[Zohreh Gholami]

سیستم ریخته گری تحت فشار

ريخته گري تحت فشار نوعي ريخته گري مي باشد كه مواد مذاب تحت فشار بداخل قالب تزريق مي شود. اين سيستم بر خلاف سيستم ريژه كه مذاب تحت نيروي وزن خود بداخل قالب مي رود امكانات توليد قطعات محكم وبدون مك مي باشد. دايكاست كوتاهترين راه توليد يك محصول از فلز مي باشد.


مزاياي ريخته گري تحت فشار:
1-توليد انبوه و با صرفه
2-توليد قطعه مرغوب باسطح مقطع نازك
3-توليد قطعات پيچيده
4-قطعات توليد شده در اين سيستم از پرداخت خوبي بر خوردار است.
5-قطعه توليد شده استحكام خوبي دارد.
6-در زمان كوتاه توليد زيادي را امكان مي دهد.


معايب ريخته گري تحت فشار:
1-هزينه بالا
2-وزن قطعات در اين سيستم محدويت دارد حداكثر 3 8 K g
3-از فلزاتي كه نقطه ذوب آنها در حدود آلياژ مس مي باشد مي توان استفاده نمود.


ماشين هاي دايكاست:
اين ماشين ها دو نوع كلي دارند:

1-ماشين هاي با محفظه تزريق سرد: cold chamber در اين نوع سيلندر تزريق خارج از مذاب بوده و فلزاتي مانند A L و C u و m g تزريق مي شود و مواد مذاب توسط دست به داخل سيلندر تزريق منتقل مي شود.
2-ماشين هاي با محفظه تزريق گرم: Hot chamber در اين نوع سيلند تزريق داخل مذاب و كوره بوده و فلزاتي مانند سرب خشك و روي تزريق مي شود و مذاب اتوماتيك تزريق مي شود.

محدوديت هاي سيستم سرد كار افقي:
1-لزوم داشتن كوره هاي اصلي و فرعي براي تهيه مذاب و رساندن مذاب به داخل سيلندر تزريق
2- طولاني بودن مراحل كاري
3-امكان بوجود آمدن نقص در قطعه بدليل افت حرارت مذاب آكومولاتور يك سيلندر دو طرفه بازشوكه داخل آن يك پيستون شناور وجود دارد كه يك سمت آن فشار گازاز نوع گاز بي اثر مانند گاز ازت كه در سيستم با D O مشخص مي باشد، تحت فشار است و در سمت ديگر فشار روغن كه در سيستم با P N مشخص مي باشد.


وظيفه آكو مولاتور:
چون پيستون شناور آكومولاتور بوسيله فشار روغن شارژ شده است و پشت آن هم فشار متراكم گاز وجود دارد در زمان تزريق وقتي فشار روغن در يك سمت كم مي شود. فشار گاز با سرعت زيادي پيستون را به سمت روغن هدايت نموده و باعث سرعت زيادي در ضربه دوم تزريق شده و مذاب را در مدت زمان كوتاه بداخل حفره قالب مي راند.


نقش آكومولاتور:
اگر اين اجزاء عمل نكند و در واقع نقشي در تزريق مذاب نداشته باشد قطعات داراي مك و بد تزريقي بوده و استحكام لازم راندارد.


بسته نگه داشتن قالب: (قفل قالب D I E L O C K)
فشارهايي كه در ريخته گري تحت فشار در فلز مذاب به وجود مي آيند مستلزم داشتن تجهيزات ويژه جهت بسته نگهداشتن قالب مي باشد تااز فشاري كه براي باز كردن قالب در طي تزريق بوجود مي آيدوباعث پاشيدن فلزاز سطح جدا كننده قالب مي شود اجتناب شده و تلرانسهاي اندازه قطعه ريختگي تضمين گردد. قالبهاي دايكاست بصورت دو تكه ساخته مي شوند يك نيمه قالب به كفشك ثابت ( طرف تزريق) و نيمه ديگر به كفشك متحرك ( طرف بيرون انداز) بسته مي شود . قسمت متحرك قالب بوسيله ماشين روي خط مستقيم به جلو و عقب مي رود و به اين ترتيب قالب دايكاست باز و بسته مي شود. بسته نگهداشتن هردونيمه قالب طی تزريق ،بسته به طراحي ماشين ريخته گري تحت فشار با روشهاي مختلف صورت مي گيرد. يك روش اتصال با نيرو است كه از طريق اعمال يك نيروي هيدروليكي بر كفشك متحرك به وجود مي آيد.روش ديگر،اتصال با فرم به كمك قفل و بند هاي مكانيكي صورت مي گيرد اين قفل و بند ها فقط با يك نيروي كوچك پيش تنش كار مي كنند . در هر دو مورد يك بسته نگهدارنده ايجاد مي گردد كه با نيروي به وجود آمده باز كننده در قالب دايكاست مقابله مي كند. نيروي باز كننده نتيجه فشار تزريق است كه هنگام پر كردن قالب ايجاد مي گردد.

سيستم قفل قالب به روش اتصال با نيرو معمولاً شامل قسمت هاي زير است:
1-دوميز ثابت جلو و عقب و يك ميز متحرك مياني
2-چهار عدد بازوي راهنما و هشت عدد مهرة فيكس
3-سيلندر محرك ميز متحرك


قدرت قفل شوندگي قالب بستگي به موارد زير دارد:
1-قدرت پمپ
2-قدرت سيلندر محرك ميز
3-قدرت چهار عدد ميله راهنما
4-زاويه شيب گوه ها


قالب هاي دايكاست:
قالب دايكاست عبارت است يك قالب دائمي فلز ي بر روي يك ماشين ريخته گري تحت فشار كه براي توليد قطعات ريختگي تحت فشار بكار مي رود. هدايت كردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط كانال هايي انجام مي گيرد كه به آن سيستم مدخل تزريق – راهگاه - گلويي گفته مي شود. هر قالب دايكاست از دو قسمت تشكيل شده است تا بتوان قطعه را بعد از انجماد از حفره قالب بيرون آورد. اجزاء قالب دايكاست كه با فلز ريختگي مذاب در تماس هستند از فولاد گرم كار و يا از آلياژهاي مخصوص نسوز و مقاوم در برابر تغيير دما ساخته مي شود.


ساختمان قالب:
در زير جنبه هاي مهم طراحي قالب را مورد برسي قرار مي دهيم:

تقسيم قالب:
همانطور كه ذكر شدهر قالب دايكاست بصورت دو تكه است يعني قالب ازيك نيمه ثابت(طرف تزريق) و يك متحرك (طرف بيرون انداز) تشكيل شده است. نيمه ثابت قالب (نيمه تزريق قالب) به كفشك ثابت ماشين ريخته گري تحت فشار مونتاژ مي شود. در حالي كه نيمه متحرك قالب (نيمه بيرون انداز قالب ) به كفشك متحرك محكم مي شود هر دو نيمه قالب در حالت آماده تزريق بسته هستند و با نيروي بسته نگهدارنده اي كه از طرف ماشين ايجاد مي گردد، در حالت بسته نگه داشته مي شوند. سطح تماس هر دو نيمه قالب، سطح جدايش قالب ناميده مي شود. براي اجتناب از نفوذ فلز مذاب به خارج بايستي سطح قالب كاملاً آب بندي و از اين جهت به صورت سطح سنگ زني شده و يا هم سطح شده باشد. دقت انطباق صفحات قالب كه روي هم قرار مي گيرند اهميت زيادي دارند .بهتر است كه لبة خارجي در هر دو صفحه قالب حدواً 1 m m تا 2 m m تحت زاويه 4 5 پخ زده شوند. به اين ترتيب از خرابي لبه ها توسط ضربه يا برخورد كه منجر به تغيير شكل لبه ها مي گردد و مي توانند دقت انطباق را بر هم بزنند اجتناب مي شود. در خاتمه يك مطلب در مورد تعيين ابعاد سطح جدايش قالب ذكر مي گردد كه سطح جدايش دور تا دور حفره قالب يك سطح به اندازه كافي بزرگ آب بندي را به وجود بياورد.

تخليه هواي قالب:
يكي از شرايط مهم براي توليد قطعات مهم توليد تزريقي بدون عيب آن است كه در موقع تزريق مقدار گازهاي محبوس در ساختار قطعه محبوس در ساختار قطعه تا حد امكان كم باشد. و اين تعداد كم تخلخلهاي گازي با ابعاد كوچك ميكروسكوپي به هم فشرده شوند. بدين ترتيب دو خواسته مطرح مي گردد. اولاً بايد در پروسه تزريق تا حد امكان هيچ هوايي از تجهيزات تزريق به درون مذاب نفوذ نكند و ثانياً هواي موجود در كانال تغذيه و حفره قالب بتواند هنگام تزريق بطور كامل خارج گردد.

فشردن تخلخلهاي باقيمانده درقطعه از طريق اعمال فشار نهايي بعد از پر شدن قالب صورت مي گيرد اين فشار نهايي را مي توان از طريق اتصال يك مولتي بليكاتور افزايش داد.اولين خواسته به خصوص به واحد ريخته گري و در اينجا قبل از هر چيز به سيستم كنترل محرك ريختگي و مربوط مي باشد. بايستي 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 يك موج برگشتي از نفوذ هوا به درون محفظه انتقال جلوگيري كرده و شرايط را براي خروج بلا مانع هواي وارد شده از طريق جريان فلز به درون كانال تغذيه وحفره قالب و سپس از آنجا توسط كانال هاي تخليه هوا به بيرون آماده فرايندهاي ويژه، مانند حركت شتابدار پيستون مذاب، تأثيرمبتني بر كاهش هوا و ناخالصي هاي گازي در فلز تزريقي مي گذارند.

درخواست دوم مربوط به تخليه هواي حفره قالب مربوط است. هواي نفوذي توسط جريان فلز بايستي به راحتي خارج گردد. بنابر اين بايستي كانال هايي براي تخليه هوا در نظر گرفت تا هواي گازهاي قالب بتوانند از طريق آنها به بيرون انتقال يابند تخليه ناقص هوا از قالب يكي از علتهاي رايج عدم نفوذ كيفيت قطعه مي باشد. برحسب تجربه پايين بودن بيش از اندازه سرعت فلز باعث عيوب ريختگي مانند سطح خارجي زبرورگه دار تزريق سرد و ناخالصي هاي گازي مي گردد.

بنابر اين سرعت جريان فلز مذاب در حفره قالب تاوقتي كه قالب كاملاً پر شود با ازدياد فشار گاز (در نتيجه تخليه خيلي آهسته هوا) كاهش مي يابد. فشار گاز در حفره قالب از گلوئي تا آخرين ناحيه پر شده حفره قالب افزايش مي يابد، با توجه به ميزان اثر گذاري تخليه هواي قالب، اندازه حد اكثر فشار گاز متفاوت است. تجمع عيوب ريختگي در آخرين قسمت هاي پر شده قطعه تزريقي هميشه نمايانگر آن است كه تخليه هوا ناقص انجام گرفته است. بهبود و توسعه تخليه هواي قالب در اين نقاط از حفره قالب خطر عيوب ريختگي را كاهش مي دهد، زيرا به اين ترتيب فشار گاز پايين آمده و متناسب با آن سرعت جريان فلز مذاب كمتر مي گردد.

به اين ترتيب بايستي در قالب دايكاست كانالهايي با ابعاد كافي براي سطح مقطع جهت تخليه هوا تغيير گردند همه سطوح انطباقي قسمت هاي قالب در حفره قالب (مغزيها قالب، ماهيچه ها ثابت و متحرك ، 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 اي نيستند كه هواي موجود در قالب تزريق را در مدت زمان بسيار كوتاه پر شدن قالب بطور كامل تخليه نمايند. سطوح جدايش قالب بويژه در قالب هاي جديد غالباً با دقت زيادي ماشينكاري و آب بندي مي گردند. به طوري كه سهم آنها در تخليه هوا ناچيز است.
كانال هاي تخليه هوا در سطح جدايش قالب مرز كاري مي گردند و از كناره حفره قالب يا از سر باره گيره ها بصورت خط مستقيم تا لبة خارجي هدايت مي شود.

عرض كانال ها در حدود 10mm تا 15mm و عمق آنها 0.1mm تا 0.2 mm است فلز مذاب به درون كانال هاي تخليه هوا نفوذ مي كنند، اما طول نفوذ براي يك كانال با عمق 0.2mm بسيار كوتاه است . براي جلوگيري از تخلخل هاي ايجاد شده در اينجا ، كانالهاي تخليه هوا در سر باره گيره ها قرار داده مي شود و اين سر باره گيره ها در پليسه گيري ان جدا مي گردند.

طول كانال هاي تخليه هوا بايد حداقل 100 mm باشد و به همان اندازه بايستي ما براي آن بر روي سطح جدايش در اختيار باشد. وجود كانالهاي تخليه هوا فقط در يكي از دونيمه قالب در سطح جدايش كافي است. بهتر است هميشه از ماهيچه هاي ثابت موجود در قالب دايكاست نيز جهت تخليه هواي قالب بهره برد. براي اين منظور با يك لقي انطباق حدوداً 0.05 mm در صفحه قالب قرار داده مي شوند.

بايد به فاصله تقريباً 100mm از پشت ديواره قالب، يك گاه در نظر گرفته شود تا هواي رانده شده جمع آوري و سپس از طريق سطح ايجاد شده بر روي شفت ماهيچه به خارج انتقال يابد. همچنين سطوح لغزش ماهيچه هاي متحرك ، كه داراي يك لقي انطباق زياد در حدود 0.1 mm هستند و نيز پينهاي پران كه معمولاً بالقي كمتر از 0.03 mm نصب مي گردند در تخليه هوا مؤثرند.

در حالي كه روشهاي ممكن جهت تخليه هواي قالب كه از آنها نام برده شد ، تنها براي آن بكار مي روند تا هواي رانده شده از فلز تزريقي را از حفره قالب دور نگهدارند و از تشكيل يك فشار معكوس و مزاحم گاز در حفره قالب جلوگيري كنند ، بايستي از طرف ديگر تدابيري نيز جهت انتقال هواي محبوس در جريان فلز به بيرون انديشد معمولاً تا حدودي تشكيل حركت گردابي در جريان پر كننده اجتناب ناپذير است، بطوري كه مثلاً در تغيير مسير جريان و در برخورد ماهيچه هاي بر آمده و ديوارهاي قالب و همچنين توسط يك جريان برگشتي امكان تشكيل گرداب وجود دارد بعلاوه باقيمانده مواد جدايش با جريان تزريق همراه شده و يا توسط آن شسته مي شوند از اين رو اتخاذ تدابير بايستي هوا، گازهاي قالب و يا اكسيد هاي به وجود آمده توسط حركت گردابي فلز مذاب جمع اوري و از حفره قالب خارج گردند براي اين منظور از قسمتهاي بنام سر باره گيرها مناطق فرز گازي شده كوچكي در صفحه قالب نزديك كنارحفره قالب مي باشند كه توسط يك گلويي نازك به حفره قالب متصل مي گردند.به اين ترتيب فلز مذاب به درون سر باره گير سر ريز مي شود. با توجه به اينكه بخصوص ابتداي جريان تزريق ، يعني جبهه جريان، از هوا، اكسيدها و باقيمانده مواد جداكننده فني مي باشد سر باره گيرها بويژه در جايي در نظر گرفته مي شوند كه در آنجا جبهه جريان به ديواره قالب پرتاب مي گردد. بنابراين سر باره گير فلز تزريقي را كه ديگر شرايط مطلوب كيفي را دار نمي باشد گرفته و از حفره قالب دور مي كند.

براي طراحي صحيح سر باره گير بايستي تصور روشني از نحوه تغييرات جريان داشت. سرباره گيره ها بر حسب نوع گلويي ، كه نحوه تغييرات جريان را مشخص ميكنند هميشه در ناحيه انتهاي جريان پركننده قرار داده مي شوند .


گرم كردن و خنك كردن قالب

گرم كردن قالب:
قالب دايكاست بايستي بر روي ماشين دايكاست قبل از شروع بكار تا دماي لازم گرم گردد. تحت هيچ شرايطي نبايستي با يك قالب سرد و يا به قدر كافي خنك نشده ريخته گري را آغاز نمود، در غير اين صورت تنش هاي حرارتي بالايي در سطح خارجي قالب پديد مي آيند، كه معمولاً از بين نمي روند و باعث تشكيل ترك هاي زود رس ناشي از سوختگي مي گردند.

دماي گرم كردن قالب بايستي تقريباً به اندازه ميانگين دماي قالب که براي ريخته گري ضروري است باشد (آلياژ آلومينيم از 250 تا 310) به طور كلي اگر در مرز بالاي درجه حرارت هاي توصيه شده براي قالب بهتر بوده و طول عمر قالب مي تواند بطور قابل ملاحظه أي افزايش يابد، زيرا اختلاف بين دماي ريخته گري و دماي قالب كمتر است. اندازه تنش هاي متناوب حرارتي به عنوان عامل تشكيل ترك هاي ناشي از سوختگي به دماي قالب بستگي دارد. هر چه افت حرارتي بين دماي ريخته گري و دماي قالب كمتر باشد، به همان نسبت نيز انبساط در سطح خارجي قالب و خطر ايجاد ترك كمتر است.

براي گرم كردن از دستگاه هاي گرم كننده به تنهايي و همراه با دستگاه هاي خنك كننده استفاده مي شود. مشعل هاي گازي به خاطر اينكه 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 به وجود مي آورند و مناسب ترند اين نوع دستگاهها به شكل قاب و يا جعبه ساخته شده و بین 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 اينكه بتوان قطعه تزريقي را از قالب گرفت و يا به بيرون پرتاب نمود ، بايستي آنرا 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 امكانپذير 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 به كار رود استفاده مي شود.

براي قطعات تزريقي كوچك و يا جدار بسيار نازك ممكن است بتوان از خنك كردن قالب بطور كامل صرفنظر 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، همرفت 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 در قطعات دايكاست جدار ضخيم هم گاه نيازي به خنك كردن قالب نيست ولي معمولاً در ماشين هاي اتوماتيك سريع با محفظه ضروري است. براي خنك كردن قالب، كانال هايي در قالب دايكاست براي جريان يافتن ماده خنك كننده تعبيه مي گردد اين كانال ها به طرف 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 كانال هاي 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 به خصوص 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 امكانپذير است.