ریخته گری دایکست: تعریف، انواع، مواد، کاربردها و مزایا

آخرین به روزرسانی

مقدمه

در ریخته‌گری دایکست (یا ریخته‌گری تحت فشار) به انگلیسی Die Casting از یک حفره دو تکه ساخته شده از فولاد ابزار برای ایجاد شکل منفی قطعه مورد نیاز استفاده می‌شود. این “سوراخ” سپس با فلز مذاب پر می‌شود که به حالت جامد درآمده و پس از آن محفظه باز شده و قطعه فلزی ریخته‌گری شده خارج می‌شود. ریخته‌گری دایکست اغلب در تولید قطعات فلزی سبک با قیمت پایین، دقت و استحکام بالا استفاده می‌شود. این مقاله ریخته‌گری دایکست، انواع، مواد، موارد استفاده و مزایای آن را مورد بحث قرار خواهد داد.

ریخته گری دایکست چیست؟

ریخته‌گری دایکست فرآیندی است که در آن مواد مذاب به داخل حفره قالب ریخته می‌شود. این رویکرد “قالب‌گیری منفی” در اصل با تمام فرآیندهای قالب‌گیری و ریخته‌گری یکسان است، اما تقریباً در تمام جزییات کلیدی با سایرین تفاوت دارد. قطعات قالب سخت شده از جنس فولاد ابزار که حفره را تشکیل می‌دهند توسط یک پرس هیدرولیک به همدیگر فشرده می‌شوند تا سطوح تماس به طور دقیق به عنوان یک درزگیر قرار گیرند. برخی از قطعات نیاز دارند که قالب در این مرحله گرم شود، در حالی که در برخی دیگر قالب سرد عملکرد بهتری ارائه می‌دهند.

چرا به آن ریخته گری تحت فشار (Die Casting) گفته می شود؟

به این دلیل ریخته‌گری تحت فشار یا Die Casting گفته می‌شود که «Die» معادل کلمه «ابزار» است. اکثر روش‌های ریخته‌گری، مانند ریخته‌گری ماسه‌ای و ریخته‌گری دقیق، حفره را هنگام ساخت هر قطعه خراب می‌کنند. وجه تمایز ریخته گری دایکست این است که حفره را در هنگام ریخته‌گری یک قطعه بدون آسیب باقی می‌گذارد. اولین کاربرد کلمه «Die» به احتمال زیاد مربوط به ابزارهای منگنه کردن سکه‌ها بوده که فلز را در یک حفره شکل می‌دهند تا به آن فرم دقیق دهند.

تاریخچه ریخته گری دایکست چیست؟

ریخته‌گری دایکست با ریخته‌گری قطعات چاپگر مانند چرخ‌دنده‌ها و دسته‌ها در اوایل/ اواسط قرن نوزدهم آغاز شد. قطعات ساده بودند: ابزارها از آهن بود و به طور خشن ساخته می‌شدند و مذاب با دست از ملاقه ریخته می‌شد. این فرآیند در طول قرن بیستم توسعه یافت تا به پایه اصلی تولید قطعات فلزی با حجم بالا تبدیل شود. خطوط تولید کاملاً خودکار و پیچیده اکنون رایج شده‌اند، اگرچه بسیاری از فرآیندهای این روش همچنان به شکل ابتدایی و دستی نیز در صنایع کاربرد قابل توجهی دارند- تا جایی که حتی پر کردن دستی حفره‌های ساده نیز مرسوم است.

ریخته گری دایکست چگونه انجام می شود؟

ریخته‌گری دایکست با فشار دادن حفره توسط یک پرس هیدرولیک انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که سطوح اتصال حفره بسته‌اند. برخی از قالب‌ها گرم می‌شوند در حالی که برخی دیگر برای ساخت قطعه سرد هستند. پر کردن حفره با فلز مذاب می‌تواند در فشار کم (با تغذیه ثقلی یا ریخته‌گری ثقلی (gravity die-cast)) یا فشار بالا (ریخته‌گری تحت فشار (pressure die-cast)) با استفاده از یک جک هیدرولیک باشد. فشار بالاتر اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های ظریف‌تر و مقاطع نازک‌تر قالب به طور مؤثر پر شوند.

فشار کمتر به تجهیزات ارزان‌تر و ابزار سبک‌تر نیاز دارد، اما فقط برای ایجاد پروفیل‌های ساده‌تر و بخش‌های ضخیم‌تر مناسب است. ابزارهای پردازش سریع برای تولید قطعات حجیم عموماً با آب خنک می شوند. این کار برای تسریع انجماد و کاهش زمان چرخه تولید است. با این حال، زمان هر چرخه به طور قابل توجهی طولانی‌تر از قالب‌گیری تزریقی پلاستیک است. ظرفیت حرارتی فلزات به میزان قابل توجهی بالاتر است و برای رسیدن به یک قطعه جامد با قابلیت خروج از قالب، به کاهش دمای بیشتری نیاز دارد.

چرا ریخته گری دایکست انجام می شود؟

ریخته گری دایکست برای تولید قطعات فلزی سبک با قیمت پایین، حجم بالا و دقت ابعادی زیاد، تکرارپذیری و استحکام بالا انجام می شود. همه فرآیندهای جایگزین منجر به ساخت قطعاتی با هزینه بسیار بالاتر، اغلب با کیفیت پایین‌تر و زمان تولید کندتر می‌شوند.

پرینت سه بعدی چگونه به ریخته گری دایکست کمک می کند؟

پرینت سه بعدی از نظر کاهش هزینه ها به ریخته گری دایکست کمک می کند. هزینه های سرمایه گذاری برای آماده سازی قطعات جهت ریخته گری دایکست قابل توجه هستند. ابزارسازی معمولاً از فولاد از پیش سخت شده ساخته می‌شود، با حفره‌ها و ویژگی‌هایی در قالب که باید توسط جرقه (spark eroded) خورده شوند.

خطا در ساخت چنین قالب‌هایی بسیار پرهزینه است. ساخت سه یا چند نسل از نمونه‌های اولیه پلاستیکی چاپ شده سه بعدی برای اعتبارسنجی طراحی، عادی است. این به طراح اجازه می‌دهد تا به اطمینان از محدودیت‌ها، برازش‌ها(به تناسب و جفت و جور شدن قطعات مختلف یک مجموعه اشاره دارد)، توزیع نیرو، غلظت تنش(به نقاطی در قطعه اشاره دارد که تنش (نیروی داخلی) در آنها به طور قابل توجهی بیشتر از سایر نقاط است. این نقاط می توانند به دلیل هندسه قطعه، نوع بارگذاری و یا عیوب ساختاری ایجاد شوند. غلظت تنش می تواند منجر به خستگی و شکست قطعه شود.)، و حالات شکست قطعه برسد.

پس از ارزیابی طراحی در پرینت های سه بعدی پلاستیکی، همیشه توصیه می‌شود که یک نمونه اولیه ماشینکاری CNC یا نمونه چاپ سه بعدی از فلز با کیفیت بالا ساخته شود. این نسل پایانی یک ابزار تست عملکرد و تنش است و امکان اطمینان کامل از طراحی را قبل از برش فولاد ابزار فراهم می‌کند. به این ترتیب، نمونه‌های اولیه به ارزش تقریبی ۲۰۰۰ دلار از تولید خطاهایی به ارزش تقریباً ۱۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ دلار و احتمالاً هفته‌ها تاخیر جلوگیری می‌کنند.

انواع مختلف فرآیندهای ریخته گری دایکست چیست؟

انواع مختلف فرآیندهای ریخته گری دایکست در زیر لیست شده است:

1.ریخته گری دایکست محفظه سرد (Cold-Chamber Die Casting)

ریخته گری دایکست محفظه سرد برای فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر مانند آلومینیوم و تولید با حجم کمتر استفاده می شود. محفظه تزریق با فلز مذاب شارژ و تزریق می شود. این محفظه برای ایجاد دمای پردازش پایدار به حرارت مذاب متکی است. هزینه راه‌اندازی این روش کمتر است و به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد، اما پس از رسیدن فرآیند به نرخ تولید پایدار، نوسانات بیشتری در کیفیت تولید ایجاد می‌کند که باید کنترل شود تا در طول زمان به دمای تزریق مناسب برسد.

2.ریخته گری دایکست محفظه گرم (Hot-Chamber Die Casting)

ریخته گری محفظه گرم (hot chamber) یا غاز گردن (goose neck casting) فرآیند پر کاربردتری است. برای تولید با حجم بالاتر مناسب است اما به هزینه‌های بیشتر سیستم و نگهداری بالاتری برای حفظ کیفیت تولید مناسب نیاز دارد. محفظه تزریق در حمام مذاب (که از آن تغذیه می‌شود) غوطه‌ور است و سطح دمای مذاب را در سطح بهینه برای پر کردن محفظه نگه می‌دارد.

انواع فرآیندهای ریخته گری دایکست کدامند؟

انواع مختلف فرآیندهای ریخته گری تحت فشار عبارتند از:

1. ریخته‌گری ثقلی یا کم فشار (Gravity or Low-Pressure Die Casting): قطعات ساده‌تر با مقاطع ضخیم‌تر را می‌توان تحت تاثیر نیروی ثقل ریخته‌گری کرد (حتی ممکن است با دست پر شوند)، که پیچیدگی تجهیزات و هزینه ابزارسازی را کاهش می‌دهد. این فرآیند برای قطعات آلومینیومی گرد و متقارن بهترین است.
2. ریخته گری تحت فشار (Pressure Die Casting): قطعات ظریف‌تر و پیچیده‌تر عموماً نیاز دارند که برای پر کردن کامل همه بخش‌ها بار ورودی با فشار بالا تزریق شود.‌
3. ریخته گری دایکست تحت خلاء(Vacuum Die Casting):در این روش، قالب بالای مخزن مذاب قرار می‌گیرد و با اعمال خلاء به حفره قالب، مذاب به داخل کشیده می‌شود. این فرآیند منجر به تخلخل و آشفتگی کمتر می‌شود. قطعاتی که به این روش ساخته می‌شوند، بعد از ریخته‌گری، برای عملیات حرارتی مناسب هستند.
4. ریخته گری فشاری (Squeeze casting): این فرایند معمولا برای مواد ریختنی با ویسکوزیته بالاتر مناسب است. در این فرآیند قالب پر شده و سپس تحت فشار قرار می‌‌گیرد تا مذاب به سمت قسمت‌هایی از حفره هدایت شود که به راحتی پر نمی‌شوند.
5. ریخته گری نیمه جامد (Semisolid Die Casting): این فرآیند که تیکسوفرمینگ (thixoforming) نیز نامیده می‌شود، شات (ساخته شده از قطعات کوچک) را تا دمای گذار فاز مایع-جامد (حالت تیکسوتروپیک) گرم می کند و سپس با فشار وارد حفره می شود. دمای کارکرد پایین‌تر، زمان پردازش را کاهش می‌دهد و دقت را افزایش می‌دهد، زیرا انبساط توده مذاب در زمان تغییر فاز یا بلافاصله پس از آن اتفاق می‌افتد، در نتیجه انقباض کاهش می‌یابد.

مواد مورد استفاده در ریخته گری دایکست کدامند؟

مواد مورد استفاده در ریخته‌گری دایکست شامل طیف گسترده‌ای از آلیاژها است. برخی از نمونه‌ها عبارتند از:

1.منیزیم:

آلیاژهای منیزیم به طور گسترده برای قطعات سبک و با استحکام بالا استفاده می‌شوند. محدودیت‌هایی در پردازش وجود دارد، اما آلیاژهای منیزیم به دلیل ویسکوزیته بسیار پایین در مذاب، می‌توانند به نازک‌ترین مقاطع در ریخته‌گری دایکست دست پیدا کنند.

2.روی:

روی به طور گسترده برای بسیاری از کاربردهای با استحکام پایین تر ریخته‌گری می‌شود. روی و آلیاژهای تجاری که روی جزو اصلی آنها است، ارزان قیمت، به راحتی ریخته‌گری می‌شوند و برای بسیاری از قطعات مانند محفظه‌ها، اسباب‌بازی‌ها و غیره به اندازه کافی قوی هستند.

3.مس:

مس به طور گسترده در ریخته‌گری دایکست استفاده نمی‌شود، زیرا تمایل به ترک خوردن دارد. این فلز به دمای ذوب بالا نیاز دارد که شوک حرارتی بیشتری در ابزار ایجاد می‌کند. ریخته‌گری دایکست مس نیاز به دقت و فرآیند با فشار بالا دارد.

4.پیوتر یا آلیاژ قلع(Pewter):

آلیاژ قلع یا فلز قلع یک آلیاژ نرم، عمدتاً قلع، با آنتیموان و مقادیر کمی مس و بیسموت است. این فلز صرفاً برای اشیاء تزئینی استفاده می‌شود و به راحتی در تجهیزات کم فشار ریخته‌گری می‌شود.واژه “Pewter” در زبان انگلیسی به آلیاژی اشاره دارد که عمدتاً از قلع تشکیل شده است و ممکن است مقادیر کمی سرب، مس، آنتیموان، بیسموت یا نقره نیز در آن به کار رفته باشد (البته در تولیدات مدرن برای سلامتی، استفاده از سرب به شدت کاهش یافته یا حذف شده است).

5.آلومینیوم:

آلیاژهای آلومینیوم از نظر حجمی مهم‌ترین مواد در تولید ریخته‌گری دایکست هستند. آنها به بهترین وجه به محفظه گرم و فشار بالا – یا اخیراً ریخته‌گری دایکست تحت خلاء – پاسخ می‌دهند و قطعاتی با استحکام متوسط تا بالا و دقت بالا ارائه می‌کنند. آلیاژهای آلومینیوم هنوز هم در فرآیندهای کم‌تکنولوژی‌تر نیز بسیار مفید هستند.

6.سرب:

RoHS یا محدودیت‌های مواد خطرناک (Restriction of Hazardous Substances)منجر به کاهش قابل توجه استفاده از قطعات سربی شده است. با این حال، آنها همچنان در ساخت قطعات باتری خودروهای احتراق داخلی (Internal Combustion Engine) یا بطور اختصاری (ICE)، به ویژه پایانه‌ها، نقش حیاتی دارند. پیشرفت‌های زیادی در ریخته‌گری دایکست سرب، اتوماسیون کلی و سرعت فرآیند را به ارمغان آورده است – پیشرفت‌هایی که به پردازش سایر مواد نیز منتقل شده‌اند.

7.آلیاژهای پایه قلع:

آلیاژهای پایه قلع به دلیل ویسکوزیته و نقطه ذوب پایین، سایش و تنش بسیار کمی را به ابزارها وارد می‌کنند. در حالی که آلیاژهای با قلع بالا (به غیر از قلع) به ندرت در حال حاضر استفاده می‌شوند، اما نیاز به آنها وجود دارد و متخصصانی برای ارائه خدمات در این زمینه وجود دارند.

مزایای ریخته گری دایکست چیست؟

برخی از مزایای ریخته‌گری دایکست عبارتند از:

1. قابلیت تکرار طرح‌ها برای قطعات بسیار پیچیده و ظریف با ویژگی‌های دیواره نازک.
2. استفاده از هسته‌های نمکی امکان ایجاد حفره‌های داخلی پیچیده را بدون پیچیدگی ابزارسازی یا نقص در طراحی فراهم می‌کند.هسته های نمکی نوعی از هسته های ریخته گری هستند که از نمک خوراکی (NaCl) ساخته می شوند. این هسته ها در ریخته گری دایکست برای ایجاد حفره های داخلی در قطعات ریخته گری استفاده می شوند.

محدودیت های ریخته گری دایکست چیست؟

برخی محدودیت های ریخته گری دایکست در زیر لیست شده است:

1. حساسیت به بارگذاری ضربه ای و بارهای بالا: قطعات باید با در نظر گرفتن این محدودیت ها (و در نظر گرفتن ضریب ایمنیfactor of safety, FOS) به دقت طراحی شوند تا طول عمر مفید آنها تضمین شود.
2. هزینه های ابزارسازی: هزینه های اولیه ابزارسازی به طور معمول از 10000 دلار برای یک قطعه کوچک شروع می شود و با افزایش اندازه قطعه به سرعت بالا می رود.
3. عمر ابزارسازی: عمر معمول ابزارسازی بین سرویس های اصلی (نظیر روکش مجدد، یاتاقان جدید و …) حدود 100 تا 150 هزار شات است.
4. محدودیت به فلزات غیرآهنی: ریخته گری دایکست فقط برای فلزات غیرآهنی با دمای ذوب پایین تر امکان پذیر است.
5. تخلخل در قطعات: در ریخته گری دایکست، در صورت پایین بودن فشار ریخته گری (بخصوص در ریخته گری ثقلی) به راحتی می توان تخلخل در قطعات ایجاد کرد .
6. محدودیت در استفاده از شیار (Undercut): امکان تولید شیارها یا کانال یا حفره جانبی محدود است و استفاده از آنها هزینه ابزارسازی را افزایش داده و عمر مفید ابزار را کاهش می دهد. در اکثر ابزارهای ریخته گری دایکست طراحی قالب به صورت کاملا باز و بسته (در راستای ورود و خروج قطعه) مد نظر است. در مواقعی که نیاز به استفاده از مکانیزم کشویی در قالب (Side cores) باشد، در طراحی قطعه باید انعطاف کافی در نظر گرفته شود تا ضمن تامین استحکام، ابزارسازی نیز ساده شود.

کاربردهای ریخته گری دایکست چیست؟

برخی از نمونه‌های کاربردهای ریخته‌گری دایکست در زیر لیست شده است:

1. هوانوردی: طیف گسترده‌ای از موتورها، صندلی‌ها، یراق‌آلات داخلی، کنترل کابین خلبان و سایر قطعات از آلومینیوم ریخته‌گری می‌شوند.
2. اسباب‌بازی: بسیاری از اسباب‌بازی‌ها قبلاً از آلیاژهای روی دایکست مانند زاماک(ZAMAK) یا قبلاً مازاک(MAZAK) ساخته می‌شدند. علیرغم اینکه پلاستیک جایگزین بخش زیادی از این صنعت شده است، این فرآیند هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. خودرو: بسیاری از قطعات خودروهای ICE(مخفف Internal Combustion Engine به معنای موتور احتراق داخلی) و EV(مخفف Electric Vehicle به معنای خودروی الکتریکی) با ریخته‌گری دایکست خودرو ساخته می‌شوند: اجزای اصلی موتور/موتور الکتریکی، جعبه‌دنده/محفظه دیفرانسیل، چرخ‌های خودرو، محفظه‌های ترموستات، قطعات تعلیق، اعضای استحکام داخلی و موارد دیگر.
4. الکترونیک: محفظه‌ها، هیت سینک‌ها، سخت‌افزار.
5. نظامی: قطعات خودرو، سلاح و سیستم.
6. مبلمان: پایه‌های صندلی، قطعات تزئینی، اتصالات.
7. کالاهای مصرف کننده: شاسی توزیع حرارت محصول، محفظه‌ها، قطعات تزئینی و ساختاری.

آیا محصول ریخته گری دایکست بادوام است؟

بستگی دارد. دوام در قطعات ریخته‌گری دایکست اغلب یک موضوع طراحی است – به این معنی که باید اطمینان حاصل شود که خواص (نقاط قوت و ضعف) ریخته‌گری دایکست به درستی در نظر گرفته شده است. این امر برای قطعات ریخته‌گری دایکست که به درستی طراحی شده‌اند و بارها و شرایط کار قطعه را در نظر گرفته‌اند، عمری چند ده ساله را به ارمغان می‌آورد.

محصولات ریخته گری دایکست چقدر بادوام هستند؟

قطعات ریخته‌گری دایکست می‌توانند در برابر خوردگی، مقاومت سایشی ضعیف، فاقد استحکام کششی نهایی، انعطاف‌پذیر در برابر بارهای ضربه ای و بارهای اضافی، مستعد خزش و مستعد شکستگی باشند. با این حال، با در نظر گرفتن دقیق نقاط ضعف و استفاده مناسب از نقاط قوت این فرآیند، قطعات ریخته‌گری دایکست می‌توانند در کاربردهای با تقاضای بالا عمر طولانی و در کاربردهای کم تنش عملاً عمر نامحدودی ارائه دهند.

آیا ریخته گری دایکست گران است؟

بستگی دارد. “گران” یک اصطلاح نسبی است و باید موارد زیر را در نظر گرفت:

1. اگر قیمت یک قطعه ریخته‌گری دایکست 10 دلار باشد و قیمت قطعه ماشینکاری شده CNC معادل آن 400 دلار باشد، در این صورت ریخته‌گری دایکست ارزان قیمت است.
2. اگر jig های CNC برای راه اندازی تولید انبوه قطعه 1000 دلار و ابزار ریخته‌گری دایکست 50000 دلار هزینه داشته باشد، در این صورت ریخته‌گری دایکست یک گزینه پرهزینه است.
3. اگر به 100 قطعه نیاز دارید، محاسبه با زمانی که به 10000 قطعه نیاز دارید بسیار متفاوت است.

هزینه ریخته گری دایکست چقدر است؟

هزینه‌های اولیه برای ریخته‌گری دایکست بالا است. ابزارسازی پیچیده و پرهزینه است و برای تولید قطعات با کیفیت بالا به ماشین‌آلات و تجهیزات تخصصی نیاز است. با این حال، این فرآیند می‌تواند برای تولید انبوه قطعات با قیمت تمام شده پایین مقرون به صرفه باشد.

عوامل متعددی بر هزینه ریخته‌گری دایکست تأثیر می‌گذارند، از جمله:

• اندازه و پیچیدگی قطعه: قطعات بزرگتر و پیچیده‌تر به ابزارسازی و تجهیزات گران‌تر نیاز دارند.
• نوع ماده: آلیاژهای مختلف فلزات، هزینه‌های متفاوتی دارند.
• حجم تولید: تولید انبوه می‌تواند هزینه‌های هر قطعه را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
• مکان تولید: هزینه‌های تولید در کشورهای مختلف متفاوت است.

به طور کلی، هزینه ریخته‌گری دایکست برای هر قطعه از چند سنت تا چند دلار متغیر است.

سوالات متداول

خلاصه

این مقاله به معرفی ریخته گری دایکست، شرح فرآیند تولید و کاربردهای مختلف آن می‌پردازد.ریخته‌گری دایکست یک فرآیند تولید انعطاف‌پذیر و مقرون به صرفه برای تولید قطعات فلزی با کیفیت بالا است. این فرآیند برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و اسباب‌بازی استفاده می‌شود.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی DIGIMFG.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/casting/die-casting

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.