ریخته گری دقیق یکی از فرایندهای تولید قطعات فلزی است که تاریخچه‌ی آن به بیش از هزارسال پیش باز می‌گردد. در ریخته گری دقیق، فلز مذاب به درون قالب با پوسته سرامیکی ریخته می‌شود. قالب با استفاده از یک مدل مومی متناظر با ابعاد قطعه مورد نظر شکل پیدا می‌کند. این قالب مومی در دوغاب سرامیکی (اسلاری) فرو می‌رود تا لایه های پوشش دهنده تشکیل شوند. ریخته‌گری دقیق همچنین ریخته‌گری موم فداشونده نیز نامیده می‌شود؛ چون پس از تشکیل قالب مومی، در فر حرارت داده می‌شود تا موم آن تحت دمای بالا ذوب شود.
تولید قطعات به روش ریخته گری دقیق شامل فرآیندهای تکرار شونده ایست که زمان تولید و هزینه های مربوطه را نسبت به دیگر فرایند های ریخته گری افزایش می‌دهد. با این حال، چون فرآیند ریخته گری با فورج (آهنگری) تفاوت دارد، حتی اگر قطعه پیچیده باشد، می‌توان با روش ریخته گری دقیق آن را تولید کرد.
آلیاژهای مورد استفاده در ریخته گری دقیق
در ریخته گری دقیق می‌توان بیشتر آلیاژهای فلزی چون موارد زیر را به راحتی ریخته گری کرد:
- فولاد کربنی (کربن استیل)
- فولاد آلیاژی (فولاد کم آلیاژ و پرآلیاژ)
- استنلس استیل سری ۳۰۰
- استنلس استیل سری ۴۰۰
- آلیاژهای پایه آلومینیوم
- آلیاژهای پایه مس (برنج و برنز)
- آلیاژهای پایه نیکل
- آلیاژهای پایه کبالت
- فولا ابزار
- آلیاژهای داپلکس، سوپر آلیاژها و استیل PH
- آلیاژهایی با ضریب انبساط حرارتی بالا
مراحل ساخت قطعه به روش ریخته گری دقیق
۱_ ساخت الگوی اصلی
در ابتدا طراح قالب، یک الگوی اصلی از جنس موم، خاک رس، چوب و یا پلاستیک می سازد. در سال های اخیر استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی، ساخت الگوی اصلی ریخته گری دقیق را بسیار آسان تر کرده است.
۲_ساخت قالب ریخته گری دقیق
در این مرحله قالبی متناسب با الگوی اصلی تولید می گردد. موم فدا شونده، در این قالب ها ریخته گری می شود. برای ساخت این قالب ها روش های متفاوتی وجود دارد. مثلا می توان به طور مستقیم از الگوی اصلی با اجرای فرآیند ریخته گری قالب اصلی را ساخت. البته در این حالت باید الگوی اصلی فلزی باشد و نقطه ذوب قالب اصلی کمتر از الگوی اصلی باشد.
۳_ ساخت مدل هایی از موم
در این مرحله الگوهای مومی ساخته می شوند. البته غیر از موم می توان از جیوه منجمد یا پلاستیک نیز استفاده کرد. این الگوها معمولا به دو روش تهیه می شوند:
در روش اول موم به درون قالب ریخته می شود. قالب به شکل ممتد گردانده می شود تا یک لایه موم، سطح داخلی قالب را به طور کامل بپوشاند. این روند تا رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه پیدا می کند.
در روش دوم قالب را از موم مذاب پر می کنند تا منجمد شود و شکل بگیرد.
۴_ ساخت درختچه مونتاژ
پس از تولید تعداد الگوهای مومی، آن ها را به صورت یک الگوی بزرگ تر مونتاژ می کنند. این الگوی درختچه مانند به ما کمک می کند تا قطعات در یک مرتبه بارریزی تولید شوند. به این صورت که همه الگوها به یک راهگاه مومی وصل می شوند تا یک الگوی بزرگ ساخته شود.
۵_ ساخت قالب سرامیکی
برای ساخت قالب های سرامیکی نهایی، درختچه الگوهای مونتاژ شده را به داخل دوغاب هایی از مواد نسوز فرو برده و خارج می کنند. پس از خشک شدن این دوغاب، مجددا این عمل را تکرار می کنند تا مدل به ضخامت هایی برسد. پوسته باید به اندازه ای ضخیم باشد که توانایی تحمل ذوب ریزی را داشته باشد. قالب برای خشک شدن به مدت ۱۶ الی ۴۸ ساعت در محفظه هایی گذاشته می شود.
۶_ موم زدایی
پس از تهیه پوشش های سرامیکی با کیفیت مطلوب، درختچه به شکل وارونه در کوره هایی قرار می گیرد تا موم موجود در آن ذوب شده و خارج گردد. می دانیم ضریب انبساط حرارتی موم بیشتر از قالب سرامیکی است. به همین دلیل افزایش دما باید به سرعت اتفاق بیفتد تا انبساط قالب مومی باعث شکستن قالب سرامیکی نشود. از موم فدا شده پس از بازیافت می توان به منظور ساخت قالب های مومی استفاده کرد.
۷_ حرارت دهی قالب
در این مرحله قالب های سرامیکی ساخته شده تا درجه حرات ۹۰۰ الی ۱۱۰۰ درجه سلسیوس گرم می شوند. این گرمایش باعث می شود قالب ها از هرگونه رطوبت و باقی مانده‌های موم، پاک سازی شوند.
مزیت انجام این مرحله این است که می توان از همین قالب های گرم برای ریخته گری استفاده کرد. با این کار مدت زمان انجماد مذاب افزایش پیدا می کند که در نتیجه آن، دقت ابعادی بیشتر می شود و خواص مکانیکی بهبود پیدا می کند.
۸_ بارریزی
در این مرحله بر اساس مشخصات قالب و ابعاد آن می توان از روش های مختلفی برای ذوب ریزی استفاده کرد. در واقع این روش ها هستند که انواع حالت های مختلف ریخته گری دقیق را پدید می آورند. متداول ترین روش های ذوب ریزی عبارتند از: ریخته‌گری در خلأ، ریختن مذاب به کمک فشار، ریخته گری گریز از مرکز و یا ریختن مذاب به کمک گرانش.
۹_ جدایش قطعه نهایی
برای جدا کردن قطعه ریخته گری دقیق می توان پوسته سرامیکی را به کمک چکش و یا لرزش جدا کرد. راهگاه هم پس از جدایش قطعه مجددا بازیافت می شود و مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا در آخر محصول ریخته گری شده با تراش یا سنگ زنی تمیزتر می شود.
روش های انجام ریخته گری دقیق
امروزه ریخته گری دقیق به یک مفهوم کلی در صنعت تبدیل شده است. از این رو ممکن است روش های مختلفی را برای آن مشاهده کنید. هر پژوهشگر و صنعتگری ممکن است بسته به نیاز خود با تغییر در پارامترهای این روش، روشی منحصر به فرد ابداع کند. در این بخش به مهم ترین این روش ها که کاملا شناخته شده است، اشاره می کنیم.
ریخته گری فشاری در خلأ (VPC)
این روش ریخته گری که به نام بارریزی مستقیم به کمک خلأ نیز شناخته می شود، از فشار گاز و خلأ برای بهبود بارریزی و به حداقل رساندن تخلخل در قطعات استفاده می کند. ماشین های معمول VPC یک محفظه بالایی و پایینی دارند. محفظه بالایی محل قرارگیری مذاب است و در محفظه پایینی قالب ریخته گری دقیق وجود دارد.
این دو محفظه از طریق یک مجرا با قابلیت قطع و وصل شدن به یکدیگر متصل اند. همزمان با اعمال فشار در محفظه بالایی، در محفظه پایین خلأ ایجاد می شود و مجرا باز می شود. دقت و تمیزی قطعه نهایی در این روش فوق العاده بالاست. سوپرآلیاژهای پایه نیکل با این روش قابلیت تولید بالایی دارند. اگر چه این روش بیشتر برای تولید جواهرات نقره و طلا استفاده می شود.
ریخته گری جاذبه معکوس (CGC)
این روش ریخته گری، بسیار متداول است و به روش های مختلفی اجرا می شود که مطرح ترین آن، فرایند Hitchiner است. در این تکنیک، قالب ریخته گری یک مجرا دارد که وارد مذاب می شود. خلأ موجود، مذاب را به حفرات موجود در قالب می کشد. زمانی که بخش های مهم قطعه منجمد شد، خلأ برداشته می شود و بخش های اضافی قطعه از قالب خارج می شوند.
در این روش فلز مذاب خالی از هرگونه سرباره است. قابلیت ریخته گری فلزاتی با چگالی پایین با بهترین بازده وجود دارد. همچنین قابلیت کار در دمای پایین، باعث می شود دانه بندی مطلوبی را در روش CGC مشاهده کنیم.
ریخته گری دقیق پوسته ای
در این روش برای پوشش دهی مدل درختچه ای، آن را در معرض باران ذرات ماسه نسوز قرار می دهند. پس از این عملیات، یک لایه نازک در سطح تشکیل می گردد. امروزه برای تولید قطعات فولادهای ساده کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و دیگر آلیاژهایی با نقطه ذوب بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد، این روش کاربرد زیادی دارد.
ریخته گری دقیق سدیم سیلیکات
این روش ریخته گری که با نام واترگلس (Water glass) نیز مشهور است، رایج ترین روش ریخته گری دقیق در چین به شمار می رود. در این روش از واترگلس یا چسب سدیم سیلیکات برای ادغام پوستۀ سرامیکی و مدل استفاده می شود. از روش واترگلس اغلب برای ریخته گری فولاد استفاده می شود.
ریخته گری دقیق سیلیکا سُل
در این روش از ترکیب «سیلیکا سُل زیرکون» به عنوان قالب استفاده می شود. این ترکیب بسیار گران قیمت است اما قطعاتی بسیار دقیق را به ارمغان می آورد. این روش تمیزترین سطح و کمترین عیوب داخلی را رقم می زند. از ریخته گری دقیق سیلیکا سل برای فولاد ضد زنگ استفاده می شود. در چین، حدود ۲۵ درصد کارخانجات از روش ریخته گری دقیق سیلیکا سل استفاده می کنند.
