ریخته گری ماسه ای یکی از روش های ریخته گری برای تولید قطعات فلزی است که از گذشته تا به امروز انجام می شود و با پیشرفت علم، این صنعت نیز پیشرفت کرده است. ریخته گری ماسه ای اغلب برای قالب سازی قطعات استفاده می شود؛ زیرا ماسه ها در برابر آتش و گرما مقاوم بوده و به اصطلاح نسوز هستند.
برای استفاده از روش قالب ماسه ای معمولاً محدودیتی در شکل، وزن و پیچیدگی قطعه وجود ندارد و تقریباً هر آلیاژی با این روش قابل ریخته گری است. البته صافی سطح قطعه در این روش به خوبی دیگر روش های ریخته گری نیست و معمولاً فرایند بعدی ماشین کاری بر روی قطعات ریخته شده در این قالب ها انجام می شود.
جزء اصلی در مخلوط ماسه ی قالب گیری، ماسه است. ماسه، ذرات ریز معدنی با قطر ۰٫۵ تا ۲ میلیمتر است. ماسه های مورد استفاده در فرایند ریختگی انواع مختلفی دارد که می توان آن ها را از نظر نحوه تهیه و دسترسی، شکل ظاهری و ترکیب شیمیایی تقسیم‌بندی نمود.
مراحل کار ریخته گری ماسه ای
- قراردادن یک مدل (دارای شکل قطعه) بر روی یک صفحه و داخل یک محفظه (به این محفظه درجه می گویند)
- ریختن ماسه داخل درجه و روی مدل
- فشردن ماسه در اطراف مدل به منظور ایجاد اثری پایدار از آن در روی ماسه
- تعبیه و ایجاد یک مسیر مذاب رسانی به داخل قالب (که به آن سیستم راهگاهی می گویند)
- در آوردن مدل و سیستم راهگاهی
- در صورت استفاده از ماهیچه، قرار دادن ماهیچه در قسمت های مورد نظر از فضای خالی قالب
- جفت کردن لنگه های درجه (تای رو و تای زیر) روی هم و کامل شدن قالب ماسه ای
- مذاب ریزی با پرکردن حفره قالب با فلز مذاب
- سرد و منجمد شدن مذاب در داخل قالب
- متلاشی کردن قالب ماسه ای و تخلیه قطعه ریختگی
دسته بندی ماسه های ریخته گری
از نظر نحوه تهیه و دسترسی، ماسه ی قالب گیری مورد استفاده در ریخته گری، در دو گروه ماسه طبیعی و ماسه مصنوعی دسته بندی می شوند. ماسه های طبیعی مستقیماً از منابع طبیعی استخراج می‌شوند و هیچ گونه کار اضافه ای بر روی آنها انجام نمی شود، مانند ماسه های کنار رودخانه.
ماسه ی مصنوعی از شکستن، خرد کردن، غربال و دانه بندی سنگ های مخصوص به دست می آید. معمولاً این نوع ماسه ها تحمل دمایی بیشتری دارند و از کنترل بهتری روی ترکیب و خواص فیزیکی و مکانیکی مخلوط ماسه برخوردار هستند، اما قیمت آن ها بالا است.
معرفی ماسه های ریخته گری ماسه ای
۱_ ماسه سیلیسی (SiO2)
این ماسه بیشترین کاربرد را در ریخته گری داشته و ساختار آن در دماهای مختلف تغییر می کند. در دمای ۵۷۳ درجه این ماسه دچار تغییر شده و ممکن است ترک و جاری شدن مواد مذاب از آن دیده شود. ماسه سیلیسی نسبت به دیگر ماسه ها قیمت بسیار پایین تری دارد. پرکاربردترین ماسه در ریخته گری ماسه ای، ماسه سیلیسی است که با افزودن مواد مختلف به این ماسه به سادگی می توان خواص آن را تغییر داد.
۲_ ماسه زیرکنی (ZrO2.SiO2)
ماسه زیرکنی از ترکیب دو سنگ آذرین و سنگ های دگرگون شده، تولید می شود. این ماسه قابلیت انتقال حرارت بالایی را داشته و به سادگی می تواند مواد مذاب را ۴ برابر سریع تر از ماسه سیلیسی سرد کند. این قابلیت باعث شده تا قطعاتی که با این ماسه ساخته می شوند، خواص مکانیکی بهتری داشته باشند. نقطه ذوب این ماسه بسیار بالا است (۲۴۰۰ درجه) و به سادگی ذوب نمی شود.
ماسه زیرکنی دارای قیمت بسیار بالایی است و این مورد باعث محدودیت در استفاده از آن می شود. بنابراین فقط برای لایه فوقانی از این ماسه استفاده می شود تا در هزینه ها صرف جویی شود.
۳_ ماسه کرومیتی (FeCr2O4)
اگر قالب هایی را با رنگ سیاه مشاهده کردید، بدانید که در آن ها از ماسه کرومیتی استفاده شده است. این ماسه سیاه رنگ بوده و دارای پایداری حرارت، نقطه ذوب بالا و انتقال حرارت مناسب است. اما یک مشکل در آن وجود دارد که باعث ایجاد عیب در گاز مواد مذاب می شود. از این نوع ماسه برای تولید ماهیچه هایی که در مقابل دمای بالا قرار می گیرند، استفاده می شوند.
۴_ ماسه اولیوین (۲MgO.SiO2) + (2FeO.SiO2)
ماسه اولیوینی از جهت کیفیت مابین ماسه‌های زیرکنی و سیلیسی قرار دارد. دیرگدازی آن بالاست و سفید رنگ می‌باشد. پایداری حرارتی آن کمتر از ماسه سیلیسی و انبساط حرارتی آن کمتر از ماسه کرومیتی و زیرکنی است.
۵_ ماسه شاموتی (۳Al2O3.SiO2)
این ماسه مرغوبیت بیشتری نسبت به ماسه‌های سیلیسی دارد. هرچه میزان آلومینا در ترکیب بالاتر باشد، دیرگدازی بهتری ارائه می‌دهد. برای ریخته‌گری قطعات فولادی استفاده می‌شود.
عوامل مهم در انتخاب ماسه ریخته گری ماسه ای
از مهم ترین عامل می توان به ماسه دارای دانه های ریز و گرد که قابلیت فشردگی بیشتر و در نهایت سطح قالب صافی تکشیل می دهند، نام برد. هرچند ماسه دانه ریز استحکام قالب را بیشتر می کند ولی دانه های ریز نفوذ پذیری قالب را پایین می آورد.
نفوذپذیری خوب قالب ها و ماهیچه ها، موجب خروج آسان گاز ها و بخار متصاعد شده هنگام ریخته گری می شود. قالب باید از مقاومت متلاشی شدن خوبی برخوردار باشد ( تا امکان انقباض قطعه ریختگی را به هنگام به هنگام خنک شدن فراهم کند ) و از بروز عیوبی نظیر پارگی انقباضی و ترک گرم در قطعه ریخته گری جلوگیری شود. بنابر این انتخاب ماسه شامل بررسی های ویژه ای درباره خواص است. ماسه اغلب پیش از قالب گیری آماده می شود.
انواع قالب های ماسه
قالب های ماسه با انواع ماسه تشکیل دهنده و روش های تولید آنها شناخته می شوند. سه نوع قالب ماسه ای اصلی وجود دارد:
- ماسه تر
- جعبه سرد
- قالب غیر حرارتی
قالب ماسه تر
متداول ترین ماده قالبگیری در ریخته گری ماسه ای قالبگیری تر است، که مخروطی از ماسه، خاک رس و آب است. واژه تر نشان دهنده این واقعیت است که ماسه هنگام ریختن فلز به داخل قالب، مرطوب یا نم دار است . قالبگیری تر ارزان ترین روش قالب سازی است.
قالب خشک رویه
در روش قالب خشک رویه، سطوح قالب در معرض هوا یا شعله خشک می شوند. این قالب ها از قالب های ماسه تر مستحکم ترند و دقت ابعادی و صافی سطح بهتری به قطعه می دهند.
قالب جعبه سرد
در فرآیند قالب جعبه سرد، چسب های گوناگون آلی و غیر عالی برای پیوند شیمیایی دانه های ماسه به منظور تامین استحکام بیشتر قالب، با ماسه آمیخته می شود. این قالب ها از نظر ابعادی دقیق تر از ماسه های تر ولی از آنها گرانترند.
قالب غیر حرارتی
در فرآیند قالب غیر حرارتی، یک رزین مصنوعی مایع با ماسه مخلوط می شود، این مخلوط در دمای اتاق سخت می شود. به دلیل اینکه پیوند قالب در این فرآیند و فرآیند جعبه سرد بدون گرم کردن صورت می پذیرد. بنابراین این فرآیندها، فرآیندهای سرد گیر نامیده می شوند.
دسته بندی ماسه های ریخته گری از نظر شکل ظاهری
انواع ماسه از نظر شکل ظاهری به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شود:
ماسه های گرد
در این حالت شکل ذرات ماسه در زیر میکروسکوپ، کروی است. ماسه های گرد کیفیت سطحی بهتری را ایجاد می‌کند و قابلیت عبور گاز بهتری نیز دارد.
ماسه های نیمه گرد
این نوع ماسه در قسمت هایی گرد و در قسمت هایی گوشه دار است.
ماسه های گوشه دار
این ماسه کاملاً گوشه دار است و ذرات آن به طور کامل در هم چفت می‌شوند، لذا استحکام بالاتری ارائه می‌دهد و از نظر حمل و نقل قالب و حرکت مذاب و فشار مذاب، استحکام بالاتری دارد اما قابلیت عبور گاز آن کم است.
ماسه های مخلوط
این ماسه‌ها شکل خاصی ندارند و مخلوطی از ۳ نوع دیگر هستند.
