روش قالبگیری با گاز CO₂

Na₂O.(X)SiO₂+XH₂O+CO₂àNa₂CO₃+SiO₂X(H₂O)

این واکنش بین ماسه و سیلیکات سدیم ( آب شیشه) و CO₂ است.

دراین فرآیند از سیلیکات سدیم به عنوان چسب اصلی جهت استحکام بخشی ماسه ها استفاده می شود .به طوری که در حالت  تر  وقتی که چسب سیلیکات سدیم با ماسه مخلوط شد آن را روی مدل ریخته گری یا داخل جعبه ماهیچه ریخته و با نیروی کم کوبیده می شود ت شکل خود را حفظ کند.سپس گاز CO₂ به درون ماسه تزریق شده و باعث تکمیل واکنش استحکام بخشی ماسه شده و استحکام آن را به مقدار زیادی افزایش می دهد.

مزایای روش CO₂

1)این روش شبیه قالبگیری ماسه تر بوده ،فقط استحکام آن بالاتر است.لذا برای نگه داشتن شکل قطعات پیچیده احتیاج به آرماتور بندی اضافی درون ماسه نیست.

2)استفاده از این چسب و اجرای روش قالبگیری نیاز به افراد متخصص و وسایل پیشرفته ندارد.

3)قالب و ماهیچه های تولید شده در این روش احتیاج به خشک شدن در گرم خانه ندارند.

4)قالبها و ماهیچه های تولیدی با این روش دارای صافی سطح و دقت ابعادی بالایی بوده ،لذا کیفیت سطح قطعه نهایی نیز بالا خواهد بود.

5)به علت وجود خاک رس خیلی کم دراین روش قابلیت عبور گاز در قالب و ماهیچه ها بالا است.

6)از نظر محیط زیست و سلامتی پرسونل این روش بر سایر چسبهای شیمیایی برتری دارد زیرا چسب سیلیکات سدیم غیر سمی، بی بو و غیر قابل احتراق است.

7)چون این چسب به راحتی در آب حل می شود لذا استفاده مجدد ماسه های مصرفی ممکن خواهد بود.

معایب روش CO₂

1)عیب و محدودیت اساسی این روش مربوط به پایین بودن قابلیت خرد شوندگی قالب پس از اتمام رخیته گری است.

2)در ثابت نگه داشتن مقادیر چسب،ماسه و گاز CO₂ در محدوده مشخصی باید دقت به خرج داد.زیرا خروج از آن منجر به اشکال در قالبگیری و ایجاد قطعات معیوب خواهد شد.

3)زمان نگهداری ماسه مخلوط با سیلیکات سدیم خیلی محدود است. یعنی باید سریعا عمل قالبگیری و گازدهی را انجام داد  وگرنه در اثر جذب CO₂  از هوا ماسه سفت می گردد.

4)ماهیچه ها و قالبهایی که پس از تزریق CO₂ نیز سفت شده اند را نباید بیش از 24 ساعت نگهداری کرد ،زیرا با جذب  CO₂از هوا باعث ایجاد عیب می گردد.

اجزای روش CO₂

1)سیلیکات سدیم (آب شیشه): سیلیکات سدیم سیال از تاثیر خاکستر سودایی مذاب(Na₂O) روی ماسه سیلیسی خالص (Si₂O) حاصل می شود.نسبت وزنی Si₂O و Na₂O به مدول آب شیشه معروف است و معمولا رقم آن در حدود 22/3 به 1 می باشد . مواد مذاب حاصل با این روش دارای ویسکوزیتهء خیلی بالایی هستند.این مواد را در اتمسفر تحت فشار و درجه حرارت بالا با آب مخلوط کرده تا غلظت آن تغییر نماید. آب شیشه به دست آمده با این روش بیشتر در صنایع مواد شوینده استفاده می شود.جهت تهیهء آب شیشه مناسب برای ریخته گری حدود 6/1 به 1 است که در شرایطی همچون مایچه سازی می واند تا 2/1 به 1 نیز کاهش یابد. معمولا در صنعت برای مشخص کردن آب شیشه علاوه بر مدول دانسیته (غلظت)آن در مقیاس تادل (Twaddel) نیز که با علامت Tw نشان داده می شود،باید بیان گردد.عدد Tw با ضرب دو رقم بعد از میز چگالی آ ب شیشه در عدد 2 به دست می آید .مثلا اگر چگالی آب شیشه 4/1  گرم به سانتیمترمربع باشد.مقدار Tw برابر 80 خواهد شد.

2)ماسه مصرفی

الف)خلوص ماسه:ماسه باید عاری از رطوبت باشد تا نتوان بر روی نسبت های دقیق موجود در ترکیب اثر گذارد.در این حالت میزان رطوبت مخلوط نباید از 256/0 افزایش پیدا کند.

ب) شکل و اندازه ماسه: باریز شدن اندازهء دانه های ماسه، استحکام آن نیز بالا خواهد رفت.همزمان با عمل هم مصرف سیلیکات سدیم افزایش می یابد و هم قابلیت عبور گاز هم می گردد.لذا تا حد امکان باید از ماسه های درشت تر استفاده کرد.معمولا عدد ریزی مناسب در حدود 55 تا 85AFS است.شکل دانه های مصرفی باید گرد و کروی باشد.

ج)خاک رس ماسه: عمدتا وجود خاک رس از نوع بنتونیتی در مخلوط ماسه موجب می شود که استحکام آن پس از گازدهی افت یابد.بنابراین ارگ لازم بود به ماسه خاک رس اضافه گردد از خاک رس کائولیت استفاده می کنیم و اصولا برای افزایش قابلیت متلاشی شدن ماسه پس از ریخته گری تا حدود5/2 درصد وزنی خاک رسی کائولینی اضافه می کنیم.

مواد افزودنی به مخلوط ماسه:

پودر گرافیت:به منظور افزایش کیفیت سطح قطعه و همچنین کاهش استحکام پس ماند به مخلوط ماسه افزوده می شود.مقدار گرافتی حدود 1درصد است و افزایش بش از حد موجب می شود که  تاثیرات سوئی بر استحکام خشک اتفاق بیفتد.بعضی اوقات از شکر (اضافه چغندر قند) و دکسترین به عنوان کاهنده استحکام پسماند استفاده می گردد.افزودن حدود 2 درصد از این مواد موجب افت استحکام پس ماند خواهد شد.

مخلوط شدن ماسه با چسب و افزودن مخلوط کردن ماسه با چسب سیلیکات سدیم و سایر افزودنی ها باید به طور کامل همگن عملی شود وگرنه اگر مناطقی از مخلوط چسب و افزودنی ها به صورت توده ای بدون خلوط شدن بماند موجب ایجاد اشکالات زیر می گردد؛

1)واکنش استحکام بخشی چسب و ماسه کامل عملی نمی شود.

2)در بعضی نقاط رسوبات Na₂O ،انباشته شده که موجب افت شدید نقطه زینتر ماسه می گردد.

3)استحکام قالب پس از عمل گازدهی یکنواخت نخواهد شد.

4)روان و سیال بودن ماسه در حین قالبگیری با اشکال مواجه می شود.

روشهای مختلف گازدهی ماسه:

گازدهی با پروب:این روش مرسومترین نوع گازدهی قالب می باشد و به این صورت انجام می شود که میله هایی با قطر حدود 3 میلیمتر در ماسه فشرده شده فروکرده تا قالب سوراخ شود.باید توجه داشت که فاصله نوک فرورفتگی از محل تماس مذاب با قالب حدود 25 میلیمتر فاصله داشته باشد.

فاصله بین هر دو سوراخ به میزان 150 میلیمترکافی است.پس از آن درهر یک از سوراخ ها CO₂ می دمیم.دبی گاز حدودا 4 تا 7 کیلوگرم­برساعت و فشار آن 20 تا 40 PSI  است.

گازدهی با محفظه:در این روش که برای قطعات بزرگ استفاده می گردد و معمولا ماسه سیلیکاتی فقط روی لایه ای از مدل ریخته می شود،استفاده می گردد.در این جا پس از درآوردن مدل از قالب یک صفحه روی طرف باز درجه گذاشته و کناره های آن را با سطح لبه درجه آب بندی می کنیم و پس از آن گاز CO₂ دمیده می شود.

گازدهی از سطح مدل:در این قبیل قالبها،گازدهی از سطح مدل انجام می شود. به این صورت که در نقاط مختلف از مدل،سوراخهایی ایجاد کرده و در سر هر سوراخ یک سوپاپ یک طرفه نصب می شود به طوری که از داخل ستون ماسه به سوراخ ها جلوگیری می شود ولی از طرف دیگر گاز می تواند به راحتی عبور کرده و وارد حجم ماسه شود.

مقدار فشار گاز لازم:هر چه قدر عدد ریزی ماسه افزایش یابد به همان نسبت نیز مقدار چسب مصرفی بیشتبی می شود از طرف دیگر هر چه قدر مقدار چسب بیشتر گردد مقدار ماسه مصرفی نیز بیشتر خواهد شد.باید در نظر دشات که نوع منحنی تغییرات استحکام فشاری ماسه نسبت به مقدار گاز CO₂مصرفی نیست و هموغره با افزایش CO₂ استحکام افزایش نمی یابد و تنا در مراحل اولیه است که این افزایش مشاهد می شود.در هر اندازه دانه­های ماسه خاص ین فشار  زمان گازدهی در ناحیه مشخصی منجر به بیشترین استحکام شده و پس از آن استحکام کاهش می یابد.

بیشترین استحکام برای انواع ماسه در حوالی 5 تا 20 است .(PSI*min).

اگر زمان و فشار گازدهی  را از این میزان بیشتر کنیم استحکام کاهش می یابد. این افت استحکام در اثر پدیده­ای به نم بیشگازدهی نامه می شود.در این پدیده به جای رسوبات چسبناک سیلیس ژله ای در بین دانه های ماسه مواد غیر چسبی دیگری به نام ( بی کربنات سدیم) رسوب خواهد کرد که موجب کاهش یا از بین رفتن تمام اتصالات بین دانه اهی ماسه خواهد شد.تجربه نشان می دهد که  بیشترین استحکام موقعی به دست می آید که سطح فشار گاز پایین بوده و زمان گازدهی را طولانی انتخاب کنیم.این روش در عمل به این صورت است که عمل گازدهی به مقدار کمی توسط گاز فشار پایین شروع شده و میزان گاز را به حد نهایی نمی رسانیم.مابقی گاز مورد نیاز از طریق نگه داشتن قالب در هوای آزاد انجام می شود.

موارد کاربرد قالبگیری CO₂

از این روش می توان در پروسهء قالبگیری و ماهیچه سازی در اکثر موارد ساتفاده کرد.اما در بعضی از روشها این مورد مرسومتر است.

1)قالبگیری در کف کارگاه:معمولا در این روش قالبگیری قالبها از نظر ابعادی وسیع بوده و در کف کارگاه درون گودال ایجاد شده یا در جه­های آن به وسیلهء آجرچینی روی کف ایجاد می شود.

2)ماهیچه سازی :به علت بالا بودن دقت ابعادی این روش اکثر ماهیچه­ها به این روش ساخته می شود.از طرفی چون استحکام ماسه­ها کم است.لذا مخلوط ماسه و چسب سیلیکات می تواند به شکل ماهیچه­های پیچیده ساخته شود.