ریخته گری چیست؟ کاربرد و انواع و فرآیند تولید

تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که اجسام و قطعات دوروبرتان چگونه ساخته شده‌اند؟ طبعا هر جسم یا قطعه‌ای از یک یا چند ماده اولیه ساخته شده و آن ماده اولیه هم خود به خود به آن قطعه تبدیل نشده است. پس یک روش برای تبدیل مواد اولیه به قطعه مورد نظر وجود داشته است. ورای اینکه مواد اولیه از پلاستیک، چوب، فلز یا هر چیز دیگری بوده باشد.

روش‌هایی اعم از قالب‌گیری، شکل‌دهی، ماشین‌کاری، اتصال و... برای این تبدیل وجود دارند. روش‌هایی که از دیرباز بوده‌اند و هنوز هم کاربرد دارند. یکی از روش‌های دیگری که برای این موضوع وجود دارد، ریخته گری است.

اما ریخته گری چیست؟ این سوالی است که قرار است در مطلب زیر به طور کامل به آن پاسخ دهیم. پس تا انتهای مطلب با ما همراه باشید. زیرا نه‌تنها دوره خواهیم کرد که ریخته ‌گری چیست؟ بلکه کاربرد ریخته گری، انواع ریخته گری و فرآیند تولید یک قطعه با ریخته گری را نیز هم مفصلا شرح خواهیم داد.

تعریف ریخته گری

اول از همه ببینیم که ریخته گری چیست؟ ریخته گری درواقع یکی از قدیمی‌ترین روش‌های ساخت قطعات و اجسام مورد نظر انسان بوده است. این روش آن‌قدر جذاب و کاربردی است که هنوز در صنایع مختلف از آن استفاده می‌شود. شاید باورتان نشود که 90 درصد قطعات امروزی، اعم از صنایع حمل و نقل (قطعات‌شان) و ماشین‌آلات از ریخته گری بهره می‌برند. مساله‌ای که نشان‌دهنده کاربرد بالای ریخته گری است.

اما ریخته گری از نظر فنی چگونه است؟ خیلی ساده. ریخته گری (به زبان انگلیسی: casting) روشی است که یک ماده مذاب درون قالبی ریخته می‌شود تا سرد شود. قالب شبیه یک حفره است و معمولا فقط یک ورودی دارد (بدون خروجی). این مساله باعث می‌شود تا وقتی مذاب درون قالب سرد شد و شکل قالب را به خود گرفت، بتوانیم قالب را برداریم، باز کنیم یا حتی بشکنیم و قطعه مورد نظر را به دست آوریم. کلیت امر ریخته گری به همین سادگی بود که شنیدید، البته بحث عملی قطعا کمی متفاوت خواهد بود.

ضمن اینکه قطعا می‌دانید متداول‌ترین موادی که مذاب می‌شوند، فلزات هستند. به همین دلیل از ریخته گری بیشتر برای شکل دادن به فلزات استفاده می‌شود. اما خیلی از مواد دیگر، اعم از اپوکسی، سیمان، پلاستر و گچ را نیز می‌شود با کمک ریخته گری شکل بدهیم.

دقت داشته باشید که ریخته گری روشی مناسب برای قطعاتی با اشکال دقیق و پیچیده است. زیرا کاربرد ریخته گری، درآوردن همین ظرافت‌هاست. وگرنه ریخته گری یک روش به نسبت گران و کمی هم پرزحمت به شمار می‌رود که همیشه توصیه نخواهد شد. رایج‌ترین روش ریخته گری نیز، روش قالب ماسه‌ای است، گرچه که روش‌های دیگری هم وجود دارند.

تاریخچه ریخته گری

ریخته گری یک فرآیند به قدمت تاریخ است. این روش درحدود 7000 سال قدمت دارد! قدیمی‌ترین قطعه‌ای که ریخته گری شده، یک قورباغه مسی است که مربوط به حدود 3200 سال پیش از میلاد مسیح می‌شود.

ریخته گری در دوران باستان و در ادامه تاریخ برای ساخت سلاح، ابزارآلات و همچنین وسایل مذهبی استفاده می‌شده است. اکثر تاریخچه توسعه ریخته گری، مربوط به کشورهای جنوب، جنوب شرق و شرق آسیا، همچون هند و چین و پاکستان امروزی است.

یکی از دلایل این توسعه، بت‌پرستی این نواحی و نیاز آنان به ساخت مجسمه‌های پیچیده بوده است. این کشورها غیر از فلز، برای شکل دادن به موم هم از ریخته گری استفاده می‌کردند. ضمنا اکثر مجسمه‌ها آلیاژ مسی داشته‌اند و از قوالبی سرامیکی یا سنگی برای ریخته گری در آنان بهره برده می‌شده است.

کاربرد ریخته گری

تقریبا با کاربرد ریخته گری در تاریخ آشنا شدید. اما کاربرد امروزی ریخته گری چیست؟ بایستی گفت که صنایع مختلف امروزی به ریخته گری وابسته هستند. یکی از دلایل این وابستگی این است که با ریخته گری می‌شود هر حجم یا وزن مختلفی از قطعه را به دست آورد. زیرا فرقی نمی‌کند که قطعه مورد خواست ما چندگرمی باشد یا چندتنی! حتی تیراژ هم دست خودمان است. از یک قطعه بگیرید تا تولید انبوه را می‌شود با ریخته گری تجربه کرد.

به همین دلایل است که صنایع فراوانی اعم از صنعت حمل و نقل، ابزارآلات سازی، صنایع نظامی، کارخانه‌های تولید لوازم خانگی و کارخانجات ماشین‌آلات سنگین از ریخته گری برای تولید قطعات مورد نظرشان استفاده می‌کنند.

مواد اولیه ریخته گری

همان‌طور که در بخش‌های بالا هم گفتیم، ریخته گری تنها منحصر به فلزات نیست. در کارخانه ریخته گری که به زبان انگلیسی به آن Foundry گفته می‌شود، نیاز به تجهیزاتی همچون دستگاه‌های قالب‌گیری، میکسر، پاتیل، کوره و وسایلی از این دست داریم. در این کارخانه‌ها ذوب و ریخته گری و پرداخت معمولا در کنار هم انجام می‌شوند.

دو ماده اولیه کلی برای ریخته گری را می‌توان منحصر به دو دسته فلز و غیرفلز دانست. درمورد فرآیند تولید ریخته گری فلزات به تفصیل در ادامه صحبت خواهیم کرد. اما غیرفلزات شامل گچ، رزین پلاستیک و یا سایر مواد شیمیایی همچون بتن هم می‌توانند ریخته گری شوند. برای ریخته گری این مواد معمولا از قالب‌های یکبارمصرف استفاده می‌شود. ضمنا قطعه تولیدی با ریخته گری این مواد، معمولا به یک فرآیند اضافه نیاز دارد. فرآیند بهبود قطعه که در آن از رنگ زدن و یا حکاکی ظاهر قطعه بهره برده خواهد شد.

مزایا و معایب ریخته گری چیست؟

ریخته گری نیز مانند تمام روش‌ها و راهکارهایی که دیده‌اید، یک سری مزایا و معایب دارد. ازجمله مزایای ریخته گری می‌توانیم به موارد زیر اشاره داشته باشیم:

• می‌شود با ریخته گری اشکال پیچیده را ساخت.
• به نسبت سایر روش‌ها برای ساخت قطعات پیچیده ارزان است.
• خواص مکانیکی قطعه محصول در وضع خوبی قرار خواهد داشت.
•  در مواد قابل استفاده برای روش ریخته گری، محدودیت کمی وجود دارد.

اما معایبی هم برای ریخته گری وجود دارد که بعضی از آنان را در ستور زیر نام برده‌ایم:

• ریخته گری همیشه نیاز به عملیات ثانویه برای پرداخت قطعه متخلخل دارد.
• مراحل ریخته گری بلندبالا و طولانی است.
• مقاومت قطعه ریخته گری شده برای آهنگری پایین است.
•  بعضی از قطعات ریخته گری شده، عیب و نقص ظاهری دارند.

مراحل یا فرآیند تولید ریخته گری چیست؟

همان‌طور که در بخش‌های بالا به اختصار دوره کردیم، ریخته گری از نظر تئوری خیلی آسان است. کافی است که یک ماده مذاب را در قالبی سنگی، ماسه‌ای یا سرامیکی بریزیم.

سپس منتظر بمانیم تا مذاب سرد شود و انسجام پیدا کند. درنهایت قالب را یا بشکنیم و یا باز کنیم و قطعه مورد نظر خود را از دل آن بیرون بیاوریم.

این فرآیند تولید ریخته گری به دو شکل کلی انجام می‌پذیرد. یا با قالب مصرفی و یا با قالب غیر مصرفی. درهرصورت، ریخته گر ابتدا باید یک الگو یا قالب دربیاورد، سپس ماده مذاب را درون آن بریزد. بعدا قطعه را دربیاورد و نهایتا آن را پرداخت کند. در ادامه هرکدام از این مراحل را به کوتاهی و اختصار برایتان دوره خواهیم کرد.

مرحله اول: ایجاد الگوی ریخته گری

قبل از ساخت قالب، ریخته گر باید الگوی ریخته گری را درست کند. الگو می‌تواند به صورت شکلی سه بعدی، از جنس موم، پلاستیک و یا چوب باشد. الگو دراصل، مدلی از قطعه سه بعدی نهایی است که ما نیاز داریم. بعضی از ریخته گرها در این مرحله از گچ یا سیلیکون هم استفاده می‌کنند. این مواد بیشتر برای قوالب مصرفی کاربرد دارند. زیرا تحمل دما و فشار مذاب فلز را نخواهند داشت.

مرحله دوم: ساخت قالب

بعد از ایجاد الگو، مرحله ساخت قالب پیش روی ریخته گر قرار دارد. بستگی دارد که بخواهید از قالب مصرفی استفاده کنید و یا قالب همیشگی نیاز داشته باشید. معمولا توصیه می‌شود برای تیراژهای پایین از قالب مصرفی استفاده کنید و نهایتا هم قالب (با جنس پلاستیک یا موم) را در کوره بسوزانید و از بین ببرید.

اما درصورتی که کار تیراژ بالا دارید، حتما بایستی از قالب غیرمصرفی استفاده کنید. قوالب غیرمصرفی، خودشان اغلب از جنس فلز هستند. بستگی دارد مذاب شما از چه فلزی است؛ زیرا جنس خود قالب فلزی باید دمای ذوب بالاتری داشته باشد. وگرنه خودش هم هنگام پر شدن با مذاب، ذوب شده و کار را خراب خواهد کرد.

مرحله سوم: انتخاب آلیاژ فلزی

حالا بایستی آلیاژ فلزی مورد نظر را انتخاب کنید. دقت داشته باشید که انواع آلیاژها اعم از آهنی و غیرآهنی می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. آلیاژهای آهنی که جای خود را دارند. اما آلیاژهای غیرآهنی معمول، شامل آلومینیوم و مس و برنز هستند. البته اگر کار با فلزات گرانبهاتر مد نظر باشد، این آلیاژها نیز کنار رفته و پای آلیاژهایی جواهراتی همچون نقره، طلا و پلاتین به میان کشیده خواهد شد. زیرا کاربرد ریخته گری، جواهرات نیز هم هست.

مرحله چهارم: ذوب کردن آلیاژ

بیشترین کلمه‌ای که بعد از ریخته گری شنیدید، احتمالا مذاب بوده است. مذاب چگونه به دست می‌آید؟ باید بعد از اینکه آلیاژ مناسب خود را پیدا کردید، دمای ذوب آن را محاسبه کنید. سپس یک بوته آهنگری با دمای مناسب برای آن درست کنید و آلیاژ جامد را روی شعله باز آن و یا داخل خود کوره حرارت دهید تا کاملا مذاب شود.

مرحله پنجم: ریختن مذاب درون قالب

در این مرحله بایستی فلز مذاب را از حفره قالب به درون آن هدایت کنید. اگر ریخته گری کوچکی دارید، می‌توانید به سادگی مذاب را از کوره برداشته و داخل قالب بریزید. اما اگر که نه، بایستی قبل از ریخته شدن فلز درون قالب، مذاب از کوره به یک ملاقه یا بوته آهنگری دیگر جا به جا شود تا کارتان ساده‌تر شود.

مرحله ششم: برداشتن قطعه ریخته گری شده از درون قالب

زمانی که فلز به خوبی سرد شد و سفتی پیدا کرد، می‌توانید آن را از قالب جدا کنید. اگر از قالب چندبار مصرف استفاده می‌کنید، به راحتی قالب را باز کنید. البته اگر از قالب یک بار مصرف هم استفاده کنید، می‌توانید پیشاپیش گیره بیرون کننده متصل کنید تا در این مرحله مشکلی نداشته باشید. قالب گچی هم راه جدا شدنش، استفاده از آب است. قالب را درون آب فرو ببرید و به راحتی قطعه را از قالب جدا کنید.

مرحله هفتم و آخر: پایان کاری

اگر دفعه اولی باشد که ریخته گری می‌کنید، احتمالا بعد از بیرون آوردن قطعه، کمی توی ذوق‌تان می‌خورد. ممکن است که مایوس و ناامید شوید. اما نگران نباشید. بهترین استادکار ریخته گر هم نمی‌تواند قطعه‌ای کاملا صاف و صوف و شبیه به مدل اولیه درست کند.

برای نیل به چنین هدفی، همان‌طور که گفتیم نیاز به پرداخت است. چیزی که با عنوان پایان کاری بین ریخته گران شناخته می‌شود. بایستی یک سوهان بردارید و فلز جامد را سوهان بکشید تا صیقل داده شود. همین‌طور ممکن است موادی از قالب به آن چسبیده باشد که نیاز به شستشوی قطعه داشته باشید. یا حتی قطعه ممکن است که تخلخل‌های بزرگ‌تر و زوایای اضافی پیدا کرده باشد که نیاز باشد آن‌ها را ببرید.

کلام آخر

امیدواریم بعد از مطالعه این مطلب به درک بهتری از اینکه ریخته گری چیست؟ کاربرد ریخته گری چیست؟ و فرآیند تولید ریخته گری چگونه است؟ رسیده باشید. البته درنظر داشته باشید که همیشه بحث تئوری با بحث عملی متفاوت است. بنابراین در اوایل ریخته گری همیشه دست به عصا باشید و بادقت کار کنید.

یکی از مسائلی که در طول متن به آن اشاره نکردیم، رعایت موارد ایمنی است که مستلزم حوصله و تسلط شما به اعصاب است. همیشه موارد ایمنی را رعایت کنید، زیرا کار با مذاب، کاری خطرآفرین است. برای مثال از لباس کارگاهی استفاده کنید که الیاف طبیعی داشته باشد. همینطور دستکش عایق پوشیده و عینک ایمنی به چشم بگذارید. قبل از شروع کار از تهویه محل اطمینان پیدا کنید و کپسول آتشنشانی در کنار خود داشته باشید. ضمنا کف سالن را چک کنید که هیچگونه کثیفی یا زباله که باعث لیز خوردن بشود وجود نداشته باشد. امیدواریم با رعایت این نکات در کار ریخته گری موفق باشید.

سوالات متداول:

1-ذوب فلزات در ریخته گری فقط با کوره بزرگ امکان پذیر است؟

خیر. کوره برای ذوب فلزات، یکی از روش‌های ساده و ارزان به شمار می‌آید. اما اگر بودجه بیشتری خرج کنید، می‌توانید از روش‌های دیگری نیز بهره ببرید. برای مثال مایکروویوهای خاصی برای ذوب فلزات وجود دارند. یکی دیگر از روش‌های ذوب فلزات نیز روش کوره قوس الکتریکی محسوب می‌شود. روشی که از الکترود جوشکاری برای ذوب فلز استفاده می‌شود.

2-برای تولید چه محصولاتی از ریخته گری استفاده می‌شود؟

تقریبا اکثر قطعات فلزی که در خانه و بیرون از خانه خود می‌بینید، یک روزی ریخته گری شده‌اند. از دستگیره در اتاق بگیرید تا چرخ دنده‌های ساعت دیواری خانه و چراغ راهنمایی سر چهارراه و حتی جواهراتی که به دست و انگشت خود دارید.

3-به چه ابزارهایی برای ریخته گری نیاز داریم؟

غیر از موارد ایمنی که اشاره کردیم. در ساده‌ترین شکل ممکن به یک کوره برای درست کردن مذاب، یک ملاقه برای جا به جایی مذاب، یک قالب برای اتود مواد مذاب، یک سری وسیله برای خنک کردن و یک سری وسیله برای پرداخت نیاز خواهیم داشت.