ریخته‌گری پیشرفته توسط فوم فدا شونده

ریخته‌گری پیشرفته توسط فوم فدا شونده
مزایا
یافته‌های تحقیقاتی، سبب درک بیشتری از فرایند فوم فدا شونده شده‌اند. تمهیدات جدید کنترل فرایند، منجر به آنالیزهای بهتر و کنترل در هر مرحله از فرایند شده است. این امر، سبب شده تا بتوان به ریخته‌گری با کیفیتی بالا، عملیات کارگاهی با راندمان انرژی بهتر و هزینه‌ای پایین‌تر و کاهش قابل توجه در میزان اسقاط دست یافت. دستاوردهای خاص عبارتند از:
- گیج هوای بدون تماس پیشرفته برای آنالیز ابعادی دقیق
- مراحل پیشرفته تضمین کیفیت داخل کارخانه برای اندازه‌گیری عوامل ریخته‌گری
- گیج پیشرفته دانسیته شن برای اندازه‌گیری میزان فشردگی شن. ابزار همراه، کج و کولگی ریخته‌گری را اندازه‌گیری می‌کند.
- ابزار پیشرفته آنالیز ارتعاشی که وقتی با گیج دانسیته جفت می‌شود، سبب بهینه‌سازی سیکل فشرده‌سازی می‌شود، زمان فشرده‌سازی را تقلیل داده و کژدیسی الگوی کار را کاهش می‌دهد.

موارد کاربرد
فرایند ریخته‌گری با فوم فدا شونده، فناوری بسیاری پیشرفته‏ای برای تولید ادوات متنوع است. این فرایند با حذف درونگاه‌ها، حفره‌های درونگاهی و بواسطه کنترل ابعادی بسیار پیشرفته قطر دیواره ریخته‌گری انجام می‌شود. دانش فزاینده و کنترل فرایند، همواره سبب گستردگی روزافزون روند استفاده از ریخته‌گری فوم فدا شونده آهن و آلومینیوم شده است. جایزه 1998 aspe در حقیقت توسط فرایند ساخت با استفاده از ریخته‌گری با فوم فدا شونده محقق شد.

تمهیدات جدید کنترلی فرایند و دانش فنی، منتهی به استفاده روزافزون از فرایند فوم فدا شونده شده است
ریخته‌گری به روش فوم فدا شونده، دارای محاسن هزینه‌ای و زیست‌محیطی قابل توجهی است و ریخته‌گران فلزی را قادر می‌سازد تا به تولید قطعات پیچیده‌ای که در قالب اوقات امکان تولید آنها توسط دیگر شیوه‌ها نیست، مبادرت کنند. فرایند مذکور طراحان را قادر به ادغام قطعات، کاهش عملیات ماشین‌کاری و به حداقل رسانیدن عملیات مربوط به مونتاژ می‌کند. این فرایند همچنین با تسهیل ریخته‌گری، سبب کاهش اسقاط جامدات و برون‏پاش‌های مربوطه می‌شود. تحقیقی که در وزارت انرژی ایالات متحده امریکا و کنسرسیومی صنعتی پایه‌گذاری شد و در دانشگاه آلاباما2 در مرکز فناوری فوم فداشونده بیرمنگام3 انجام شد موجب پیشرفت‌های چشمگیری در کنترل فرایند فوم فدا شونده شده است. این پیشرفت‌ها همواره برای استفاده در صنایع ادامه یافته است.
در فرایند فوم فدا شونده، ابتدا قالب اصلی (الگو) فومی که از نظر هندسی مانند قطعه فلزی نهایی مورد نظر است، ساخته می‌شود. پس از یک دوره تثبیت کننده، قالب اصلی در درون یک محلول آب که دارای مواد معلق مقاوم در برابر حرارت (دیرگداز)4 است قرار داده می‌شود. مواد مقاوم در برابر حرارت (دیرگداز) به عنوان پوششی، روی قالب اصلی فومی را می‌پوشاند و لایه‌ای نازک و مقاوم در برابر حرارت را بر روی فوم باقی می‌گذارد که به تدریج در هوای معمولی خشک می‌شود. زمانی که خشک شدن تکمیل شد، فوم اندود شده را در درون یک محفظه استیل به صورت معلق قرار می‌دهند. این محفظه استیل همواره مرتعش می‌شود و در این حال، شن نیز اضافه می‌شود. به‏گونه‌ای که اطراف قالب اصلی اندود شده را احاطه می‌کند. شن، سبب حمایت مکانیکی برای لایه نازک ماده مقاوم در برابر حرارت می‌شود. سپس فلز مذاب به داخل قالب ریخته می‌شود و این فلز مذاب، فوم را ذوب و بخار می‌کند. فلز سخت شده تقریباً نسخه دقیقی از قالب اصلی را ایجاد می‌کند. این فلز سخت شده در صورت لزوم تحت ماشین‌کاری قرار خواهد گرفت تا بتوان به فرم نهایی مطلوب دست یافت.
به منظور اطمینان از حصول کیفیت بالا در ریخته‌گری، همواره کنترل‌های مقتضی می‌بایست در هر مرحله از فرایند اعمال شود. عدم وجود دانش اصولی و صحیح در خصوص فرایند که به منظور کنترل تمهیدات مقتضی لازم است، باعث شده تا محبوبیت و مقبولیت ریخته‌گری توسط فوم فدا شونده همواره با کندی مواجه ‌شود.

ساخت اجزای مهندسی پیشرفته با استفاده از فناوری ریخته‌گری با فوم فدا شونده:
فرایند ریخته‌گری با فوم فدا شونده به واسطه ادغام چندین بخش ریخته‌گری به یک ریخته‌گری، سبب تولید قطعات ارزشمندی شده است. این فرایند همچنین با کاهش عملیات ماشین کاری و هزینه‌های مربوط به مونتاژ، سبب ارتقای راندمان انرژی شده است و نیز از طریق دستیابی به تولید فلزی بهتر، کاهش میزان مصرف مواد با حذف درون‌گاه‌ها و بهینه‌سازی دقت ابعادی ریخته‌گری سبب شده تا بتوان به تولید قطعات مهم دست یافت. کلیه این مشخصات منحصر بفرد فرایندی سبب کاهش میزان انرژی مصرفی در خلال مراحل ساخت می‌شود.
تولید به روش ریخته‌گری با فوم فدا شونده از نقطه نظر میزان عددی، رشد قابل توجهی داشته است. به‌گونه‌ای که میزان آن از حدود پنج میلیون دلار در 1988 به هشت صد میلیون دلار در سال 2002 رسیده است. این امر، نتیجه سرمایه‌گذاری مداوم در این صنعت به واسطه مساعدت‌های مالی از طرف برنامه فناوری صنعتی وزارت انرژی5 برای حمایت توسعه فنی آن بوده است. در این زمان، بسیاری از مشکلات فنی حل شده‌اند و فناوری مذکور به درون کارخانه راه یافته است. به گونه‌ای که شاهد کاهش اسقاط از 25 درصد به کمتر از 3 درصد بوده‌ایم.
برنامه تحقیق و توسعه پیشنهادی که توسط یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه آلاباما واقع در بیرمنگام هدایت می‌شود بواسطه گسترش جایگاه فوم فدا شونده در بازار سعی در کاهش بیشتر اسقاط ریخته‌گری و تکامل بیشتر این فناوری دارد. کاهش خلل و فرج (پروزیته)6 و عیوب پلیسه‌ای سبب بهبود راندمان تولید، خواص مکانیکی و مقبولیت در بازار قطعات ریخته‌گری شده خواهد شد. هر سه مزیت فوق، سبب کاهش میزان انرژی مصرفی در خلال فرایند ریخته‌گری می‌شود.

مزایای موجود برای صنعت و کشور ما
- افزایش کیفیت ریخته‌گری با فوم فدا شونده
- بهبود راندمان تولید
- کاهش میزان انرژی مصرفی
- افزایش مقبولیت در بازار قطعات ریخته‌گری شده
- کاهش میزان اسقاط
کاربرد در صنایع کشور ما
کاهش میزان خلل و فرج (پروزیته) و نواقص پلیسه‌ای در ریخته‌گری با فوم فدا شونده سبب افزایش راندمان تولید، خواص مکانیکی و مقبولیت در بازار قطعات ریخته‌گری شده خواهد شد. شورای فوم فدا شونده اروپا که سال گذشته در دانشگاه پدربورن شکل گرفت، موفقیت این نوع رویکرد را مرهون توسعه سریع و به‌کارگیری تجاری فناوری ریخته‌گری با استفاده از فوم فدا شونده می‌داند.


برخی ریخته‌گری‌های آلومینیوم به وسیله فوم فدا شونده
در حالی که از فرایند ecp به طور گسترده در ساخت منیفولدها استفاده می‌شود، قسمت‌های دیگری نیز از قبیل سرسیلندرها، مبدل‌های حرارتی و اجزای بیرونی موتورهای زیردریایی توسط این فرایند تولید می‌شوند.


بنابراین کارخانجات سازنده، درخصوص هزینه‌های زیر صرفه‌جویی می‌کنند:
- هزینه ماهیچه‌ها
- دسترسی به نقطه تسلیم بالاتر
- دسترسی به وزن پایین‌تر
- افزایش تولید
در حال حاضر، آزمایش‌های وسیعی به منظور اثبات خواص مکانیکی قطعه در حال انجام است. حد خستگی در این فرایند، به‌طور قابل ملاحظه‌ای بالاتر از روش دایکست ثقلی است و در حال حاضر، تولید به روش ecp در کنار دایکست ثقلی به منظور سنجش هزینه صحیح در دوره طولانی تولید، آغاز شده است.
نتیجه‌گیری
کاربرد روش ریخته‌گری تبخیری یا lost foam به‌طور گسترده، مشکلات تکنیکی را در سراسر دنیا مرتفع ساخته است. کلید موفقیت شرکت‌ها در استفاده از این روش، انتخاب صحیح کاربردهاست. در برخی از موارد این روش از نظر هزینه مستقیماً با ریخته‌گری‌های رایج مقایسه می‌شود، اما به منظور حصول بیشترین مزایا نیاز به بهینه‌سازی در طراحی اجزا برای کاربرد صورت‌های خاص، احتمالاً با مراحلی از این قبیل است:
- به حداقل رساندن شیب مدل
- ضخامت دیواره‌ها را می‌توان به شکل عمودی طراحی کرد
- دقت ابعادی یکسان در تولید
- قابلیت چسباندن مدل‌ها به یکدیگر برای ساخت اشکال پیچیده
- حذف اثر خط جدایش
- عدم نیاز به کف تراشی
- کاهش استهلاک ابزار
- این فرایند، قابلیت طراحی در خصوص بسیاری از موارد ریخته‌گری دقیق با فوم از بین رونده را دارد و هزینه آن از قالب‌های ماسه‌ای و یا دایکست ثقلی پایین‌تر است.