ریخته گری گریز از مرکز چیست؟ - آریا مذاب

این متن به معرفی *ریخته‌گری گریز از مرکز (سانتریفیوژ) می‌پردازد که یکی از روش‌های پیشرفته و مؤثر در صنعت ریخته‌گری است. در این فرآیند، قالب به‌صورت سریع می‌چرخد و هم‌زمان مواد مذاب درون آن ریخته می‌شود. نیروی گریز از مرکز حاصل از چرخش، مذاب را به سمت دیواره‌های داخلی قالب هدایت می‌کند و در نتیجه، قطعه‌ای متراکم، یکنواخت و با دقت ابعادی بالا به دست می‌آید.

این روش به‌ویژه برای تولید لوله‌ها، آستر سیلندرها، بوش‌ها و قطعات استوانه‌ای توخالی کاربرد فراوانی دارد.
مزایای اصلی آن عبارتند از:
کاهش تخلخل و بهبود ساختار داخلی فلز
یکنواختی ترکیب و خواص مکانیکی
دقت ابعادی بالا

اما در کنار این مزایا، *معایبی نیز وجود دارد، مانند:
*مصرف بالای انرژی در قطعات بزرگ
*محدودیت در ساخت اشکال پیچیده*

اساس ریخته گری سانتریفیوژ چیست؟

همانطور که از اسم این روش پیداست، اساس آن نیروی گریز از مرکز یا مرکز گریزی است که منشا این نیرو را مرکز دورانی می‌دانیم. نیرویی که اساس حرکت سیارات به دور خورشید هم هست. این نیرو که به اجسام درحال دوران وارد می‌شود، می‌تواند در بسیاری از صنایع و پدیده‌های آزمایشگاهی مبنا قرار گیرد. در تولید قطعات، این نیرو برای ریخته گری‌ نیز نتایج قابل توجهی به همراه داشته است.
کلیت انواع روش های ریخته گری مشابه است اما در جزئیات و اساس کار دستگاه‌های هر فرایند تفاوت‌هایی مهم وجود دارد.

ریخته گری گریز از مرکز چیست؟

ریخته گری سانتریفیوژ یا گریز از مرکز (Centrifugal Casting) یک فرآیند تولیدی است که برای ایجاد اجزا و قطعات استوانه‌ای با محور چرخش مرکزی استفاده می‌شود. این تکنیک شامل چرخاندن قالب حول یک محور مرکزی با سرعت‌های معمولا بین ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ دور در دقیقه در حین ریختن مواد مذاب در قالب است. نیروی سانتریفیوژ ایجاد شده توسط چرخش، مواد مذاب را بر روی سطح داخلی قالب پخش می‌کند و در نتیجه شکل مطلوب محصول نهایی به دست می‌آید.
درحالی‌که در سایر روش‌های ریخته گری قالب ثابت است، در این روش یک قالبِ در حال چرخش مورد استفاده قرار گرفته و شکل‌دهی در چنین قالبی انجام می‌شود.
ریخته گری سانتریفیوژ، تلورانس‌های ابعادی مناسبی را در سطح بیرونی حفظ می‌کند، اما قطر داخلی معمولا تا حدی کمتر از اندازه مورد نظر ریخته‌گری می‌شود. به همین خاطر، برای دستیابی به قطر داخلی دقیق، باید پس از ریخته گری قطعه ماشین‌کاری شود.

از این روش بیشتر برای ریخته گری لوله های بزرگ، آستر سیلندر و اجزای استوانه‌ای توخالی با آلیاژهای مختلف چدن و فولاد و استیل استفاده می‌شود. اگرچه این روش‌ را به طور معمولا در ساخت قطعات استوانه‌ای استفاده می‌کنند، با این‌حال کاربردهای آن در ساخت پروفیل‌های چند ضلعی نیز دیده شده است.

مزایا و اهمیت ریخته گری سانتریفیوژ

دلایل مختلفی وجود دارد که موجب می‌شود ریخته گری گریز از مرکز در صنعت ساخت قطعات مهم تلقی شود. از جمله این دلایل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

تولید قطعات باکیفیت بالاتر

توزیع یکنواخت موارد در قطعه به دلیل ماهیت روش
کاهش تخلخل‌های قطعات و بهبود خواص مکانیکی قطعه ریختگی
کمک به کاهش چرخه‌های تولید و صرفه‌جویی در هزینه‌ها
تولید قطعات ریختگی کاملا متقارن
توانایی تولید قطعات فلزی، آلیاژی، بتنی، سرامیکی و شیشه‌ای
دقت ابعادی بالا در قطعات
دانه‌بندی متراکم و مستحکم
ساخت قطعات فلزی با وزن مخصوص بالا
انجماد سریع نسبت به دیگر روش‌ها
روش‌های ریخته‌گری بسیار متنوعی وجود دارد که هر یک از آن‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و این ویژگی‌‌ها، در انتخاب روش صحیح موثر خواهد بود. ریخته گری گریز از مرکز و ریخته‌گری پیوسته دو نوع از آن‌ها هستند. در یک مقایسه کلی، ریخته گری به روش سانتریفیوژ برای قطعات استوانه‌ای شکل استفاده می‌شود. در مقابل، ریخته گری پیوسته برای تولید مقاطع طولانی مانند شمش‌ها و ورق‌ها به‌کار می‌رود و فرآیند به صورت مداوم و پیوسته انجام می‌شود.

معایب ریخته گری گریز از مرکز

علاوه بر مزایای عنوان شده، روش ریخته گری سانتریفیوژ معایب و محدودیت‌هایی دارد که استفاده از آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد:

اجزای دستگاه باید روزانه روغن‌کاری شوند.
تولید قطعات حجیم و سنگین با مصرف بالای انرژی همراه است.
قابلیت تولید قطعات با تولید اشکال هندسی پیچیده را ندارد.

فرایند و مراحل ریخته گری سانتریفیوژ

ریخته‌گری سانتریفیوژ، یا گریز از مرکز، فرایندی است که برای ایجاد قطعات استوانه‌ای با ریختن فلز مذاب در یک قالب چرخان استفاده می‌شود. نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط قالب چرخان، فلز را به دیواره‌های قالب می‌فشارد و ساختاری متراکم و ریزدانه ایجاد می‌کند. مراحل فرایند ریخته‌گری گریز از مرکز به شرح زیر است:

۱. آماده‌سازی قالب
در ابتدا قالبی ساخته می‌شود که متناسب با محاسبات بوده و با شکل و اندازه مطلوب محصول نهایی مطابقت داشته باشد. قالب‌ها می‌توانند از مواد مختلفی از جمله فلز، شن و یا سرامیک ساخته شوند.
سطح داخلی قالب با مواد نسوز و ضخامت بین ۱ تا ۱.۱۵ میلی‌متر پوشانده می‌شود تا از چسبیدن فلز به سطح قالب جلوگیری شود و سطح نهایی ریخته‌گری‌شده نیز بهبود یابد.
به عنوان مثال، در ریخته گری گریز از مرکز واقعی، این فرآیند شامل پیش‌گرم کردن قالب و سپس استفاده از دوغاب سرامیکی در حین چرخش قالب است. پس از این کار، قالب پوشش داده‌شده تحت یک فرآیند خشک کردن و پخت قرار می‌گیرد و اطمینان حاصل می‌شود که پوشش نسوز به طور ایمن به سطح قالب می‌چسبد.

۲. ریختن فلز مذاب در قالب
در مرحله بعد، نوبت به ریختن فلز مذاب در قالب می‌رسد. فلز در یک کوره تا دمای بیش از دمای ذوب گرم شده و ناخالصی‌ها و گازها طی فرایندهای گاززدایی از آن خارج می‌شوند.
قالب با سرعت بالا (معمولا بین ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ دور در دقیقه، وابسته به میزان ریخته‌گری و ابعاد قطعه) شروع به چرخش کرده و سپس فلز مذاب به دقت در این قالب چرخان ریخته می‌شود.

۳. توزیع فلز مذاب توسط نیروی گریز از مرکز
نیروی گریز از مرکز ایجادشده از طریق چرخش قالب، باعث می‌شود که فلز مذاب به سمت دیواره بیرونی حفره قالب رانده شود. قالب پس از اتمام ریختن مواد، همچنان به چرخش ادامه می‌دهد. چرخش به حفظ توزیع یکنواخت مواد در اطراف محیط داخلی قالب کمک می‌کند.

۴. جامدسازی
در این مرحله، اجازه داده می‌شود که همانطور که قالب در حال چرخش است، فلز مذاب، جامد شود. نیروی گریز از مرکز به یکنواختی تراکم و کاهش تخلخل کمک می‌کند. برای کاهش بروز عیوبی از جمله انقباض و ترک خوردگی، نرخ خنک سازی باید کنترل شود.

۵. جداسازی قطعه از قالب
پس از جامد شدن کامل، چرخش قالب باید متوقف شود. پس از توقف کامل قالب، نوبت به جدا کردن قطعه جامد شده از قالب به روش‌های مختلف همچون استفاده از پین‌های جداکننده و بیرون راندن آن، می‌رسد.

۶. فرایندهای پس از ریخته‌گری
در نهایت پس از ریخته گری گریز از مرکز، قطعه ممکن است که فرایند‌های اصلاح و پرداخت سطحی یا عملیات حرارتی نیاز داشته باشد.

اگرچه اساس روش‌های ریخته گری مختلف، مشابه است و در آن‌ها مذاب در قالب ریخته شده و سپس خنک و منجمد می‌شود، با این‌حال در جزئیات تفاوت‌هایی دارند که نتیجه نهایی و کاربرد هر روش را تغییر می‌دهد. به عنوان مثال، ریخته گری دایکست اگرچه مناسب برای قطعات با هندسه پیچیده است، ریخته گری به روش سانتریفیوژ برای ساخت چنین قطعاتی با محدودیت روبرو می‌شود.

انواع روش های ریخته گری سانتریفیوژ

به طور کلی، انواع روش های ریخته گری گریز از مرکز، شامل سه نوع ریخته گری سانتریفیوژ واقعی، شبه واقعی و اسمی یا مجازی می‌شود. در ادامه هر یک از این انواع را معرفی خواهیم کرد:

ریخته گری گریز از مرکز واقعی

این نوع ریخته گری با نام انگلیسی True Centrifugal Casting همان نوع معمولی است که در آن، همزمان با چرخیدن قالب، فلز با فشار بالا به دیواره فشرده می‌شود. حاصل این روش، قطعه‌ای با دانه‌بندی متراکم است که استحکام بالایی دارد. قطعات تولید شده همچنین کیفیت و دقت ابعادی بالایی دارند. از این روش برای ساخت بوش، آستر سیلندر موتور و رینگ‌های یاتاقان استفاده می‌شود.
با توجه به نوع عملکرد این روش، ناخالصی‌های سبک در حین ریخته گری و به دلیل اختلاف چگالی روی سطح قطعه قرار می‌‌گیرند که حذف آن‌ها با تراشکاری قابل انجام است.

ریخته گری سانتریفیوژ واقعی خود دارای دو نوع است:

ریخته گری سانتریفیوژ افقی: در این روش، چرخش قالب به دور یک محور افقی اتفاق می‌افتد و روشی توصیه شده برای تولید اجزای استوانه‌ای شکل با طول زیاد و با کیفیت بالا به شمار می‌رود. در این روش پس از شکل‌گیری نهایی، قطعه باید به سرعت از قالب خارج شود. خطوط لوله مستقیم و سیلندرهای طولانی با فلنج انتهایی از قطعاتی هستند که به این روش تولید می‌شوند.
ریخته گری گریز از مرکز عمودی: این روش مناسب تولید قطعات استوانه‌ای است که در انتهایشان برآمدگی یا فرورفتگی دارند که اصطلاحات قطعات OD نام دارند. برای تولید این قطعات، در انتهای قالب ماهیچه‌هایی از جنس گرافیت، ماسه یا سرامیک قرار می‌گیرد. به طور معمول، هنگام ریخته گری در این روش، ارتفاع قطعه کمتر از دو برابر عرض آن خواهد بود. نیاز به پرداخت سطحی قطعات در این روش به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

ریخته گری نیمه گریز از مرکز

یکی دیگر از انواع ریخته گری سانتریفیوژ، ریخته گری نیمه گریز از مرکز (Semi Centrifugal Casting) است. این روش، برای تولید قطعات با تقارن دورانی تقریبی، توصیه شده است. اساسی مشابه با روش واقعی دارد، اما چرخش در آن با سرعت کمتری انجام می‌شود. سرعت قالب در این روش بین ۱۸۰ تا ۲۰۰ rpm است.
محور چرخش قالب در ریخته گری نیمه گریز از مرکز، همواره عمودی است. در آن نیز می‌توان از ماهیچه برای تولید قطعاتی با هندسه پیچیده استفاده کرد. از روش مذکور برای ساخت قطعاتی چون چرخ، قرقره، چرخ دنده، پرخ تسمه شیاردار، پروانه و روتور موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود.

ریخته گری گریز از مرکز مجازی

در روش ریخته گری گریز از مرکز اسمی یا مجازی (Centrifugal Spin Casting)، از نیروی گریز از مرکز برای رساندن فلز مذاب از یک مخزن مرکزی به قالب‌های مجزا استفاده می‌گردد. با توجه به ماهیت این روش، می‌توان چندین قطعه را به صورت همزمان تولید کرد.
بدنه شیرآلات، بست‌ها و قطعات کوچک مانند طلا و جواهر به این روش قابل تولید هستند. همچنین روش مناسبی برای تولید قطعات ظریف با دیواره نازک است.

چه فلزاتی را می‌توان با روش ریخته گری سانتریفیوژ تولید کرد؟

فلزاتی که به طور معمول در ریخته گری به روش سانتریفیوژ استفاده می‌شوند شامل موارد زیر هستند:

فولاد زنگ نزن یا استیل: فولاد ضدزنگ با مقاومت عالی در برابر خوردگی و استحکام و دوام بالا، ماده‌ای ترجیحی در این روش است که بسته به پیچیدگی قطعه و نیازهای خاص کاربرد، یکی از روش‌های ریخته گری گریز از مرکز واقعی و نیمه گریز از مرکز برای آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آلیاژهای نیکل: آلیاژهای نیکل به دلیل خواص بی‌نظیری چون مقاومت در برابر دماهای بالا و خوردگی بسیار مورد توجه هستند. آلیاژهای نیکل معمولاً در ریخته گری به روش سانتریفیوژ واقعی به‌کار می‌روند تا ویژگی‌های دقیق ماده برای کاربردهای پرتقاضا تضمین شود.
مس: مس و آلیاژهای آن به دلیل هدایت حرارتی و الکتریکی فوق‌العاده‌شان مشهور هستند. آلیاژهای مس بسیار مهم و پرکاربرد هستند و بسته به پیچیدگی قطعه و هدایت مورد نیاز در هر دو ریخته گری گریز از مرکز واقعی و نیمه گریز از مرکز کاربرد دارند.
چدن: چدن از جمله چدن خاکستری و داکتیل، بیشتر در ساخت لوله‌ها، رول‌ها و قطعات خودرو استفاده می‌شود. چدن در مواردی که چگالی و استحکام بالای موارد لازم است، به روش ریخته گری گریز از مرکز در تولید قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آلومینیوم: آلیاژهای آلومینیوم به دلیل وزن پایین و مقاومت بالا در برابر خوردگی، در صنایع حساس به وزن مانند خودروسازی و هوافضا کاربرد بالایی دارند. بسته به نیازهای کاربردی خاص، آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان در انواع روش‌های ریخته گری به روش سانتریفیوژ، از جمله ریخته گری سانتریفیوژ واقعی، نیمه سانتریفیوژ و اسمی، استفاده کرد.
فولاد: انواع فولادهای کربنی و آلیاژی که طیف وسیعی از خواص مطلوب چون استحکام را ارائه می‌دهند، به طور موثر در هر دو نوع ریخته گری گریز از مرکز واقعی و نیمه گریز از مرکز کاربرد دارند.
هر یک از روش‌های ریخته گری، ممکن است برای برخی آلیاژها و مواد پاسخگوی بهتری باشند. این مساله، به ماهیت روش و اساس آن برمی‌گردد. مطالعه درباره هر روش، به شما کمک می‌کند تا این تفاوت‌ها را بهتر درک کنید. به عنوان مثال، ریخته‌گری گریز از مرکز نیز برای آلیاژهای مختلفی مانند فولاد، چدن، مس، برنز، نیکل و آلومینیوم مناسب است، اما به دلیل فرآیند خاص آن، مواد باید قابلیت تحمل نیروی گریز از مرکز را داشته باشند. در مقابل ریخته‌گری فوم فداشونده انعطاف بیشتری در استفاده از مواد مختلف دارد و می‌تواند برای آلیاژهای آلومینیوم، چدن، فولاد، مس و برنز مورد استفاده قرار گیرد.

چه عواملی بر ریخته گری گریز از مرکز اثر می‌گذارند؟

سرعت بارریزی: با توجه به تجربه، اپراتور باید سرعت بارریزی بهینه را تعیین کند تا قطعاتی سالم و با حداقل عیب ساخته شود.
دمای بارریزی: میزان دمای فوق ذوبی باید با توجه به شکل، ابعاد و جنس محصول تعین شود. افزایش نادرست آن ممکن است به کاهش قدرت تبریدی قالب، افزایش زمان انجماد و در نهایت جدایش و درشت دانه شدن قطعه منجر شود.
دمای قالب: دمای قالب، اگر بیش از حد مجاز باشد، منجر به انبساط حرارتی، افزایش فاصله هوایی و در نتیجه افزایش زمان انجماد می‎‌شود. کاهش بیش از حد آن نیز منجر می‌شود که نیروهای انقباضی به قطعه وارد شود که عامل بروز ترک‌ها خواهند بود. به طور بهینه، دمای قالب باید بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد.

ریخته گری لوله استیل نسوز

ریخته گری گریز از مرکز

ریخته گری استیل ca6nm

ریخته گری استیل ۳۰۴

ریخته گری استیل ۳۱۶