بررسی ریخته گری قالب سرامیکی جهت ریخته گری فلزات از طریق فرآیند شاو

یک مرور کوتاه در مورد 1 های 1'>ریخته گری 1 توسط 1 قالب گیری شاو در این مقاله انجام خواهیم داد. فرآیند شاو یک از فرآیندهای قالب گیری 1 است که در این فرآیندها از سرامیک به عنوان مواد قالب استفاده شود. فرآیند شاو و یونیکست دو نمونه از فرآیندهای قالب گیری سرامیکی هستند که برای تولید قطعاتی چون پروانه و پخش کننده های پمپ با ابعاد گوناگون در تناژهای مختلف از آنها استفاده می شود. در این مقاله به ادبیات علمی و ثبت اختراع مربوط به ریخته گری فلزات به روش فرآیند Shaw خواهیم پرداخت.

معرفی

ریخته گری فرآیندی است که در آن فلز مذاب به یک ظرف سه بعدی توخالی (قالب) منتقل می شود که محتویات آن محصول نهایی خواهد بود. پس از انتقال فلز مذاب به قالب، فلز و قالب سرد می شوند و پس از سرد شدن محصول (یعنی فلز ریخته شده) از قالب خارج می شود. فرآیندهای ریخته گری (به عنوان مثال ریخته گری پوسته ای با موم فنا شونده، ریخته گری قالب گچ و ریخته گری شن و ماسه) برای صدها سال استفاده شده اند. معمولا از قالب های سرامیکی برای مقاومت در برابر دمای فلزات مذاب استفاده می کنند که منابع گوناگونی در این زمینه وجود دارد.

به طور معمول از این فرآیند برای تولید پروانه برای پمپ های گریز از مرکز، پروانه کمپرسور، دیفیوزر پمپ، روتور توربین، چرخ های پلتون، تیغه های پلتون، تیغه های کاپلان، قطعات صنایع غذایی، بدنه پمپ های ویژه، پروانه های دریایی و همزن، قالب های آهنگری، برد، پلاستیک، شیشه، قالب های ریخته گری، قالب ها و پانچ ها، قالب های اکستروژن، دوک های خمشی لوله، صفحات فیلتر پرس، قطعات مختلف برای صنایع شیمیایی، مکانیکی، دریایی و هوانوردی استفاده می شود.

مواردی را که از سرامیک یا گچ برای قالب گیری استفاده می شود، ریخته گری دقیق می نامند. اصولا قالب های دقیق را از نظر نوع قالب به دو دسته پوسته ای و تو پر تقسیم بندی می کنند. از انواع فرآیندهای قالب گیری می توان به موم فنا شونده، فوم فنا شونده، ریخته گری در گچ نسوز، روش شاو و یونیکست اشاره کرد. از این میان روش شاو و یونیکست شبیه به هم می باشند با این تفاوت که در روش شاو بلافاصله پس از قالب گیری و ژل شدن، قالب توسط مشعل سوزانده می شود؛ اما در روش یونیکست پس از ژل شدن با غرق شدن یا اسپری مایع یا بخار سخت کننده که در الکل قابل حل است، عملیات ژل سازی پایان می یابد.

فرآیند Shaw یک روش ریختهگری فلز است که ریختهگری پوسته سرامیکی را با ریختهگری قالب گچی ترکیب میکند و از قالبهای سرامیکی (یک قالب توخالی که مدل آن امکان استفاده مجدد دارد) استفاده میکند. قالبهای سرامیکی از دوغابهای سرامیکی شامل مخلوطی از اتیل سیلیکات هیدرولیز شده (بیشتر با نام تترا اتیل ارتوسیلیکات شناخته می شود)، الکل، عامل ژل ساز و مواد سرامیکی (جهت مقاومت شیمیایی، مکانیکی و حرارتی بسته به شرایط ذوب ریزی) تشکیل می شود. دوغاب پس از ریختن در قالب، ژل می شود و امکان حذف مدل را فراهم می کنند و مواد فرار (مانند الکل، آب) در اثر قرار گرفتن در معرض شعله تبخیر می شوند و یک قالب سرامیکی با ترک های میکروسکوپی تولید می شود. ترکهای میکروسکوپی گازها را قادر میسازد از قالب سرامیکی خارج شوند و انبساط/انقباض را در طی فرآیندهای بعدی امکان پذیر میسازند، ضمن این که برای نفوذ ذوب بسیار کوچک هستند. قالب های سرامیکی در حدود 980 درجه سانتیگراد برای حذف هر گونه مواد فرار باقیمانده پخت شده سپس سرد شده می شود. توجه به این نکته ضروری است که فرآیند شاو تنها فرآیند ریختهگری است که در آن قالبهای سرامیکی سرد را میتوان با فلز مذاب بدون ترک پر کرد، با این وجود اغلب قبل از ذوب ریزی قالب پیش گرم می شود تا انقباض به حداقل برسد. اما پیش گرم می تواند بر کیفیت ریز ساختار سطح قطعه تأثیر منفی بگذارد.

فرآیند Unicast یک تغییر ظریف نسبت به فرآیند Shaw دارد. در فرآیند یونیکست قالب آتش زده نمی شود بلکه به طور جزئی پایدار می شود(آتش زده نمی شود). برای فلزات با نقطه ذوب بالا، قالب در حدود 1040 درجه سانتیگراد قبل از ریخته گری فلز پخت می شود، در حالی که برای فلزات با نقطه ذوب پایین، پخت انجام نمی شود، زیرا قالب در فرآیند پایدار سازی تا حدی پخته شده و توان انجام فرایند ریخته گری را دارد.

مزایای استفاده از قالب های سرامیکی عبارتند از: توانایی آن در ریخته گری انواع آلیاژهای ریخته گری (آهنی/غیرآهنی [به عنوان مثال Al، Cu، Mg، Ti، Zn]). توانایی استفاده مجدد از مدل (قابلیت نگه داری مدل های سفارشی برای دوره های طولانی تا فرآیند ریخته گری بعدی). پرداخت سطح با کیفیت بالا (زبری مقیاس میکرومتر) و دقت ابعادی (به حداقل رساندن نیاز برای پرداخت و عملیات اصلاحی)، توانایی تولید موادی با ویژگیهای پیچیده (می توان قالب گیری سرامیکی و ریختهگری موم فنا شونده را با جایگزین کردن مدل های مومی ترکیب کرد). عمدتاً این روش برای تولید دستهای کوچک یا متوسط مقرون به صرفه است (اغلب برای ریختهگری اقلام سفارشی با ارزش بالا).

مدل سازان ماهر به طور سنتی مدل سازی میکنند و مواد مورد استفاده توسط مدل سازان با معیارهای مربوط به فرآیند ریختهگری تعیین میشود. مواد فلزی مورد استفاده جهت قالب ممکن است گران قیمب باشند، زیرا معمولاً با توجه به با حجم بالای ریخته گری متناسب است یا برای ریختهگری قطعاتی با دقت بالا که طول عمر قالب نیز مورد توجه است استفاده می شود. مدل های چوبی (چوب نرم) به طور سنتی با ریخته گری با حجم کم مورد استفاده قرار می گیرند. موادی مانند رزینهای اپوکسی و چوبهای سخت عمر طولانیتر و سایش کمتری نسبت به چوب نرم دارند. مدل سازی در قدیم با دست انجام میشد، اما امروزه به حدی تکامل یافته است که مدل های کوچک را میتوان با چاپ سهبعدی ساخت یا در صورت امکان از تختههای چسبانده شده با رزین را می توان توسط ماشینهای 5 محور ماشین کاری کرد. در دسترس بودن طیف وسیعی از چوب و مواد ساخته شده به دست انسان، امکان ساخت مدل های پیچیده اسکلتی بزرگ را فراهم کرده است که منجر به هزینههای ارزانتر و زمان تولید سریعتر میشود. مدل یکبار مصرف یا فنا شونده را می توان از پلی استایرن یا موم تولید کرد.

روشهای ساخت افزودنی (چاپ سه بعدی) را میتوان برای ساخت قطعات با ابعاد مختلف به کار برد، که دقت آن بستگی به نوع ماشین و اپراتور دارد (تلرانسهای 10-50 میکرومتر قابل دستیابی است). توجه به این نکته مهم است که خواص مکانیکی قطعاتی که در حال حاضر به این روش تولید میشوند احتمالاً پایینتر از آنهایی است که توسط ریختهگری تولید میشوند، زیرا حتی اگر ریختهگری میتواند خطا ایجاد کند، فرآیندهای ذوب و تف جوشی لیزری (SLM/SLS) توسط پودر محدود میشوند. قطعات تولید شده به این روش غالبا دارای ریز تخلخل هستند که می تواند در قسمت های نازک تر و با استحکام کمتر به صورت شکنندگی نمایان گردد. گستره و اندازه محصولات تولید شده با روش های افزودنی به دلیل علاقه صنایع تخصصی (مانند هوافضا/خودروسازی) و بازار انبوه در حال افزایش است. خواص مکانیکی محصولات مبتنی بر فلز با ساختار دانه بندی مواد و توانایی اصلاح ریزساختار توسط عملیات پس از ریخته گری تعیین می شود. استفاده از SLS مزیت دیگری را ارائه می دهد که می تواند ویژگی های سطح (به عنوان مثال ریزساختار) و کیفیت را با انجام پردازش لیزر درجا بهبود بخشد. در مقایسه با روشهای ریختهگری، رویکردهای تولید افزودنی تا حدودی کندتر و پرهزینهتر هستند، با این حال، مصرف انرژی در هر مورد میتواند کمتر باشد و فرصتهایی برای خودکارسازی فرآیندها با روبات وجود دارد.

این 1 کوتاه با تمرکز بر فرآیند Shaw بود که برای تولید قطعات با کاربردهای تخصصی (مانند کاسه پمپ، پخش کننده ها، تجهیزات جابجایی سیال و پروانه ها)، در انواع فلزات/آلیاژها (از جمله آهنی و غیر آهنی) برای انواع صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.

تاریخچه ریخته گری

به دلیل مروری بودن مقاله سعی شده است تا با جستجو در پایگاههای Web of Science، Google Scholar و Google Patents برای عبارت «فرآیند Shaw» و اصطلاحات مربوط به آن برای یافتن مطالب مرتبط با فرآیندهای ریختهگری انجام شود. عناوین و چکیدههای مقالات منتشر شده مورد بررسی قرار گرفتند. منابع مورد مطالعه شامل کتاب ها، مقالات جمع آوری داده، مقالات پژوهشی اولیه، مقالات مروری و ثبت اختراع بود. ما مطالب تکراری، مقالات/پتنتهای منتشر شده به زبانهای غیرانگلیسی، و مقالات با منابع نامشخص را حذف کردیم. در اینجا منابع مورد استفاده در منبع اصلی قید شده که در اینجا از بیان آنها صرف نظر شده است. در ادامه مختصری از تاریخچه ریخته گری فلزات بیان می شود.

فرآیندهای ریختهگری فلزات به روش های متعددی با هدف افزایش توان عملیاتی توسعه یافته است. در اوایل قرن بیستم، پیشرفتها بر روی همگن کردن مایعات فلزی در قالب برای کاهش بروز نقص در مواد متمرکز شد. کرونینگ روشی را برای ریختهگری فلز معرفی کرد که چالشهای شکلگیری از هوای موجود در فضای توخالی داخل قالب ریختهگری را از 1 استفاده از کورههای القایی الکتریکی همراه با لولههای خنککننده مسی حل میکند. زیگفرید یک روش خنک کننده جایگزین برای ریخته گری میله های فلزی معرفی کرد. زیگفرید به جای گنجاندن خنکسازی القایی از طریق لولههای مسی، قالبی را معرفی کرد که به طور مداوم سرد میشود تا شرایط حرارتی دقیق را برای فرآیند پیوسته ریختهگری میلههای فلزی فراهم می کند. در این روش فلز مذاب از درون قالبی که به صورت عمودی تراز شده با سرعت جریان ثابت عبور داده میشود. علاوه بر این، یک مدل جریان پیوسته مشابه برای ریختهگری ورقهای فلزی هم قابل اجراست. هازلت از ریخته گری با حرکت پیوسته از طریق استفاده از تسمه های فلزی استفاده کرد. به جای داشتن یک قالب فرآوری شده برای شکل دادن به فلز، تسمه ها به عنوان قالب عمل می کنند و فلز مذاب را به ضخامت مورد نظر فشار می دهند در حالی که خودشان خنک می شوند تا فلز را خنک کنند و ورق های فلزی را تولید می کنند. فرآیندهای ریخته گری پیوسته به طرق مختلف پیشرفت کرده است. اتکین یک فرآیند ریختهگری پیوسته را معرفی کرد که سطوح رسوبهای سطحی مضر روی قالب ریختهگری را به دلیل تغییرات در خواص فلزات در آلیاژ کاهش میدهد. این فرآیند شامل معکوس کردن ریختهگری فلز برای اجازه دادن به هر فلز متراکم شده روی سطح قالبها برای جذب مجدد است، و در نتیجه از ایجاد رسوبات فلزی بر روی خود قالب ریختهگری و هر گونه اثرات مضری که فلز متراکم ممکن است داشته باشد، جلوگیری میکند. جولی و همکاران روشی برای تشکیل الگوهای فلزی با گنجاندن غشای تقویتکننده فیبری متشکل از سیلیکون معرفی کرد. چنین پیشفرمهایی بهعنوان قالبی برای اتصال فلز به درون قالب عمل میکنند و به طور بالقوه خواص فیزیکی (مانند ریزساختار) فلز جامد را افزایش میدهند.

هدف این پیشرفتهای فنی جلوگیری/کاهش وجود عیوب است که ممکن است در طول فرآیند ریختهگری ایجاد شود. یکی از مسائل مربوط به فرآیند ریخته گری وجود و حرکت هوا در داخل قالب است. هوا محبوس درون قالب منجر به نقص در سطح فلز یا ایجاد حفرههایی در درون فلز جامد شود که منجر به عملکرد ضعیف قطعات ریختهگری میشود. ساتون و همکاران روشی برای ریختهگری معکوس، با استفاده از فرآیند پر کردن کف برای حرکت هوا به سمت بالا گزارش کرد. در فرآیند ریختهگری نیز تلاش میشود تا کیفیت قطعات فلزی را با استفاده از قالبهای ماسه ای، بهوسیله ریختهگری پیوسته بهبود یافته و سرعت جریان و فشار سیستم را کنترل کند. اگرچه این روش کیفیت محصول را بهبود می بخشد، اما این فرآیند در مقایسه با تکنیک های قبلی زمان بر بود، بنابراین برای قطعات کوچک سفارشی مناسب است. Paine یک روش جایگزین را برای کاهش هوا و در نتیجه تخلخل در محصول معرفی کرد که شامل استفاده از محفظه های ریخته گری ثانویه و کاهش فشار است. استفاده از دو محفظه (یک محفظه ریختهگری اولیه و یک محفظه خنککننده) منجر به افزایش سرعت پردازش و خروجی میشود که اجازه میدهد فلز مذاب ریختهگری شود در حالی که دیگری سرد و جامد میشود. در شرایطی که وجود هوا می تواند باعث ایجاد عیوب عمده در فلزات ریخته گری شود، عیوب تلاطمی ناشی از حرکت فلز مذاب در سیستم ریخته گری نیز بر کیفیت محصولات تأثیر می گذارد. استفاده از ریخته گری با فشار کم برای مقابله با این مشکلات مرتبط سودمند است. علاوه بر این، تبادل حرارتی سریع همراه با کاهش فشار می تواند سرعت خنک شدن جامد را در قالب افزایش دهد. پوتری و همکاران یک قالب ریخته گری آب بندی شده را معرفی کرد که شامل رسانای حرارتی در پایین قالب ریخته گری است. وجود مناطق رسانای گرما در پایین و ورودیهای مذاب در بالا، تبادل آنی گرما را در طول ورود فلز به قالب فراهم میکند و وجود آن در یک سیستم آب بند شده، کنترل فشار و در نتیجه کنترل خنک شدن را به همراه دارد.

وینسنت و همکاران یک دستگاه توزیع کننده را معرفی کرد که امکان کاهش بیشتر تلاطم در طول ریخته گری را به دنبال دارد. جریان جهتدار فلز از طریق توزیعکننده کنترل نحوه ورود مایع به قالب را فراهم میکند. کاهش سرعت جریان فلز باعث کاهش آنتروپی مایع در حین ریختن می شود که به نوبه خود مشکلات مربوط به تلاطم را کاهش می دهد. عیوب ایجاد شده در ریخته گری فلز را می توان به آسانی از طریق کنترل جریان هوا، فشار و تبادل حرارت مدیریت کرد. چالش بعدی، سرعت خنکسازی و کنترل انقباض فلز حین خنکسازی است. پاول و همکاران [53] یک مکانیسم کنترلشده را معرفی کرد که با قالب ریختهگری و فلز خنککننده ارتباط برقرار میکند تا اندازه و وجود حفرههای جمعشدگی در قالب را کاهش دهد. عیوب، مانند ناهمواری سطح فلز و تخلخل درون فلز، نتیجه حفرههای انقباض است که منجر به محصولات بی کیفیت میشود. استفاده از فیدر یا رایزرهایی که در طول فرآیند خنک سازی حرکت می کنند، وجود حفره های انقباض را کاهش می دهد. فیدرها به فلز مذاب موجود در داخل آنها اجازه می دهد تا به داخل قالب ریخته گری برگردد و انقباض فلز ریخته گری را جبران کند و عیوب احتمالی موجود در محصول را کاهش دهد.

فرآیند ساخت و جفت سازی قالب های ریخته گری در طول قرن گذشته به طرق مختلف تغییر یافته و پیشرفت کرده است. وجود قالب های ریخته گری مقاوم به دماهای بالا یک ضرورت همیشگی جهت ذوب و ریخته گری فلزات است. طیف گسترده ای از مواد برای ساخت قالب های ریخته گری استفاده شده است. بیشتر مواد مورد استفاده معمولاً از ماسه و سایر سیلیکاتها تشکیل می شود، زیرا میتوانند در برابر دمای بالا مقاومت کنند. جایگزین آنها شامل سیلیکون، اپوکسی و سایر قالبهای دمای پایین برای تولید مواد با نقطه ذوب پایین است.

فرآیند شاو برای تهیه مواد مبتنی بر فلز: مبانی علم مواد

"شاو" روشی را برای توسعه قالبهای ریختهگری گزارش کرد که مواد نسوز را با چسبهای حاوی ترکیبات آلکیل ترکیب میکند که هنگام تشکیل قالب، به الکلهای قابل احتراق تبدیل میشوند. این تکنیک فرآیند "انجماد" را بر روی قالب را با سوزاندن الکل اعمال می کند. با سوختن الکل، انتقال حرارت به بدنه قالب اعمال می شود. این امر سطح بیرونی قالب را سخت می کند و منجر به انقباض داخل قالب می شود و آن را به طور یکنواخت متخلخل می کند، که برای حذف گازها در سیستم مفید است.

اکثر فرآیندهای ریختهگری از ریختهگری دقیق پوسته ای (یا ریختهگری «موم فناشونده») برای تشکیل محصولات فلزی استفاده میکنند. علیرغم مزایای آن نسبت به تکنیک های قالب توپر، استفاده از موم به عنوان مدل ریخته گری معایبی نیز دارد. یکی از این معایب مشکل در حذف و بازیافت مواد قالب است. اوایل خارج کردن قطعه نهایی از قالب مومی زمانبر بود، زیرا حذف آن شرایط خاصی نیاز دارد (مانند دما و حلال برای حل کردن مواد). کارتر ترکیبی از دوغاب را برای استفاده بهعنوان قالب برای ریختهگری معرفی کرد و با استفاده از چسب های سرامیکی دما پایین، بر این معایب غلبه کرد. در مقایسه با چسب های دمای بالا که قبلاً استفاده می شد، این چسباننده های دمای پایین پایدار هستند، با تغییرات دما تجزیه نمی شوند و استحکام خود را حفظ می کنند. با این حال، بسیاری از قالبهای مومی و دمای پایین قابل استفاده مجدد نیستند. به همین دلیل، قالبهای شنی و سرامیکی سنتیتر برای حفظ مقرونبهصرفه بیشتر استفاده میشوند. چندین روش در حدود دهه 1970 برای ساخت قالب های جامد توسعه یافت [58-60]. پیشرفتهای بعدی فرآیند تولید قالب منجر به تغییراتی در نحوه تشکیل قالب و ترکیب شیمیایی خود قالب شده است. نشان داده شد که استفاده از دوغاب سرامیکی همراه با آلومینا و مولایت باعث کاهش سرعت خنک شدن می شود. ترکیب آلومینا و مولایت منجر به تحقیقات بیشتر در مورد ترکیب شیمیایی دوغاب سرامیکی شد و زیرکون، کرومیت و شاموت از جمله موادی هستند که در دوغاب گنجانده شده اند. دوغاب های تشکیل شده در مقایسه با قالب های سرامیکی اولیه دارای محدوده دانه بندی گسترده تری هستند که زمان خنک شدن بیشتر و همچنین استحکام سخت تر را امکان پذیر می کند. در واقع، مطالعات بر روی اثرات ترکیب بایندر بر روی خواص ساختاری و فیزیکی قالب سرامیکی زیرکون با استفاده از دو بایندر مختلف (اتیل سیلیکات و اتیل سیلیکات مخلوط با آلومینیوم تری سِک بوتوکسید) نشان داد که بایندر بسیار موثر است. یک قالب سرامیکی با منافذ توزیع شده همگن به حذف گازهای تولید شده در حین ریخته گری کمک می کند. همچنین مشخص شد که قالب سرامیکی به دست آمده با استفاده از اتیل سیلیکات آلومینیوم تری سک بوتوکسید با فلز مایع واکنش نمیدهد و در نتیجه سوختگی سطح در عیوب ریختهگری که در ریختهگریهای فولاد ضد زنگ مشاهده می شود، به طور موثر حذف شد (راهحلی بالقوه برای مشکلات مزمن کربن زدایی و نقص حفره ای، زیرا اکسیژن از سیلیس تولید نمی شود). استفاده از آلومینا و کافور در دوغاب منجر به افزایش استحکام تر تمام سرامیکها شد. استفاده از آلومینا استحکام تر، پختهشده و انبار شده را افزایش داد و کافور نفوذپذیری پوسته و استحکام آن را بهبود بخشید. استفاده از نیترید سیلیکون در دوغاب ها، چگالی ریختگی و استحکام حاصل از ریخته گری را افزایش می دهد، به همین ترتیب، دوغاب های حاوی اکسیدهای فلزی ذره ای (مانند دی اکسید سیلیکون، اکسید آلومینیوم، اکسید تیتانیوم و اکسید روی) و پلی فسفات ها (PO3)n) می تواند استحکام مکانیکی قالب های ریخته گری را در ذوب های دما بالا بهبود بخشد.

کارهای پس از ریخته گری، بخش قابل توجهی از زمان و انرژی ریخته گران را به خود اختصاص می دهد. حذف مواد قالبی که به قطعات ریخته شده چسبیده یا ذوب شده اند، به طور سنتی با فرآیندهای پرتابی (مانند شات بلاست فولادی، آلومینوسیلیکات های ماسه ای) برای حذف قالب استفاده می شود. با این حال، در برخی موارد استفاده از جت آب و آلتراسونیک روند حذف قالب سرامیکی را سریع تر می کند. حذف تغذیه و بخش های اضافه چسبیده به قطعه به طور سنتی با اره کردن، چکش، برش استیلن و دیسک های ساینده حذف می شود. ریخته گری ها همچنین از جت آب با فشار بالا، اولتراسونیک، قیچی پنوماتیک و پلاسما نیز برای سریعتر کردن فرآیند استفاده می کنند. صاف کردن سطوح ریختهگری بهطور سنتی با استفاده از ابزارهای برقی دستی با سنگهای آسیاب و فرز بدست می آید، با این حال، توجه به انجام حداقل مقدار صاف کردن/صیقلکاری معطوف شده است. یک رویکرد برای این کار، توسعه دوغاب با دو یا چند ماده نسوز با چگالی و توزیع اندازه ذرات مختلف است، که در آن مواد نسوز ریز دانه دوغاب در لایه زیرین قالب اعمال می شود و در نتیجه سطوح صاف تر و دقیق تری تولید می کنند. استفاده از مبدل بازیافت حرارت هزینه های برش کاری را کاهش می دهد. همچنین تصفیه آب جت شده برای به حداقل رساندن/حذف آلودگی از مایعات (مانند روغن)، جامدات (مانند ذرات فلز/آلیاژ، شن و ماسه) و غیره هزینه های دفع را به حداقل می رساند و به طور بالقوه امکان بازیافت اجزا را فراهم می کند. واضح است که توانایی تولید ریختهگریهای سفارشی با دقت بالا با ارزش بالا، انگیزهی ادامهی نوآوری در این فرآیند تولید را فراهم می سازد.

فرآیند شاو برای تولید قطعات فلزی: از نظر پایداری

پایداری محرک نوآوری در فرآیندهای تولید است (به عنوان مثال سرمایه گذاری در روباتیک برای انجام فعالیت های خطرناک/تکراری). ارزیابی چرخه زندگی با بررسی اثرات زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی محصولات، توسعه محصولات پایدارتر را فراهم می کند. از جمله این موارد می توان به ارزیابی فرآیندهای ریختهگری فلزات جهت کاهش میزان زبالهها، و استفاده مجدد یا بازیافت آنها نام برد. فرآیند شاو شامل یک سری مراحل است که می توان آنها را از نقطه نظر پایداری بررسی کرد. با توجه به اینکه این فرآیند کار و انرژی زیادی مصرف می کند از این منظر میتواند خطرناک باشد: تهیه یک مدل با قابلیت استفاده مجدد از فلز (در حجم بالا و با طول عمر بالا)، گچ ( حجم کم که به راحتی قابل تعویض است و عمر کوتاه، رزین (حجم متوسط و طول عمر متوسط)، چوب (حجم متوسط تا کم و طول عمر متوسط) و غیره؛ که در آن حجم تولید بالا (10000 عدد)، متوسط (حدود 1000) و تولید کم (100 عدد) است. طول عمر تجهیزات مدل سازی به کیفیت شرایط گه داری بستگی دارد. طول عمر تجهیزات به این صورت است که طولانی (50 سال)، متوسط (20 سال) یا کوتاه (7 سال) است. همچنین ساخت قالب از روی مدل، حذف قالب (استفاده مجدد اختیاری از مدل)، حذف مواد فرار از قالبهای سرامیکی با سوختن، ریختهگری (پر کردن قالبهای سرامیکی با فلز/آلیاژ)، سخت شدن فلز/آلیاژ و حذف مواد قالب، تکمیل محصول (پرداخت سطح ریخته گری). همانطور که در بالا ذکر شد، فرآیند شاو عمدتاً برای تولید دستهای کوچک یا متوسط (اغلب برای ریختهگری اقلام با ارزش بالا) مقرون به صرفه می باشد. مطابقت با مقررات زیستمحیطی (مثلاً وزارت محیطزیست، غذا و امور روستایی انگلستان DEFRA یا آژانس حفاظت از محیط زیست، EPA، در ایالات متحده) در کشورهایی که کارخانه های ریخته گری در آنها مستقر هستند، بر هزینه های این فرآیند تولید تأثیر می گذارد.

نتیجه

ریخته گران به خوبی با فرآیند شاو آشنا هستند و تولید امکان تولید دستهای کوچک/متوسط قطعات با ارزش بالا با این روش وجود دارد. همانطور که در این بررسی کوتاه مشخص شد، سرمایه گذاری قابل توجهی در زمان و تلاش در بهینه سازی این فرآیند با اثرات اقتصادی سودمند قابل توجهی برای صنایع درگیر انجام شده است. رویکردهای تولید افزودنی برای تهیه مواد مبتنی بر فلز، فرصتی را برای صنعت ریختهگری است تا اقلامی با ویژگیهای سفارشی برای مشتریان خود تولید کند (با این حال، رویکردهای تولید افزودنی هنوز تا حدودی در مقایسه با رویکردهای ریخته گری را ایجاد کرده و نیاز به سرمایه گذاری در تاسیسات و کارکنان جدید تولید دارد (استخدام جدید و آموزش/ ارتقاء مهارت نیروی کار موجود). ساخت محصولات، به دلیل مکمل بودن آن از نظر تناسب با تولید اقلام سفارشی با ارزش بالا به این روش مقدور است.

منبع: Review of ceramic mold casting of metal-based materials via the Shaw process; Patrick O. Heasmana, Andrew Doddb, David Chenelerc,d and John G. Hardya,d

+ نوشته شده در دوشنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۴۰۲ ساعت 11:12 توسط میرسیدی  |