روش ریخته گری دایکاست Dicasting

روش ریخته گری دایکاست

مقدمه :

ریخته‌گری تحت فشار عبارت است از روش تولید قطعه از طریق تزریق فلز مذاب و تحت فشار به درون قالب. روش دایکاست از این نظر که در آن فلز مذاب به درون حفره‌ای به شکل قطعة ریخته شده و پس از سرد شدن قطعة مورد نظر به دست می‌آید، بسیار شبیه ریخته‌گری ریژه است. تنها اختلاف بین این دو روش نحوة پر کردن حفرة قالب است.

در قالب ریژه فلز مذاب تحت نیروی وزن خود سیلان پیدا می‌ کند و به درون قالب می‌ رود، حال آنکه در روش دایکاست فلز مذاب تحت فشار و سرعت بیشتری به درون قالب می‌رود. به همین دلیل در دایکاست قطعات با اشکال پیچیده‌ تری را می‌توان تولید کرد.
در قالب‌ های دایکاست پس از بسته شدن قالب، مواد مذاب به داخل یک نوع پمپ یا سیستم تزریق (بسته به طرح دستگاه) هدایت می‌ شوند، سپس در حالی که پیستون پمپ، مواد مذاب را با سرعت از طریق سیستم تغذیة قالب به داخل حفره می‌ ‏فرستد، هوای داخل حفره از طریق سوراخ‌های هواکش خارج می‌شود. این پمپ در بعضی از دستگاه‌ها دارای درجه حرارت محیط و در برخی دیگر دارای درجه حرارت مذاب است.

معمولاً مقدار مواد مذاب تزریق شده بیش از اندازة مورد نیاز برای پر کردن حفره است تا سرباره‌ گیرها را پر کند و حتی پلیسه ها را در اطراف قطعه به وجود آورد. سپس در مرحلة دوم زمانی که مادة مذاب در حال سرد شدن در داخل حفره است، پمپ همچنان فشار خود را ادامه می‌دهد. در مرحلة سوم قالب باز شده و قطعه به بیرون پرتاب می‌شود.

در آخرین مرحله همچنان که قالب باز است داخل حفره قالب تمیز و در صورت نیاز روغنکاری شده و دوباره قالب بسته و آمادة تکرار عملیات قبل می‌شود.

مهترین مزایای تولید از طریق دایکاست عبارت‌اند از:

• اشکال پیچیده‌تری را می‌توان تولید کرد.
• به دلیل آنکه قالب با سرعت و تحت فشار پر می‌شود قطعات با دیواره‌های نازکتری را می‌توان تولید کرد و خلاصه آنکه در این روش نسبت طول قطعه به ضخامت قطعه به مراتب بیشتر از سایر روش‌ها است.
• نرخ تولید در این روش خیلی بالا است، به ویژه اگر قالب‌های چند حفره‌ای باشد.
• معمولاً قطعة تولید شده به وسیلة دایکاست از پرداخت سطح خوبی برخوردار است و احتیاجی به عملیات ماشین‌کاری بعدی ندارد و به دلیل عملیات فوق‌العاده اقتصادی است.
• قالب‌های دایکاست مثل قالب‌های ریژه معمولاً قبل از آنکه فرسوده شوند و در ابعاد قطعة تولید شده اختلافی به وجود آید، هزاران قطعه تولید خواهدکرد، در نتیجه سرمایه‌گذاری برای تولید قطعه کمتر است.

• نسبت به دیگر روش‌های تولید قطعه، از فلز مذاب با روش دایکاست مقاطع ظریفتری را روی قطعه می‌توان به وجود آورد.

• اغلب قطعات تولید شده با کمترین پرداخت، آمادة آب فلزکاری هستند.

• قطعات آلومینیومی تولید شده توسط دایکاست معمولاً نسبت به روش‌های دیگر مانند ریخته‌گری آلومینیوم در ماسه مقاومت بیشتری دارند.

از طرف دیگر محدودیت‌های این روش به قرار زیر هستند:

• وزن قطعه محدود است. به ندرت وزن قطعه از 25 کیلوگرم بیشتر است و معمولاً کمتر از 5 کیلوگرم است.

• نسبت به شکل قطعه و سیستم تغذیة قالب، مک دار بودن قطعه به دلیل وجود حباب هوا از مشکلات این روش تولیدی است.

• امکانات تولید از قبیل قالب، ماشین، و لوزام جنبی نسبتاً گران است و در نتیجه فقط تولید انبوه آن، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
• به غیر از موارد استثنایی فقط فلزاتی را می‌توان در دایکاست مورد استفاده قرار داد که نقطة ذوب آنها چیزی در حد آلیاژهای مس باشد.

انواع ماشین‌ های دایکاست

ماشین‌های دایکاست به طور کلی دو نوع هستند:

• ماشین‌های تزریق با محفظة (سیلندر) گرم
• ماشین‌های تزریق با محفظة (سیلندر) سرد

اگر نقطة ذوب فلز تزریقی پایین باشد و به سیستم پمپ آسیب نرساند، پمپ می‌تواند مستقیماً در فلز مذاب قرار گیرد. به این سیستم، تزریق با محفظة گرم می‌گویند. در صورتی که فلز مذاب به سیستم پمپاژ آسیب برساند در یا صورت دستگاه پمپاژ نباید مستقیماً در فلز مذاب قرار گیرد. به این سیستم، تزریق با محفظة سرد می‌گویند.

ماشین‌های دایکاست با سیستم تزریق محفظة گرم

سیستمی که در شکل زیر نشان داده شده است یک ماشین دایکاست محفظه گرم است. همان طور که در شکل دیده می‌ شود مجرای گردن غازی سیلندر تزریق در مواد مذاب غوطه‌ ور است و در نتیجه در درجه حرارتی معادل نقطة ذوب مواد تزریقی، کار می‌ کند. در این سیستم مواد مذاب در حداقل زمان و حداقل افت حرارت به داخل حفرة قالب تزریق می‌ شوند.

در حالی که پیستون در بالا قرار دارد، مواد مذاب به داخل سیلندر فشار یا سیلندر تزریق راه یافته و پس از پایین آمدن پیستون ابتدا دریچة تغذیه بسته می‌ شود، سپس مواد مذاب با فشار از طریق مجرای گردن غازی به داخل حفره راه می‌ یابد.

پس از گذشت زمان لازم برای انجماد مواد، پیستون دوباره بالا می‌ رود و مواد جدید برای تزریق بعدی وارد سیلندر تزریق می‌ شود. نیروی لازم که به پیستون تزریق منتقل می‌شود، بسته به طرح دستگاه می‌تواند پنیوماتیک و یا هیدرولیک باشد.قطعات مختلف را از وزن چند گرم تا 25 کیلوگرم را می‌توان با این سیستم تولید کرد.در این روش با تغییر اندازة مجرای غازی قطعات با وزن متفاوت را می‌توان تولید کرد.

وزن قطعاتی که می‌توان با این روش تزریق کرد بستگی به عوامل زیر دارد:

• آلیاژ تزریق
• اندازة سطح خارجی قطعه
• نیرویی که دو کفة قالب را بسته نگه می‌دارد.

بسته به طرح دستگاه و متغیرهای عمل تزریق با این سیستم می‌توان از 50 تا 500 ضرب در ساعت تزریق کرد، البته با ماشین‌های ویژه طرح zipper تا 2000 و 5000 و حتی 18000 ضربدر ساعت می‌توان تزریق کرد. مجرای گردن غازی از چدن خاکستری و یا چدن آلیاژی نشکن و یا فولاد ریختگی ساخته می‌شود. نوع مواد بستگی به فشار دستگاه، مواد تزریقی و قیمت دستگاه دارد. در هر صورت مواد مورد استفاده برای ساخت این قسمت‌ها می‌یابد در مقابل حرارت و سایش مقاوم باشند.

معمولاً مجرای گردن غازی دارای نازل قابل تعویض می‌باشد تا در صورت فرسوده شدن تعویض گردد،‌ زیرا آب‌بندی ناز با قسمت تزریق قالب از اهمیت بالایی برخودار است. برای ساخت پوسته‌های داخلی مجاری عبور مذاب از فولاد گرمکار نوع 13H یا فولاد گرمکار نیتروژه شده و یا فولاد نسوز ضدزنگ استفاده می‌شود. نازل باید دارای مقاومت در مقابل حرارت، فشار و سایش باشد، و معمولاً از چدن آلیاژی، فولاد گرمکار 13H و یا فولاد نسوز ضدزنگ ساخته می‌شود.

سمبة تزریق این سیستم دایکاست معمولاً از چدن آلیاژی ساخته می‌شود و می‌توان بدون عملیات سختکاری آن را مورد استفاده قرار داد. برای اعمال فشار بهتر برخی اوقات روی سمبه تزریق، رینگ (شبیه رینگ پیستون اتومبیل) تعبیه می‌شود. برای افزایش عمر سیلندر تزریق، سطح داخل آن را تا 0.7 میلیمتر اضافه‌تر از اندازة معمول (با پرداخت خوب ) می‌تراشند. پس از این عمل نسبت به اندازة نهایی سیلندر، قطر سمبه (با رینگ و یا بدون رینگ) انتخاب می‌شود. لقی بین سمبه تزریق و سیلندر بین 0.002 تا 0.003 میلیمتر، به ازای هر میلیمتر قطر سیلندر پیشنهاد می‌شود.

دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظة سرد افقی (Horizontal Cold chamber machine)

در شکل زیر بخش تزریق این ماشین دایکاست با سیستم تزریق محفظة سرد افقی نشان داده شده است. در این سیستم محفظة تزریق به صورت سرد عمل کرده و فقط از حرارت مواد مذاب که در داخل آن ریخته می‌شود حرارت می‌گیرد. قسمت پیشانی پیستون تزریق برای مقاومت در برابر مواد مذاب با آب خنک می‌شود. جهت تسهیل در امر ریختن مواد مذاب، محفظة تزریق به صورت افقی قرار گرفته و در بالای آن یک سوراخ بارگیری تعبیه شده است.

در شکل زیر مراحل مختلف عمل تزریق با این سیستم نمایش داده شده است. در مرحلة اول 2 کفة قالب بسته بوده و پیستون در عقب ترین موضع خود قرار دارد. به صورتی که سوراخ بارگیری کاملاً باز است. در مرحلة دوم پیستون شروع به حرکت کرده، ابتدا سوراخ بارگیری را مسدود کرده و سپس مواد مذاب را با فشار به سوی قالب می‌راند. در آخرین مرحله یعنی مرحلة سوم پس از آنکه زمان مناسبی به مذاب داده شد که منجمد شود دو کفة قالب از یکدیگر باز می‌شوند. هم زمان پیستون باز هم قدری جلو می‌آید که اولاً بیسکویت (پولک منجمد شده در قسمت جلوی سیلندر تزریق) را بیرون بیاورد و ثانیاً کمک کند پس از اتمام این مراحل، قطعه از قالب به بیرون پران شده و دو کفة قالب بسته شود، پیستون عقب آید و دستگاه آمادة تکرار مراحل فوق و تزریق بعدی شود.

سیستم تزریق با محفظة سرد تقریباً برای تزریق کلیة فلزاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قابلیت دایکاست شدن را دارند، ولی معمولاً برای تزریق آلومینیم، منیزیم و آلیاژهای مس استفاده می‌شود. مهم ترین مزیت این سیستم این است که اولاً اثرات حرارت فلز مذاب روی بخش تزریق دستگاه ناچیز است و ثانیاً با این سیستم، فشار تزریق را می‌توان به مراتب بالا برد. این سیستم برای فشار از 500 تا 2000 kg/cm2 طراحی شده است ولی در سیستم‌های ویژه آزمایش فشار در حد kg/cm2 3000 هم امتحان شده است (در خیلی از کتابها و دستورالعمل‌های طراحی قالب، فشار 300 تا 600 kg/cm2 برای تزریق آلومینیوم و فشار حدود kg/cm2 140 برای تزریق آلیاژهای روی پشنهاد شده است.)

مهمترین محدودیت‌های این سیستم عبارتند از:

• لزوم داشتن وسایل جنبی برای تهیة ذوب و انتقال آن به سیلندر تزریق

• طولانی‌تر بودن مراحل مختلف تزریق به دلیل جدا بودن وسایل جنبی از دستگاه

• امکان ایجاد نقص در قطعة تولیدی به دلیل افت درجه حرارت مذاب

اندازه سیلندر و پیستون تزریقی بستگی به حجم ماده‌ای دارد که برای تزریق مورد نیاز است. اگر سیلندر تزریق بیش از اندازه بزرگ باشد مواد مذاب در کف آن قرار می‌گیرد و احتمال این که حباب‌های هوا در سیلندر محبوس شوند زیاد خواهد بود.

از طرفی اگر سیلندر تزریق بیش از اندازه کوچک باشد، مقدار مذاب کمتر از مقدار مورد نیاز برای تزریق قطعه خواهد بود و ممکن است مقداری از مذاب در مرحلة شروع حرکت پیستون از سوراخ بارگیری به بیرون پاشیده شود.

لذا در طراحی سیستم تزریق و در تنظیم محل پیستون تزریق سعی بر آن است که در مرحلة اول پیستون تزریق سوراخ بارگیری را ببندد. حتی در بعضی طرح‌ها ابتدا پیستون تزریق آهسته حرکت کرده، سوراخ بارگیری را می‌پوشاند و سپس با سرعت خیلی بیشتر ادامة مسیر داده و مذاب را به داخل قالب، تزریق می‌کند.

سرعت پیستون تزریق بستگی به آلیاژ مذاب، اندازه و شکل قطعه، طرح و شکل راهگاه و گلویی تزریق قالب دارد و مقدار آن بین m/s45 و m/s274 متغیر است. لق نبودن سیلندر و پیستون تزریق و جذب بودن حرکت آنها در داخل یکدیگر الزامی است در غیر این صورت مذاب از جدار پیستون پس زده می‌شود و امکان گریپاژ پیستون وجود خواهد داشت. جنس پیشانی پیستون اغلب از آلیاژ بریلیوم و مس یا فولاد آلیاژی نیتروره شده می‌باشد.

جنس سیلندر تزریق اغلب از فولاد گرمکار 13H و یا فولاد آلیاژی نیترور شده است و باید بتواند در برابر فرسایش و حرارت مقاومت کند. از طرف دیگر مکانیزم تزریق باید محکم و مقاوم بوده و حرکت‌های سلیندر به پیستون نیرو دهنده و پیستون تزریق در یک راستا و نظام باشند. در صورتی که مورد فوق رعایت نشوند سیلندر تزریق و پیستون تزریق به سرعت فرسوده می‌شوند.

ماشین دایکاست با سیستم تزریق محفظة سرد عمودی

این دستگاه‌ها به ماشین‌های دایکاست هم معروف هستند.به طور کلی دو نوع ماشین دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد عمودی وجود دارد. در نوع اول صفحات قالب به صورت افقی (همان گونه که در شکل زیر نشان داده شده است) و در نوع دوم صفحات قالب به صورت عمودی قرار می‌گیرند. همان طور که در شکل زیر پیداست مواد مذاب از پایین قالب تزریق می‌شود. هوای داخل حفره تخلیه گشته و در اثر افت فشار مواد مذاب به داخل محفظة تزریق مکیده می‌شوند.

فشاری که دو کفة قالب را به یکدیگر قفل می‌کند و فشار تزریق هر دو از یک منبع کنترل می‌شوند تا همیشه حالت بالانس بین این دو نیرو که عکس یکدیگر عمل می‌کنند، برقرار شود (حسن این سیستم این است که به دلیل آنکه صفحات قالب به صورت افقی و سیلندر تزریق در پایین قرار گرفته احتمال این که قبل از اعمال فشار توسط پیستون تزریق مقداری مواد مذاب به داخل حفره رانده شود، به کلی از بین می‌رود).

در این سیستم برای بهبود تزریق و تعادل آن در قالب‌های چند حفره‌ای همان طوری که در شکل زیر ملاحظه می‌شود بهتر است تزریق از مرکز اعمال شود. در این صورت راهگاه از هر نقطه در محیط سیلندر می‌تواند منشعب شده و به گلویی تزریق وصل شود. البته در بعضی از طرح‌ها بسته به نیاز، سیلندر تزریق در حالت خارج از مرکز هم گذاشته می‌شود.

در آخرین مرحله، پس از گذشت زمان لازم برای انجماد مذاب، پیستون بالا به جای خود بازگشته، پیستون پایین بالا آمده و باقیمانده مواد را از بوش رابط قطع کرده و بیرون می‌آورد. البته همزمان قطعة تزریق شده نیز پران می‌شود.

یکی از نکات منفی این روش دایکاست این است که وجود دو پیستون که با هم کار می‌کنند باعث می‌شود که دستگاه بیشتر نیاز به تعمیر پیدا کند.به طور کلی ماشین عمودی موقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قطعه را با ماشین محفظة افقی نتوان تولید کرد. مثلاً قطعاتی که نیاز به فشردگی بیشتری دارند یا در مورد آنها قرار دادن قطعات اضافی در حفرة قالب قبل از تزریق الزامی است و یا قطعاتی که با قرار دادن محل تزریق در وسط با کیفیت بهتری می‌توان آنها را تولید کرد.

قطعاتی که با ماشین‌های عمودی تزریق می‌شوند معمولاً در مقایسه با قالب‌های ریژه از پرداخت و فشردگی بیشتری برخوردارند و میزان تولید نیز به مراتب بالاتر است. همین صفحات مشبک اکنون با موفقیت به کمک ماشین عمودی با صفحات قالب افقی با سرعت و میزان بیشتری تولید می‌شود. خیلی از قطعات آلومینیوم آلیاژی مثلاً صفحة اتو با همین روش تولید می‌شوند.

ساخت این قطعه اتفاقاً از قطعات نسبتاً مشکل می‌باشد زیرا اولاً المنت حرارتی نسبتاً بزرگی قبل از تزریق باید در داخل حفره قرار گیرد ثانیاً کف صفحه دارای مقطع ضخیم بوده و در سمت بالای آن مقاطع خیلی ظریف قرار دارد. فشردگی (بدون حباب هوا بودن) قسمت پایین این قطعه از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا باید تا حد آینه پرداخت شود. علاوه بر آن تولید این قطعه فقط در تعداد خیلی زیاد و در حد 10000 قطعه در روز اقتصادی می‌باشد. این قطعه معمولاً با این روش تولید می‌شود.

ماشین‌های عمودی معمولاً‌ برای تولید قطعاتی به کار می‌روند که محل تزریق و قالب می‌باید ضرورتاً در مرکز باشد. قطعاتی را که دارای ضخامت نسبتاً زیادی در مرکز و پره‌های ظریف در کنار باشند با این نوع دستگاه می‌توان با کمترین حباب هوا تولید نمود. تولید ماشین‌های عمودی به مراتب بالاتر از تولید با روش ریژه می‌باشد وی اصولاً ماشین‌های عمودی چه از نوع صفحات قالب افقی و چه از نوع صفحات قالب عمودی در مقایسه با ماشین‌های محفظة تزریق افقی کندتر می‌باشند.