بهینه سازی فرآیند ریخته گری - آریا مذاب

فرآیند ریخته‌گری، روشی شناخته‌شده و پرکاربرد در صنعت برای تولید قطعات فلزی در مقیاس‌های مختلف، از کوچک تا صنعتی است. با وجود کارآمدی این فرآیند، اقداماتی جهت بهینه‌سازی آن صورت می‌گیرد تا راندمان افزایش یافته و خروجی باکیفیت‌تری حاصل شود. این مطلب به معرفی راهکارهای بهینه‌سازی فرآیند ریخته‌گری می‌پردازد.

انتخاب قالب مناسب برای بهینه سازی ریخته گری

یکی از راهکارهایی که می‌توان برای بهینه سازی فرآیند ریخته گری انجام داد، استفاده از قالب ریخته گری مناسب است. قالب ریخته گری در واقع نوعی محفظه است که داخل موادی مثل ماسه، گچ و فلز تعبیه می‌شود؛ به طوری که مذاب بعد از پر کردن این محفظه و انجماد در آن شکل محفظه را با خود می‌گیرد. قالب نیز در ریخته گری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد؛ تا حدی که می‌توانیم بگوییم که ساخت و تهیه قطعه ریختگی سالم با مشخصات مطلوب به کمک بهره‌گیری از قالب مناسب ممکن است. در یک نگاه کلی، از حاظ متالوژیکی و جنبه‌های اقتصادی قالب‌ها به دو دسته دائمی و موقت تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه این بخش خصوصیات انواع این قالب‌ها را به شما معرفی می‌کنیم.

بهینه سازی فرآیند ریخته گری با قالب‌های دائمی چگونه امکان پذیر است؟

منظور از قالب‌های دائمی قالب‌هایی هستند که در ساخت قطعات ریختگی به طو منظم از آن‌ها استفاده می‌شد. جنس این قالب‌ها فلزی است و به طور معمول از چدن، فولاد و برنز ساخته می‌شوند. انتخاب جنس قالب نیز با توجه به فاکتورهایی مثل بالا بودن نقطه ذوب، جنس قالب با توجه به فلز یا آلیاژ ریختگی، داشتن کمترین تغییرات ابعادی و مقاومت به سایش انجام می‌شود.

قالب‌های دائمی می‌توانند به روش ریخته گری ساخته شوند و سپس به منظور دستیابی به ابعاد نهایی آن‌ها را ماشین کاری و پرداخت می‌کنند. این دسته از قالب‌ها به طور معمول برای ساخت قطعاتی از جنس فلزات و آلیاژهای غیر آهنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورتی که بخواهیم به صورت کلی مزایای قالب‌های دئمی را بیان کنیم باید به مواردی مثل بالا بودن سرعت تولید، دقت ابعادی و همینطور مشخصات متالوژیکی مطلوب اشاره کنیم.

از دیگر قطعاتی که در قالب‌های دائمی استفاده از آن‌ها دیده شده است باید به موارد زیر اشاره کنیم:

• آلومینیوم
• منزیم
• روی
• سرب
• مس
• چدن

بهینه سازی فرآیند ریخته گری با استفاده از قالب‌های موقت

به آن دسته از قالب‌هایی که بعد از هر مرتبه ریخته‌گری در زمان خروج قطعه خراب می‌شوند، قالب‌های موقت می‌گویند. با وجود اینکه در ساخت قالب، چگونگی شکل دادن با مخلوط قالب‌گیری با در نظر گرفتن ماهیت اصلی این مواد متفاوت است، بهره‌مندی از قابلیت شکل پذیری و حفظ کردن آن به عنوان مهم‌ترین ویژگی مواد قالب‌گیری در تمامی روش‌ها مطرح می‌شود. در بین تمامی مواد قالب‌گیری مورد استفاده برای ساخت قالب‌های موقت، ماسه قالب‌گیری به علت سهولت شکل‌پذیری که قدیمی‌ترین روش قالب‌گیری به شمار می‌رود، بخش بسیار مهمی از پروسه ریخته گری را به خود اختصاص داده است.

انتخاب متریال مناسب برای بهینه سازی ریخته گری

از گذشته تاکنون متالوژی را به مادر علوم مهندسی می‌شناسند. علم و هنری که در آن شناسایی فلزات گران‌بها، استفاده از آتش به منظور ذوب آن‌ها و همینطور افزودن ترکیبات جدید به منظور تولید آلیاژهایی که خواصی مطلوب را در قطعه ایجاد کنند، از مباحث این علم به شمار می‌روند. در ادامه این بخش قصد داریم مواد اولیه‌ای که در ریخته‌گری استفاده می‌شوند را به شما معرفی کنیم.

بهینه سازی فرآیند ریخته گری با ماسه ریختگری

یکی از الزامات مهم در واحدهای ریخته‌گری، انواع ماسه است. ماسه ریختگری می‌تواند به عنوان قالب‌های ریخته گر فلزاتی مثل آهن سیاه، آلومینیوم و مس عمل کند و یا این که به عنوان نسوز در ساخت کوره‌های سرامیکی، شیشه و سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه در قالب جدولی قصد داریم انواع مختلف ماسه ریختگری را به شما معرفی کنیم.

ماسه سیلیسی ماسه شاموتی ماسه کرومیتی زیرکنی اولیوین سیلیکات Fe
شمش‌های فلزی قطعاتی خالص هستند که بعد از ذوب به حالات مختلفی ریخته گری می‌شوند
شمش‌های فلزی قطاتی خالص هستند که بعد از ذوب به شکل‌های مختلفی ریخته‌گری می‌شوند. در حقیقت این قطعات محصولاتی نیم ساخته هستند که یکی از مهم‌ترین مواد اولیه برای ریخته گری هستند. از نظر علمی به قالب‌هایی از فلزات که طول کمتر از ۲ متر دارند، شمش می‌گویند. اما این احتمال نیز وجود دارد که شمش‌هایی با ابعاد بزرگ‌تر هم برای ریخته گری مورد استفاده قرار بگیرند.

علاوه بر شمش‌های فلزی ممکن است قطعات بسیاری برای ذوب انتخاب شوند. برای نمونه ضایعات فلزی از جمله پرطرفداریت مواد اولیه ریخته گری هستند که در کارخانجات ذوب شده و سپس در قالب‌ها ریخته می‌شوند. کاملا هم بدیهی است که قالب ماسه‌ای باید به شکی ساخته شود که فلز مذاب به طور کامل منجمد شده و ساختار کریستالیت مناسبی را تشکیل بدهد. در ضمن باید اشاره کنیم که این ساختار می‌تواند در تعیین خواص فیزیکی قطعه نهایی نقش بسیار موثری داشته باشد.

بهینه سازی فرآیند ریخته گری با فروآلیاژها

فروآلیاژها آلیاژهایی از آهن و دیگر عناصر مثل سیلیکون و منگنز ساخته شده و به عنوان آمیژان و مواد افزودنی به مذاب فلزات و فولاد اضافه می‌شوند. نقش اصلی این مواد، ایجادت تغییرات ضروری در خواص نهایی قطعه با استفاده از اضافه کردن عناصر آلیاژی مورد انتظار به مذاب است.

از مهم‌ترین فروآلیاژها که برای بهینه سازی فرآیند ریخته گری استفاده می‌شوند باید به این موارد اشاره کرد:

• فروسیلیس
• فرومنگنز
• فروسیلیمو منگنز
• فروکوم
• فرومولبیدن

منظور از مواد کمک ذوب چیست؟

کمک ذوب‌ها به محصولاتی گفته می‌شوند که با هدف گداختن، مشتعل‌سازی و کاهش دمای ذوب از آن‌ها استفاده می‌کنند. این دسته از مواد ممکن است به شکل کانی، سنگ و یا ترکیبات مصنوعی باشند. کمک ذوب‌ها با وزن مخصوص کمی که در مقایسه با مذاب دارند، در قسمت فوقانی پاتیل و یا سایر محفظه‌های ذوب متمرکز شده و به صورت سرباره از مذاب فلزی جدا می‌شوند. شما می‌توانید انواع کمک ذوب مثل پوشان‌ها، روان‌سازها، فلاکس، اگزوترم، بنتونیت و پودر زغال را در بازار مواد و لوازم ریخته گری پیدا کنید. از لحاظ ترکیب شیمیایی هم ز بورات ها (مثل کانی بوراکس)، فلوئوریدها (مثل کانی فلوئوریت)، کلریدها (مثل کانی کلرور پتاسیم)، اسیدها (مثل اسیدبوریک) و آلکالی‌ها (مثل هیدروکسید پتاسیم و سدیم) از مهم‌ترین مواد کمک ذوب به شمار می‌آیند.

استفاده از نرم افزارهای شبیه‌ساز برای بهینه سازی فرآیند ریخته گری

از دیگر راهکارهای پیش رو به منظور بهینه سازی فرآیند ریخته گری باید به نرم‌ افزارهای شبیه‌سازی اشاره کنیم. مهندسان مکانیک و متالوژی به طور معمول برای بیهنه سازی فرایند ریخته گری در ابتدا این پروسه را به کمک نرم افزارهای کامپیوتری شبیه‌سازی می‌کنند. اما دلیل استفاده از این نرم افزارها چیست؟ استفاده از این نرم افزارها می‌تواند منجر به کاهش هزینه و مدت زمان ساخت محصول شود. در ادامه این بخش ضمن معرفی مزایای نرم افزارهای شبیه‌سازی ریخته‌گری خصوصیات این نرم‌افزارها را به شما معرفی می‌کنیم.

از جمله مهم‌ترین مزایای استفاده از نرم‌ افزارهای شبیه سازی ریخته گری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

بهینه‌سازی مدل و امکان اصلاح وزن و ابعاد قطعه
افزایش قابل توجه کارایی و بهبود کیفی قطعه هدف
ارتقا سرعت ساخت قطعه و صرفه‌جویی قابل توجه در زمان
کاهش هزینه‌های مرتبط با تولید وآزمایش قطعات
نرم افزار ProCast از بهترین نرم‌افزارهای شبیه‌ساز برای بهینه سازی فرآیند ریخته گری است
نرم‌افزار ProCast یک نرم‌افزار مناسب برای شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری برای قطعات مختلف است. به طور کلی این نرم‌افزار به منظور تحلیل و شبیه‌سازی از متد اجزا محدود یا همان FEM استفاده می‌کند. شما به کمک این نرم‌افزار می‌توانید علاوه بر شبیه‌سازی کردن فرایند ریخته‌گری، تجزیه و تحلیل کوپل حرارتی، تحلیل‌های سیالاتی و تنشی را هم انجام داده و به خواص فیزیکی و ترمودینامیکی قطعه مورد نظر دسترسی داشته باشید. این نرم افزار می‌توانید با استفاده از مدل‌های اجزای محدود جریان سیال مذاب را به بهترین شکل ممکن تجزیه و تحلیل کند. همچنین می‌تواند شما را از انجام محاسبات حرارتی نیز بی‌نیاز کند.
مزایای استفاده از نرم افزار شبیه‌ساز ریخته‌گری ProCast به شرح زیر هستند:

سادگی محیط نرم افزار
قابلیت یادگیری روش صحیح کار با این نرم افزار در مدت زمانی کوتاه
داده‌ها و نتایج به دست آمده از ProCast دقت بسیار زیادی دارند
سرعت بسیار بالا در زمینه تحلیل

مزایای استفاده از نرم افزار شبیه‌سازی NovaCast

از دیگر نرم‌ افزارهای شبیه‌سازی ریخته‌گری پرکاربرد می‌توانیم به NovaCast اشاره کنیم. با این نرم افزار شما می‌توانید به بهرین شکل ممکن فرآیند ریخته گری را بهینه سازی کنید. با نواکست پروسه تولید قطعات مختلف به کمک روش‌های ریخته‌گری بهینه‌سازی شده و مدت زمان انجام کار را نیز می‌توان به حداقل رساند. این نرم افزار با انجام آنالیزهای دقیق در رفع نواقص موجود در پروسه ریخته‌گری به شما کمک می‌کند. این نرم افزار شبیه‌سازی رابط کاربری بسیار ساده‌ای دارد و تمامی مهندسان مکانیک و مهندسان مواد متالوژی می‌توانند به منظور تحلیل فرایند ریخته‌گری از آن استفاده کنند.

از جمله اصلی‌ترین مزایای این نرم افزار می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

کمک به بهبود عملکرد
یک ابزار قدرتمند به منظور شبیه‌سازی ریخته‌گری
امکان ایجاد تغییر در مش‌بندی
سادگی کار با نرم افزار
شبیه‌سازی با بالاترین سرعت ممکن

بهینه سازی فرآیند ریخته گری با استفاده از ماگما

نرم افزار کامپیوتری ماگما از جمله نرم افزارهای شبیه سازی ریخته‌گری است که می‌توانید از آن برای شبیه‌سازی مراحل مختلف کمک بگیرید. این نرم افزار توسط کمپانی Magmasoft طراحی و تولید شده است و به بهترین شکل ممکن این قابلیت را دارد تا تمامی فرایندهای ریخته‌گری در انواع قالب‌های ماسه‌ای، دائمی و ریخته گری تحت فشار را به آسانی شبیه‌سازی کند.

از مهم‌ترین خصوصیات این نرم‌افزار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

قابلیت طراحی تمامی قالب‌های ریخته گری
طراحی چگونگی پر شدن قالب
بهره‌مندی از دیتابیسی قدرتمند
صرفه‌جویی در وقت و هزینه تولید

نرم افزار شبیه‌سازی SUTCAST چیست؟

بسیاری از نرم افزارهای شبیه‌سازی ریخته گری ساخت کشورهای صنعتی و پیشرفته هستند و سابقه‌ای طولانی در زمینه ریخته‌گری دارند. این نرم افزار توسط یک گروه بزرگ از مهندسان کامپیوتر، مکانیک و متالوژی دانشگاه صنعتی شریف طراحی شده است.

ریخته گری لوله استیل نسوز

ریخته گری گریز از مرکز

ریخته گری استیل ca6nm

ریخته گری استیل ۳۰۴

ریخته گری استیل ۳۱۶