ধাতু ঢালাই

ধাতবকর্ম এবং গহনা তৈরিতে, ঢালাই হল এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে একটি তরল ধাতু একটি ছাঁচে (সাধারণত একটি উচ্চ তাপসহনীয় পাত্র ক্রুসিবল দ্বারা) সরবরাহ করা হয় যার মধ্যে প্রয়োজনীয় আকৃতির একটি উল্টা প্রতিলিপি (অর্থাৎ, একটি ত্রিমাত্রিক উল্টা ছাঁচ) থাকে। ধাতুটি একটি ফাঁকা চ্যানেলের মাধ্যমে ছাঁচে ঢেলে দেওয়া হয় যাকে স্প্রু বলা হয়। এরপর ধাতু এবং ছাঁচটি ঠান্ডা করা হয় এবং ধাতব অংশ (ঢালাই) বের করা হয়। ঢালাই প্রায়শই বিভিন্ন জটিল আকৃতি তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয় যা অন্যান্য পদ্ধতিতে তৈরি করা কঠিন বা অলাভজনক হয়ে থাকে।
ঢালাই প্রক্রিয়া হাজার বছর ধরে পরিচিত, এবং ভাস্কর্য (বিশেষ করে ব্রোঞ্জ), মূল্যবান ধাতুর গহনা এবং অস্ত্র ও সরঞ্জাম তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। গাড়ি, ট্রাক, মহাকাশ, ট্রেন, খনি ও নির্মাণ সরঞ্জাম, তেলকূপ, যন্ত্রপাতি, পাইপ, হাইড্রেন্ট, বায়ু টারবাইন, পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্র, চিকিৎসা সরঞ্জাম, প্রতিরক্ষা পণ্য, খেলনা এবং আরও অনেক কিছু সহ ৯০ শতাংশ টেকসই পণ্যে উচ্চমানের কৌশলকৃত ঢালাই পাওয়া যায়।
সাধারণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে লস্ট-ওয়াক্স ঢালাই (যাকে পরবর্তীতে আরও কেন্দ্রাতিগ ঢালাই এবং ভ্যাকুয়াম সহায়ক সরাসরি ঢালাইয়ে ভাগ করা যেতে পারে), প্লাস্টার ছাঁচ ঢালাই এবং বালি ঢালাই।
আধুনিক ঢালাই প্রক্রিয়া দুটি প্রধান বিভাগে বিভক্ত: অ-পুনর্ব্যবহারযোগ্য এবং পুনর্ব্যবহারযোগ্য ঢালাই। ছাঁচের উপাদান, যেমন বালি বা ধাতু, এবং ঢালাই পদ্ধতি, যেমন মাধ্যাকর্ষণ, ভ্যাকুয়াম বা নিম্নচাপ এর ভিত্তিতে এটিকে আরও ভাগ করা যেতে পারে।
অ-পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ ঢালাই একটি সাধারণ শ্রেণীবিভাগ যার মধ্যে বালি, প্লাস্টিক, শেল, প্লাস্টার এবং ইনভেস্টমেন্ট (লস্ট-ওয়াক্স ঢালাই কৌশল) মোল্ডিং অন্তর্ভুক্ত। মোল্ড কাস্টিংয়ের এই পদ্ধতিতে অস্থায়ী, অ-পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ ব্যবহার করা হয়।
বালি ঢালাই হল সবচেয়ে জনপ্রিয় এবং সহজ ধরণের ঢালাইগুলোর মধ্যে একটি, এবং শতাব্দী ধরে এটি ব্যবহার করা হয়ে আসছে। স্থায়ী ছাঁচ ঢালাই থেকে ভিন্ন হিসেবে বালি ঢালাই খুবই সাশ্রয়ী মূল্যে ছোট ব্যাচ তৈরি করতে সাহায্য করে। এই পদ্ধতিটি কেবল নির্মাতাদের কম খরচে পণ্য তৈরি করে দেয় না, বরং বালি ঢালাইয়ের অন্যান্য সুবিধাও রয়েছে, যেমন খুব ছোট আকারের ঢালাই কাজের ক্ষেত্রে এটি উপযোগী। এই প্রক্রিয়াটি হাতের তালুতে এটে যাওয়ার মত ছোট ঢালাই থেকে শুরু করে ট্রেনের বগির বিছানার সমান বড় ঢালাই তৈরির জন্য উপযুক্ত (একটি ঢালাই একটি রেল গাড়ির বগির জন্য পুরো বিছানা তৈরি করতে পারে)। বালি ঢালাই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অধিকাংশ ধাতুর ঢালাই করা যায়, এটি ছাঁচ তৈরির জন্য ব্যবহৃত বালির প্রকারের উপর নির্ভর করে।
উচ্চ উৎপাদন হারে (১-২০ পিস/ঘন্টা-ছাঁচ) উৎপাদনের জন্য বালি ঢালাই করতে কয়েক দিন এমনকি কখনও কখনও সপ্তাহেরও বেশি সময় লাগে এবং বড় পরিসরে উৎপাদনের জন্য এটি অতুলনীয়। গ্রিন (আর্দ্র) বালি, যা কালো রঙের, এর প্রায় কোনো পার্ট ওয়েট লিমিট নেই, যেখানে শুকনো বালির ব্যবহারিক পার্ট ম্যাস লিমিট ২,৩০০–২,৭০০ কেজি (৫,১০০–৬,০০০ পাউন্ড)। সর্বনিম্ন পার্ট ওয়েট ০.০৭৫–০.১ কেজি (০.১৭–০.২২ পাউন্ড)। বালিটি কাদামাটি, রাসায়নিক বাইন্ডার, অথবা পলিমারাইজড তেল (যেমন মোটর তেল) ব্যবহার করে বন্ধনে আবদ্ধ করা হয়। বেশিরভাগ কাজে বালি বহুবার পুনর্ব্যবহার করা যায় এবং খুব কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয়।
কামান এবং গির্জার ঘণ্টার মতো বৃহৎ প্রতিসম বস্তু তৈরিতে লোম মোল্ডিং ব্যবহার করা হয়েছে। লোম হল মাটি এবং বালির সাথে খড় বা গোবরের মিশ্রণ। যে বস্তুটি তৈরি করা হবে তার একটি মডেল একটি ভঙ্গুর পদার্থ (কেমিজ) দিয়ে তৈরি করা হয়। এই কেমিজের চারপাশে লোম দিয়ে ঢেকে ছাঁচ তৈরি করা হয়। তারপর এটি পাকানো হয় (পুড়িয়ে) এবং কেমিজটি সরিয়ে ফেলা হয়। তারপর ছাঁচটি চুল্লির সামনে একটি গর্তে সোজা করে দাঁড় করানো হয় যাতে গলিত ধাতু ঢেলে দেওয়া হয়। পরে ছাঁচটি ভেঙে ফেলা হয়। তাই ছাঁচগুলি কেবল একবার ব্যবহার করা যেতে পারে, তাই বেশিরভাগ ক্ষেত্রে অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহারে গুরুত্ব দেওয়া হয়।
প্লাস্টার ঢালাই বালি ঢালাইয়ের মতোই, তবে ছাঁচের উপাদান হিসেবে বালির পরিবর্তে প্লাস্টার অফ প্যারিস ব্যবহার করা হয়। সাধারণভাবে, এই ফর্মটি তৈরি করতে এক সপ্তাহের কম সময় লাগে, এরপর ১–১০ ইউনিট/ঘণ্টা-ছাঁচ উৎপাদন হার অর্জিত হয়, এবং এই প্রক্রিয়ায় ৪৫ কেজি (৯৯ পাউন্ড) পর্যন্ত ভারী এবং ৩০ গ্রাম (১ আউন্স) পর্যন্ত ছোট আকারের জিনিস তৈরি করা যায়, অত্যন্ত ভালো সারফেস ফিনিশ এবং সন্নিহিত টলারেন্স সহ। প্লাস্টার ঢালাই জটিল যন্ত্রাংশ তৈরির জন্য অন্যান্য ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়াগুলোর মধ্যে একটি সাশ্রয়ী বিকল্প কারণ প্লাস্টারের দাম কম এবং এটি গ্রহণযোগ্য আকারের ঢালাই তৈরির ক্ষমতা রাখে। এটির সবচেয়ে বড় অসুবিধা হল এটি শুধুমাত্র অ্যালুমিনিয়াম, তামা, ম্যাগনেসিয়াম এবং দস্তার মতো কম গলনাঙ্কের অ-লৌহঘটিত উপকরণের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে।
শেল মোল্ডিং বালি ঢালাইয়ের অনুরূপ, তবে ছাঁচনির্মাণ গহ্বরটি বালি ভরা ফ্লাস্কের পরিবর্তে শক্ত বালির "শেল" দ্বারা তৈরি হয়। ব্যবহৃত বালি বালি ঢালাইয়ে ব্যবহৃত বালির চেয়ে সূক্ষ্ম এবং একটি রজনের সাথে মিশ্রিত করা হয় যাতে এটি প্যাটার্ন দ্বারা উত্তপ্ত হয় এবং প্যাটার্নের চারপাশে খোলের মধ্যে শক্ত হতে পারে। রজন এবং সূক্ষ্ম বালির কারণে, এটি অনেক সূক্ষ্ম সারফেস ফিনিশ দেয়। প্রক্রিয়াটি স্বয়ংক্রিয় এবং বালি ঢালাইয়ের চেয়ে আরও সুনির্দিষ্ট। ঢালাইয়ের জন্য ব্যবহৃত সাধারণ ধাতুগুলির মধ্যে রয়েছে ঢালাই লোহা, অ্যালুমিনিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম এবং তামার সংকর ধাতু। এই প্রক্রিয়াটি ছোট থেকে মাঝারি আকারের জটিল জিনিসপত্রের জন্য আদর্শ।
ইনভেস্টমেন্ট ঢালাই (শিল্পকলায় যা লস্ট-ওয়াক্স কাস্টিং নামে পরিচিত) একটি প্রক্রিয়া যা হাজার বছর ধরে প্রচলিত রয়েছে, এবং লস্ট-ওয়াক্স পদ্ধতিটি ধাতু গঠনের প্রাচীনতম প্রযুক্তিগুলোর মধ্যে একটি। প্রায় ৫০০০ বছর আগে মৌমাছির মোম দিয়ে প্যাটার্ন তৈরি করা হতো, আর আজকের উন্নত প্রযুক্তির মোম, প্রতিরোধী উপকরণ এবং বিশেষ সংকর ধাতু ব্যবহারের মাধ্যমে উচ্চমানের কাস্টিং তৈরি করা হয়। এই প্রক্রিয়ার প্রধান সুবিধাগুলো হলো যথার্থতা, পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা, বহুমুখিতা এবং কাঠামোগত দৃঢ়তা, যা উচ্চমানের পণ্য উৎপাদন নিশ্চিত করে।
ইনভেস্টমেন্ট কাস্টিং নামটি এসেছে কারণ এই প্রক্রিয়ায় প্যাটার্নটি একটি প্রতিরোধী (রিফ্র্যাক্টরি) উপাদান দিয়ে আবৃত বা "ইনভেস্ট" করা হয়। মোমের প্যাটার্নগুলোর জন্য অত্যন্ত যত্নের প্রয়োজন হয়, কারণ তারা ছাঁচ তৈরির সময় সৃষ্ট বল সহ্য করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী নয়। ইনভেস্টমেন্ট কাস্টিংয়ের একটি বড় সুবিধা হলো, ব্যবহৃত মোম পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে।
এই প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন ধরণের ধাতু এবং উচ্চ কার্যকারিতা সম্পন্ন সংকর থেকে গ্রহণযোগ্য আকৃতির উপাদানগুলির পুনরাবৃত্তিযোগ্য উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত। যদিও সাধারণত ছোট ঢালাইয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়, এই প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণ বিমানের দরজার ফ্রেম তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছে, যার মধ্যে ৩০০ কেজি পর্যন্ত স্টিলের ঢালাই এবং ৩০ কেজি পর্যন্ত অ্যালুমিনিয়াম ঢালাই রয়েছে। ডাই কাস্টিং বা বালি ঢালাইয়ের মতো অন্যান্য ঢালাই প্রক্রিয়ার তুলনায়, এটি একটি ব্যয়বহুল প্রক্রিয়া হতে পারে। তবে ইনভেস্টমেন্ট কাস্টিংয়ের মাধ্যমে জটিল আকৃতির যন্ত্রাংশ তৈরি করা সম্ভব, এবং বেশিরভাগ ক্ষেত্রে কাস্টিং প্রক্রিয়ার পর খুব সামান্য কাজের প্রয়োজন হয় বা কোনো অতিরিক্ত কাজের প্রয়োজন হয় না, কারণ এটি গ্রহণযোগ্য আকারের কাছাকাছি তৈরি হয়।
একটি টেকসই প্লাস্টার ইন্টারমিডিয়েট প্রায়শই ব্রোঞ্জ ভাস্কর্য তৈরির পর্যায় হিসেবে বা খোদাই করা পাথর নির্মাণের জন্য একটি নির্দেশিকা হিসেবে ব্যবহৃত হয়। প্লাস্টার প্রস্তুত হওয়ার পর এটি মূল কাদামাটির কাজের তুলনায় বেশি টেকসই হয় (যদি এটি ঘরের ভেতরে সংরক্ষণ করা হয়), কারণ কাদামাটির কাজ আর্দ্র না থাকলে ফাটল ধরে। কম খরচের প্লাস্টার ব্যবহারের ফলে ব্যয়বহুল ব্রোঞ্জ কাস্টিং বা পাথর খোদাইয়ের কাজ বিলম্বিত করা সম্ভব হয় যতক্ষণ না কোনো পৃষ্ঠপোষক পাওয়া যায়। যেহেতু এই কাজটিকে সাধারণত শিল্পকলা নয় বরং প্রযুক্তিগত প্রক্রিয়া হিসেবে বিবেচনা করা হয়, তাই এটি শিল্পীর জীবনকাল শেষ হওয়ার পরেও সম্পন্ন করা যেতে পারে।
ওয়েস্ট মোল্ডিং প্রক্রিয়ায় মূল কাদার মিশ্রণের ওপর একটি সরল ও পাতলা প্লাস্টারের ছাঁচ বসানো হয়, যা সাধারণত শিসাল বা বার্লাপ দিয়ে শক্তিশালী করা হয়। যখন এটি সম্পূর্ণরূপে শক্ত হয়ে যায়, তখন এটি সজল কাদা থেকে সরানো হয়, ফলে কাদার গভীর খাঁজ ও সূক্ষ্ম বিবরণ ক্ষতিগ্রস্ত হলেও সেগুলো ছাঁচের ভেতর সংরক্ষিত থাকে। এই ছাঁচ পরবর্তী সময়ে (কেবল একবার) একটি প্লাস্টারের সোজা প্রতিরূপ তৈরি করতে ব্যবহৃত হতে পারে, যা মূল কাদামাটির বস্তুটির অনুরূপ হয়। এই প্লাস্টারের পৃষ্ঠতল আরও মসৃণ করা যেতে পারে এবং এটি ব্রোঞ্জ কাস্টিংয়ের মতো দেখাতে রং ও মোম প্রলেপ প্রয়োগ করা যেতে পারে।
এটি একটি বিশেষ ধরনের ঢালাই প্রক্রিয়া যেখানে প্যাটার্ন উপাদান ঢালাইয়ের সময় বাষ্পীভূত হয়ে যায়, যার ফলে কাস্টিংয়ের আগে ছাঁচ থেকে প্যাটার্ন উপাদান সরানোর দরকার হয় না। এই শ্রেণির দুটি প্রধান প্রক্রিয়া হলো লস্ট-ফোম কাস্টিং এবং ফুল-মোল্ড কাস্টিং।
লস্ট-ফোম কাস্টিং হলো একটি অ্যাভাপোরেটিভ-প্যাটার্ন ঢালাই প্রক্রিয়া, যা ইনভেস্টমেন্ট ঢালাইয়ের অনুরূপ, তবে মোমের পরিবর্তে ফোম ব্যবহার করা হয়। এই প্রক্রিয়াটি ফোমের নিম্ন স্ফুটনাঙ্কের সুবিধা গ্রহণ করে, যা ইনভেস্টমেন্ট কাস্টিং প্রক্রিয়াকে সহজ করে তোলে, কারণ এতে ছাঁচ থেকে মোম গলিয়ে বের করার প্রয়োজন হয় না।
ফুল-মোল্ড কাস্টিং একটি অ্যাভাপোরেটিভ-প্যাটার্ন ঢালাই প্রক্রিয়া, যা বালি ঢালাই এবং লস্ট-ফোম কাস্টিংয়ের একটি সংমিশ্রণ। এটি একটি বিস্তৃত পলিস্টিরিন ফোম প্যাটার্ন ব্যবহার করে, যা স্যান্ড কাস্টিংয়ের মতো বালির মাধ্যমে ঘিরে দেওয়া হয়। এরপর ধাতু সরাসরি ছাঁচে ঢালা হয়, যা ফোমের সাথে মেশার সাথে সাথেই ফোমটি বাষ্পীভূত হয়ে যায়।
পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ ঢালাই অ-পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ ঢালাই প্রক্রিয়াগুলির থেকে আলাদা কারণ এই প্রক্রিয়ায় প্রতিটি উৎপাদন চক্রের পর ছাঁচটি পুনরায় গঠন করার প্রয়োজন হয় না। এই প্রযুক্তির অন্তর্গত কমপক্ষে চারটি ভিন্ন পদ্ধতি রয়েছে: পার্মানেন্ট কাস্টিং, ডাই কাস্টিং, সেন্ট্রিফিউগাল কাস্টিং, এবং কন্টিনিউয়াস কাস্টিং। এই ঢালাই প্রক্রিয়া দ্বারা তৈরি অংশগুলির পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা উন্নত হয় এবং এটি গ্রহণযোগ্য আকৃতির কাছাকাছি ফলাফল প্রদান করে।
স্থায়ী ছাঁচ ঢালাই হলো একটি ধাতু ঢালাই প্রক্রিয়া যেখানে পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ (পার্মানেন্ট মোল্ড) ব্যবহৃত হয়, যা সাধারণত ধাতু দিয়ে তৈরি হয়ে থাকে। সবচেয়ে প্রচলিত পদ্ধতিতে মাধ্যাকর্ষণ শক্তি ব্যবহার করে ছাঁচ পূরণ করা হয়, তবে কখনো কখনো গ্যাসের চাপ বা ভ্যাকুয়ামও প্রয়োগ করা হয়।
গ্র্যাভিটি কাস্টিং প্রক্রিয়ার একটি বৈচিত্র্য স্লাশ কাস্টিং, যা ফাঁপা ঢালাই তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। সাধারণত ব্যবহৃত ঢালাই ধাতুগুলোর মধ্যে রয়েছে অ্যালুমিনিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম ও কপার সংকর। অন্যান্য উপকরণের মধ্যে টিন, জিঙ্ক ও সীসা সংকর অন্তর্ভুক্ত, এবং গ্রাফাইট ছাঁচে লোহা ও স্টিলও ঢালাই করা হয়।
যদিও স্থায়ী ছাঁচ একাধিকবার ব্যবহার করা যায়, তবে নির্দিষ্টসংখ্যক ঢালাইয়ের পর এটি ক্ষয়ে যায় এবং কার্যকারিতা হারায়।
ডাই কাস্টিং প্রক্রিয়ায় গলিত ধাতুকে উচ্চ চাপের মাধ্যমে ছাঁচের গহ্বরে প্রবাহিত করা হয় (যা ডাইয়ের মধ্যে খোদাই করা থাকে)। বেশিরভাগ ডাই কাস্টিং অ-লৌহজাত ধাতু দিয়ে তৈরি হয়, বিশেষ করে জিঙ্ক, তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম-ভিত্তিক সংকর, তবে লৌহজাত ধাতুর ডাই কাস্টিংও সম্ভব।
ডাই কাস্টিং পদ্ধতি বিশেষভাবে উপযোগী যেখানে অনেক ছোট থেকে মাঝারি আকারের অংশ প্রয়োজন হয়, যা ভালো বিবরণ, মসৃণ পৃষ্ঠের গুণমান এবং মাত্রাগত সঙ্গতির নিশ্চয়তা প্রদান করে।
অর্ধ-কঠিন ধাতু ঢালাই হলো একটি পরিবর্তিত ডাই কাস্টিং প্রক্রিয়া, যা প্রচলিত ডাই কাস্টিংয়ে উপস্থিত অবশিষ্ট রন্ধ্রতা কমায় বা দূর করে। এই প্রক্রিয়ায় তরল ধাতুর পরিবর্তে উচ্চ সান্দ্রতাযুক্ত ফিড উপাদান ব্যবহার করা হয়, যা আংশিক কঠিন এবং আংশিক তরল অবস্থায় থাকে। একটি পরিবর্তিত ডাই কাস্টিং মেশিন ব্যবহার করে সেমি-সলিড স্লারি পুনর্ব্যবহারযোগ্য কঠিন স্টিলের ডাই-এ প্রবেশ করানো হয়। সেমি-সলিড ধাতুর উচ্চ সান্দ্রতা এবং নিয়ন্ত্রিত ছাঁচ পূরণের প্রক্রিয়ার কারণে ধাতু দ্রুত গতিতে ছাঁচের মধ্যে প্রবাহিত হয়, যা ক্ষতিকারক রন্ধ্রতা দূর করতে সহায়তা করে।
অর্ধ-কঠিন ধাতু ঢালাই মূলত বাণিজ্যিকভাবে অ্যালুমিনিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম সংকর উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়। অর্ধ-কঠিন ধাতু ঢালাই টি৪, টি৫ অথবা টি৬ টেম্পার-এ হিট ট্রিটমেন্ট করা যায়। এই প্রক্রিয়ার প্রধান সুবিধাগুলো হলো: উচ্চ শক্তি ও নমনীয়তার সমন্বয়, যা দ্রুত শীতলীকরণ হার এবং কম রন্ধ্রতার কারণে অর্জন করা সম্ভব, জটিল আকৃতির যন্ত্রাংশ প্রায় গ্রহণযোগ্য আকৃতিতে তৈরি করা যায়, চাপ প্রতিরোধী ও সুনির্দিষ্ট মাত্রার সহনশীলতা বজায় রাখা যায়, পাতলা প্রাচীরবিশিষ্ট অংশ তৈরি করা সম্ভব হয়।
এই প্রক্রিয়ায় গলিত ধাতু ছাঁচে ঢালা হয় এবং ছাঁচটি ঘূর্ণায়মান থাকা অবস্থায় এটি কঠিন হওয়ার জন্য অপেক্ষা করা হয়। ধাতুটি ছাঁচের কেন্দ্রের মধ্যে এর ঘূর্ণন অক্ষ বরাবর ঢালা হয়। জড়তা শক্তির কারণে, তরল ধাতু ছাঁচের প্রান্তের দিকে ছিটকে যায়।
সেন্ট্রিফিউগাল কাস্টিং অভিকর্ষ এবং চাপ উভয় থেকেই স্বাধীন, কারণ এটি একটি ঘূর্ণায়মান চেম্বারের মধ্যে ধরে রাখা অস্থায়ী বালির ছাঁচ ব্যবহার করে নিজস্ব শক্তি দ্বারা ধাতুকে ছাঁচে প্রবাহিত করে। লিড টাইম প্রয়োগের ধরণ অনুযায়ী পরিবর্তিত হয়। সেমি-সেন্ট্রিফিউগাল এবং প্রকৃত সেন্ট্রিফিউগাল প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে প্রতি ছাঁচে ৩০–৫০টি পিস উৎপাদন করা যায়, যেখানে ব্যাচ প্রসেসিংয়ের জন্য মোট ভরের ব্যবহারিক সীমা প্রায় ৯০০০ কেজি এবং প্রতিটি আইটেমের জন্য সাধারণত ২.৩–৪.৫ কেজি ওজনের সীমা নির্ধারিত থাকে।
শিল্পক্ষেত্রে, রেলওয়ে চাকার সেন্ট্রিফিউগাল কাস্টিং ছিল এই পদ্ধতির প্রাথমিক একটি প্রয়োগ, যা জার্মান শিল্প প্রতিষ্ঠান ক্রুপ দ্বারা উন্নয়ন করা হয়েছিল। এই প্রযুক্তি সংস্থাটির দ্রুত বিকাশে সহায়ক ভূমিকা রেখেছিল। ছোট শিল্পকর্ম, যেমন গহনা, প্রায়ই লস্ট-ওয়াক্স পদ্ধতি ব্যবহার করে এই প্রক্রিয়ায় ঢালাই করা হয়, কারণ সেন্ট্রিফিউগাল শক্তি তুলনামূলকভাবে ঘন তরল ধাতুকে অত্যন্ত সূক্ষ্ম চ্যানেলের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করতে এবং পাতা বা পাপড়ির মতো সূক্ষ্ম বিবরণ তৈরি করতে সাহায্য করে। এই প্রভাব ভ্যাকুয়াম কাস্টিংয়ের সুবিধার মতোই, যা গহনা ঢালাইয়ের জন্যও ব্যবহৃত হয়।
কন্টিনিউয়াস কাস্টিং হল ঢালাই প্রক্রিয়ার একটি উন্নত সংস্করণ, যা একই ক্রস-সেকশন বিশিষ্ট ধাতব অংশগুলোর ক্রমাগত ও উচ্চ-পরিমাণ উত্পাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি মূলত পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের জন্য আধা-সমাপ্ত পণ্য উত্পাদনে ব্যবহৃত হয়। এই প্রক্রিয়ায় গলিত ধাতু একটি খোলা প্রান্তযুক্ত, জল-শীতল ছাঁচে ঢালা হয়, যা তরল ধাতুর চারপাশে একটি কঠিন আবরণ তৈরি করে এবং ধীরে ধীরে ধাতুকে বাইরের দিক থেকে ভেতরের দিকে জমাট বাঁধতে সাহায্য করে। কঠিন হওয়ার পর, এই ধাতব অংশটিকে (যাকে কখনও কখনও "স্ট্র্যান্ড" বলা হয়) ক্রমাগতভাবে ছাঁচ থেকে বের করে নেওয়া হয়। এই স্ট্র্যান্ড পূর্বনির্ধারিত দৈর্ঘ্যে কেটে নেওয়া যায়, যা হয় যান্ত্রিক কাঁচি বা চলমান অক্সিএসিটিলিন টর্চ দ্বারা সম্পন্ন হয়। এরপর এগুলো আরো রূপান্তরের জন্য বা মজুতকরণের জন্য সংরক্ষণ করা হয়। ঢালাই করা অংশের আকার বিভিন্ন হতে পারে, যেমন: স্ট্রিপ: কয়েক মিলিমিটার পুরু ও প্রায় ৫ মিটার চওড়া, বিলেট: ৯০ থেকে ১৬০ মিমি স্কোয়ার, স্ল্যাব: ১.২৫ মিটার চওড়া ও ২৩০ মিমি পুরু। কখনও কখনও, স্ট্র্যান্ড কাটার আগেই প্রাথমিকভাবে গরম রোলিং প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে পাঠানো হতে পারে।
একটি স্ট্যান্ডার্ড পণ্যের ক্রমাগত উৎপাদনের সাথে সম্পর্কিত খরচ কম হওয়ার কারণে এবং চূড়ান্ত পণ্যের গুণমান বৃদ্ধির কারণে ক্রমাগত ঢালাই ব্যবহার করা হয়। ধাতু যেমন স্টীল, তামা, অ্যালুমিনিয়াম এবং সীসা এর জন্য নিরবিচ্ছিন্ন ঢালাই প্রক্রিয়া ব্যবহৃত হয়, যেখানে স্টীল হলো সেই ধাতু যার সবচেয়ে বেশি পরিমাণ ঢালাই এই পদ্ধতিতে হয়।
আপকাস্টিং (আপ-কাস্টিং, আপস্ট্রিম, বা আপওয়ার্ড কাস্টিং) হলো একটি পদ্ধতি যেখানে ৮-৩০ মিমি ব্যাসের রড এবং পাইপ এর বিভিন্ন প্রোফাইল (যেমন সিলিন্ড্রিক্যাল, স্কোয়ার, হেক্সাগোনাল, স্ল্যাব ইত্যাদি) উল্লম্ব বা অনুভূমিকভাবে নিরবিচ্ছিন্ন ঢালাই করা হয়। সাধারণত তামা (Cu), ব্রোঞ্জ (Cu·Sn সংকর), নিকেল সংকর ব্যবহৃত হয়, কারণ এটি উল্লম্ব আপকাস্টিং ক্ষেত্রে ঢালাইয়ের উচ্চ গতি এবং উন্নত অবয়ব প্রদান করে। এই পদ্ধতির সুবিধা হলো যে ধাতুগুলি প্রায় অক্সিজেন-মুক্ত থাকে এবং পণ্যটির দৃঢ়ীকরণের (সলিডিফিকেশন) এর হার ক্রিস্টালাইজার নামে একটি যন্ত্রের মাধ্যমে সমন্বয় করা যায় — একটি উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধী যন্ত্র যা পানির সাহায্যে ধাতুর রড বা পাইপকে শীতল করে।
এই পদ্ধতিটি চোক্রালস্কি পদ্ধতির সাথে তুলনাযোগ্য, যা একটি মেটালয়েড সিলিকন (Si) ক্রিস্টাল উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়।
ধাতু ঢালাই প্রক্রিয়া নিম্নলিখিত পরিভাষাসমূহ ব্যবহার করে:
কিছু বিশেষায়িত প্রক্রিয়া, যেমন ডাই কাস্টিং, অতিরিক্ত পরিভাষা ব্যবহার করে।
ঢালাই একটি কঠিনীকরণ প্রক্রিয়া, যার অর্থ কঠিনীকরণের ঘটনাটি ঢালাইয়ের বেশিরভাগ বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রণ করে। তাছাড়া, বেশিরভাগ ঢালাই ত্রুটিগুলি কঠিনীকরণের সময় ঘটে, যেমন গ্যাসের ছিদ্রতা এবং কঠিনীকরণ সংকোচন।
কঠিনীকরণ দুটি ধাপে ঘটে: নিউক্লিয়েশন এবং ক্রিস্টাল গ্রোথ। নিউক্লিয়েশন পর্যায়ে, তরলের মধ্যে কঠিন কণাগুলি গঠিত হয়। যখন এই কণাগুলি গঠিত হয়, তাদের অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবেষ্টিত তরলের তুলনায় কম হয়, যা তাদের মধ্যে একটি শক্তি ইন্টারফেস তৈরি করে। এই ইন্টারফেসে একটি পৃষ্ঠ গঠনের জন্য শক্তির প্রয়োজন হয়, তাই নিউক্লিয়েশন ঘটার সময়, উপাদানটি আসলে তার কঠিনীকরণ তাপমাত্রার নিচে ঠান্ডা হয় (আন্ডারকুলিং) কারণ ইন্টারফেস পৃষ্ঠ গঠনের জন্য অতিরিক্ত শক্তির প্রয়োজন হয়। এরপর রিকালেস্যান্স ঘটে, বা তার কঠিনীকরণ তাপমাত্রায় পুনরায় উষ্ণ হয়, যাতে স্ফটিক বৃদ্ধি পর্যায় শুরু হয়। নিউক্লিয়েশন সাধারণত আগে থেকেই থাকা কঠিন পৃষ্ঠে ঘটে, কারণ একটি আংশিক ইন্টারফেস পৃষ্ঠের জন্য সম্পূর্ণ গোলাকার ইন্টারফেস পৃষ্ঠের তুলনায় কম শক্তির প্রয়োজন হয়। এটি লাভজনক হতে পারে কারণ সূক্ষ্ম দানাযুক্ত ঢালাইগুলির বৈশিষ্ট্য মোটা দানাযুক্ত ঢালাইগুলির তুলনায় উন্নত হয়। সূক্ষ্ম দানা কাঠামো অর্জনের জন্য দানা পরিশোধন বা ইনোকুলেশন পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে নিউক্লিয়েশন প্রক্রিয়াকে তরান্বির করার জন্য খাদ যোগ করা হয়।
সমস্ত নিউক্লিয়েশন একটি স্ফটিকের প্রতিনিধিত্ব করে, যা বিকশিত হয় যতক্ষণ না তরল থেকে সমস্ত সংযোজন তাপ বেরিয়ে যায় এবং তরল সম্পূর্ণরূপে কঠিন হয়ে যায়। ঢালাইয়ের বৈশিষ্ট্য সর্বাধিক উন্নত করতে বৃদ্ধির দিক, হার এবং ধরণ নিয়ন্ত্রণ করা যায়। দিকনির্দেশিত কঠিনীকরণ তখন ঘটে যখন উপাদানটি এক প্রান্ত থেকে কঠিন হতে শুরু করে এবং অপর প্রান্ত পর্যন্ত ক্রমান্বয়ে কঠিন হয়। এটি সর্বোত্তম দানাগঠনের ধরণ হিসাবে বিবেচিত হয়, কারণ এটি তরল উপাদানকে সংকোচনের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার সুযোগ দেয়।
শীতলীকরণ রেখা ঢালাইয়ের গুণমান নিয়ন্ত্রণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। শীতলীকরণ রেখার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ অংশ হল শীতলীকরণ হার, যা মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, যে অংশটি দ্রুত ঠান্ডা হয়, সেখানে সূক্ষ্ম দানাগঠন তৈরি হয়, আর যে অংশটি ধীরে ধীরে ঠান্ডা হয়, সেখানে স্থূল দানাগঠন দেখা যায়। নিচে একটি বিশুদ্ধ ধাতু বা ইউটেকটিক সংকর ধাতুর শীতলকরণ বক্ররেখার একটি উদাহরণ দেওয়া হল, সংজ্ঞায়িত পরিভাষা সহ।
লক্ষ্য করুন যে থার্মাল অ্যারেস্টের আগে উপাদানটি তরল থাকে এবং এর পরে এটি কঠিন হয়ে যায়; থার্মাল অ্যারেস্টের সময় উপাদানটি তরল থেকে কঠিনে রূপান্তরিত হয়। এছাড়াও, সুপারহিট যত বেশি হয়, তরল উপাদান তত বেশি সময় ধরে প্রবাহিত হতে পারে এবং ছাঁচের সূক্ষ্ম স্থানগুলোতে পৌঁছাতে পারে।
উপরের শীতলীকরণ রেখাটি একটি বিশুদ্ধ ধাতুর জন্য একটি মৌলিক পরিস্থিতি চিত্রিত করে, তবে বেশিরভাগ ঢালাই সংকর ধাতুর হয়, যাদের শীতলীকরণ রেখা নিচে দেখানো আকৃতির হয়।
লক্ষ্য করুন যে এখানে আর তাপীয় স্থগিতাবস্থা নেই, বরং একটি জমাট বাঁধার পরিসীমা রয়েছে। এই জমাট বাঁধার পরিসীমা নির্দিষ্ট সংকর ধাতুর জন্য পর্যায়চিত্রে প্রদর্শিত লিকুইডাস এবং সলিডাস রেখার সাথে সরাসরি সম্পর্কিত।
লোকাল কঠিনীকরণের সময়টি চভোরিনভের নিয়ম ব্যবহার করে নির্ণয় করা যেতে পারে, যা হল:
formula_1
এখানে, 𝑡 হল কঠিনীকরণের সময়, 𝑉 হল ঢালাইয়ের আয়তন, 𝐴 হল ঢালাইয়ের সেই পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল যা ছাঁচের সংস্পর্শে থাকে, 𝑛 একটি ধ্রুবক, এবং 𝐵 হল ছাঁচ ধ্রুবক। এটি প্রধানত একটি রাইজার ঢালাইয়ের আগে কঠিন হবে কিনা তা নির্ধারণের জন্য ব্যবহৃত হয়, কারণ যদি রাইজারটি আগে কঠিন হয়ে যায় তবে এটি কার্যকর নয়।
গেটিং সিস্টেমটি বিভিন্ন গুরুত্বপূর্ণ কাজ সম্পাদন করে, যার মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হল তরল উপাদানকে ছাঁচে পৌঁছানো। এছাড়াও, এটি সংকোচন নিয়ন্ত্রণ, তরলের গতি, উত্তাল অবস্থা এবং ড্রস (অপ্রয়োজনীয় উপাদান) আটকে রাখার কাজ করে। সাধারণত, গেটগুলি ঢালাইয়ের সবচেয়ে পুরু অংশের সাথে সংযুক্ত থাকে যাতে সংকোচন নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করা যায়। বিশেষভাবে বড় ঢালাইয়ের জন্য একাধিক গেট বা রানার ব্যবহার করা হতে পারে যাতে ছাঁচের গহ্বরে একাধিক বিন্দু থেকে ধাতু প্রবেশ করানো যায়। উপাদানের গতিও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ যদি এটি খুব ধীরগতিতে প্রবাহিত হয়, তবে এটি সম্পূর্ণভাবে পূরণ হওয়ার আগেই ঠান্ডা হয়ে যেতে পারে, যার ফলে মিসরান (ভুল চালনা) এবং কোল্ড শাট (দ্রুত ঠান্ডা হওয়ার কারণে কার্যকারিতা হারানো) হতে পারে। আবার, যদি উপাদানটি খুব দ্রুত প্রবাহিত হয়, তবে এটি ছাঁচের ক্ষয় ঘটাতে পারে এবং চূড়ান্ত ঢালাইকে দূষিত করতে পারে। গেটিং সিস্টেমের আকৃতি এবং দৈর্ঘ্য তরল ধাতুর শীতল হওয়ার হার নিয়ন্ত্রণ করতে পারে; সংক্ষিপ্ত, গোলাকার বা বর্গাকার চ্যানেল তাপ ক্ষয় কমিয়ে আনে।
গেটিং সিস্টেমটি কখনও কখনও উত্তাল অবস্থা হ্রাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়, যা ঢালাই করা উপাদানের উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, ইস্পাত, কাস্ট আয়রন এবং বেশিরভাগ তামার সংকর ধাতু উত্তাল অবস্থা সংবেদনশীল নয়, তবে অ্যালুমিনিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম সংকর ধাতু উত্তাল অবস্থা সংবেদনশীল। উত্তাল অবস্থা সংবেদনশীল নয় এমন উপাদানগুলোর জন্য সাধারণত সংক্ষিপ্ত এবং খোলা গেটিং সিস্টেম ব্যবহার করা হয় যাতে ছাঁচ দ্রুত পূরণ করা যায়। তবে, উত্তাল অবস্থা সংবেদনশীল উপাদানগুলোর জন্য ছোট স্প্রু ব্যবহার করা হয় যাতে তরল ধাতুর পতনের দূরত্ব কমিয়ে আনা যায়। ঢালাইয়ের সময় ঘূর্ণি গঠনের সম্ভাবনা রোধ করতে আয়তাকার ঢালাই কাপ এবং টেপার্ড স্প্রু ব্যবহৃত হয়, কারণ এই ঘূর্ণিগুলো ছাঁচের ভেতরে গ্যাস এবং অক্সাইড টেনে নিয়ে যেতে পারে। একটি বড় স্প্রু ওয়েল তরল ধাতুর গতিশক্তি শোষণ করতে সাহায্য করে, যা উত্তাল অবস্থা হ্রাস করে। চোক হল গেটিং সিস্টেমের সবচেয়ে ছোট ক্রস-সেকশনাল এরিয়া, যা প্রবাহ নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি সাধারণত স্প্রু ওয়েলের কাছাকাছি স্থাপন করা হয় যাতে প্রবাহ ধীর হয় এবং মসৃণভাবে প্রবাহিত হয়। তবে কিছু ছাঁচে, অংশগুলোকে আলাদা করা সহজ করতে চোক গেটের কাছে স্থাপন করা হয়, যদিও এটি অত্যন্ত উত্তাল অবস্থা সৃষ্টি করতে পারে। গেটগুলি সাধারণত ঢালাইয়ের নিচের অংশে সংযুক্ত করা হয় যাতে উত্তাল অবস্থা ও ছিটকে পড়া কমানো যায়।
গেটিং সিস্টেম ড্রস আটকানোর জন্যও ডিজাইন করা যেতে পারে। একটি পদ্ধতি হলো — এই ধারণার সুবিধা নেওয়া যে কিছু ড্রসের ঘনত্ব মূল উপাদানের তুলনায় কম, তাই এটি গেটিং সিস্টেমের উপরের দিকে ভেসে ওঠে। ফলে লম্বা ও চ্যাপ্টা রানার ব্যবহার করা হয়, যেখানে রানারের নিচ থেকে গেট বের হয় — এতে ড্রস রানারের মধ্যে আটকে যায়। তবে মনে রাখতে হবে, লম্বা ও চ্যাপ্টা রানার সাধারণত গোল বা বর্গাকার রানার এর তুলনায় উপাদানকে দ্রুত ঠান্ডা করে ফেলে। যেসব উপাদানে ড্রসের ঘনত্ব মূল উপাদানের কাছাকাছি, যেমন অ্যালুমিনিয়াম, সেখানে রানার এক্সটেনশন এবং রানার ওয়েল উপকারী হতে পারে। এটি এই ধারণার ওপর ভিত্তি করে যে ঢালাইয়ের শুরুতেই ড্রস তৈরি হয় — তাই রানার শেষ গেটের পর পর্যন্ত প্রসারিত করা হয় এবং দূষিত বস্তু ওয়েলের মধ্যে জমা হয়। এছাড়াও, স্ক্রিন বা ফিল্টার ব্যবহার করা যেতে পারে দূষিত পদার্থ আটকে রাখার জন্য।
গেটিং সিস্টেমের আকার ছোট রাখা গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি ঢালাই থেকে কেটে ফেলে পুনরায় গলিয়ে ব্যবহার করতে হয়। একটি ঢালাই সিস্টেমের দক্ষতা বা ফলন নির্ণয় করা যায় ঢালাইকৃত অংশের ওজনকে ঢালাইয়ের জন্য ব্যবহৃত মোট ধাতুর ওজন দ্বারা ভাগ করে। অতএব, ফলন যত বেশি হবে, গেটিং সিস্টেম/রাইজার তত বেশি কার্যকর হবে।
সংকোচনের তিনটি প্রকার রয়েছে: তরল অবস্থায় সংকোচন, দৃঢ়ীকরণ সংকোচন এবং প্যাটার্নমেকারের সংকোচন। তরল অবস্থায় সংকোচন সাধারণত সমস্যা সৃষ্টি করে না, কারণ এর পেছনে আরও তরল ধাতু প্রবাহিত হয় যা ফাঁকা স্থান পূরণ করে। দৃঢ়ীকরণ সংকোচন ঘটে কারণ ধাতু তরল অবস্থায় কঠিন অবস্থার চেয়ে কম ঘন হয়। তাই যখন ধাতু কঠিন হয়, তখন এর ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। প্যাটার্নমেকারের সংকোচন হল সেই সংকোচন যা ঘটে যখন ধাতুটি দৃঢ়ীকরণ তাপমাত্রা থেকে কক্ষ তাপমাত্রায় ঠাণ্ডা হয়, যা তাপীয় সংকোচনের কারণে ঘটে।
অধিকাংশ উপকরণ কঠিন হওয়ার সময় সংকুচিত হয়, তবে কিছু উপকরণ, যেমন ধূসর ঢালাই লোহা সংকুচিত হয় না। যে উপকরণগুলো দৃঢ়ীকরণের সময় সংকুচিত হয়, তাদের সংকোচনের ধরণ নির্ভর করে উপকরণের ফ্রিজিং রেঞ্জের বিস্তৃতির উপর। যেসব উপকরণের ফ্রিজিং রেঞ্জ সংকীর্ণ, ৫০°C (১২২°F)-এর কম, তাদের ক্ষেত্রে কেন্দ্রের অংশে একটি গহ্বর তৈরি হয়, কারণ বাইরের আবরণটি প্রথমে জমে এবং কেন্দ্রের দিকে দৃঢ়ীকরণ ঘটে। সাধারণত বিশুদ্ধ ও ইউটেকটিক ধাতুগুলোর দৃঢ়ীকরণ পরিসর সংকীর্ণ হয় এবং এগুলো ওপেন-এয়ার ছাঁচে একটি ত্বকের মতো আবরণ গঠন করে, তাই এগুলোকে "স্কিন ফর্মিং অ্যালয়" বলা হয়। যেসব উপকরণের ফ্রিজিং রেঞ্জ ১১০°C (২৩০°F)-এর বেশি, সেগুলোর অনেক বড় অংশ মুশি বা স্লাশি জোনে (সলিডাস ও লিকুইডাস-এর মধ্যবর্তী তাপমাত্রা পরিসর) থাকে, যা তরল ধাতুর ছোট ছোট পকেট তৈরি করে এবং পরবর্তীতে ছিদ্রযুক্ত গঠন সৃষ্টি করে। এই ধরনের ঢালাই অংশের নমনীয়তা, স্থায়িত্ব, এবং ক্লান্তি প্রতিরোধ ক্ষমতা কম হয়। তদ্ব্যতীত, এই ধরনের উপকরণগুলিকে তরল-রোধী করতে, একটি গৌণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ঢালাই অংশকে কম গলনাঙ্কযুক্ত ধাতু বা রেজিন দ্বারা সম্পৃক্ত করতে হয়।
যেসব উপকরণের দৃঢ়ীকরণ পরিসর সংকীর্ণ, সেগুলোর ক্ষেত্রে পাইপ গঠনের সমস্যা কাটিয়ে ওঠা যায় ঢালাই নকশা এমনভাবে তৈরি করে যাতে দিকনির্দেশিত দৃঢ়ীকরণ ঘটে। অর্থাৎ, ঢালাই অংশ প্রথমে সেই বিন্দুতে জমাট বাঁধবে যা গেট থেকে সবচেয়ে দূরে, তারপর ধাপে ধাপে গেটের দিকে দৃঢ়ীকরণ হবে। এটি দৃঢ়ীকরণের সময় সংকোচনের ক্ষতি পুছিয়ে নিতে তরল উপকরণের একটি ধারাবাহিক প্রবাহ নিশ্চিত করে। তবে, চূড়ান্তভাবে যেখানে দৃঢ়ীকরণ শেষ হবে, সেখানে তখনো একটি সংকোচনজনিত ফাঁকা স্থান থাকতে পারে, কিন্তু যদি ঢালাই যথাযথভাবে নকশা করা হয়, তাহলে এটি গেটিং সিস্টেম বা রাইজারের মধ্যে থাকবে, যা মূল ঢালাই অংশের কাঠামোতে কোনো নেতিবাচক প্রভাব ফেলবে না।
রাইজার, যা ফিডার নামেও পরিচিত, দিকনির্দেশিত দৃঢ়ীকরণ নিশ্চিত করার সবচেয়ে প্রচলিত উপায়। এটি দৃঢ়ীকরণজনিত সংকোচনের ক্ষতি পুছিয়ে নিতে ঢালাই অংশে তরল ধাতু সরবরাহ করে। রাইজার সঠিকভাবে কাজ করার জন্য এটি অবশ্যই ঢালাই অংশের পরে জমাট বাঁধতে হবে, অন্যথায় এটি সংকোচনের জন্য তরল ধাতু সরবরাহ করতে পারবে না। রাইজার ব্যবহারের ফলে প্রতিটি ঢালাই অংশে বেশি ধাতু অপচয় হয়, যা উৎপাদন খরচ বাড়ায় এবং ঢালাইয়ের ফলন হ্রাস করে। দিকনির্দেশিত দৃঢ়ীকরণ নিশ্চিত করার আরেকটি পদ্ধতি হলো ছিল চিল যোগ করা। চিল হলো এমন উপাদান যা ঢালাই অংশ থেকে বেশি দ্রুত তাপ অপসারণ করতে পারে, ফলে এটি ঢালাইয়ের তুলনায় দ্রুত শীতল হয়।
রাইজার তিনটি মানদণ্ড অনুসারে শ্রেণিবদ্ধ করা হয়। প্রথমত, যদি রাইজার বায়ুমণ্ডলের সাথে সংযুক্ত থাকে, তবে একে ওপেন রাইজার বলা হয়, অন্যথায় এটি ব্লাইন্ড টাইপ রাইজার নামে পরিচিত। দ্বিতীয়ত, রাইজারের অবস্থান অনুযায়ী শ্রেণিবিন্যাস করা হয়; যদি এটি ঢালাই অংশের উপরে অবস্থিত হয় তবে একে টপ রাইজার বলা হয়, আর যদি এটি ঢালাই অংশের পাশে থাকে তবে একে সাইড রাইজার বলা হয়। তৃতীয়ত, যদি রাইজার গেটিং সিস্টেমের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং ঢালাই গহ্বর পূরণের আগে এটি পূর্ণ হয়, তবে একে লাইভ রাইজার বা হট রাইজার বলা হয়। কিন্তু যদি রাইজার এমন তরল ধাতু দিয়ে পূর্ণ হয় যা ইতোমধ্যে ঢালাই গহ্বর অতিক্রম করেছে, তবে একে ডেড রাইজার বা কোল্ড রাইজার বলা হয়।
রাইজার এইডস হল এমন উপকরণ যা রাইজারকে দিকনির্দেশিত দৃঢ়ীকরণ তৈরিতে সহায়তা করে বা প্রয়োজনীয় রাইজারের সংখ্যা কমায়। এর মধ্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হলো চিল, যা ছাঁচের নির্দিষ্ট অংশে শীতলীকরণ প্রক্রিয়া দ্রুততর করে। চিল প্রধানত দুই ধরনের হয়: এক্সটার্নাল (বাহ্যিক) এবং ইন্টার্নাল (অভ্যন্তরীণ) চিল। এক্সটার্নাল চিল উচ্চ তাপ ধারক এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সম্পন্ন বস্তু যা ঢালাই গহ্বরের প্রান্তে স্থাপন করা হয়। অন্যদিকে, ইন্টার্নাল চিল একই ধাতুর তৈরি ছোট টুকরো যা ঢালাই গহ্বরের ভেতরে স্থাপন করা হয় এবং ঢালাই অংশের সঙ্গে একীভূত হয়ে যায়। রাইজার গহ্বরের চারপাশে অপরিবাহী স্লিভ এবং টপিংস স্থাপন করা যেতে পারে যাতে রাইজারের কঠিনকরণ প্রক্রিয়া ধীর হয়। এছাড়াও, রাইজার গহ্বরের চারপাশে বা উপরে হিটার কয়েল স্থাপন করা যেতে পারে, যা কঠিনকরণ প্রক্রিয়াকে আরও বিলম্বিত করতে সাহায্য করে।
কঠিনকরণের পর সংকোচন মোকাবিলা করার জন্য নির্দিষ্ট খাদ উপাদানের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা একটি বড় আকারের প্যাটার্ন ব্যবহার করা হয়। সংকোচন নিয়ম বা সংকোচন স্কেল প্যাটার্নকে অতিরিক্ত বড় করে তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়, যাতে এই সংকোচন ক্ষতি পুছিয়ে নেওয় যায়। এই সংকোচন স্কেল সাধারণত ২.৫% পর্যন্ত বড় হতে পারে, যা ব্যবহৃত ঢালাই উপাদানের উপর নির্ভর করে। এই স্কেলগুলো মূলত তাদের শতকরা পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত হয়। যদি কোনো বিদ্যমান অংশের জন্য একটি প্যাটার্ন তৈরি করতে হয়, তাহলে এটি নিম্নলিখিতভাবে সম্পন্ন করা হবে: প্রথমে, বিদ্যমান অংশটিকে একটি সাধারণ স্কেল দ্বারা মাপা হবে, তারপর প্যাটার্ন নির্মাণের সময়, সংকোচন নিয়ম অনুসারে একটি বড় স্কেল ব্যবহার করা হবে, যাতে চূড়ান্ত ঢালাই সংকুচিত হয়ে সঠিক মাপে পৌঁছে।
লক্ষ্য করুন যে প্যাটার্ন প্রস্তুতকারকের সংকোচন ধাতুর পর্যায় পরিবর্তনজনিত রূপান্তরগুলিকে বিবেচনায় নেয় না। উদাহরণস্বরূপ, ইউটেকটিক বিক্রিয়া, মার্টেনসাইটিক রূপান্তর, এবং গ্রাফাইটাইজেশন এর ফলে ধাতু সম্প্রসারিত বা সংকুচিত হতে পারে। এসব পরিবর্তন অতিরিক্ত মাত্রায় সংকোচন বা সম্প্রসারণ সৃষ্টি করতে পারে, যা চূড়ান্ত ঢালাই কাঠামোর আকার ও গুণমানকে প্রভাবিত করতে পারে।
একটি ঢালাইয়ের ছাঁচ গহ্বর চূড়ান্ত পণ্যের সুনির্দিষ্ট মাত্রা প্রতিফলিত করে না বিভিন্ন কারণের জন্য। এই পরিবর্তনগুলিকে "অ্যালাওয়েন্স" বলা হয়, যা প্যাটার্নমেকারের সংকোচন, ড্রাফট, মেশিনিং, এবং বিকৃতি সমন্বয় করে। পুনর্ব্যবহারযোগ্য ঢালাই প্রক্রিয়াগুলিতে, এই এলাওয়েন্সগুলি স্থায়ী ছাঁচের মধ্যে সরাসরি অন্তর্ভুক্ত করা হয়। তবে অপুনর্ব্যবহারযোগ্য ঢালাই প্রক্রিয়াগুলিতে, এগুলো ছাঁচ তৈরি করার জন্য ব্যবহৃত প্যাটার্নের মধ্যে যুক্ত করা হয়। লক্ষ্য রাখতে হবে যে পুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচের ক্ষেত্রে, অপারেটিং তাপমাত্রায় পৌঁছানোর সময় ছাঁচের মাত্রিক পরিবর্তনের জন্য অতিরিক্ত অ্যালাওয়েন্স প্রয়োজন হয়।
যে ঢালাই অংশগুলোর পৃষ্ঠ ছাঁচের বিভাজন রেখার সাথে লম্বভাবে অবস্থান করে, তাদের জন্য একটি ড্রাফট অ্যাঙ্গেল অন্তর্ভুক্ত করা আবশ্যক। এর মূল কারণ হলো, পুনর্ব্যবহারযোগ্য ঢালাই প্রক্রিয়ায় ঢালাইকৃত অংশ সহজে মুক্ত করা এবং অপুনর্ব্যবহারযোগ্য প্রক্রিয়ায় ছাঁচ ধ্বংস না করেই প্যাটার্ন সরানো সম্ভব করা। প্রয়োজনীয় ড্রাফট অ্যাঙ্গেল নির্ধারণের জন্য বিভিন্ন বিষয় বিবেচনা করা হয়, যেমন অংশ বা বৈশিষ্ট্যের আকার ও আকৃতি, ছাঁচ গহ্বরের গভীরতা, ছাঁচ থেকে প্যাটার্ন বা অংশ কীভাবে সরানো হবে, ব্যবহৃত উপাদান, ছাঁচের উপাদান এবং ঢালাই প্রক্রিয়ার ধরন। সাধারণত, ড্রাফটর অ্যাঙ্গেল ১% এর কম রাখা হয় না।
যন্ত্রাংশ প্রক্রিয়াকরণের জন্য নির্ধারিত অতিরিক্ত উপাদান বা মেশিনিং অ্যালাওয়েন্স এক প্রক্রিয়া থেকে অন্য প্রক্রিয়ার মধ্যে ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়। সাধারণত, বালি ঢালাই পদ্ধতিতে তৈরি ঢালাই অংশগুলোর পৃষ্ঠ বেশ রুক্ষ হয়, তাই এগুলোর জন্য তুলনামূলকভাবে বেশি মেশিনিং অ্যালাওয়েন্স প্রয়োজন হয়। অন্যদিকে, ডাই কাস্টিং প্রক্রিয়ায় তৈরি অংশগুলোর পৃষ্ঠ মসৃণ হয়, যার ফলে অনেক সময় মেশিনিং টলারেন্সের প্রয়োজন হয় না। এছাড়াও, ঢালাই প্রক্রিয়ায় নির্ধারিত ড্রাফট অ্যাঙ্গেল অনেক ক্ষেত্রে পর্যাপ্ত মেশিনিং অ্যালাওয়েন্স প্রদান করতে পারে, ফলে আলাদাভাবে মেশিনিংয়ের জন্য অতিরিক্ত উপাদান সংযোজনের প্রয়োজন নাও হতে পারে।
বিকৃতি অ্যালাওয়েন্স শুধুমাত্র নির্দিষ্ট আকারের ক্ষেত্রে প্রয়োজন হয়। উদাহরণস্বরূপ, U-আকৃতির ঢালাই অংশগুলোর ক্ষেত্রে বিকৃতি ঘটে, যেখানে ঢালাই অংশের পায়াগুলো বাইরে দিকে প্রসারিত হয়ে যেতে পারে। এর কারণ হলো, আকৃতির নিচের অংশটি সংকুচিত হতে পারে, কিন্তু পায়াগুলো ছাঁচের দ্বারা স্থির থাকে। এই সমস্যার সমাধান হিসেবে ছাঁচের গহ্বরটি শুরুতেই সামান্য ভিতরের দিকে ঢালু করে ডিজাইন করা যেতে পারে, যাতে সংকোচনের পর চূড়ান্ত আকৃতি সঠিক হয়। এছাড়াও, লম্বা অনুভূমিক অংশগুলোর যদি পর্যাপ্ত রিব না থাকে, তবে তা মাঝখানে ঝুঁকে পড়তে পারে। এ ধরনের বিকৃতি ঠেকানোর জন্য একটি বিকৃতি অ্যালাওয়েন্স প্রয়োজন হতে পারে, যাতে নকশার সময়ই এই পরিবর্তনগুলো বিবেচনায় নেওয়া হয়।
অভ্যন্তরীণ বৈশিষ্ট্য তৈরির জন্য অপুনর্ব্যবহারযোগ্য ছাঁচ প্রক্রিয়ায় কোর ব্যবহার করা যেতে পারে। কোর ধাতু দিয়ে তৈরি হতে পারে তবে এটি সাধারণত বালি দিয়ে তৈরি করা হয়।
ছাঁচের গহ্বর পূরণের জন্য কয়েকটি সাধারণ পদ্ধতি রয়েছে: মাধ্যাকর্ষণ, নিম্ন-চাপ, উচ্চ-চাপ এবং ভ্যাকুয়াম।
ভ্যাকুয়াম ফিলিং, যা কাউন্টার-গ্র্যাভিটি ফিলিং নামেও পরিচিত, গ্র্যাভিটি পোরিংয়ের চেয়ে ধাতুর জন্য বেশি কার্যকরী কারণ গেটিং সিস্টেমে কম উপাদান শক্ত হয়। গ্র্যাভিটি পোরিং সাধারণত ১৫% থেকে ৫০% ধাতু ফলন সরবরাহ করে, যেখানে ভ্যাকুয়াম পোরিং ৬০% থেকে ৯৫% ধাতু ফলন প্রদান করে। এতে কম উত্তাল অবস্থা থাকে, ফলে গেটিং সিস্টেমকে সরল করা যায় কারণ এতে উত্তাল অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করতে হয় না। তাছাড়া, যেহেতু ধাতু পুলের উপরের অংশ থেকে নিচে টানা হয়, ফলে ধাতু ড্রস এবং স্ল্যাগ থেকে মুক্ত থাকে, কারণ এগুলো কম ঘনত্বের (হালকা) এবং পুলের উপরের দিকে ভাসে। চাপের পার্থক্য ধাতুকে ছাঁচের প্রতিটি জটিল অংশে প্রবাহিত হতে সাহায্য করে। অবশেষে, কম তাপমাত্রা ব্যবহার করা যায়, যা দানাদার কাঠামো উন্নত করে। প্রথম প্যাটেন্টকৃত ভ্যাকুয়াম কাস্টিং মেশিন এবং প্রক্রিয়া ১৮৭৯ সালে উদ্ভাবিত হয়।
লো-প্রেশার ফিলিং ৫ থেকে ১৫ পিএসআই (৩৫ থেকে ১০০ কিলো প্যাসকেল) বাতাসের চাপ ব্যবহার করে তরল ধাতুকে একটি ফিড টিউবের মাধ্যমে ছাঁচের গহ্বরে প্রবাহিত করে। এটি গ্র্যাভিটি কাস্টিংয়ের উত্তাল অবস্থা দূর করে এবং ঘনত্ব, পুনরাবৃত্তিতা, টলারেন্স এবং গ্রেইন ইউনিফরমিটি বৃদ্ধি করে। ঢালাই শক্ত করার পর চাপটি মুক্ত করা হয় এবং যে কোনো অবশিষ্ট তরল ধাতু ক্রুসিবলে ফিরে আসে, যা ফলন বৃদ্ধি করে।
টিল্ট ফিলিং, যা টিল্ট কাস্টিং নামেও পরিচিত, একটি অস্বাভাবিক ফিলিং কৌশল যেখানে ক্রুসিবলটি গেটিং সিস্টেমের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং উভয়ই ধীরে ধীরে ঘোরানো হয় যাতে ধাতু ছাঁচের গহ্বরে প্রবাহিত হয় এবং খুব কম উত্তাল অবস্থা থাকে। এর লক্ষ্য হল পোরসিটি এবং ইনক্লুশনস কমানো এবং উত্তাল অবস্থা সীমিত করা। বেশিরভাগ ক্ষেত্রে টিল্ট ফিলিং সম্ভব নয় কারণ এর মধ্যে একটি অন্তর্নিহিত সমস্যা রয়েছে: যদি সিস্টেমটি ধীরে ধীরে ঘোরানো হয় যাতে উত্তাল অবস্থা সৃষ্টি না হয়, তবে ধাতু প্রবাহের সামনের অংশটি সলিডিফাই শুরু হয়ে যায়, যার ফলে মিস-রানস হয়। যদি সিস্টেমটি দ্রুত ঘোরানো হয়, তবে এটি উত্তাল অবস্থা সৃষ্টি করে, যা উদ্দেশ্যকেই ব্যর্থ করে তোলে। ফ্রান্সের ডারভিল ১৮০০ এর দশকে প্রথম টিল্ট কাস্টিং চেষ্টা করেছিলেন, যখন তিনি অ্যালুমিনিয়াম ব্রোঞ্জ থেকে মুদ্রা তৈরি করার সময় পৃষ্ঠের ত্রুটি কমানোর জন্য এটি ব্যবহার করতে চেয়েছিলেন।
ইনগট এবং বেশিরভাগ কাস্টিংয়ের গ্রেইন ম্যাক্রোস্ট্রাকচারে তিনটি আলাদা অঞ্চল বা জোন থাকে: চিল জোন, কলামনার জোন, এবং একুইঅক্সড জোন। নিচের চিত্রটি এই জোনগুলিকে চিত্রিত করে।
চিল জোন বলা হয় কারণ এটি মোল্ডের দেওয়ালে ঘটে যেখানে দেওয়াল উপকরণটিকে ঠান্ডা করে। এখানে সলিডিফিকেশন প্রক্রিয়া নিউক্লিয়েশন পর্যায় ঘটে। আরও তাপ অপসারণের সাথে গ্রেইনগুলো কাস্টিংয়ের কেন্দ্রে বৃদ্ধি পায়। এগুলি পাতলা, লম্বা স্তম্ভ যা কাস্টিং পৃষ্ঠের প্রতি খাড়া থাকে, যা অচিত্রিত কারণ এগুলির অসমদৈশিকতা গুণাবলী রয়েছে। শেষ পর্যন্ত, কেন্দ্রে একুইঅক্সড জোনে গোলাকার, এলোমেলোভাবে মুখোমুখি ক্রিস্টাল থাকে। এগুলো কাম্য কারণ এগুলোর সমদৈশিকতা বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এই জোন তৈরিতে কম ঢালন তাপমাত্রা, খাদ অন্তর্ভুক্তি, অথবা ইনোকুল্যান্ট ব্যবহার করা যেতে পারে।
স্টীল কাস্টিংসের সাধারণ নিরীক্ষণ পদ্ধতিগুলি হল ম্যাগনেটিক পার্টিকেল টেস্টিং এবং লিকুইড পেনিট্রেন্ট টেস্টিং। অ্যালুমিনিয়াম কাস্টিংসের সাধারণ নিরীক্ষণ পদ্ধতিগুলি হল রেডিওগ্রাফি, আল্ট্রাসোনিক টেস্টিং, এবং লিকুইড পেনিট্রেন্ট টেস্টিং।
কাস্টিং প্রক্রিয়ার সময় বিভিন্ন সমস্যা দেখা দিতে পারে। প্রধান ধরনের সমস্যা গুলি হল: গ্যাস পোরোসিটি, সংকোচন ত্রুটি, মোল্ড উপাদান ত্রুটি, ধাতু ঢালন ত্রুটি, এবং ধাতু বিজ্ঞান সম্পর্কিত ত্রুটি।
ঢালাই প্রক্রিয়া সিমুলেশন সংখ্যাতাত্ত্বিক পদ্ধতি ব্যবহার করে কাস্ট উপাদানের গুণমান হিসাব করে, যা মোল্ড ফিলিং, সলিডিফিকেশন এবং কুলিং বিবেচনায় নেয়, এবং কাস্টিংয়ের যান্ত্রিক গুণাবলী, তাপীয় চাপ এবং বিকৃতি সম্পর্কে পরিমাণগত পূর্বাভাস প্রদান করে। সিমুলেশন উৎপাদন শুরু হওয়ার আগেই কাস্ট উপাদানের গুণমান সঠিকভাবে বর্ণনা করে। ঢালাইয়ের সাথে সম্পর্কিত প্রয়োজনীয় উপাদান গুণাবলীর সাথে সঙ্গতিপূর্ণভাবে ডিজাইন করা যেতে পারে। এর সুবিধাগুলি হল প্রাক-উৎপাদন নমুনা সংগ্রহের পরিমাণ হ্রাস করা, কারণ সম্পূর্ণ কাস্টিং সিস্টেমের সুনির্দিষ্ট বিন্যাস শক্তি, উপাদান এবং সরঞ্জাম সাশ্রয়ও করে।
এই সফটওয়্যারটি ব্যবহারকারীকে কম্পোনেন্ট ডিজাইন, গলানোর অনুশীলন এবং ঢালাই পদ্ধতি নির্ধারণ থেকে শুরু করে প্যাটার্ন এবং ছাঁচ তৈরি, হিট ট্রিটমেন্ট এবং সমাপ্তি পর্যন্ত সহায়তা করে। এটি পুরো ঢালাই উৎপাদন প্রক্রিয়ায় খরচ সাশ্রয় করে।
কাস্টিং প্রক্রিয়া সিমুলেশন প্রাথমিকভাবে ১৯৭০ এর দশকের শুরুতে বিশ্ববিদ্যালয়গুলিতে বিকশিত হয়েছিল, প্রধানত ইউরোপ এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, এবং এটি গত ৫০ বছরে কাস্টিং প্রযুক্তির সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উদ্ভাবন হিসেবে বিবেচিত। ১৯৮০-এর দশকের শেষের দিক থেকে, বাণিজ্যিক প্রোগ্রামগুলি উপলব্ধ রয়েছে যা ঢালাই প্রক্রিয়ার সময় ছাঁচের ভিতরে কী ঘটছে বা নষ্ট হচ্ছে সে সম্পর্কে নতুন অন্তর্দৃষ্টি অর্জন করতে ফাউন্ড্রিগুলিকে সম্ভব করে তোলে।