ریخته‌ گری ماسه‌ای (به انگلیسی: Sand Casting) روشی در ریخته‌ گری فلزات است که در آن از ماسه برای ساخت قالب استفاده می‌شود. قطعات ریخته‌ گری ماسه‌ای در کارخانجات مخصوصی تولید می‌شوند که به آن کارخانه ذوب می‌گویند. بیش از ۶۰٪ تمام قطعات ریختگی توسط فرایند ریخته‌ گری ماسه‌ای ساخته می‌شوند.

به حفره‌ای که برای قرار گرفتن دقیق ماهیچه بر روی قالب قرار دارد تکیه‌گاه ماهیچه (Core Print) گفته می‌شود. تغذیه یا رایزر (Riser) حفره دیگری است که به قالب اضافه می‌شود و در هنگام پر کردن ماده مذاب همراه با قطعه اصلی پر می‌شود. هدف از ایجاد تغذیه‌ها ساخت مخزنی از ماده مذاب است که بتواند انقباض ناشی از انجماد مذاب را جبران و از ایجاد عیوب ناشی از انقباض بیش از حد جلوگیری کند. برای رسیدن به چنین هدفی تغذیه‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که پس از اتمام انجماد قطعه منجمد شوند و انقباض در آنها صورت بگیرد و نه در قطعه اصلی.

شبکه مسیری که ماده مذاب را به قطعه می‌رساند با عنوان شبکه راه‌گاهی (gating system) شناخته می‌شود. کاسه یا حوضچه مذاب‌ریزی (pouring cup) قسمتی از شبکه راهگاهی است که مذاب به داخل آن ریخته می‌شود. پس از کاسه، ماده مذاب به مذاب‌رو (Sprue) که لوله عمودی ورود مذاب به قالب می‌باشد رسیده و از آنجا از طریق مسیر افقی که راه‌گاه (Runner) نامیده می‌شود به دروازه می‌رسد. گلویی یا دروازه‌ها (Gate) ورودی‌های کنترل شده ماده مذاب به حفره اصلی هستند.

عملیات ریخته‌ گری ماسه‌ای

پس از اینکه قالب‌گیری انجام شد و ماهیچه‌ها در جای خود گذاشته شدند، دو نیمه قالب با هم جفت شده و وزنه‌گذاری می‌شوند. طراحی تغذیه‌ها برای تأمین فلز مذاب لازم، هنگام انجماد قطعهٔ ریختگی نیز از اهمیت برخوردار است. حوضچه بارریزی نیز به عنوان یک تغذیه عمل می‌کند.

پس از انجماد قطعه ریختگی لرزانده شده و از قالب بیرون آورده می‌شود و ماسه لایه‌های اکسیدی که به قطعهٔ ریختگی چسبیده‌اند، با ارتعاش یا با سندبلاست کردن از آن جدا می‌شوند. قطعات ریختگی آهنی با پاشیدن ساچمه فولادی یا ماسه سنگ تمیز می‌شوند. قطعات ریختگی را می‌توان با روش الکتروشیمیایی یا اسیدشویی یا مواد شیمیایی تمیز کاری کرد.

تقریباً تمام فلزات موجود در بازار را می‌توان ریخته‌ گری ماسه‌ای کرد. دقت ابعادی به خوبی دیگر ریخته‌ گری‌ها نیست ولی اشکال پیچیده را با آن می‌توان ریخته‌ گری کرد. ریخته‌ گری ماسه‌ای برای تولیدهای کم، اقتصادی است و هزینهٔ تجهیزات آن اغلب پایین است.

الگو و مواد مورد استفاده برای ساخت الگو

اولین مرحله در ریخته‌ گری ماسه‌ای ساخت الگو (Pattern) یا مدل است. الگو یک کپی از قطعه‌ای است که قرار است ریخته‌ گری شود، به همراه اصلاحاتی که الزامات فرایند ریخته‌ گری نیز در آن در نظر گرفته شده‌است. عواملی از قبیل تعداد قالب‌هایی که قرار است از این الگو ساخته شود، اندازه و شکل قطعه ریختگی، دقت ابعادی و جزئیات مورد نیاز، و فرایند ریخته‌ گری، جنس الگو را تعیین می‌کنند. معمولاً از الگوهای چوبی به علت ارزانی و سادگی ساخت، برای قطعاتی که قرار است در تیراژ کم تولید شوند، استفاده می‌کنند.

اما چوب پایداری ابعادی خیلی زیادی نداشته و ممکن است با رطوبت تغییر شکل دهد. الگوهای فلزی گران‌‌قیمت‌تر بوده، اما پایداری ابعادی بیشتری دارند و به همین دلیل برای قطعات با تیراژ بالا از آنها استفاده می‌شود. استفاده از پلی یورتان‌ها، که نوعی پلاستیک سخت است امروزه بسیار متداول شده‌است.یکی از پیشرفت‌های مهم در صنعت قالب‌سازی و ساخت الگو، استفاده از نمونه سازی سریع است. به عنوان مثال، در ریخته‌ گری ماسه‌ای، می‌توان در کسری از زمان و با هزینه‌ای بسیار کمتر از هزینه ماشین‌کاری، الگویی را در دستگاه نمونه سازی سریع ساخت و روی صفحه نگهدارنده بست.

انواع الگوها

الگوهای یک‌تکه

الگوهای یک‌تکه ساده‌ترین و معمولاً ارزان‌ترین الگوها هستند. این الگوها در حقیقت مشابه قطعه نهایی بوده با این تفاوت که Allowanceها یا افزایش‌های مجاز اندازه ناشی از انقباض انجماد یا فضای ماشین‌کاری و … در آن در نظر گرفته شده‌است. الگوهای یک‌تکه معمولاً ارزان قیمت هستند، اما فرایند ریخته‌ گری با آنها معمولاً کند بوده و به همین دلیل زمانی از آنها استفاده می‌شود که تیراژ تولید نسبتاً کم باشد.

الگوهای دوتکه (Split Pattern)

از الگوهای دوتکه برای قطعاتی با تیراژ تولید میانگین استفاده می‌شود. این الگوها در راستای مسیری که خط جدایش قطعه نام دارد به دو قسمت تقسیم می‌شوند. سوراخ‌ها و پین‌هایی که بر روی این دو قسمت تعبیه می‌شود، به تراز شدن دقیق این دو تکه کمک می‌کند.

الگوهای صفحه‌ای (Match-plate pattern)

از الگوهای صفحه‌ای، به دلیل سادگی و سرعت قالب‌سازی، برای قطعاتی با تیراژ بالا استفاده می‌شود. با نصب این الگوها بر روی دستگاه‌های قالب‌سازی خودکار، می‌توان سرعت قالب‌سازی را به مقدار زیادی افزایش داد. الگوهای صفحه‌ای با سوراخ‌هایی که بر روی آنها تعبیه می‌شود توسط پین‌های درجه (Flask) تراز می‌شوند. معمولاً سیستم راهگاهی و تغذیه‌های مورد نیاز بر روی صفحه‌ها تعبیه می‌شود و نیازی نیست قالب گیر آنها را ایجاد کند. این امر سبب تولید قطعاتی یکنواخت و با حداقل عیوب می‌شود.

الگو با عضو جدا شونده

زمانی که شکل قطعه به گونه‌ای باشد که امکان خارج کردن الگوهای یک‌تکه یا دوتکه از داخل ماسه وجود نداشته باشد، می‌توان الگوهایی با عضو جدا شونده (loose-piece pattern) ساخت. معمولاً الگوهای با عضو جدا شونده گران‌قیمت‌تر بوده، نیاز به نگهداری مناسب داشته، سرعت قالب‌گیری آن کمتر بوده و در نتیجه قیمت نهایی قطعه تولید شده بیشتر می‌باشد.

ماسه‌ها

چندین عامل در انتخاب ماسه مناسب ریخته‌ گری دخیل است. ماسه‌هایی با دانه‌های ریز و گرد را می‌توان به خوبی فشرده سازی کرده و به همین دلیل سطوح صاف بهتری ایجاد کرد، اما از طرفی این ماسه‌ها قابلیت نفوذپذیری یا نشت پذیری گاز کمی دارند. نشت پذیری مناسب قالب و ماهیچه‌ها اجازه می‌دهد گازها و بخار آب ایجاد شده به راحتی خارج گردند. قالب همچنین باید قابلیت تخریب خوبی داشته باشد تا به قطعه ریختگی اجازه انقباض مناسب در هنگام سرد شدن قطعه داده شود و از عیوبی مانند پارگی گرم (Hot tear) یا ترک جلوگیری شود.

ماسه‌های متداول

ماسه‌های متداول مورد استفاده در ریخته‌ گری شامل ماسه‌های سیلیسی (SiO₂)، زیرکُنی، الیواین، و ماسه‌های کرومیتی، باید به گونه‌ای با مواد دیگر ترکیب شوند که ۴ خاصیت زیر ایجاد گردد:

1. نسوز بودن: قابلیت تحمل دمای بالای مواد مذاب بدون سوختن و از بین رفتن.
2. انسجام و چسبندگی: قابلیت حفظ شکل الگوی ساخته شده در آن.
3. نفوذپذیری: قابلیت خروج گازهای شکل گرفته در هنگام مذاب ریزی از داخل قالب و حفره‌های آن.
4. قابلیت تخریب: اجازه دادن به انقباض قطعه منجمد شده و قابلیت تخریب آسان پس از تکمیل انجماد.

ماسه‌ها در ذات خود نسوز هستند. انسجام و چسبندگی مورد نیاز از ترکیب ماسه با خاک‌های رسی از قبیل بنتونیت، کائولینیت، ایلیت (Illite) و رطوبت ایجاد می‌گردد. نفوذپذیری تابعی از اندازه ذرات ماسه، مقدار و نوع رس یا ماده اتصال دهنده، میزان رطوبت و میزان فشرده سازی است. گاهی با افزودن موادی طبیعی مانند سلولز، که با حرارت سوخته و از بین می‌روند، می‌توان قابلیت تخریب را افزایش داد.

ماسه تر (Green Sand) که کاربرد فراوانی دارد معمولاً از ترکیب ۸۸٪ ماسه سیلیسی، ۹٪ خاک رس و ۳٪ آب بدست می‌آید. معمولاً برای مخلوط کردن مناسب این ماسه‌ها از میکسرهای مولر (muller mixer) استفاده می‌شود. معمولاً ماسه‌های مورد استفاده ترکیبی از مواد مختلف هستند .

انواع ماسه از نظر نحوه یافت و دسترسی

• ماسه طبیعی: شامل ماسه‌های رودخانه‌ای و ماسه‌های بادی. ماسه طبیعی مستقیماً از منابع طبیعی، استخراج و استفاده می‌شود و هیچگونه کار اضافی روی آن انجام نمی‌شود مثل ماسه کنار رودخانه (این ماسه‌ها را آزمایش می‌کنند که حاوی آهک نباشد) حسن ماسه رودخانه‌ای در این است که شسته شده و میزان گردی بیشتری دارند در نتیجه کیفیت سطحی قطعات بالا می‌رود. اما در ماسه بادی، خاک رس نیز وجود دارد که خاصیت چسبندگی دارد.
• ماسه مصنوعی: در این حالت، معادن طبیعی را شناسایی کرده و مثلاً آن را الک کرده و ناخالصی‌هایی مثل آهک را حذف می‌کنند و آن را خرد کرده و گرد می‌کنند (این ماسه‌ها تحمل دمایی بالاتری دارند).

انواع ماسه از نظر شکل ظاهری

• ماسه‌های گرد: در این حالت شکل ذرات ماسه در زیر میکروسکوپ، کروی است. اکثر ماسه‌های مصنوعی از نوع ماسه‌های گرد هستند که کیفیت سطحی بهتری را ایجاد می‌کند و قابلیت عبور گاز بهتری نیز دارد (قابلیت عبور گاز به تخلخل ماسه مربوط است).
• شبه گرد: این نوع ماسه در قسمت‌هایی گرد و در قسمت‌هایی گوشه‌دار است.
• گوشه‌دار: این ماسه کاملاً گوشه‌دار است و به‌طور کامل در هم چفت می‌شوند و استحکام بالاتری ارائه می‌دهد و از نظر حمل و نقل قالب و حرکت مذاب و فشار مذاب، استحکام بالاتری دارد اما قابلیت عبور گاز کم است.
• ماسه‌های مخلوط: این ماسه‌ها شکل خاصی ندارند و مخلوطی از ۳ نوع دیگر هستند.

انواع ماسه از نظر ترکیب شیمیایی

ماسه سیلیسی (SiO₂)

ماسه سیلیسی رایج‌ترین ماسه مورد استفاده در ریخته‌ گری فلزات است. این متریال ارزان قیمت و سبک‌وزن می باشد . اما هنگامی که فلز داغ در قالب ماسه سیلیسی ریخته می‌شود، ماسه داغ شده و در دمای حدود ۵۸۵ درجه سلسیوس دچار تغییر فاز می‌گردد که این تغییر فاز با افزایش قابل توجهی در حجم همراه است. از آنجا که ماسه، یک هادی حرارتی ضعیف است، فقط ماسه‌ای که در مجاورت حفره قرار دارد، داغ شده و منبسط می‌شود.

باقی قسمت‌های ماسه‌ای نسبتاً خنک باقی می‌مانند و منبسط نمی‌شوند و اغلب باعث ایجاد فشار مکانیکی زیادی می‌شود. به دلیل این گرمایش ناهموار، ممکن است ماسه در سطح حفره قالب خم شده یا بشکند. قطعات ریخته‌ گری با سطوح بزرگ و مسطح، بیشتر در معرض عیوب انبساط ماسه هستند زیرا انبساط قابل توجهی در یک جهت واحد رخ می‌دهد.

ماسه شاموتی

این ماسه دارای دیرگدازی است که هر چه بیشتر باشد، بهتر است. از این ماسه در ریخته‌ گری به صورت آجر و بدنه کوره استفاده می‌شود. این آجر نارنجی، نیز دارای انبساط و انقباض بوده و ترک می‌خورد. این ماسه برای فولاد آلیاژی و کم کربن مناسب است.

ماسه‌های زیرکُن، اولیوین و سیلیکات آهن

به خاطر ضریب انبساط حرارتی پایینشان اغلب در کارگاه‌های ریخته‌ گری فولاد به کار می‌روند.

ماسه کرومیت:مزایای آن خاصیت انتقال حرارت بالا، درصد سیلیکای پایین و دمای ذوب خیلی بالای (۱۸۵۰ درجه سلسیوس) آن است و از معایب آن قیمت بالای آن است که به همین دلیل فقط برای ریخته‌ گری فولادهای آلیاژهای گران‌قیمت و برای ساخت مغزه (Core) از آن استفاده می‌شود.

انواع قالب‌های ماسه‌ای

قالب ماسه‌ای و حفره شکل دار آن

قالب‌های ماسه تر (Green Sand Molds)

ریخته‌گری ماسه تر متداول‌ترین روش مورد استفاده برای ریخته‌گری فلزات آهنی و غیرآهنی است. ماسه مورد استفاده در آن ترکیبی از ماسه، خاک رس، آب و مواد افزودنی است. هزینه ابزارهای آن پایین بوده و این روش یکی از ارزان‌ترین روش‌های ریخته‌گری است. با این روش تقریباً تمام فلزات قابل ریخته‌گری است (به جز تیتانیم)، و محدودیت‌های اندکی در رابطه با اندازه، شکل، وزن و پیچیدگی قطعه وجود دارد.

در طول سال‌ها این روش توسعه یافته و امروزه با کمک اتوماسیون روش‌هایی توسعه داده شده که قابلیت ریخته‌گری بیش از ۳۰۰ قالب در ساعت فراهم شده‌است. به همین دلیل از روش ریخته‌گری ماسه تر می‌توان هم برای تیراژهای کم و هم برای تیراژهای بالا استفاده کرد.محدودیت‌های طراحی در این روش شامل زبری سطح بالا و دقت ابعادی پایین است و معمولاً نیاز به ماشین کاری دارد. مشکلات دیگری نیز می‌تواند از جانب رطوبت بالای قالب و استحکام پایین آن ایجاد گردد.

قالب‌های ماسه خشک

قالب‌های ماسه‌ای قبل از مذاب ریزی در اجاق نیز خشک می‌شوند. این قالب‌ها از قالب‌های ماسهٔ تر مستحکم تر هستند و دقت ابعادی و صافی سطح بهتری به قطعه می‌دهند اما این روش عیوبی هم دارد: واپیچش قالب بیشتر است. قطعات ریختگی به سبب تلاشی‌پذیری کمتر قالب، بیشتر مستعد پارگی انقباضی اند و آهنگ تولید نیز در این روش به دلیل زمان لازم برای خشک کردن قالب پایینتر است.

قالب‌های سطح-خشک (Skin-Dried Molds)

در روش قالب سطح-خشک، سطوح قالب در معرض هوا یا با شعله معمولاً تا عمق ۱۳ میلی‌متر خشک می‌شوند. قالب‌های مورد استفاده برای قطعات فولادی بزرگ تقریباً همیشه قالب‌های سطح-خشک هستند، چرا که دمای ذوب ریزی فولادها بسیار بیشتر از چدن‌ها است. گاهی اوقات برای بهبود خاصیت دیرگدازی این سطوح قبل از خشک سازی توسط محلولی غنی از سیلیس یا ماسه پایدار-گرمایی زیرکنی، پوشش داده می‌شوند. برای بهبود بیشتر سطح و افزایش استحکام آن پس از خشک شدن می‌توان از بایندرها، شامل ملاس، روغن بزرک، یا آرد ذرت استفاده کرد.

قالب‌های سدیم سیلیکاتی یا CO₂

با فزودن ۳ تا ۶٪ سدیم سیلیکات که نوعی چسب غیرآلی مایع و شفاف است و گاه آب شیشه نامیده می‌شود، می‌توان چسبندگی مورد نیاز ساخت قالب‌ها (و ماهیچه‌ها) را تأمین کرد. پس از مخلوط شدن این چسب با ماسه در داخل میکسرهای مولر معمولی و قالب‌گیری، آن را در معرض گاز CO₂ قرار می‌دهند. با قرار گرفتن این ماسه در معرض گاز CO₂، در چند ثانیه واکنشی شیمیایی شکل گرفته و قالب سخت می‌شود. گاز CO₂ گازی غیرسمی، غیراشتعال پذیر و بی‌بو است و برای شروع فرایند نیازی به هیچ گونه حرارتی نیست.

برخلاف اکثر روش‌های دیگر ریخته‌گری، در روش ماسه CO₂ پس از ریختن مذاب و داغ شدن قالب، ماسه سخت‌تر شده و به همین دلیل جدا کردن قطعه و خرد کردن قالب کمی دشوارتر است. (واکنشی شبیه به سفت شدن سفال‌ها در داخل کوره رخ می‌دهد). برای بهبود قابلیت تخریب قالب به آن افزودنی می‌افزایند.

قالب‌های جعبه سرد، هوا-خشک، و چسب شیمیایی

در فرایند قالب جعبهٔ سرد چسب‌های گوناگون آلی و غیر آلی برای پیوند شیمیایی دانه‌های ماسه به منظور تأمین استحکام بیشتر قالب با ماسه آمیخته می‌شود. این قالب‌ها از نظر ابعادی دقیقتر از قالب‌های ماسهٔ تر ولی از آن‌ها گرانتر هستند.در فرایند قالب غیرحرارتی، یک رزین مصنوعی مایع با ماسه مخلوط می‌شود. این مخلوط در دمای اتاق سخت می‌شود . به دلیل اینکه پیوند قالب در این فرایند و فرایند جعبهٔ سرد بدون گرم کردن صورت می‌گیرد . بنابراین این فرایندها، فرایندهای سردگیر نامیده می‌شوند.

آرتا استیل تهران متخصص واردات و توزیع انواع ورق های آلیاژی، استنلس استیل و فولاد ضد زنگ، میلگردهای استنلس استیل، لوله و پروفیل و ورقهای فنری، آمادگی خود را جهت همکاری و تأمین کلیه مقاطع فولادی و استنلس استیل به صنعتگران محترم اعلام می دارد. همچنین شما به راحتی می‌ توانید با کارشناسان ما تماس و نسبت به ثبت سفارش خود اقدام نمایید .