انواع قالب دایکاست

قالب های دایکاست (Die cast) عبارتند است، قالب های دائمی فلزی بر روی یک ماشین ریخته گری تحت فشار که برای تولید قطعات ریختگی تحت فشار بکار می روند. در قالب های دایکاست پس از بسته شدن قالب، مواد مذاب به داخل یک نوع پمپ یا سیستم تزریق هدایت می گردد، بعد درحالی که پیستون پمپ مواد مذاب را با سرعت از طریق سیستم تغذیه قالب به داخل حفره می فرستد، هوای داخل حفره از طریق سوراخ های هواکش خارج می گردد.

تاریخچه ساخت قالب های دایکاست

قالب‌های فلزی با قابلیت استفاده مجدد، dies نامیده می‌شوند، این قالب‌ها در تولید قطعات صنعتی پیچیده استفاده می‌گردد. در این قالب‌سازی صنعتی معمولاً یک آلیاژ غیر آهنی از قبیل آلومینیوم یا روی، در کوره ذوب‌ شده و بعد به قالب در دستگاه ریخته‌گری تزریق می‌شود. تاریخچه ساخت قالب‌های دایکاست به اواسط قرن ۱۹ در ایالات‌متحده باز می‌گردد، که در آن یک فلز مذاب یا آلیاژ، با فشار بالا به یک قالب فلزی تزریق می‌گردد. وقتی که فلز تزریقی جامد شده است، قالب فلزی باز می‌شود و قطعه‌ای از آلومینیوم ریخته‌گری استخراج می‌شود.

امروزه ساخت قالب‌های دایکاست جدید بدین منظور است که قطعاتی از جنس آلومینیوم که دارای ضخامت یکنواخت بین ۱٫۵ تا ۱۵ میلی‌متر می باشند از روش ریخته‌گری تحت‌فشار تولید می شوند. در این روش مذاب آلومینیوم با فشار بالا داخل قالب تزریق می‌شود. از مزایای ساخت قالب دایکاست می‌توان به تولید قطعات با کیفیت سطحی بالا و تیراژ بالا نام برد.

کیفیت بالا و عدم پلیسه موجب می‌شود بسیاری از پروسه‌های تولید مثل پلیسه‌گیری و سنگ زنی و سوراخ کاری حذف گردد، از این رو تأثیر به سزایی در کاهش هزینه تولید هر واحد قطعه دارد. قالب دایکاستی که در این روش مورد نیاز است، از جنس فولاد گرمکار با حجم و ضخامتی زیاد است. قالب های دایکاست قابلیت تحمل فشار بالای ذوب را دارند، از این رو قالب‌های دایکاست قالب‌هایی بزرگ و گران‌ قیمت می باشند.

قالب دایکاست

قالب دایکاست، ابزار مخصوص مورد استفاده برای ساخت قطعات در فرآیند ریخته گری تحت فشار است. این قالب از دو بخش ثابت یا «قالب پوششی» (Cover Die) و متحرک یا «قالب پران» (Ejector Die) تشکیل می‌شود. هر یک از این بخش‌ها، بر روی صفحه مخصوص به خود در دستگاه دایکاست قرار می‌گیرند. این طراحی، امکان باز و بسته کردن قالب در راستای یک خط جدایش مشخص را فراهم می‌کند. پس از بسته شدن دو بخش قالب، حفره قالب‌گیری قطعه تشکیل می‌شود.

اجزای قالب ریخته گری برای سیستم تزریق محفظه گرم عبارت هستند از:

1. قالب ثابت
2. بوش اسپرو یا بوش راهنما
3. مغزی حفره
4. دریچه
5. قالب متحرک
6. جعبه پران
7. مغزی ماهیچه
8. جدا کننده
9. راهگاه
10. سیستم خنک کننده
11. پین پران
12. صفحه نگهدارنده
13. صفحه حایل
14. صفحه پران
15. خط جدایش
16. اسپرو
17. قطعه

در قالب مورد استفاده برای دستگاه دایکاست محفظه سرد، به جای بوش اسپرو، یک غلاف تزریق تعبیه می‌شود. قالب‌های مورد استفاده برای ساخت قطعات مختلف در ریخته گری تحت فشار دارای اجزای مشترک و متفاوت زیادی هستند. برای قطعاتی با ابعاد و خصوصیات مشابه، اغلب بخش‌های قالب بدون تغییر باقی می‌ماند. با این وجود، تفاوت اصلی، بین مغزی‌های حفره و ماهیچه در قالب است. این بخش‌ها، شکل قطعه قالب گیری شده و نهایی را تعیین می‌کنند.

بخش های مختلف قالب

حفره قالب

به فضای خالی بین دو بخش ثابت و متحرک قالب، حفره می‌گویند. حفره قالب، شکل قطعه مورد نظر را به وجود می‌آورد. در اغلب موارد، حفره قالب دایکاست از دو مغزی با عنوان «مغزی حفره» (Cavity Insert) و «مغزی ماهیچه» (Core Insert) تشکیل می‌شود. یکی از این دو بخش درون قالب ثابت و دیگری درون قالب متحرک قرار می‌گیرد. قالب های صنعتی مورد استفاده در ریخته گری تحت فشار معمولا با در نظر گرفتن دو یا چند حفر طراحی می‌شوند. این طراحی، امکان ساخت همزمان چندین قطعه مشابه را در یک چرخه فراهم می‌کند. قالب های دایکاست معمولا دارای ۱، ۲، ۴ یا ۸ حفره هستند.

بخش ثابت و متحرک قالب

بخش ثابت قالب ریخته گری تحت فشار، مجموعه‌ای است که امکان جریان یافتن مواد مذاب از طریق سیستم تزریق به درون حفره قالب گیری را فرآهم می‌کند. بخش متحرک قالب، از یک صفحه نگهدارنده و جعبه دربرگیرنده سیستم پران (خروج قطعه پس از انجماد) تشکیل می‌شود. هنگام جدا شدن نیمه‌های قالب پس از انجماد مواد مذاب، میله‌های افقی، صفحه پران را به سمت جلو هدایت می‌کنند. حرکت این صفحه به سمت جلو، باعث برخورد پین‌های پران به قطعه و جدا شدن آن از درون مغزی می‌شود.

مجراهای قالب

به منظور حرکت فلز مذاب و ریختن آن به درون حفره، از مجراهای مختلفی در ساختار قالب استفاده می‌شود. البته مجراهای تزریق مواد در دستگاه‌های دایکاست محفظه گرم و سرد، با یکدیگر کمی تفاوت دارند. در دستگاه‌های محفظه گرم، فلز مذاب از بوش اسپرو (بر روی بخش ثابت) به درون قالب وارد می‌شود. سپس، با جریان در اطراف جدا کننده (بر روی بخش متحرک)، به سمت حفره‌ها حرکت می‌کند. به عبارت دیگر، اسپرو، مجرای اصلی ورود مواد مذاب به قالب است.

در دستگاه محفظه سرد، ورود فلز مذاب از طریق غلاف تزریق صورت می‌گیرد. سپس، فلز مذاب از طریق شبکه مجراهای تعبیه شده درون قالب، به سمت حفره‌ها جریان می‌یابد. به آخرین مجرای متصل به حفره، دریچه می‌گویند.

حفره‌های قالب، معمولا دارای فضای اضافی یا اصطلاحا «چشمه سریز» (Overflow Well) هستند. طی فرآیند انجماد، حجم قطعه کاهش می‌یابد. در این شرایط، مواد مذاب اضافی مورد نیاز برای پر کردن فضای خالی ناشی از جمع‌شدگی قطعه، توسط چشمه‌های سرریز تامین می‌شوند. علاوه بر این موارد، تعدادی مجرا در ساختار قالب وجود دارند که به منظور خروج هوا از حفره مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد مذاب از تمام مجراهای درون ساختار قالب، به غیر از مجراهای سیستم خنک کاری عبور می‌کنند. درون این سیستم، آب یا روغن جریان دارد.

قطعه
مواد مذاب عبوری از مجراهای قالب به همراه مواد درون حفره‌ها سرد می‌شوند. به این ترتیب، زائده‌هایی بر روی قطعه قالب گیری شده به وجود می‌آیند. پس از خروج قطعه قالب گیری شده، این زائده‌ها توسط روش‌های ماشین‌کاری یا برش‌کاری جدا می‌شوند.

اصول طراحی قالب دایکاست

طراحی قالب های ریخته گری باید با توجه به قابلیت ساخت، وزن قالب، ضخامت دیواره‌ها، یکنواختی ضخامت، زاویه خروج، شکل گوشه‌ها و بهینه‌سازی فرایند انجام گیرد. در طراحی قالب های صنعتی برای ریخته گری تحت فشار، توجه به نکات و قواعد زیر می‌تواند نتیجه کار را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد:

1. حداکثر ضخامت دیواره: هر چه ضخامت قطعه کمتر باشد، چرخه ریخته گری (زمان تزریق و خنک کردن) کوتاه‌تر می‌شود. این پارامتر بر روی حجم قطعه و مواد مذاب مورد نیاز برای ساخت آن تاثیر می‌گذارد. از این‌رو، ضخامت قطعه باید در جهت بهینه کردن زمان و مواد مصرفی طراحی شود.
2. یکپارچگی ضخامت دیواره: یکپارچگی از عوامل بسیار مهم در خنک شدن یکسان تمام بخش‌های قطعه و کاهش عیب‌های احتمالی است.
3. شکل گوشه: هر چه گوشه‌های قطعه با شعاع انحنای مناسب‌تری طراحی شده باشند، احتمال ایجاد تمرکز تنش و رخ دادن شکستگی در قطعه کمتر می‌شود. شعاع انحنای داخلی گوشه‌های قطعه باید حداقل برابر با ضخامت دیواره آن باشد.
4. زاویه خروج: طراحی زاویه مناسب برای تمامی دیواره‌ها، فرایند خارج کردن قطعه پس از انجماد را ساده‌تر می‌کند.
5. آندرکات: باید از حداقل آندرکات خارجی ممکن برای کنترل حرکت قطعه در حین تزریق و خنک شدن استفاده کرد. افزایش تعداد آندرکات‌های خارجی، افزایش ماهیچه‌های کناری و هزینه ماشین‌کاری بیشتر را در پی دارد. طراحی مناسب قالب و بهره‌گیری از خط جدایش آن می‌تواند این مسئله را برطرف کند. علاوه بر این، توجه به آندرکات‌های داخلی و احتمال گیر کردن قطعه پس از انجماد نیز از مسائل مهم طراحی به شمار می‌رود. جهت باز و بسته کردن قالب، پارامتر اصلی در این مورد است.

رعایت موارد بالا می‌تواند عملکرد صحیح مکانیزم دایکاست و کیفیت ساخت قطعه را تا حد قابل قبولی تضمین کند. با این وجود، نکات و قواعد طراحی قالب های صنعتی مورد استفاده در فرایند ریخته گری تحت فشار به موارد معرفی شده محدود نمی‌شوند. برخی دیگر از موارد قابل ذکر عبارت هستند از:

• قالب ریخته گری تحت فشار باید امکان حرکت راحت فلز مذاب را درون تمام کانال‌ها و حفره‌های موجود فرآهم کند.
• توجه به باز و بسته شدن راحت قالب و عدم تداخل بخش‌های مختلف قطعه با اجزای قالب از دیگر نکات مهم طراحی است.
• جنس مواد مورد استفاده برای ساخت قالب، بر روی عمر مفید و تعداد چرخه‌های استفاده از آن تاثیر می‌گذارد. قالب‌های فولادی با عیار بالا برای ۱۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰ چرخه ساخت قابل استفاده هستند. البته در صورت به کارگیری قالب‌های فولادی با کربن پایین‌تر، تعداد چرخه‌های ساخت به حدود ۱ میلیون می‌رسد.

مزایای تولید از طریق قالب های دایکاست

1. اشکال پیچیده تری را می توان تولید نمود.
2. به دلیل آنکه قالب باسرعت وتحت فشار پر می گردد قطعات با دیواره های نازکتری را می توان تولید نمود و خلاصه آنکه در این روش نسبت طول قطعه به ضخامت قطعه به مراتب بیشتر از دیگر روش ها است.
3. سرعت تولید در این روش خیلی بالاست، به ویژه اگر قالب های چند حفره ای مورد استفاده قرار گیرد.
4. معمولا قطعه تولید شده از طریق دایکاست از پرداخت سطح خوبی بر خوردار است و احتیاجی به عملیات ماشین کاری بعدی ندارد و به این خاطر عملیات فوق العاده اقتصادی است.
5. قالب های دایکاست پیش از آنکه فرسوده شوند و در ابعاد قطعه تولید شده اختلافی به وجود آید، هزاران قطعه تولید خواهند نمود، در نتیجه سرمایه گذاری برای تولید قطعه کمتر است.
6. نسبت به دیگر روش های ساخت قطعه، از فلز مذاب با روش دایکاست مقاطع ظریف تری راروی قطعه می توان به وجود آورد.
7. بیشتر قطعات تولید شده با کمترین پرداخت کاری آماده آب فلز کاری می باشند.
8. قطعات آلومینیومی ساخته شده توسط قالب دایکاست معمولا نسبت به روش های دیگر مثل ریخته گری آلومینیوم در ماسه مقاومت بیشتری دارند.