دایکاست یا ریخته‌گری تحت فشار

 

- مزایای تولید از طریق دایکاست
- محدودیت‌های روش دایکاست
- انواع ماشین‌ های دایکاست
- ماشین‌های دایکاست با سیستم تزریق محفظه گرم
- دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد

مقدمه :

دایکاست یا ریخته‌گری تحت فشار عبارت است از روش تولید قطعه از طریق تزریق فلزمذاب و تحت فشار به درون قالب. روش دایکاست از این نظر که در آن فلز مذاببه درون حفره‌ای به شکل قطعه ریخته شده و پس از سرد شدن قطعه مورد نظر بهدست می‌آید، بسیار شبیه ریخته‌گری ریژه است. تنها اختلاف بین این دو روشنحوه پر کردن حفره قالب است.

در قالب ریژه فلز مذاب تحت نیروی وزن خود سیلان پیدا می‌ کند و به درون قالبمی‌ 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 رامی‌توان تولید کرد.

در قالب‌ های دایکاست پس از بسته شدن قالب، مواد مذاب به داخل یک نوع پمپ یاسیستم تزریق (بسته به طرح دستگاه) هدایت می‌ شوند، سپس در حالی که پیستونپمپ، مواد مذاب را با سرعت از طریق سیستم تغذیه قالب به داخل حفره می‌‏فرستد، هوای داخل حفره از طریق سوراخ‌های هواکش خارج می‌شود. این پمپ دربعضی از دستگاه‌ها دارای درجه حرارت محیط و در برخی دیگر دارای درجه حرارتمذاب است.

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

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

در زیر عکس ساده ای از یک ماشین ریخته گری دایکست امده است.

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 ضخامتقطعه به مراتب بیشتر از سایر روش‌ها است.
    نرخ تولید در این روش خیلی بالا است، به ویژه اگر قالب‌های چند حفره‌ای باشد.
    معمولاً قطعه تولید شده به وسیله دایکاست از پرداخت سطح خوبی برخوردار است واحتیاجی به عملیات ماشین‌کاری بعدی ندارد و به دلیل عملیات فوق‌العادهاقتصادی است.
    قالب‌های دایکاست مثل قالب‌های ریژه معمولاً قبل از آنکه فرسوده شوند و در ابعادقطعه 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، آماده 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 تغذیه 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 نقطه ذوب آنها چیزی در حد آلیاژهای مس باشد.

انواع ماشین‌ های دایکاست

ماشین‌های دایکاست به طور کلی دو نوع هستند:

    ماشین‌های تزریق با محفظه (سیلندر) گرم
    ماشین‌های تزریق با محفظه (سیلندر) سرد

اگر نقطه ذوب فلز تزریقی پایین باشد و به سیستم پمپ آسیب نرساند، پمپ می‌تواند مستقیماً در فلز مذاب قرار گیرد. به این سیستم، تزریق با محفظه گرممی‌گویند. در صورتی که فلز مذاب به سیستم پمپاژ آسیب برساند در یا صورتدستگاه پمپاژ نباید مستقیماً در فلز مذاب قرار گیرد. به این سیستم، تزریقبا محفظه سرد می‌گویند.

ماشین‌های دایکاست با سیستم تزریق محفظه گرم

سیستمی که در شکل زیر نشان داده شده است یک ماشین دایکاست محفظه گرم است. همانطور که در شکل دیده می‌ شود مجرای گردن غازی سیلندر تزریق در مواد مذابغوطه‌ ور است و در نتیجه در درجه حرارتی معادل نقطه ذوب مواد تزریقی، کارمی‌ کند. در این سیستم مواد مذاب در حداقل زمان و حداقل افت حرارت به داخلحفره قالب تزریق می‌ شوند.

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

پس از گذشت زمان لازم برای انجماد مواد، پیستون دوباره بالا می‌ رود و موادجدید برای تزریق بعدی وارد سیلندر تزریق می‌ شود. نیروی لازم که به پیستونتزریق منتقل می‌شود، بسته به طرح دستگاه می‌تواند پنیوماتیک و یا هیدرولیکباشد.

قطعات مختلف را از وزن چند گرم تا 25 کیلوگرم را می‌توان با این سیستم تولیدکرد. در این روش با تغییر اندازه مجرای غازی قطعات با وزن متفاوت رامی‌توان تولید کرد. وزن قطعاتی که می‌توان با این روش تزریق کرد بستگی بهعوامل زیر دارد:

    آلیاژ تزریق
    اندازه سطح خارجی قطعه
    نیرویی که دو کفه 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 طرحzipper تا 2000 و 5000 و حتی 18000 ضربدر ساعت می‌توان تزریق کرد. مجرای گردن غازیاز چدن خاکستری و یا چدن آلیاژی نشکن و یا فولاد ریختگی ساخته می‌شود. نوعمواد بستگی به فشار دستگاه، مواد تزریقی و قیمت دستگاه دارد. در هر صورتمواد مورد استفاده برای ساخت این قسمت‌ها می‌یابد در مقابل حرارت و سایشمقاوم باشند. معمولاً مجرای گردن غازی دارای نازل قابل تعویض می‌باشد تا در صورت فرسوده شدن تعویض گردد،‌ زیرا آب‌بندی ناز با قسمت تزریق قالب ازاهمیت بالایی برخودار است. برای ساخت پوسته‌های داخلی مجاری عبور مذاب ازفولاد گرمکار نوع 13H یا فولاد گرمکار نیتروژه شده و یا فولاد نسوز ضدزنگ استفاده می‌شود. نازلباید دارای مقاومت در مقابل حرارت، فشار و سایش باشد، و معمولاً از چدنآلیاژی، فولاد گرمکار 13H و یا فولاد نسوز ضدزنگ ساخته می‌شود.

سمبه تزریق این سیستم دایکاست معمولاً از چدن آلیاژی ساخته می‌شود و می‌توانبدون عملیات سختکاری آن را مورد استفاده قرار داد. برای اعمال فشار بهتربرخی 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 اندازه معمول (با پرداخت خوب ) می‌تراشند. پس از این عمل نسبت به اندازهنهایی سیلندر، قطر سمبه (با رینگ و یا بدون رینگ) انتخاب می‌شود. لقی بینسمبه تزریق و سیلندر بین 0.002 تا 0.003 میلیمتر، به ازای هر میلیمتر قطرسیلندر پیشنهاد می‌شود.

شکل زیر دو ماشین ریخته گری دایکست با محفظه گرم را نشان می دهد.

دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد افقی (Horizonal cold chambr machine)

شکل زیر یک نمونه دستگاه ریخته گری دایکست بامحفظه سرد افقی را نشان می دهد.

در شکل زیر بخش تزریق این ماشین دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد افقی نشانداده شده است. در این سیستم محفظه تزریق به صورت سرد عمل کرده و فقط ازحرارت مواد مذاب که در داخل آن ریخته می‌شود حرارت می‌گیرد. قسمت پیشانیپیستون تزریق برای مقاومت در برابر مواد مذاب با آب خنک می‌شود. جهت تسهیلدر امر ریختن مواد مذاب، محفظه تزریق به صورت افقی قرار گرفته و در بالایآن یک سوراخ بارگیری تعبیه شده است.

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

سیستم تزریق با محفظه سرد تقریباً برای تزریق کلیه فلزاتی مورد استفاده قرارمی‌گیرد 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 بااین سیستم، فشار تزریق را می‌توان به مراتب بالا برد. این سیستم برای فشاراز 500 تا 2000kg/cm2 طراحی شده است ولی در سیستم‌های ویژه آزمایش فشار در حدkg/cm2 3000 هم امتحان شده است (در خیلی از کتابها و دستورالعمل‌های طراحی قالب، فشار 300 تا 600kg/cm2 برای تزریق آلومینیوم و فشار حدودkg/cm2 140 برای تزریق آلیاژهای روی پشنهاد شده است).

مهمترین محدودیت‌های این سیستم عبارتند از:

    لزوم داشتن وسایل جنبی برای تهیه ذوب و انتقال آن به سیلندر تزریق
    طولانی‌تر بودن مراحل مختلف تزریق به دلیل جدا بودن وسایل جنبی از دستگاه
    امکان ایجاد نقص در قطعه تولیدی به دلیل افت درجه حرارت مذاب

اندازه سیلندر و پیستون تزریقی بستگی به حجم ماده‌ای دارد که برای تزریق موردنیاز است. اگر سیلندر تزریق بیش از اندازه بزرگ باشد مواد مذاب در کف آنقرار می‌گیرد و احتمال این که حباب‌های هوا در سیلندر محبوس شوند زیادخواهد 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 مرحلهشروع 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 درمرحله اول پیستون تزریق سوراخ بارگیری را ببندد. حتی در بعضی طرح‌ها ابتداپیستون تزریق آهسته حرکت کرده، سوراخ بارگیری را می‌پوشاند و سپس با سرعتخیلی بیشتر ادامه 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 بینm/s45 وm/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 امکانگریپاژ 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 حرارتمقاومت کند. از طرف دیگر مکانیزم تزریق باید محکم و مقاوم بوده و حرکت‌هایسلیندر به پیستون نیرو دهنده و پیستون تزریق در یک راستا و نظام باشند. درصورتی که مورد فوق رعایت نشوند سیلندر تزریق و پیستون تزریق به سرعت فرسوده می‌شوند.

ماشین دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد عمودی

این دستگاه‌ها به ماشین‌های دایکاست هم معروف هستند. به طور کلی دو نوع ماشیندایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد عمودی وجود دارد. در نوع اول صفحات قالببه صورت افقی (همان گونه که در شکل زیر نشان داده شده است) و در نوع دومصفحات قالب به صورت عمودی قرار می‌گیرند. همان طور که در شکل زیر پیداستمواد مذاب از پایین قالب تزریق می‌شود. هوای داخل حفره تخلیه گشته و در اثر افت فشار مواد مذاب به داخل محفظه تزریق مکیده می‌شوند. فشاری که دو کفهقالب 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، برقرارشود (حسن این سیستم این است که به دلیل آنکه صفحات قالب به صورت افقی وسیلندر تزریق در پایین قرار گرفته احتمال این که قبل از اعمال فشار توسطپیستون تزریق مقداری مواد مذاب به داخل حفره رانده شود، به کلی از بینمی‌رود).

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 اینصورت راهگاه از هر نقطه در محیط سیلندر می‌تواند منشعب شده و به گلوییتزریق وصل شود. البته در بعضی از طرح‌ها بسته به نیاز، سیلندر تزریق درحالت خارج از مرکز هم گذاشته می‌شود.

در شکل زیر نوع دوم این مدل ماشین‌ها یعنی محفظه تزریق سرد عمودی با صفحات قالب عمودی نشان داده شده است.

در این مدل محفظه تزریق از طریق یک بوش رابط مستقیماً به قالب متصل می‌گردد و همان طور که در شکل پیداست در هنگام بارگیری یک پیستون از پایین به بالاآمده و جلو برش رابط را می‌گیرد (مرحله 1 در شکل زیر). پس از این مرحلهپیستون بالا شروع به پایین آمدن کرده و مذاب از طریق بوش رابط با فشار بهداخل قالب رانده می‌شود (مرحله 2 شکل زیر).

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

یکی از نکات منفی این روش دایکاست این است که وجود دو پیستون که با هم کارمی‌کنند باعث می‌شود که دستگاه بیشتر نیاز به تعمیر پیدا کند. از طرف دیگراز محاسن دستگاه‌های دایکاست با محفظه سرد عمودی که در شکل‌های 5 و 6 نمایش داده شده‌اند همان عمودی قرار گرفتن محفظه تزریق می‌باشد که باعث می‌شوداولاً مواد مذاب فقط پس از حرکت پیستون و به صورت یک توده به داخل قالبرانده شوند و ثانیاً حرکت آشفته مایع مذاب به حداقل رسیده وجود مک و یاحفره‌های ریز در قطعه تزریق شده کاهش یابد.

به طور کلی ماشین عمودی موقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قطعه را با ماشین محفظه افقی نتوان تولید کرد. مثلاً قطعاتی که نیاز به فشردگی بیشتری دارند یا در مورد آنها قرار دادن قطعات اضافی در حفره قالب قبل از تزریق الزامیاست و یا قطعاتی که با قرار دادن محل تزریق در وسط با کیفیت بهتری می‌توانآنها را تولید کرد.

قطعاتی که با ماشین‌های عمودی تزریق می‌شوند معمولاً در مقایسه با قالب‌های ریژهاز پرداخت و فشردگی بیشتری برخوردارند و میزان تولید نیز به مراتب بالاتراست. همین صفحات مشبک اکنون با موفقیت به کمک ماشین عمودی با صفحات قالبافقی با سرعت و میزان بیشتری تولید می‌شود. خیلی از قطعات آلومینیوم آلیاژی مثلاً صفحه اتو با همین روش تولید می‌شوند.

ساخت این قطعه اتفاقاً از قطعات نسبتاً مشکل می‌باشد زیرا اولاً المنت حرارتینسبتاً بزرگی قبل از تزریق باید در داخل حفره قرار گیرد ثانیاً کف صفحهدارای 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 استزیرا 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 معمولاًبا این روش تولید می‌شود.

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