ریخته‌گری دقیق

ریخته‌گری دقیق که به نام «ریخته گری با مدل‌های مومی» یا «ریخته گری ظریف» نیز شناخته می‌شود. ریخته گری دقیق، فرایند دقیقی برای ساخت قطعات فلزی از هر نوع آلیاژی است و معمولا؛ برای تولید قطعات پیچیده که اغلب دارای دیواره‌های نازک هستند استفاده می‌شود.
تاریخچه
تاریخ غنی و طولانی ریخته گری دقیق به هزاران سال پیش و تولید زیور آلات برنز، مس و طلا، بت‌ها و مجسمه‌ها در مصر باستان و بین‌النهرین، سلسله هان در چین و آزتک در مکزیک برمی‌گردد. نخستین و شناخته شده‌ترین متنی که فرایند ریخته گری دقیق در آن شرح داده شده توسط فردی به نام Theophilius Presbyte در ۱۱۰۰ میلادی نوشته شد، مدتی بعد مطالب او توسط مجسمه‌ساز و زرگری به نام Benevenuto Cellinic مورد استفاده قرار گرفت و از آن برای ساخت مجسمه‌های perseus و medusa که هم اکنون در فلورانس ایتالیا موجود است استفاده کرد. به مرور زمان و در اواسط دهه ۱۵۰۰ روش ریخته گری دقیق به عنوان یک روش معمول برای ساخت مجسمه‌های برنزی و آثار هنری دیگر مورد توجه قرار گرفت. ریخته گری دقیق در سال ۱۸۹۷ توسط یک دندانساز آمریکایی برای مصارف دندانپزشکی مورد استفاده قرار گرفت. بهرحال صنایع ریخته گری تا شروع جنگ جهانی دوم توجه زیادی به این روش نکرده تا آنکه قیمت ماشینهای ابزار در آن زمان به دلیل احتیاجات تسلیحاتی بالا رفت، همچنین محدودیت زمانی درتولید قطعات نظامی و صنایع هواپیماسازی که در ضمن باید دارای ابعادی زیاد و پرداخت سطحی خوبی باشند موجب گردید تا این روش مورد توجه قرار گیرد.
از آنجایی که روش ریخته گری دقیق می‌توانست کلیه نیازهای فوق را برآورده سازد، این روش حتی درزمان‌های بعد از جنگ نیز در بسیاری از صنایع غیر هواپیمایی که به قطعات پیچیده و دقیق احتیاج داشتند مورد استفاده قرار گرفت.
روند
ریخته گری دقیق را می‌توان از یک مدل موم اصلی (روش مستقیم) یا از کپی‌های موم از یک الگوی اصلی که نیازی نیست از موم ساخته شود (روش غیر مستقیم) انجام داد. مراحل زیر روند غیر مستقیم، که می‌تواند دو تا هفت روز به طول انجامد را توصیف می‌کند.
الگوی مومی استفاده شده برای ساخت یک پره توربین موتور جت
ساخت الگوی اصلی: یک هنرمند یا قالب ساز یک الگوی اصلی از موم، خاک رس، چوب، پلاستیک یا مواد دیگر می‌سازد.
ساخت قالب: قالبی مناسب الگوی اصلی که به آن قالب اصلی گفته می‌شود، ساخته می‌شود. اگر الگوی اصلی از فولاد ساخته شده باشد، قالب را می‌توان با استفاده از فلزی با نقطه ذوب پایین‌تر به‌طور مستقیم از الگوی اصلی ریخته گری کرد. قالبهای لاستیکی هم می‌توانند به‌طور مستقیم از الگوی اصلی ریخته گری شوند. روش دیگری هم وجود دارد که قالب اصلی می‌تواند مستقلا ماشین کاری شود؛ بدون ساخت الگو.
تولید الگوهای مومی: اگرچه به آن‌ها الگوهای مومی گفته می‌شود، اما مواد الگو ممکن است از پلاستیک یا جیوه منجمد باشد. الگوهای مومی را می‌توان به یکی از دو روش زیر تولید کرد. در یک فرایند، موم به داخل قالب ریخته شده و گردانده می‌شود تا یک لایه موم سطح داخلی قالب را بپوشاند. این عمل تکرار می‌شود تا ضخامت الگوی مورد نظر حاصل شود. روش دیگر شامل پر کردن کل قالب با موم مذاب و سرد شدن موم تا تبدیل شدن آن به جامد می‌باشد.
مونتاژ الگوهای مومی: الگوهای چندگانه‌ی مومی به صورت یک الگوی بزرگ ساخت و مونتاژ می‌شوند تا در یک دسته ریخته گری شوند. در این وضعیت، الگوها به یک راهگاه مومی متصل می‌شوند تا یک خوشه یا درخت ایجاد کنند. برای متصل کردن الگوها از یک ابزار گرمایشی استفاده می‌شود تا سطح تعیین شده‌ای از موم را به آرامی ذوب کند. سپس به بدنه فشرده شده و سرد می‌شوند. صدها الگو می‌توانند به یک درخت مونتاژ شوند. الگوهای موم می‌توانند تعقیب شوند؛ به این معنی که خطوط جدایش با استفاده از ابزار فلزی داغ ساییده می‌شوند. در نهایت، الگوها (با از بین بردن عیوب) پیراسته می‌شوند تا همانند قطعات پرداخت شده به نظر برسند.
به کار بردن مواد دقیق: قالب سرامیکی، با تکرار یک سری از مراحل پوشش، اندود و سخت شدن، تا زمانی که ضخامت مورد نظر به دست آید، تولید می‌شود. فرایند پوشش شامل فرو بردن خوشه‌ی الگو به درون دوغابی از مواد نسوز و سپس خارج کردن آن برای ایجاد یک پوشش سطحی یکنواخت می‌باشد. در مرحله‌ی اول برای حفظ جزئیات قالب از مواد ریز استفاده می‌شود که به آن پوشش اولیه گفته می‌شود. در مرحله‌ی اندود کاری، ذرات سرامیکی درشت، با فرو بردن الگوها به یک بستر مذاب یا به صورت دستی اعمال می‌شود. مرحله‌ی سخت شدن هم به پوشش اجازه می‌دهد تا بهبود یابد. این مراحل آنقدر تکرار می‌شوند تا پوشش دقیق به ضخامت مورد نیاز برسد. قالب رها می‌شود تا به‌طور کامل خشک شود، که می‌تواند 16 تا 48 ساعت طول بکشد. فرایند خشک کردن را می‌توان با استفاده از خلا یا به حداقل رساندن رطوبت محیط، سرعت بخشید. قالب دقیق را همچنین می‌توان با قرار دادن خوشه‌ی الگو درون یک فلاسک و سپس ریختن دوغاب مایع از بالا ایجاد کرد. سپس فلاسک به ارتعاش درآمده تا هوای به دام افتاده خارج شود و به مواد کمک کند تا هر گونه حفره کوچک را پر کنند. مواد نسوز متداول مورد استفاده در ریخته گری دقیق عبارت اند از: سیلیس، زیرکن، سیلیکات‌های مختلف آلومینیوم و آلومینا. سیلیس معمولا به صورت مذاب استفاده می‌شود؛ اما گاهی اوقات کوارتز، به دلیل کم هزینه‌تر بودن نیز به کار می‌رود. سیلیکات‌های آلومینیوم مخلوطی از آلومینا و سیلیس هستند که معمولا مخلوط‌هایی حاوی 42 تا 72% آلومینا استفاده می‌شود. در پوشش‌های اولیه معمولا مواد نسوز مبتنی بر زیرکن استفاده می‌شوند زیرا زیرکونیوم تمایل کمتری به واکنش با فلز مذاب دارد. قبل از سیلیس، مخلوطی از گچ و خاک رس استفاده می‌شده‌است.
موم زدایی: هنگامی که قالب‌های سرامیکی به‌طور کامل بهبود یافتند، آن‌ها را وارونه داخل کوره قرار می‌دهند تا موم، ذوب و تبخیر شود. بشتر شکست‌های پوسته در این مرحله رخ می‌دهد؛ زیرا ضریب انبساط حرارتی موم بسیار بیشتر از قالب سرامیکی آن است. وقتی موم گرم می‌شود انبساط پیدا کرده و تنش ایجاد می‌کند. برای به حداقل رساندن این تنش‌ها، موم با بیشترین سرعت ممکن گرم می‌شود؛ در نتیجه سطح بیرونی موم می‌تواند به سرعت ذوب و تخلیه شود و برای انبساط بقیه موم فضا ایجاد کند. در برخی شرایط، ممکن است قبل از گرم کردن سوراخی در قالب حفر شود تا به کاهش این تنش‌ها کمک کند. موم‌هایی که از قالب خارج می‌شوند معمولا بازیافت شده و دوباره استفاده می‌شوند.
پیش گرم کردن قالب‌ها: قالب تا دمای 870 تا 1095 درجه سانتی گراد گرم می‌شود تا هرگونه رطوبت و موم باقی‌مانده از آن خارج شود. گاهی اوقات این حرارت برای پیش گرم کردن قالب قبل از ریختن مذاب استفاده می‌شود اما دیگر اوقات به قالب اجازه سرد شدن می‌دهند تا بتوان آن را مورد آزمایش قرار داد. پیش گرم کردن به فلز اجازه می‌دهد تا زمان بیشتری مذاب باقی بماند تا بهتر بتواند تمام جزئیات قالب را پر کند و دقت ابعادی افزایش یابد. اگر قالب رها شده تا خنک شود، هر گونه ترک پیدا شده می‌تواند با دوغاب سرامیک یا سیمان‌های مخصوص ترمیم شود.
ریختن مذاب: قالب، رو به بالا، درون یک وان پر از ماسه قرار می‌گیرد. فلز مذاب به داخل قالب ریخته می‌شود که ممکن است به دلیل گرانش، فشار هوا یا نیروهای دیگری باشد. ریخته گری خلا، ریختن به کمک فشار و ریخته گری گریز از مرکز روش‌هایی هستند که از نیروهای اضافی بهره می‌برند و به ویژه زمانی مفید خواهند بود که قالب حاوی مقاطع نازکی است ک پر کردن آن‌ها دشوار می‌باشد.
عاری کردن: برای جدا شدن جسم ریخته گری شده، پوسته چکش کاری یا لرزانده می‌شود. راهگاه قطع شده و بازیافت می‌شود. پس از آن جسم ریخته گری شده تمیز می‌شود تا نشانه‌های فرآیند ریخته گری از آن پاک شود. این کار معمولا با سنگ زنی انجام می‌گیرد.
قطعه کار تمام شده
مزایای ریخته گری دقیق
توانایی تولید حجم‌ها و قطعات پیچیده و دارای زوایای منفی.
با استفاده از این روش می‌توان قطعاتی ظریفتر با دقت ابعادی بالا و سطوحی صافتر در مقایسه با روش‌های دیگر تولید کرد. به دلیل کیفیت سطحی قطعات تولیدی با این روش، از این روش می‌توان برای تولید جواهرات و زیور آلات نیز استفاده کرد.
با این روش می‌توان قطعاتی را تولید کرد که به پرداخت سطحی و عملیات تکمیلی نیازی نداشته باشند.
این روش را می‌توان تقریبا برای ریخته گری کلیه فلزات مورد استفاده قرار داد و همچنین در این روش، ریخته گری قطعاتی که در قسمت‌های مختلف آن از آلیاژها و فلزات متفاوتی تشکیل شده‌است امکان‌پذیر است.
برخلاف روش‌های دیگر ابعاد قطعه ریختگی در طول خط جدایش تغییر نمی‌کند.
با این روش می‌توان کیفیت‌های متالورژیکی مثل اندازه و مورفولوژی دانه‌ها و انجماد جهت دار را با دقت کنترل کرد که این خصوصیات نیز به نوبه خود منجر به کنترل دقیق خواص مکانیکی می‌شود.
بیشترین بازده برای تولید انبوه حجم‌ها یا قطعات دارای زوایای منفی از لحاظ فرایند تولید و هزینه. (در صنایع نظامی برای تولید توربین‌ها و قطعاتی از این قبیل از این روش استفاده می‌شود.)jkjj
محدودیت‌های ریخته گری دقیق
محدودیت وزنی: حداکثر محدوده وزنی (از نظر جنبه‌های اقتصادی) ۷۰ کیلوگرم است. اکثر قطعات تولیدی با این روش دارای وزنی بین ۵ گرم تا ۱۵ کیلوگرم می‌باشد، به هرحال تولید قطعات ریخته گری بسیار سنگین تا وزن ۱۰۰ کیلوگرم نیز در این روش امکان‌پذیر است.
قالب‌سازی
ریخته‌گری
ریخته‌گری ماسه‌ای
ریخته‌گری تحت فشار
ریخته‌گری لاست فوم
ریخته‌گری لاست وکس