، به طور معمول گران تر است و به آلیاژهای آلومینیوم و مس محدود می شود.
4. دایکست(Die Casting): این فرآیند شامل تزریق فلز مذاب تحت فشار بالا به داخل قالب قابل استفاده مجدد است. ریخته گری پاششی به دلیل تلرانس دقیق ابعاد، ثبات ابعادی بالا و کاهش نیاز به ماشین کاری پس از مذاب ریزی شناخته شده است. معمولاً برای فلزات و آلیاژهای غیر آهنی استفاده می شود.
5. گریز از مرکز (Centrifugal casting): در ریخته گری گریز از مرکز، فلز مذاب به داخل یک قالب در حال چرخش وارد می شود و قطعات استوانه ای با حداقل حفره و ایراد تولید می کند. اغلب برای قطعات استوانه ای بلند استفاده می شود و می توان آن را با استفاده از قالب های خنک کننده با آب یا تحت فشار برای قطعات نامتقارن انجام داد.

ریخته گری در تولید چگونه کار می کند؟

ریخته گری در تولید شامل فرآیند ریختن مواد مذاب به داخل قالب برای ایجاد شکل مورد نظر است. مواد مذاب جامد می شود و شکل قالب را به خود گرفته و محصول نهایی را تشکیل می دهد. قالب را می ‌توان بسته به روش مذاب ریزی از مواد مختلفی مانند ماسه، گچ یا فلز ساخت. پس از انجماد، قطعه ریخته از قالب خارج می شود، تمیز شده و در صورت نیاز پردازش می شود.

فرآیند ریخته گری چیست؟

فرآیند casting، به طور خاص ماسه ای، شامل مراحل زیر است:

1. مدل قالب، که اندازه و شکل قطعه ریخته را مشخص می کند در ماسه قرار دهید. ماسه (که شامل مواد افزودنی نیز هست) شکل مدل قالب را به خود می گیرد.
2. یک سیستم راهگاهی (Gating system)، متشکل از یک مخزن (Pouring cup) و راهگاه ها (Gates) ایجاد کنید تا فلز مذاب را به داخل حفره قالب هدایت کند.
3. پس از شکل گرفتن ماسه، الگوی قالب را از روی ماسه بردارید.
4. فلز مذاب که تا دمای مناسب گرم شده است را از طریق سیستم راهگاهی به داخل حفره قالب بریزید. فلز می تواند یکی از بسیاری از عناصر یا آلیاژها مانند آهن، فولاد، آلومینیوم و برنز باشد.
5. پس از ریختن، فلز مذاب را می گذاریم تا در داخل قالب خنک شده و جامد شود. زمان خنک سازی بسته به نوع فلز مورد استفاده متفاوت است.
6. پس از خنک شدن و جامد شدن فلز، قالب را باز کنید تا قطعه ریخته فلزی تازه تشکیل شده را بردارید. الگوهای قالب معمولاً قابل استفاده مجدد هستند، اما خود قالب ها باید برای هر ریخته گری دوباره ساخته شوند.

فرآیند ریخته گری چقدر طول می کشد تا به پایان برسد؟

مدت زمان فرآیند مذاب ریزی می تواند به میزان قابل توجهی متفاوت باشد و تحت تأثیر چندین عامل است. زمان مورد نیاز برای ریخته گری به اندازه محصول، نوع خاص casting انجام شده، اندازه نمونه تولید و سطح نیروی کار درگیر در این فرآیند بستگی دارد. در نتیجه، هیچ زمان ثابت یا استانداردی برای مذاب ریزی وجود ندارد. بازه زمانی می تواند از کمتر از یک ساعت تا 2 تا 10 هفته بسته به این متغیرها باشد.

مواد رایج مورد استفاده

مواد رایج مورد استفاده عبارتند از:

1.منیزیم

آلیاژهای منیزیم به دلیل خواص سبک وزن و نسبت استحکام به وزن خوب، معمولاً در ریخته گری استفاده می شوند. آنها اغلب در کاربردهایی استفاده می شوند که کاهش وزن برای آنها حیاتی است، مانند قطعات هوافضا و قطعات خودرو.

2.آلومینیوم

آلومینیوم یک ماده مذاب ریزی همه کاره است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی، هدایت حرارتی بالا و خواص مکانیکی خوب شناخته شده است. در روش های مختلف از جمله ماسه ای، دایکست و ریخته گری دقیق به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. آلومینیوم در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و کالاهای مصرفی استفاده می شود.

3.چدن

چدن یک ماده ریخته گری پرکاربرد است که به اشکال مختلفی از جمله چدن خاکستری و چدن داکتیل عرضه می شود. چدن خاکستری به دلیل خواص ریختگی خوب، هدایت حرارتی بالا و ظرفیت میرایی شناخته شده است که آن را برای کاربردهایی مانند بلوک موتور، لوله ها و قطعات خودرو مناسب می کند. چدن داکتیل که به آن چدن ندولار(nodular) یا چدن گرافیت کروی نیز می گویند، استحکام، چقرمگی و شکل پذیری بالاتری دارد و آن را برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت تحمل بار بیشتری دارند

4. روی

روی به دلیل نقطه ذوب پایین، ویژگی های جریان عالی و پایداری ابعادی، به طور معمول در دایکست استفاده می شود. این ماده اغلب برای تولید اشکال پیچیده و قطعات با دیواره نازک انتخاب می شود. قطعات ریخته روی در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، الکترونیک و کالاهای مصرفی کاربرد دارند.

5. فولاد

فولاد یک ماده ریخته گری قوی و بادوام است که برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ضربه دارند استفاده می شود. این ماده برای قطعات سنگین که در شرایط سخت قرار می گیرند مانند قطعات ماشین آلات، تجهیزات ساختمانی و ابزار مناسب است.

6. آلیاژهای مس

آلیاژهای مس مانند برنز و برنج، مواد ریخته گری محبوب هستند که به دلیل هدایت الکتریکی عالی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی شناخته شده هستند. آنها به طور معمول در موارد زیر استفاده می شوند:قطعات الکتریکی و لوله کشی، اقلام تزئینی،آلات موسیقی

7. آلیاژهای سرب

آلیاژهای سرب در برخی از کاربردهای ریخته گری، عمدتاً به دلیل نقطه ذوب پایین و چکش خواری آنها استفاده می شوند. آنها در صنایع تخصصی از جمله:حفاظت در برابر تشعشع، ساخت باتری، کاربردهای صنعتی خاص

کاربردهای صنعتی ریخته گری چیست؟

کاربردهای صنعتی ریخته گری متنوع و گسترده است. در اینجا لیستی از کاربردهای رایج آورده شده است:

1. تجهیزات فرآیند شیمیایی: در تولید تجهیزات فرآیند شیمیایی مانند راکتورها، مبدل های حرارتی و پمپ ها به کار می رود.
2. ریخته گری خودرو: بلوک موتور، سرسیلندر، جعبه دنده و سایر قطعات حیاتی را تولید می کند.
3. ماشین آلات صنعتی: مذاب ریزی نقش مهمی در ساخت قطعات مختلف دارد. ماشین آلات صنعتی به طیف گسترده ای از تجهیزاتی اشاره دارد که در صنایعی مانند تولید، تولید برق، نفت و گاز و کشتی سازی استفاده می شود. برخی از کاربردهای خاص casting در ماشین آلات صنعتی عبارتند از: پروانه ها، پوسته ها و بدنه های شیر.

مثال هایی از محصولات ریخته

ریخته گری یک فرآیند تولید همه کاره است که طیف وسیعی از محصولات را برای صنایع مختلف تولید می کند. در اینجا چند نمونه از محصولات ریخته آورده شده است:

1. هیدرانت ها(Hydrants): Hydrant ها که به شیر آتش نشانی، ایستگاه آتش نشانی خیابانی و یا شیر برداشت آب نیز معروف هستند، تجهیزاتی هستند که برای دسترسی به آب در مواقع آتش سوزی و سایر مواقع اضطراری نصب می شوند.برای سیستم های آبرسانی استفاده می شوند.
2. تجهیزات آتش نشانی: مانند هیدرانت های آتش نشانی، کوپلینگ ها و اتصالات.
3. قطعات لوله کشی: مانند اتصالات لوله، شیرها و اتصالات.
4. قطعات برای وسایل نقلیه نظامی و تجهیزات حمل و نقل: مانند قطعات موتور، براکت ها و عناصر سازه ای.
5. قطعات سخت افزار الکتریکی: شامل جعبه های برق، اتصالات و ترمینال بلوک ها.
6. قطعات ماشین آلات دقیق: مانند چرخ دنده ها، محفظه ها و براکت ها.

محصولات ریخته چقدر بادوام هستند؟

محصولات فلزی ریخته، به خصوص آنهایی که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته اند، بادوام هستند. عمر مفید آنها بسته به آلیاژ فلزی و کاربرد می تواند از چند ماه تا چند دهه متغیر باشد. پس از پایان عمر مفید یک قطعه ریخته، چرخه دوباره آغاز می شود. آنها بصورت ضایعات جمع آوری شده، بازیافت شده و دوباره به یک شیء جدید تبدیل می شوند.

آیا ضخامت محصول ریخته گری متغیر است؟

بله، ضخامت محصولات ریخته می تواند متغیر باشد. فرآیند casting امکان تولید قطعات با ضخامت دیواره های مختلف را بسته به نیازهای طراحی و قابلیت های روش ریخته گری فراهم می کند. انواع قطعات ریخته می توانند ضخامت های متفاوتی برای دستیابی به استحکام، وزن و عملکرد مطلوب محصول نهایی داشته باشند.

آینده ریخته گری چیست؟

آینده ریخته گری با ادغام فناوری های پیشرفته پتانسیل قابل توجهی دارد. سیستم های اندازه گیری اپتیک مانند ATOS 3D Digitizer با امکان اندازه گیری دقیق و کارآمد سطوح پیچیده، این صنعت را متحول می کنند. این سیستم ها با حذف روش های سنتی اندازه گیری که طاقت فرسا و زمان بر بودند، اندازه گیری های تمام سطحی و اعتبارسنجی سریع تر را ارائه می دهند. استفاده از چنین پیشرفت های تکنولوژیکی، بهره وری، کنترل کیفیت و راندمان کلی فرآیند را افزایش خواهد داد.

برخی از مزایای استفاده از فناوری های پیشرفته در ریخته گری عبارتند از:

• افزایش دقت و کیفیت قطعات ریخته
• کاهش ضایعات و هزینه ها
• افزایش سرعت تولید
• ایجاد امکان تولید قطعات پیچیده تر
• بهبود شرایط کار

با توجه به مزایای ذکر شده، انتظار می رود که استفاده از فناوری های پیشرفته در صنعت مذاب ریزی در سال های آینده افزایش یابد.

در اینجا چند نمونه از فناوری های پیشرفته ای که در حال حاضر در صنعت casting استفاده می شوند، آورده شده است:

• چاپ سه بعدی: این فناوری امکان تولید قطعات ریخته با هندسه های پیچیده را بدون نیاز به قالب های سنتی فراهم می کند.
• شبیه سازی کامپیوتری: این فناوری برای بهینه سازی فرآیند مذاب ریزی و پیش بینی عیوب احتمالی استفاده می شود.
• رباتیک: ربات ها برای انجام وظایف خطرناک و طاقت فرسا مانند بارگیری و تخلیه کوره ها و تمیز کردن قطعات ریخته استفاده می شوند.

با ادامه پیشرفت فناوری، انتظار می رود که شاهد نوآوری های جدید و هیجان انگیزی در صنعت ریخته گری باشیم.

آیا ریخته گری هنوز هم امروزه استفاده می شود؟

بله، هنوز هم امروزه در صنایع مختلف به طور گسترده استفاده می شود. این روش به عنوان یک فرآیند تولید محبوب برای ساخت قطعات فلزی پیچیده با استحکام و دوام عالی باقی مانده است. روش های ریخته گری، مانند: ریخته گری در ماسه، دقیق و دایکست، همچنان در بخش هایی مانند: خودروسازی، هوافضا و ساخت و ساز، ضروری هستند.

مزایای ریخته گری

مزایای فرآیند مذاب ریزی عبارتند از:

1. توانایی تولید اشکال پیچیده به آسانی: ریخته گری به شما امکان می دهد قطعاتی با هندسه های پیچیده و توخالی را بسازید که با روش های دیگر تولید مانند ماشینکاری یا آهنگری دشوار یا غیرممکن است.
2. قابلیت انعطاف پذیری: طیف وسیعی از فلزات و مواد دیگر مانند پلاستیک، سرامیک و کامپوزیت ها را می توان با ریخته گری تولید کرد.
3. مقرون به صرفه بودن: ریخته گری به خصوص برای تولید تعداد کم قطعات، مقرون به صرفه است.
4. توانایی تولید قطعات بزرگ: امکان تولید قطعات ریخته با ابعاد بزرگ تا 200 تن وجود دارد.
5. صرفه جویی در زمان و هزینه: در مقایسه با سایر روش های تولید مانند ماشینکاری، casting می تواند به طور قابل توجهی زمان و هزینه را کاهش دهد.
6. مناسب برای موادی که نمی توان به صورت مکانیکی روی آنها کار کرد: ریخته گری برای موادی مانند فلزات ترد و شکننده که به راحتی ماشینکاری نمی شوند، مناسب است.
7. تسهیل تولید قطعات بزرگ و سنگین: ریخته گری روشی ساده و کارآمد برای تولید قطعات بزرگ و سنگین مانند بلوک موتور و شاسی ماشین آلات است.

معایب ریخته گری

معایب این فرآیند عبارتند از:

1. نیاز به عملیات تکمیلی برای پرداخت سطح: سطح نهایی قطعات ریخته ممکن است صاف و صیقلی نباشد و برای رسیدن به کیفیت مطلوب، نیاز به عملیات تکمیلی مانند فرزکاری، سنگ زنی و پولیش داشته باشد.
2. خواص مکانیکی محدود در مقایسه با مواد نورد شده: به طور کلی، خواص مکانیکی قطعات ریخته مانند استحکام و چقرمگی، در مقایسه با مواد نورد شده مشابه، پایین تر است.
3. احتمال وجود عیوب ریخته گری: عیوبی مانند تخلخل، حفره، ترک و سرباره در قطعات ریخته ممکن است وجود داشته باشد که کیفیت و عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار دهد.
4. دقت ابعادی محدود: در اثر انقباض فلز در حین انجماد، ممکن است دقت ابعادی قطعات ریخته به طور کامل مطابق با طرح نباشد.
5. هزینه اولیه بالا برای ابزار و تجهیزات: برخی از روش های ریخته گری، به خصوص روش های دقیق، نیاز به ابزار و تجهیزات گران قیمت دارند.
6. محدودیت در نوع فلز: فرآیند ریخته گری برای فلزات با نقطه ذوب پایین مناسب تر است و برای فلزات با نقطه ذوب بالا، چالش های فنی و اقتصادی وجود دارد.

آیا ریخته گری گران است؟

بله، این فرآیند می تواند به دلایل مختلفی گران باشد. هزینه ریخته گری شامل موارد زیر است:

• هزینه ابزار: شامل هزینه قالب و تجهیزات جانبی که می تواند برای فولاد ضد زنگ بالا باشد.
• هزینه واحد مواد: قیمت مواد مورد استفاده در ریخته گری، مانند فولاد ضد زنگ، می تواند بالا باشد.
• پیچیدگی: قطعات پیچیده تر به قالب های پیچیده تر و زمان ساخت بیشتر نیاز دارند که به نوبه خود هزینه را افزایش می دهد.
• حجم: تولید انبوه قطعات ریخته می تواند هزینه را به ازای هر واحد کاهش دهد.
• عملیات پرداخت نهایی: عملیات اضافی مانند پولیش، سندبلاست یا رنگ آمیزی می تواند به هزینه نهایی اضافه کند.

به طور کلی، هزینه قالب از جنس فولاد ضد زنگ بین 1200 تا 2500 دلار است.

عوامل دیگری که می توانند بر هزینه ریخته گری تأثیر بگذارند عبارتند از:

• نوع ریخته گری: روش های مختلف مانند ریخته گری ماسه ای، گریز از مرکز و دقیق، هزینه های متفاوتی دارند.
• اندازه و ضخامت قطعه: قطعات بزرگتر و ضخیم تر به مواد و زمان بیشتری نیاز دارند که به نوبه خود هزینه را افزایش می دهد.
• تلورانس : قطعات با تلورانس های دقیق تر به دقت ساخت بیشتری نیاز دارند که می تواند هزینه را افزایش دهد.
• ملاحظات کیفی: قطعات با کیفیت بالاتر به مواد و فرآیندهای باکیفیت تری نیاز دارند که می تواند هزینه را افزایش دهد.

با توجه به عوامل متعدد، ارائه یک قیمت دقیق برای ریخته گری بدون اطلاعات دقیق در مورد پروژه دشوار است.

سوالات متداول

خلاصه

این مقاله به معرفی فرآیند ریخته گری، انواع مختلف آن و نحوه عملکرد آن می پردازد.این مقاله اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی DIGIMFG.irمنتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/casting/what-is-casting

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.