ساخت قطعاتی که هم خیلی دقیق باشند، هم جزئیات زیاد داشته باشند و هم سطحشان عالی باشد، همیشه یک چالش بزرگ بوده است. اما یک روش قدیمی، به اسم ریخته گری دقیق یا همان ریختهگری موم گُمشونده (Investment Casting)، وجود دارد که به عنوان یک راهکار عالی برای ساخت چنین قطعاتی محسوب میشود. این فرآیند ریشههای خیلی قدیمی در تاریخ بشریت دارد و قدمت آن به هزاران سال پیش برمیگردد. حتی از این روش برای ساخت مجسمه و جواهرات استفاده میکردند. حالا با کمک فناوریهای جدید، به یکی از پیشرفتهترین روشهای ساخت در صنایع مختلف، مثل فولاد تبدیل شده است.
آشنایی با ریخته گری دقیق
ریخته گری دقیق، یک فرآیند برای ساخت قطعات فلزی است که در آن، فلز ذوبشده را داخل قالبی از جنس سرامیک یا مواد نسوز میریزند. چیزی که این روش را خاص و ظریف میکند، طرز ساخت قالب آن است. برعکس روشهای قدیمیتر مثل ریختهگری در ماسه که قالب از روی یک مدل قابل استفاده مجدد ساخته میشود و بیشتر برای قطعات بزرگ و با دقت کمتر به کار میرود، در ریخته گری دقیق، از یک مدل موقت استفاده میکنیم که معمولاً از موم یا پلاستیک ساخته شده است.
روش کار اینطور است که بعد از آماده کردن، مدل مومی یا پلاستیکی را با چند لایه از یک ماده سرامیکی مایع (دوغاب سرامیکی) میپوشانند تا یک پوسته محکم و نسوز دورش تشکیل شود. بعد، این پوسته را همراه با مدل داخل کوره گرم میکنند تا موم داخلش آب شود و کاملاً از قالب بیرون بیاید. این خالی شدن کامل موم، یک فضای دقیقاً همشکل قطعه را ایجاد میکند.
برای همین است که به آن ریختهگری موم گُمشونده هم میگویند؛ چون مدل مومی، خودش را فدا میکند تا قطعه اصلی شکل بگیرد. این روش اجازه میدهد قطعاتی با شکلهای خیلی پیچیده، دیوارههای نازک (گاهی کمتر از نیم میلیمتر)، و خطای ابعادی خیلی کم را بسازیم که با روشهای دیگر، حتی آهنگری (Forging)، ساختشان خیلی سخت است یا اصلاً ممکن نیست.
مراحل ریخته گری دقیق
ریخته گری دقیق شامل مراحلی است که هر اشتباه کوچکی در هر مرحله میتواند به نتیجه بدی منجر شود. لازم به ذکر است که این مراحل چه در ریختهگری فولاد و چه در سایر فلزات مشابه است.
1. ساخت مدل مومی (یا پلاستیکی)
این مرحله، اولین و مهمترین قدم در این فرآیند و اساس دقت کل کار است. یک مدل دقیق از قطعه با استفاده از تزریق موم ذوبشده به درون قالبهای فلزی دقیق (که به آنها مستر دای گفته میشود) ساخته میشود. این قالبها باید خیلی دقیق باشند. جزئیات و دقت این مدل، مستقیماً بر کیفیت و ابعاد قطعه تأثیر میگذارد. برای تولید همزمان چند مدل از یک قطعه، آنها را به یک درخت یا خوشه مومی وصل میکنند تا بتوان چندین قطعه را همزمان ریختهگری کرد.
2. پوششدهی با دوغاب سرامیکی (ساخت پوسته)
خوشه مومی آماده شده را در دوغاب سرامیکی (که مخلوطی از ذرات نسوز ریز مثل سیلیس، زیرکونیا و آلومینا در یک چسب مایع است) فرو میبرند و سپس روی آن دانههای ماسه نسوز (Stucco)، که ذرات درشتتری هستند، میپاشند. این کار چندین بار (معمولاً ۶ تا ۹ بار) تکرار میشود تا یک پوسته محکم و با ضخامت کافی دور مدلهای مومی ایجاد شود. هر لایه باید کاملاً خشک شود (گاهی اوقات با استفاده از فن یا تهویه مناسب) تا استحکام لازم را پیدا کند و ترک نخورد.
3. حذف موم (ذوب موم)
بعد از اینکه پوسته سرامیکی کاملاً خشک و محکم شد، قالب را در کوره بخار یا کوره با دمای بالا قرار میدهند تا موم داخلش ذوب شده و از طریق مجراها، به طور کامل از قالب خارج شود. این مرحله خیلی مهم است، چون اگر مومی باقی بماند، ممکن است در مراحل بعدی بخار شده و باعث نقصهایی مثل سوراخ یا حباب در قطعه شود. به این مرحله دیوکسینگ (Dewaxing) هم میگویند.
4. پخت قالب (کلسیناسیون)
قالبهای بدون موم، زیر دمای خیلی زیاد (معمولاً بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد) و برای مدت زمان مشخصی پخته میشوند. این مرحله نه تنها باعث افزایش استحکام و کاهش تخلخل قالب میشود و آن را برای تحمل شوک حرارتی ناشی از ورود فلز ذوبشده آماده میکند، بلکه هر ناخالصی ارگانیک یا کربن باقیمانده از موم را هم از بین میبرد. این پخت، ساختار سرامیک را پایدار و آماده دریافت فلز ذوبشده میکند.
5. ریختن فلز مذاب
فلز ذوبشده (مثل فولادهای معمولی، آلیاژی، ضد زنگ، ابزار، آلیاژهای آلومینیوم، مس، برنز، برنج، تیتانیوم، نیکل و کبالت) که تا دمای مناسب گرم شده و اگر لازم باشد، گاززدایی هم روی آن انجام شده است، با دقت و سرعت بالا داخل قالبهای از پیش گرمشده ریخته میشود. گرم بودن قالبها به فلز ذوبشده کمک میکند تا راحتتر جریان یابد، از سفت شدن زودرس جلوگیری میکند و مانع از شوک حرارتی به قالب میشود که میتواند باعث ترک خوردن آن شود. این مرحله معمولاً در شرایط کنترلشده یا در محیط خلا انجام میشود تا از اکسید شدن جلوگیری شود.
6. خنککاری و جداسازی قطعه
بعد از ریختن فلز، اجازه میدهند تا در داخل قالب به آرامی خنک شده و سفت شود. این خنک شدن کنترلشده به تشکیل ساختار دانهای خوب در فلز کمک میکند. سپس، پوسته سرامیکی را با روشهای مکانیکی مثل لرزش، ضربه، واترجت با فشار بالا، یا برش با حرارت/مکانیکی میشکنند و از بین میبرند تا قطعات ریختهگری شده ظاهر شوند. این مرحله باید با دقت انجام شود تا به قطعات آسیبی نرسد.
7. عملیات پرداخت نهایی و بازرسی
در آخر، قطعات را از درخت ریختهگری جدا میکنند و عملیات پرداخت نهایی روی آنها انجام میشود؛ (شامل برش، سنگزنی، عملیات حرارتی (مثل سختکاری و برگشتدهی برای بهتر شدن خواص مکانیکی)، سندبلاست برای تمیز کردن سطح، و بازرسی دقیق برای اطمینان از کیفیت و نبود هیچ نقصی). هر قطعه با دقت بالا از نظر ابعادی و ساختار داخلی فلز بررسی میشود تا از مطابقت کامل با استانداردها مطمئن شویم.