ریخته گری در مقابل قالب دائمی: کدام فرآیند آلومینیوم برنده است؟

برای تولید آلومینیوم با حجم بالا که نیاز به تلرانس های محکم و دیواره های نازک دارد، ریخته گری قالب انتخاب برتر است. برای حجم های کمتر، قطعات با دیواره ضخیم تر یا آلیاژهای نامناسب برای ریخته گری دایکاست، ریخته گری قالب دائمی اقتصاد و انعطاف پذیری بهتری را ارائه می دهد. درک اینکه هر فرآیند در کجا برتر است – و در کجا کوتاه می‌آید – می‌تواند باعث صرفه‌جویی در سرمایه‌گذاری قابل‌توجه در ابزار و هزینه هر قطعه توسط تولیدکنندگان شود.

هم ریخته گری دایکست و هم ریخته گری دائمی از قالب های فلزی قابل استفاده مجدد به جای قالب های ماسه ای مصرفی استفاده می کنند که بلافاصله آنها را از نظر قوام ابعادی و پرداخت سطحی از ریخته گری شنی متمایز می کند. با این حال، آنها در فشار تزریق، سرعت چرخه، هزینه ابزارآلات و انواع قطعاتی که بهترین کار را انجام می دهند، تفاوت چشمگیری دارند.

چگونه هر فرآیند در واقع کار می کند

ریخته گری قالب: تزریق با فشار بالا

در ریخته گری آلومینیومی، آلومینیوم مذاب در قالب فولادی (دای) با فشارهای معمولاً متفاوت از 1500 تا 25000 psi . این فشار شدید، فلز را قبل از اینکه جامد شود، وارد تمام جزئیات حفره می‌کند. زمان چرخه می تواند به همان سرعتی باشد 15 تا 60 ثانیه برای اکثر قطعات خودرو و مصرف کننده، آن را به یکی از سریع ترین فرآیندهای شکل دهی فلز تبدیل می کند.

دو نوع وجود دارد: ریخته گری با محفظه گرم (برای آلیاژهای با ذوب پایین) و ریخته گری با محفظه سرد. آلومینیوم، با نقطه ذوب بالاتر (~660 درجه سانتیگراد)، همیشه استفاده می کند ماشین های اتاق سرد ، جایی که فلز مذاب به طور جداگانه به داخل محفظه تزریق ریخته می شود.

ریخته گری دائمی قالب: پر گرانشی یا فشار کم

ریخته گری قالب دائمی (که در برخی بازارها ریخته گری گرانشی نیز نامیده می شود) قالب های فولادی یا آهنی قابل استفاده مجدد را با استفاده از گرانش یا فشار کم پر می کند - معمولاً تحت فشار 15 psi . بدون فشار شدید دایکاست، زمان چرخه به طور کلی کندتر است 1 تا 5 دقیقه در هر چرخه با این حال، پر کردن ملایم تر تلاطم را کاهش می دهد، که اغلب قطعاتی با یکپارچگی داخلی بهتر و مشکلات تخلخل گاز کمتری تولید می کند.

ساید بای ساید: دایکستینگ در مقابل ریخته گری قالب دائمی

قالب های ریخته گری آلومینیومی: ملاحظات ساختمانی و مواد

قالب های ریخته گری آلومینیومی تقریباً به طور جهانی ساخته شده اند فولاد ابزار گرم کار H13 یک آلیاژ کروم-مولیبدن که قادر به مقاومت در برابر چرخه حرارتی مکرر ناشی از تزریق آلومینیوم مذاب در دمای ~680 درجه سانتیگراد به داخل قالبی است که ممکن است در دمای 150-250 درجه سانتیگراد نگهداری شود. طراحی قالب پیچیده است، معمولاً شامل موارد زیر است:

• الف نیمه ثابت (کاور قالب) متصل به صفحه ثابت و الف نیمه متحرک (قالب اجکتور) روی صفحه متحرک
• سیستم های رانر و دروازه که سرعت و جهت جریان فلز را برای به حداقل رساندن تلاطم کنترل می کند
• سرریز چاه ها و دریچه ها اجازه می دهد تا هوا و اکسیدهای به دام افتاده خارج شوند
• کانال های خنک کننده برای مدیریت زمان چرخه و انجماد بخشی به دو نیمه ماشینکاری شده است
• پین های اجکتور برای بیرون راندن قسمت جامد بدون تغییر شکل
• سرسره و بالابر برای آندرکات هایی که با کشیدن مستقیم ساده آزاد نمی شوند

یک قالب پیچیده ریخته گری خودرو با اسلایدهای متعدد می تواند هزینه داشته باشد 80000 تا 200000 دلار یا بیشتر زمان از طراحی تا اولین عکس معمولاً ادامه دارد 8 تا 16 هفته . دقیقاً به همین دلیل است که ریخته گری فقط از آستانه های تولید معین اقتصادی برخوردار است.

زندگی و نگهداری

قالب های فولادی H13 با کیفیت بالا برای ریخته گری آلومینیوم را می توان به دست آورد 500000 تا بیش از 1000000 شات با نگهداری مناسب ترک های خستگی حرارتی (به نام "بررسی گرما") حالت اولیه خرابی هستند. فواصل تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده - معمولاً هر 50000 تا 100000 شات - شامل پولیش، جوشکاری تعمیرات نواحی فرسوده و پوشش مجدد با PVD یا عملیات نیتریدینگ برای افزایش عمر است.

ابزار قالب دائمی: ساده تر اما نه ساده

قالب دائمی از چدن خاکستری یا فولاد ماشینکاری می شود و آهن خاکستری برای کاربردهای کم حجم معمول است زیرا ماشینکاری ارزانتر است و رسانایی حرارتی مناسبی دارد. پوشش های قالب (شستشوهای نسوز که قبل از هر بار ریختن انجام می شود) ضروری هستند - آنها به عنوان یک مانع حرارتی عمل می کنند، از لحیم کاری آلومینیوم به قالب جلوگیری می کنند و به کنترل سرعت انجماد کمک می کنند.

از آنجایی که فشار پر کردن پایین است، قالب های دائمی به استحکام ساختاری مشابه قالب های ریخته گری نیاز ندارند. الف قالب دائمی دو صفحه ای ساده ممکن است بین 3000 تا 8000 دلار هزینه داشته باشد ، در حالی که یک ابزار پیچیده با هسته ها و اقدامات جانبی ممکن است به 20000 تا 25000 دلار برسد - هنوز به طور قابل توجهی کمتر از یک ابزار دایکستینگ معادل است.

عمر قالب کوتاه تر است: 15000 تا 80000 سیکل برای ریختن آلومینیوم در قالب های چدن معمول است، با قالب های فولادی تا حدودی طولانی تر دوام می آورد. این مزیت اقتصادی ریخته گری قالب دائمی را در حجم های بسیار بالا محدود می کند.

انتخاب آلیاژ: یک تمایز بحرانی

همه آلیاژهای آلومینیوم با دایکاست سازگار نیستند. سرعت تزریق بالا و انجماد سریع آلیاژهایی با سیالیت خوب و انقباض کم انجماد به نفع آلیاژهایی است. متداول ترین آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم عبارتند از:

• الف380 – آلیاژ اسب کار؛ سیالیت عالی، استحکام خوب، به طور گسترده در دسترس است
• الف383 – مقاومت در برابر ترک خوردگی گرم بهتر از A380 مناسب برای هندسه های قالب پیچیده
• الف360 - مقاومت در برابر خوردگی بالاتر، شکل پذیری بهتر، ریخته گری کمی سخت تر
• الفDC12 (Japan standard) - مشابه A383؛ به طور گسترده در زنجیره های تامین خودرو آسیا استفاده می شود

در مقابل، ریخته گری دائمی قالب، الف طیف وسیع تری از آلیاژها از جمله آلیاژهای قابل عملیات حرارتی سری 3xx.x مانند A356 و A357. این آلیاژها می توانند تحت عملیات حرارتی T6 (محلول عملیات حرارتی پیری مصنوعی) قرار گیرند تا به استحکام کششی برسد. 260-310 مگاپاسکال با کشیدگی های 6 تا 12 درصد - خواص مکانیکی که قالب های ریخته گری معمولاً نمی توانند مطابقت داشته باشند زیرا تخلخل باعث ایجاد تاول در طی عملیات حرارتی می شود.

خواص مکانیکی: جایی که قالب دائمی لبه دارد

این یکی از مهم ترین تفاوت های عملی بین این دو فرآیند است. از آنجایی که دایکاست گاز را در طول تزریق با سرعت بالا به دام می‌اندازد، تخلخل ذاتی این فرآیند است. ریخته گری تحت خلاء و انواع ریخته گری فشاری این تخلخل را کاهش می دهد - اما به ندرت از بین می برد. نتیجه:

برای قطعات ساختاری که باید از بارگذاری دینامیکی دوام بیاورند - براکت‌های تعلیق، محفظه‌های هیدرولیک، محفظه‌های دستگاه‌های پزشکی - ریخته‌گری‌های قالب دائمی با استفاده از A356-T6 اغلب از نظر عمر خستگی و شکل‌پذیری از ریخته‌گری‌های قالبی بهتر عمل می‌کنند، حتی اگر UTS در حالت ریخته‌گری پایین‌تر باشد.

تجزیه و تحلیل هزینه: حجم برنده را تعیین می کند

اقتصاد این دو فرآیند به طور کامل بر روی حجم تولید متمرکز است. هزینه بالای ابزار ریخته گری در طول دوره های بزرگ مستهلک می شود. هزینه ابزار کمتر قالب دائمی، اجرای کوچک را قابل اجرا می کند.

یک قطعه آلومینیومی نماینده با وزن 500 گرم با پیچیدگی متوسط را در نظر بگیرید:

• الفt 1,000 parts/year: قالب دائمی معمولاً به دلیل ابزارآلات 5000 تا 8000 دلاری در مقابل 30000 تا 50000 دلاری برای ریخته گری دایکاست، هزینه کل کمتری برای هر قطعه به دست می آورد.
• الفt 10,000 parts/year: نقطه متقاطع نزدیک می شود. چرخه سریعتر دایکستینگ شروع به جبران حق بیمه ابزارآلات آن می کند
• الفt 50,000 parts/year: دایکستینگ هزینه هر قطعه می تواند 40 تا 60 درصد کمتر باشد نسبت به قالب دائمی به دلیل زمان چرخه و کارایی ابزار چند حفره ای

ابزارهای ریخته گری چند حفره ای - که در آن 2، 4 یا حتی 8 قطعه یکسان در هر شات تولید می شود - به طور چشمگیری هزینه هر قطعه را در مقیاس کاهش می دهد. به دلیل دینامیک پر کردن کندتر، ابزار قالب دائمی کمتر برای تولید چند حفره طراحی شده است.

محدودیت های طراحی قطعه: آنچه که هر فرآیند محدود می کند

قوانین طراحی ریخته گری قالب

• یکنواختی ضخامت دیوار بسیار مهم است - تغییرات باعث ایجاد نقص در انقباض می شود. دیوارهای 1-3 میلی متری ایده آل هستند
• زوایای پیش نویس از 1-3 درجه در تمام سطوح موازی با جهت جداسازی قالب برای بیرون ریختن مورد نیاز است
• آندرکات نیاز به اسلاید دارد و هزینه را اضافه می کند. معابر داخلی پیچیده ممکن است به هسته های محلول یا ماشینکاری ثانویه نیاز داشته باشد
• سوراخ های رزوه ای معمولاً نیاز به ماشین کاری دارند. نخ‌های ریخته‌شده در این مقیاس غیرقابل اعتماد هستند

قوانین طراحی قالب دائمی

• دیوارهای سنگین تر قابل قبول هستند و گاهی اوقات ترجیح داده می شوند. 3-12 میلی متر یک محدوده کاری رایج است
• هسته های شنی را می توان برای حفره های داخلی استفاده کرد که هسته های فلزی نمی توانند ایجاد کنند - آزادی طراحی را افزایش می دهد
• مقاطع بزرگ و مسطح نسبت به دایکستینگ بخشنده تر هستند
• طراحی دروازه و بالابر بسیار مهم است زیرا فلز باید بدون تلاطم تحت گرانش جریان داشته باشد

کاربردهای صنعتی: جایی که هر فرآیند غالب است

الگوهای انتخاب صنعت در دنیای واقعی منعکس کننده نقاط قوت فرآیندی است که در بالا مورد بحث قرار گرفت:

ریخته گری آلومینیوم در موارد زیر غالب است:

• الفutomotive: محفظه‌های گیربکس، روکش‌های موتور، محفظه‌های باتری خودروهای الکتریکی، دستگیره‌های درب - حجم بالا سرمایه‌گذاری ابزارآلات را توجیه می‌کند.
• لوازم الکترونیکی مصرفی: قاب‌های شاسی لپ‌تاپ، بدنه‌های دوربین، هیت سینک‌ها - دیواره‌های نازک و سطح ظریف بسیار مهم هستند
• ابزارهای برقی: پوسته های مسکن، جعبه دنده-میلیون ها واحد در سال مدل
• مخابرات: محفظه های ایستگاه پایه 5G، محفظه های رابط

ریخته گری قالب دائمی در موارد زیر غالب است:

• الفutomotive structural parts: توپی چرخ، بند بند تعلیق، کالیپرهای ترمز - جایی که عملیات حرارتی T6 و مقاومت در برابر خستگی است