ریخته گری تحت فشار چیست؟
ريخته گری تحت فشار نوعی ريخته گری می باشد که مواد مذاب تحت فشار به داخل قالب تزريق می شود. اين سيستم بر خلاف سيستم هايی که مذاب تحت نيروی وزن خود به داخل قالب می رود، دارای قابليت توليد قطعات محکم و بدون مک (حفره هاي درونی) مي باشد. دای کاست سريع ترين راه توليد يک محصول از فلز می باشد.
بعضی قطعاتی که با دای کستينگ توليد می شوند عبارتند از: کاربراتورها، موتورها، قطعات ماشين های اداری، قطعات لوازم کار، ابزارهای دستی و اسباب بازی ها. وزن اکثر قطعات ريختگی اين فرايند از کمتر از ۹۰ گرم تا حدود ۲۵ کيلوگرم تغيير می کند.
ريخته گری دايكاست يكي از اقتصادی ترين روش های توليد در صنعت ريخته گری است به همين دليل است كه توليد قطعات دايكاست در اكثر كشورها سال به سال فزونی يافته است. در حال حاضر براي نمونه، سهم اين نوع توليد در آلمان بيش از نصف كل توليدات ريخته گري فلزات غير آهنی می باشد.
مزايای ريخته گری تحت فشار
- توليد انبوه و با صرفه
- توليد قطعه مرغوب باسطح مقطع نازک
- توليد قطعات پيچيده
- قطعات توليد شده در اين سيستم از پرداخت خوبي برخوردار است.
- قطعه توليد شده استحکام خوبي دارد.
- در زمان کوتاه توليد زيادي را امکان مي دهد.
معايب ريخته گري تحت فشار
- هزينه بالا
- وزن قطعات در اين سيستم محدويت دارد.
- از فلزاتي که نقطه ذوب آنها در حدود آلياژ مس مي باشد مي توان استفاده نمود.
ماشين های دايکاست
اين ماشين ها دو نوع کلي دارند:
۱- ماشين های با محفظه تزريق سرد: Cold chamber در اين نوع سيلندر تزريق خارج از مذاب بوده و فلزاتي مانند AL و Cu و mg تزريق مي شود و مواد مذاب توسط دست به داخل سيلندر تزريق منتقل می شود.
۲- ماشين های با محفظه تزريق گرم: Hot chamber در اين نوع سيلندر تزريق داخل مذاب و کوره بوده و فلزاتي مانند سرب خشک و روي تزريق می شود و مذاب اتوماتيک تزريق می شود.
محدوديت هاي سيستم سرد کار افقي
- لزوم داشتن کوره های اصلي و فرعي براي تهيه مذاب و رساندن مذاب به داخل سيلندر تزريق
- طولاني بودن مراحل کاری
- امکان به وجود آمدن نقص در قطعه به دليل افت حرارت مذاب آکومولاتور
بسته نگه داشتن قالب (قفل قالب DIE LOCK)
فشارهايي که در ريخته گری تحت فشار در فلز مذاب به وجود می ايند مستلزم داشتن تجهيزات ويژه جهت بسته نگه داشتن قالب می باشد تا از فشاری که برای باز کردن قالب در طی تزريق به وجود می آيد و باعث پاشيدن فلز از سطح جدا کننده قالب مي شود اجتناب شده و تلرانس های اندازه قطعه ريختگي تضمين گردد. قالب های دايکاست به صورت دو تکه ساخته می شوند. يک نيمه قالب به کفشک ثابت (طرف تزريق) و نيمه ديگر به کفشک متحرک (طرف بيرون انداز) بسته می شود. قسمت متحرک قالب بوسيله ماشين روی خط مستقيم به جلو و عقب می رود و به اين ترتيب قالب دايکاست باز و بسته می شود. بسته نگه داشتن هر دو نيمه قالب طی تزريق، بسته به طراحی ماشين ريخته گری تحت فشار با روش های مختلف صورت می گيرد. يک روش اتصال با نيرو است که از طريق اعمال يک نيروی هيدروليکی بر کفشک متحرک به وجود می آيد. روش ديگر اتصال با فرم به کمک قفل و بندهای مکانيکی صورت می گيرد. اين قفل و بند ها فقط با يک نيروی کوچک پيش تنش کار می کنند. در هر دو مورد يک بسته نگه دارنده ايجاد می گردد که با نيروی به وجود آمده باز کننده در قالب دايکاست مقابله مي کند. نيروی باز کننده نتيجه فشار تزريق است که هنگام پر کردن قالب ايجاد می گردد.
سيستم قفل قالب به روش اتصال با نيرو معمولا شامل قسمت هاي زير است
- دوميز ثابت جلو و عقب و يك ميز متحرک ميانی
- چهار عدد بازوي راهنما و هشت عدد مهره فيكس
- سيلندر محرك ميز متحرك
قدرت قفل شوندگي قالب بستگي به موارد زير دارد
- قدرت پمپ
- قدرت سيلندر محرک ميز
- قدرت چهار عدد ميله راهنما
قالب های دايکاست
قالب دايکاست عبارت است يک قالب دائمی فلزی بر روی يک ماشين ريخته گری تحت فشار که براي توليد قطعات ريختگی تحت فشار به کار می رود. هدايت کردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط کانال هايی انجام می گيرد که به آن سيستم مدخل تزريق –راهگاه- گلويی گفته مي شود. هر قالب دايکاست از دو قسمت تشکيل شده است تا بتوان قطعه را بعد از انجماد از حفره قالب بيرون آورد. اجزاء قالب دايکاست که با فلز ريختگي مذاب در تماس هستند از فولاد گرم کار و يا از آلياژهای مخصوص نسوز و مقاوم در برابر تغيير دما ساخته می شود.
تقسيم قالب
همان طور كه ذكر شد هر قالب دايكاست به صورت دو تكه است يعنی قالب از يک نيمه ثابت(طرف تزريق) و يک متحرک (طرف بيرون انداز) تشكيل شده است. نيمه ثابت قالب (نيمه تزريق قالب) به كفشک ثابت ماشين ريخته گری تحت فشار مونتاژ می شود. در حالی كه نيمه متحرک قالب (نيمه بيرون انداز قالب) به كفشک متحرک محكم می شود هر دو نيمه قالب در حالت آماده تزريق بسته هستند و با نيروی بسته نگهدارنده ای كه از طرف ماشين ايجاد می گردد، در حالت بسته نگه داشته می شوند. سطح تماس هر دو نيمه قالب، سطح جدايش قالب ناميده می شود. براي اجتناب از نفوذ فلز مذاب به خارج بايستی سطح قالب كاملاً آب بندی و از اين جهت به صورت سطح سنگ زني شده و يا هم سطح شده باشد. دقت انطباق صفحات قالب كه روی هم قرار می گيرند اهميت زيادی دارند. بهتر است كه لبه خارجی در هر دو صفحه قالب حدواً ۱ m m تا ۲ m m تحت زاويه ۴ ۵ پخ زده شوند. به اين ترتيب از خرابی لبه ها توسط ضربه يا برخورد كه منجر به تغيير شكل لبه ها می گردد و مي توانند دقت انطباق را بر هم بزنند اجتناب می شود.
تخليه هوای قالب
يكی از شرايط مهم برای توليد قطعات مهم توليد تزريقی بدون عيب آن است كه در موقع تزريق مقدار گازهای محبوس در ساختار قطعه محبوس در ساختار قطعه تا حد امكان كم باشد. و اين تعداد كم تخلخل های گازی با ابعاد كوچک ميكروسكوپی به هم فشرده شوند. بدين ترتيب دو خواسته مطرح می گردد.
اولاً بايد در پروسه تزريق تا حد امكان هيچ هوايی از تجهيزات تزريق به درون مذاب نفوذ نكند. ثانياً هوای موجود در كانال تغذيه و حفره قالب بتواند هنگام تزريق بطور كامل خارج گردد.
فشردن تخلخل هاي باقيمانده در قطعه از طريق اعمال فشار نهايی بعد از پر شدن قالب صورت مي گيرد. اين فشار نهايی را می توان از طريق اتصال يک مولتی بليكاتور افزايش داد. اولين خواسته به خصوص به واحد ريخته گری و در اينجا قبل از هر چيز به سيستم كنترل محرک ريختگی و مربوط می باشد. بايستی توجه داشت كه پيستون مذاب آهسته حركت كرده و فلز مذاب قبل از آنكه با سرعت براي پوشيدن قالب شتاب بگيرد در محفظه انتقال جمع گردد. تجمع در محفظه انتقال بدون تشكيل يک موج برگشتی از نفوذ هوا به درون محفظه انتقال جلوگيری كرده و شرايط را براي خروج بلا مانع هوای وارد شده از طريق جريان فلز به درون كانال تغذيه و حفره قالب و سپس از آنجا توسط كانال های تخليه هوا به بيرون آماده فرايندهای ويژه، مانند حركت شتابدار پيستون مذاب، تأثير مبتنی بر كاهش هوا و ناخالصی های گازی در فلز تزريقی می گذارند.
درخواست دوم مربوط به تخليه هوای حفره قالب مربوط است. هوای نفوذی توسط جريان فلز بايستی به راحتی خارج گردد. بنابر اين بايستی كانال هايی برای تخليه هوا در نظر گرفت تا هوای گازهای قالب بتوانند از طريق آنها به بيرون انتقال يابند. تخليه ناقص هوا از قالب يكي از علت های رايج عدم نفوذ كيفيت قطعه می باشد. برحسب تجربه پايين بودن بيش از اندازه سرعت فلز باعث عيوب ريختگي مانند سطح خارجي زبر و رگه دار تزريق سرد و ناخالصي هايی گازی می گردد.
بنابراين سرعت جريان فلز مذاب در حفره قالب تا وقتی كه قالب كاملاً پر شود با ازدياد فشار گاز (در نتيجه تخليه خيلی آهسته هوا) كاهش می يابد. فشار گاز در حفره قالب از گلوئی تا آخرين ناحيه پر شده حفره قالب افزايش می يابد. با توجه به ميزان اثر گذاری تخليه هوای قالب، اندازه حد اكثر فشار گاز متفاوت است. تجمع عيوب ريختگی در آخرين قسمت هاي پر شده قطعه تزريقی هميشه نمايانگر آن است كه تخليه هوا ناقص انجام گرفته است. بهبود و توسعه تخليه هوای قالب در اين نقاط از حفره قالب خطر عيوب ريختگی را كاهش می دهد، زيرا به اين ترتيب فشار گاز پايين آمده و متناسب با آن سرعت جريان فلز مذاب كمتر می گردد.
به اين ترتيب بايستی در قالب دايكاست كانال هايی با ابعاد كافی براي سطح مقطع جهت تخليه هوا تغيير گردند همه سطوح انطباقي قسمت های قالب در حفره قالب (مغزی ها قالب، ماهيچه ها ثابت و متحرک، پينهاي پران) و طبيعتاً سطح جدايش قالب نيز در تخليه هوا مؤثر هستند اما معمولاً اين مقاطع كه در تخليه هوا نقش دارند به آن اندازه ای نيستند كه هوای موجود در قالب تزريق را در مدت زمان بسيار كوتاه پر شدن قالب بطور كامل تخليه نمايند. سطوح جدايش قالب بويژه در قالب های جديد غالباً با دقت زيادی ماشين كاری و آب بندی می گردند. بطوری كه سهم آنها در تخليه هوا ناچيز است.
كانال های تخليه هوا در سطح جدايش قالب مرز كاری می گردند و از كناره حفره قالب يا از سر باره گيره ها بصورت خط مستقيم تا لبه خارجی هدايت می شود.
عرض كانال ها در حدود ۱۰mm تا ۱۵mm و عمق آنها ۰٫۱mm تا ۰٫۲ mm است فلز مذاب به درون كانال هاي تخليه هوا نفوذ می كنند. اما طول نفوذ براي يک كانال با عمق ۰٫۲mm بسيار كوتاه است. براي جلوگيری از تخلخل های ايجاد شده در اينجا، كانال های تخليه هوا در سر باره گيره ها قرار داده می شود و اين سر باره گيره ها در پليسه گيري ان جدا می گردند.
طول كانال های تخليه هوا بايد حداقل ۱۰۰ mm باشد و به همان اندازه بايستی ما براي آن بر روي سطح جدايش در اختيار باشد. وجود كانال های تخليه هوا فقط در يكي از دو نيمه قالب در سطح جدايش كافی است.
بهتر است هميشه از ماهيچه هاي ثابت موجود در قالب دايكاست نيز جهت تخليه هواي قالب بهره برد. برای اين منظور با يک لقی انطباق حدوداً ۰٫۰۵ mm در صفحه قالب قرار داده می شوند.
بايد به فاصله تقريباً ۱۰۰mm از پشت ديواره قالب، يک گاه در نظر گرفته شود تا هوای رانده شده جمع آوری و سپس از طريق سطح ايجاد شده بر روی شفت ماهيچه به خارج انتقال يابد. همچنين سطوح لغزش ماهيچه های متحرک، كه داراي يک لقی انطباق زياد در حدود ۰٫۱ mm هستند و نيز پين های پران كه معمولاً بالقی كمتر از ۰٫۰۳ mm نصب می گردند در تخليه هوا مؤثرند.
در حالي كه این روش ها ممكن جهت تخليه هواي قالب كه از آنها نام برده شد، تنها برای آن بكار می روند تا هوای رانده شده از فلز تزريقی را از حفره قالب دور نگهدارند و از تشكيل يک فشار معكوس و مزاحم گاز در حفره قالب جلوگيري كنند. از طرف ديگر بايستی تدابيری نيز جهت انتقال هوای محبوس در جريان فلز به بيرون انديشد معمولاً تا حدودی تشكيل حركت گردابی در جريان پر كننده اجتناب ناپذير است. بطوری كه مثلاً در تغيير مسير جريان و در برخورد ماهيچه های بر آمده و ديوارهاي قالب و هم چنين توسط یک جريان برگشتی امكان تشكيل گرداب وجود دارد. به علاوه باقيمانده مواد جدايش با جريان تزريق همراه شده و يا توسط آن شسته می شوند از اين رو اتخاذ تدابير بايستی هوا، گازهای قالب و يا اكسيد های به وجود آمده توسط حركت گردابی فلز مذاب جمع آوری و از حفره قالب خارج گردند برای اين منظور از قسمت های بنام سر باره گيرها مناطق فرزگازی شده كوچكي در صفحه قالب نزديک كنارحفره قالب می باشند كه توسط يک گلويی نازک به حفره قالب متصل می گردند. به اين ترتيب فلز مذاب به درون سر باره گير سر ريز می شود. با توجه به اين كه به خصوص ابتدای جريان تزريق، يعنی جبهه جريان، از هوا، اكسيدها و باقيمانده مواد جداكننده فنی می باشد سر باره گيرها بويژه در جايی در نظر گرفته می شوند كه در آنجا جبهه جريان به ديواره قالب پرتاب می گردد. بنابراين سر باره گير فلز تزريقی را كه ديگر شرايط مطلوب كيفی را دار نمی باشد گرفته و از حفره قالب دور می كند.
براي طراحی صحيح سر باره گير بايستی تصور روشنی از نحوه تغييرات جريان داشت. سرباره گيره ها بر حسب نوع گلویی، كه نحوه تغييرات جريان را مشخص می كنند هميشه در ناحيه انتهای جريان پركننده قرار داده می شوند.
گرم كردن قالب
قالب دايكاست بايستی بر روی ماشين دايكاست قبل از شروع بكار تا دمای لازم گرم گردد. تحت هیچ شرايطی نبايستی با يک قالب سرد و يا به قدر كافی خنک نشده ريخته گری را آغاز نمود ، در غير اين صورت تنش های حرارتی بالايی در سطح خارجی قالب پديد می آيند ، كه معمولاً از بين نمی روند و باعث تشكيل ترک های زود رس ناشی از سوختگی می گردند.
دمای گرم كردن قالب بايستی تقريباً به اندازه ميانگين دمای قالب که براي ريخته گری ضروری است باشد (آلياژ آلومينيم از ۲۵۰ تا ۳۱۰) بطور كلی اگر در مرز بالای درجه حرارت های توصيه شده براي قالب بهتر بوده و طول عمر قالب می تواند بطور قابل ملاحظه ای افزايش يابد، زيرا اختلاف بين دمای ريخته گری و دمای قالب كمتر است. اندازه تنش های متناوب حرارتی به عنوان عامل تشكيل ترک های ناشی از سوختگی به دمای قالب بستگی دارد. هر چه افت حرارتی بين دمای ريختگری و دمای قالب كمتر باشد، به همان نسبت نيز انبساط در سطح خارجي قالب و خطر ايجاد ترک كمتر است.
براي گرم كردن از دستگاه هاي گرم كننده به تنهايي و همراه با دستگاه هاي خنك كننده استفاده مي شود. مشعلهاي گازي بخاطر اين كه اجزاء بر جسته قالب ، ماهيچه هاي نازك و پينهاي پران شديد تر از نواحي ضخيمتر قالب گرم مي كنند مناسب نمي باشند در اين گونه مواد خطر گرم شدن بيش از اندازه موضعي در فولاد عمليات حرارتي شده قالب وجود دارد، كه تأثيري مانند عمليات بازگشت پس از آن به جا مي گذارد و مي تواند باعث كاهش استحكام گردد. براي اين منظور گرم كننده هاي مادون قرمز و يا گرم كننده هاي سراميكي ، گازي كه توزيع حرارتي نسبتاً يكنواختي بوجود مي آورند و مناسب ترند اين نوع دستگاهها به شكل قاب و يا جعبه ساخته شده و بين دو نيمه باز شده قالب قرار داده مي شوند. اما در اينجا هم بايستي توجه داشت كه هيچ جايي بيش از اندازه گرم نشود و يا در نواحي مشخص از قالب سد حرارتي ايجاد نگردد.
خنك كردن قالب
درهر سيكل تزريقي گرما به قالب دايكاست انتقال مي يابد براي بدست اوردن قطعه تزريقي بايستي فلز مذاب منجمد ، تا دماي انجماد سرد گردد. براي اين كه بتوان قطعه تزريقي را از قالب گرفت و يا به بيرون پرتاب نمود ، بايستي آن را تا دماي باز هم پايينتر خنك نمود. اين بدان معني است که براي خنك كردن مطلوب فلز تزريقي بايستي مقداري گرماي زيادي از طرف قالب دريافت و انتقال داده شود. خواص حرارتي جنس ماده قالب به گونه أي كه اين تخليه گرمايي امكان پذير مي گردد اما بايستي اين گرما از خود قالب هم خارج شود و اين وظيفه سيستم خنك كننده قالب است. به عنوان ماده خنك كننده ، معمولاً از آب و بعضاً نيز از روغن موجود در دستگاههاي تنظيم دما ، در صورتي كه هم براي گرم كردن و هم براي خنك كردن بكار رود استفاده مي شود.
براي قطعات تزريقي كوچك و يا جدار بسيار نازك ممكن است بتوان از خنك كردن قالب بطور كامل صرف نظر نمود ، به شرطي كه گرماي ارائه شده از طريق افزايش تعداد تزريق ها بيشتر از گرماي پس داده شده به بهترين وجه از طريق تشعشع ، هم رفت و هدايت نباشد. طبيعي است كه اين موضوع براي ريخته گري آلياژ هاي با دماي ذوب نسبتاً پايين هم مانند قطعات دايكاست كوچك و جدار نازك سرب و قلع صادق است.
حتي د رقطعات دايكاست جدار ضخيم هم گاه نيازي به خنك كردن قالب نيست ولي معمولاً در ماشينهاي اتوماتيك سريع با محفظه ضروري است.
برا ي خنك كردن قالب، كانالهايي در قالب دايكاست براي جريان يافتن ماده خنك كننده تعبيه مي گردد اين كانال ها بطرف ناحيه اياز قالب كه با قطعه تماس دارد هدايت مي شوند يعني جايي كه انتقال گرما از قطعه تزريقي يه سمت قالب آغاز مي گردد اگر صفحه قالب فاقد مغزي قالب باشد كانالهاي خنك كن در داخل صفحه قالب فاقد مغزي قالب باشد كانالهاي خنك كن در داخل صفحه قالب سوراخكاري شده و به مدار سيستم خنك كننده مربوط متصل مي گردد.
كانال هاي خنك كن در قسمتي از قالب كه بايستي خنك گردد به روشهاي گوناگون طراحي مي گردند. نحوه هدايت كانال بايستي طور انتخاب شود كه بخصوص ناحيه اي از قالب كه پشت حفره قالب قراردارد بتواند خوب خنك گردد.
كانال هاي درون قالب به صورت مستقيم هدايت مي شوند اما درعين حال تغيير زاويه و تطبيق اين كانال ها به لبه هاي قالب هم امكان پذير است.
