ریخته گری تحت فشار نوعی ریخته گری می باشد که مواد مذاب تحت فشار بداخل قالب تزریق می شود. این سیستم بر خلاف سیستم ریژه که مذاب تحت نیروی وزن خود بداخل قالب می رود امکانات تولید قطعات محکم و بدون مک می باشد. دایکاست کوتاهترین راه تولید یک محصول از فلز می باشد.
مراحل اجرای ریخته گری دایکاست
ریخته گری به روش دایکاست طی پنج مرحله اصلی آماده‌سازی قالب، تزریق مواد مذاب، خنک‌کاری، باز کردن قالب و برش‌کاری انجام می‌گیرد.
آماده‌سازی قالب ریخته گری تحت فشار
اولین مرحله در ساخت قطعه به روش ریخته گری تحت فشار، آماده‌سازی قطعات قالب دایکاست است. این قالب، از دو بخش ثابت و متحرک تشکیل می‌شود. بخش ثابت قالب بر روی صفحه ثابت دستگاه دایکاست و بخش متحرک آن بر روی صفحه متحرک دستگاه قرار می‌گیرد. از فعالیت‌های اصلی در آماده‌سازی قالب ریخته گری تحت فشار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تمیزکاری: برداشتن مواد باقی‌مانده بر روی هر بخش از قالب و پاک کردن سطح قطعات پس از هر چرخه ریخته گری به منظور جلوگیری از کاهش کیفیت سطح قطعه
- روان‌کاری: اعمال مواد روان‌کننده نظیر گریس یا روغن به قطعات پس از هر دو یا سه چرخه ریخته گری (با توجه به جنس قالب) به منظور سهولت باز و بسته کردن قالب
- بستن قالب: اتصال بخش ثابت و متحرک، محکم کردن آن‌ها و اعمال نیروی مناسب به قالب برای ثابت نگه داشت آن در حین تزریق مواد مذاب
فرایند آماده‌سازی قالب به ابعاد قطعات بستگی دارد. هر چه ابعاد قالب و دستگاه بزرگ‌تر باشد، میزان و زمان مورد نیاز برای تمیزکاری و روان‌کاری افزایش می‌یابد. به علاوه، در دستگاه‌های بزرگ، باز و بسته کردن قالب زمان بیشتر می‌برد.
تزریق مواد مذاب به درون قالب
در مرحله بعدی، فلز مذاب از درون کوره به محفظه دستگاه منتقل می‌شود. نحوه انتقال مواد مذاب، به نوع دستگاه دایکاست (محفظه سرد یا محفظه گرم) بستگی دارد. پس از انجام فرآیند انتقال، تزریق فلز مذاب به درون قالب تحت فشار بالا انجام می‌گیرد. فشار تزریق در روش دایکاست معمولا بین ۷۰ تا ۱۴۰۰ بار است. این فشار، نیروی مورد نیاز برای ثابت نگه داشتن مواد مذاب حین فرآیند انجماد (تغییر فاز مایع به جامد) را فراهم می‌کند.
به میزان مواد مذاب تزریق شده به درون قالب، شات می‌گویند. زمان مورد نیاز برای پر کردن تمام حفره‌ها و مجراهای قالب نیز با عنوان زمان تزریق شناخته می‌شود. این زمان بسیار محدود بوده و معمولا کمتر از ۰.۱ ثانیه است. محدود بودن زمان تزریق، از انجماد غیر یکنواخت بخش‌های مختلف جلوگیری می‌کند. زمان تزریق از پارامترهایی است که در طراحی فرآیند ریخته گری تحت فشار مورد بررسی قرار می‌گیرد.
طراحی زمان تزریق در دایکاست بر اساس خواص ترمودینامیکی مواد و ضخامت دیواره انجام می‌گیرد. هر چه ضخامت دیواره بیشتر باشد، زمان مورد نیاز برای تزریق افزایش می‌یابد. در صورت استفاده از دستگاه محفظه سرد، زمان ریختن دستی مواد مذاب از پاتیل به درون محفظه شات، باید به عنوان یکی از پارامترهای طراحی زمان تزریق در نظر گرفته شود.
خنک کاری
با ورود مواد مذاب به درون حفره‌های قالب، این مواد شروع به خنک شدن می‌کنند و از حالت مایع به جامد تغییر فاز می‌دهند. کاهش دمای قالب و مواد داخل آن توسط سیستم خنک کننده انجام می‌گیرد. پس از پر شدن تمام حفره‌ها و انجماد مواد مذاب، قطعه‌ای با شکل دلخواه تشکیل می‌شود. امکان باز کردن قالب، پیش از اتمام زمان سرد شدن و انجماد کامل قطعه وجود ندارد. این زمان با توجه به خواص ترمودینامیکی، حداکثر ضخامت دیواره و پیچیدگی قالب تعیین می‌شود. هرچه ضخامت دیواره قطعه و پیچیدگی هندسی آن بیشتر باشد، زمان مورد نیاز برای خنک شدن کامل نیز بیشتر خواهد بود.
باز کردن قالب و خروج قطعه
پس از گذشت زمان خنک شدن قطعه، امکان باز کردن بخش متحرک قالب و خارج کردن قطعه به کمک مکانیزم خروج یا اصطلاحا سیستم پران فراهم می‌شود. زمان باز کردن قالب، تابعی از قابلیت‌های فنی دستگاه و زمان خروج کامل، تابعی از ابعاد بخش دربرگیرنده قطعه و زمان افتادن آن است. به دلیل انقباض ناشی از جمع‌شدگی قطعه در فرآیند انجماد و چسبیدن مواد به دیواره قالب، فرآیند خروج با اعمال نیرو توسط پین‌های مخصوص انجام می‌گیرد. پس از خارج شدن قطعه، امکان بستن مجدد قالب و تکرار فرآیند تزریق فراهم می‌شود.
برش‌کاری قطعه
تزریق مواد مذاب به درون حفره‌ها، از طریق مجراهای قالب انجام می‌گیرد. به دلیل باقی ماندن مواد مذاب در این مجراها طی فرآیند خنک شدن، زائده‌هایی بر روی قطعه ایجاد می‌شوند. مرحله آخر از ساخت قطعه به روش ریخته گری دایکاست، باید زائده‌های سطحی را توسط روش‌های دستی یا مکانیکی از بین برد. زمان مورد نیاز برای حذف مواد اضافی به ابعاد قطعه بستگی دارد. مواد جدا شده در این فرآیند به بخش ضایعات یا بازیافت (برای استفاده مجدد) منتقل می‌شوند.
انواع دستگاه دایکاست
اجرای فرآیندهای ریخته گری تحت فشار با استفاده از دستگاه‌های مخصوص انجام می‌گیرد. به طور کلی، دستگاه‌های دایکاست به دو نوع دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه گرم و دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد تقسیم می‌شوند.
دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه گرم
«دستگاه دایکاست با محفظه گرم» (Hot Chamber Die Casting Machine)، از تجهیزات مخصوص ریخته گری تحت فشار است که به منظور ساخت قطعاتی از جنس روی، قلع و سرب (آلیاژهای دارای نقطه ذوب پایین) مورد استفاده قرار می‌گیرد. تصویر زیر، اجزای مختلف این دستگاه را در وضعیت باز نمایش میدهد.
اجزای دستگاه ریخته گری تحت فشار با محفظه گرم عبارت هستند از:
- سیلندر هیدرولیکی
- پلانجر
- مجرای ورودی
- محفظه شات تزریق
- فلز مذاب
- کوره
- دیگ
- مجرای گردن غازی یا «گوس نک» (Gooseneck)
- بخش ثابت قالب
- بخش متحرک قالب
- صفحه متحرک
- میله افقی نگهدارنده
- واحد باز و بسته کردن قالب یا «کلمپینگ» (Clamping)
- صفحه ثابت
- سیستم پران (جدا کننده قطعه از قالب)
- میله سیستم کلمپینگ
- صفحه پشتی
دستگاه دایکاست با سیستم تزریق محفظه سرد
«دستگاه دایکاست با محفظه سرد» (Cold Chamber Die Casting Machine)، یکی دیگر از تجهیزات ریخته گری تحت فشار است که به منظور ساخت قطعاتی از جنس آلومینیوم، برنج و منیزیوم (مواد دارای نقطه ذوب نسبتا بالا) مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع، در صورت عدم امکان ذوب مواد در دستگاه دایکاست با محفظه گرم، دستگاه دارای سیستم تزریق محفظه سرد به کار گرفته می‌شود. بخش‌های مختلف این دستگاه در وضعیت باز در تصویر زیر نمایش داده شده‌اند.
اجزای دستگاه ریخته گری تحت فشار با محفظه سرد عبارت هستند از:
- سیلندر هیدرولیکی
- حفره ریختن مواد مذاب
- فلز مذاب
- پاتیل
- پلانجر
- محفظه شات
- بخش ثابت قالب
- بخش متحرک قالب
- صفحه متحرک
- میله افقی نگهدارنده
- کلمپینگ
- صفحه ثابت
- غلاف تزریق
- اسپرو یا راهگاه
- سیستم خروج قطعه
- میله کلمپینگ
- صفحه پشتی
در دستگاه دایکاست محفظه سرد نیز مواد مذاب فلزی درون یک دیگ موجود در کوره نگهداری می‌شوند. البته در این حالت، دیگ و کوره از دستگاه جدا هستند. به عبارت دیگر، هیچ ارتباط مستقیمی بین اجزای دستگاه و گرمای حاصل از کوره وجود ندارد. انتقال ماده مذاب از دیگ به درون محفظه تزریق، توسط یک پاتیل انجام می‌گیرد. ماده مذاب از پاتیل به درون حفره ورودی دستگاه و محفظه شات ریخته می‌شود.
از این مرحله به بعد، مکانیزم عملکرد دایکاست محفظه سرد مشابه با دایکاست محفظه گرم است. با این تفاوت که در این حالت، پلانجر، معمولا در یک مسیر افقی حرکت کرده و فشار مورد نیاز برای تزریق ماده مذاب به درون حفره قالب را فراهم می‌کند. به علاوه، مجرای گردن غازی در دستگاه محفظه سرد وجود ندارد. فشار تزریق در این دستگاه بین ۱۳۸ تا ۱۳۸۰ بار است. تصویر متحرک زیر، روند کلی ساخت قطعه با استفاده از دستگاه دایکاست محفظه سرد را نمایش میدهد.
