ریخته گری با قالب ماسه ای

روش سنتی ریخته‌گری فلزات ریخته‌گری در قالب‌های ماسه‌ای بوده و هزاران سال است که مورد استفاده قرار می‌گیرد به بیان ساده ریخته‌گری ماسه‌ای عبارتست از:

(الف) قراردادن یک مدل دارای شکل قطعهٔ ریختگی مورد نظر در ماسه به منظور ایجاد اثری پایدار از آن در ماسه

(ب) ایجاد یک سیستم راهگاهی

(ج) پرکردن حفرهٔ حاصل با فلز مذاب

(د) خنک و منجمد کردن فلز

(ه) متلاشی کردن قالب ماسه ای

(و) بیرون آوردن قطعهٔ ریختگی

ماسه‌ها انواع مختلفی دارند و بنا به نوع استفاده به صورت‌های مختلفی درجه بندی می‌گردند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: انواع ماسه از نظر نحوه یافت و دسترسی: الف) 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. ب) 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

1.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).

2.ماسه‌های شبهه گرد: این نوع ماسه در قسمت‌هایی گرد و در قسمت‌هایی گوشه دار است.

3.ماسه‌های گوشه دار: این ماسه کاملاً گوشه دار است و بطور 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.

4.ماسه‌های مخلوط: این ماسه‌ها شکل خاصی ندارند و مخلوطی از 3 نوع دیگر هستند.

انواع ماسه از نظر ترکیب شیمیایی ماسه سیلیسی: (SiO2) سیلیس یک حالت چند ساختاره دارد و در دماهای مختلف، ساختارهای متفاوتی دارد ( منگنز، کبالت، قلع و زیرکنیوم نیز دارای چند سازه هستند ). در نتیجه اگر با سرعت‌های مختلف سرد شود، خواص متفاوتی ارائه می‌کند ( در طراحی قالب برای مواد دیر گداز، مشکل ساز است زیرا منجر به ترک خوردن بدنه قالب می‌شود).

یک مزیت ماسه سیلیسی، وجود معادن زیاد و ارزانی آن است. 

این ماسه برای ریخته‌گری قطعات آهنی و فولادی و فولاد آلیاژی مناسب نیست. در چدن ریزی معمولاً از ماسه سیلیسی مصنوعی استفاده می‌شود . ماسه شاموتی : این ماسه دارای دیرگدازی است که هر چه بیشتر باشد، بهتر است. از این ماسه در ریخته‌گری به صورت آجر و بدنه کوره استفاده می‌شود. این آجر نارنجی، نیز دارای انبساط و انقباض بوده و ترک می خورد. این ماسه برای فولاد آلیاژی و کم کربن مناسب است. ماسه‌های زیرکون، اولیوین و سیلیکات آهن به خاطر ضریب انبساط حرارتی پایینشان اغلب در کارگاه‌های ریخته‌گری فولاد به کار میروند.کرومیت به خاطر خاصیت انتقال حرارت بالای آن استفاده می‌شود.

انواع قالب‌های ماسه‌ای

قالب‌های ماسه‌ای با انواع ماسهٔ تشکیل دهنده و روش‌های تولید آن‌ها ساخته می‌شوند. سه نوع قالب ماسه‌ای اصلی وجود دارد:قالب‌های ماسۀ تر، جعبۀ سرد و غیرحرارتی. متداول‌ترین مادۀ قالبگیری ماسۀ قالبگیری تر است، که مخلوطی از ماسه، خاک رس و آب است. واژه تر نشان دهندۀ این واقعیت است که ماسه هنگام ریختن فلز به داخل قالب، مرطوب یا نمدار است. این نوع قالبگیری ارزان‌ترین روش قالب‌سازی است. در روش قالب خشک رویه، سطوح قالب در معرض هوا یا با شعله خشک می‌شود. این قالب‌ها اغلب به خاطر استحکام بالایی که دارند برای قطعات بزرگ ریخته‌گری به کار میروند. قالب‌های ماسه‌ای قبل از مذاب ریزی در اجاق نیز خشک می‌شوند. این قالب‌ها از قالب‌های ماسۀ 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. در فرایند قالب جعبۀ 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 ماسۀ 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 جعبۀ سرد بدون گرم کردن صورت میگیرد، بنابراین این فرایندها، فرایندهای سردگیر نامیده می‌شوند.

اجزای اصلی قالب‌های ماسه‌ای به شرح زیر است:

1.خود قالب که با یک درجه نگهداشته می‌شود.قالب‌های دوتکه از یک درجه رویی در قسمت بالا و یک درجه زیری در قسمت پایین تشکیل می‌شوند.درز بین آن‌ها خط جدایش نامیده می‌شود.

2.یک حوضچۀ بارریزی که فلز مذاب در آن ریخته می‌شود.

3.یک راهگاه بارریزی که فلز مذاب از طریق آن به طرف پایین به داخل حفرۀ قالب جاری می‌شود.

4.سیستم راهگاه اصلی که دارای کانال‌هایی است که فلز مذاب را از راهگاه بارریزی به حفرۀ قالب میبرند.راهگاه‌های فرعی ورودی‌های مذاب به داخل حفره قالبند.

5.تغذیه‌ها، که فلز اضافی را با منقبض شدن قطعه حین انجماد به داخل قطعه میرسانند. دو نوع تغذیه داریم: تغذیه کور و تغذیه باز.

6.ماهیچه‌ها، مغزی‌هایی که از ماسه ساخته شده‌اند به این نام موسومند.این مغزی‌ها به منظور شکل دادن نواحی توخالی یا به عبارت دیگر ایجاد سطح داخلی قطعه‌ای ریختگی در قالب قرار داده می‌شوند. از ماهیچه‌ها برای شکل دادن اشکال حروف نوشته بر سطح جانبی یک قطعه ریختگی یا جیب‌های بیرونی عمیق استفاده می‌شود.

7.هواکش‌ها، که در قالب‌ها به منظور هدایت گازهای حاصل از تماس فلز مذاب با ماسۀ قالب و ماهیچه تعبیه می‌شوند.

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 قطعۀ 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 قطعۀ ریختگی چسبیده اند، با ارتعاش یا با سند بلاست 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. تقریبا تمام فلزات تجارتی را می‌توان ریخته‌گری ماسه‌ای کرد.دقت ابعادی به خوبی دیگر ریخته گری‌ها نیست ولی اشکال پیچیده را با آن می‌توان ریخته‌گری کرد. ریخته‌گری ماسه‌ای برای تولیدهای کم، اقتصادی است و هزینهٔ تجهیزات ان اغلب پایین است.