قطعات ریخته گری آلومینیوم ترکیبی بی نظیر از استحکام سبک وزن، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت پیچیده هندسی را برای تولید مدرن ارائه می دهد. موثرترین رویکرد برای تامین منابع این قطعات شامل انتخاب فرآیند ریختهگری مناسب - معمولاً ریختهگری با فشار بالا برای دقت بالا یا ریختهگری شن و ماسه برای نمونههای بزرگ و ساختاری - و جفت کردن آن با یک آلیاژ مناسب مانند A380 یا A356 است. طراحی مناسب برای قابلیت ساخت (DFM)، به ویژه با توجه به ضخامت یکنواخت دیوار و زوایای کشش، مهم ترین عامل در کاهش تخلخل و به حداقل رساندن هزینه های ماشینکاری پس از ریخته گری است.
انتخاب فرآیند ریخته گری مناسب
روشی که برای تشکیل قطعات ریختهگری آلومینیوم استفاده میشود، پایان سطح، تحمل ابعادی و خواص مکانیکی آنها را تعیین میکند. درک معاوضه بین سه روش اصلی برای تولید مقرون به صرفه ضروری است.
ریخته گری فشار بالا (HPDC)
HPDC آلومینیوم مذاب را تحت فشار بالا، معمولاً بین قالبهای فولادی، وارد میکند 1500 و 25000 psi . این فرآیند پوشش های سطحی عالی و تلورانس های محکم را به همراه دارد که اغلب نیاز به ماشینکاری ثانویه را از بین می برد. این برای قطعات با حجم بالا (10000 واحد) از اجزای دیوار نازک مانند محفظه جعبه دنده خودرو و محفظه های لوازم الکترونیکی مصرفی ایده آل است. با این حال، سرعت بالا می تواند هوا را به دام بیندازد و منجر به تخلخل داخلی شود که باعث می شود قطعات HPDC برای عملیات حرارتی یا کاربردهای ساختاری با تنش بالا نامناسب باشند، مگر اینکه از سیستم های کمک خلاء استفاده شود.
ریخته گری گرانشی قالب دائمی
در این فرآیند، جاذبه یک قالب فلزی قابل استفاده مجدد را پر می کند. سرعت پر شدن کندتر در مقایسه با HPDC منجر به قطعات متراکم تر با منافذ گاز کمتر می شود. این اجزا به خوبی به عملیات حرارتی T6 پاسخ می دهند و به استحکام کششی بالاتری دست می یابند. این روش برای تولید قطعاتی با حجم متوسط که به خواص مکانیکی قوی نیاز دارند، مانند چرخهای خودرو و اجزای تعلیق، بهینه است. در حالی که هزینه های ابزارآلات کمتر از HPDC است، زمان چرخه طولانی تر است، که باعث می شود برای قطعات کوچک تولید انبوه مقرون به صرفه تر نباشد.
ریخته گری شن و ماسه
ریخته گری شن و ماسه از قالب های ماسه ای مصرفی برای ایجاد اشکال بزرگ و پیچیده استفاده می کند. این روش همه کاره ترین روش برای تولید کم حجم و نمونه سازی است زیرا هزینه های ابزار حداقل است. این می تواند قطعات بسیار بزرگی مانند بلوک موتور و محفظه پمپ را در خود جای دهد 100 کیلوگرم . مبادله یک سطح خشن تر و تحمل ابعاد گسترده تر است که معمولاً نیاز به ماشینکاری قابل توجهی دارد.
انتخاب آلیاژ برای الزامات عملکرد
همه آلیاژهای آلومینیوم یکسان ساخته نمی شوند. انتخاب آلیاژ مستقیماً بر سیالیت فلز مذاب، استحکام بخش نهایی و توانایی آن برای تکمیل یا پردازش تأثیر می گذارد.
| سری آلیاژی | ویژگی های کلیدی | برنامه های کاربردی معمولی | قابل عملیات حرارتی |
|---|---|---|---|
| A380 | سیالیت عالی، استحکام خوب، مقرون به صرفه | محفظه گیربکس، براکت، شاسی الکترونیکی | خیر (فقط T5) |
| A356 | شکل پذیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی | چرخ ها، سازه های هوافضا، بدنه پمپ | بله (T6) |
| A360 | مقاومت در برابر خوردگی برتر، استحکام بالا | سخت افزار دریایی، تجهیزات شیمیایی | خیر |
برای قطعات ریخته گری آلومینیوم ساختاری که برای دستیابی به حداکثر استحکام باید تحت عملیات حرارتی قرار گیرند. A356 استاندارد صنعتی است . آهن کم آن از شکنندگی جلوگیری می کند و به آن اجازه می دهد انرژی ضربه را به طور موثر جذب کند. برعکس، A380 برای قطعات ریخته گری پیچیده با دیواره نازک ترجیح داده می شود که در آن پر کردن کامل قالب چالش برانگیزتر از دستیابی به حداکثر استحکام کششی است.
اصول طراحی برای قابلیت ساخت (DFM).
طراحی برای ریخته گری آلومینیوم نیاز به ملاحظات هندسی خاصی برای جلوگیری از نقص و کاهش سایش ابزار دارد. نادیده گرفتن این اصول اغلب منجر به طراحی مجدد پرهزینه و تاخیر در تولید می شود.
ضخامت دیوار یکنواخت
تغییرات در ضخامت دیواره باعث میشود نرخهای خنککننده ناهمواری ایجاد شود که منجر به تخلخل انقباض و تاب برداشتن میشود. در حالت ایده آل، دیوارها باید در سراسر قسمت یکنواخت باشند. اگر مقاطع ضخیم به دلایل ساختاری ضروری است، از بخشهای هستهدار یا دندهها برای حفظ قوام استفاده کنید. یک قانون کلی برای دایکاست حفظ ضخامت دیواره بین آنهاست 2.5 میلی متر و 3.0 میلی متر برای جریان و استحکام بهینه
زوایای پیش نویس و شعاع
زوایای کشش برای خارج کردن قطعه از قالب بدون آسیب ضروری است. سطوح خارجی باید دارای حداقل کشش باشند 1 تا 2 درجه ، در حالی که ممکن است هسته های داخلی به دلیل انقباض در اطراف هسته در هنگام خنک شدن به 3 تا 5 درجه نیاز داشته باشند. گوشه های تیز به عنوان متمرکز کننده تنش عمل می کنند و مانع از جریان فلز می شوند. تمام گوشه های داخلی باید دارای شعاع حداقل یک سوم ضخامت دیواره باشند تا از پر شدن صاف و کاهش تنش اطمینان حاصل شود.
کنترل کیفیت و پیشگیری از نقص
اطمینان از یکپارچگی قطعات ریخته گری آلومینیوم نیازمند اقدامات کنترل کیفیت دقیق است. شناسایی و کاهش عیوب رایج در مراحل اولیه باعث صرفه جویی در منابع می شود.
- تخلخل: ناشی از گاز به دام افتاده یا جمع شدگی است. با بهینه سازی طراحی گیت برای کاهش تلاطم و استفاده از پین های فشاری در ریخته گری فشار بالا برای اعمال فشار موضعی در طول انجماد، کاهش را کاهش دهید.
- بستن سرد: زمانی اتفاق میافتد که دو جبهه فلز مذاب به هم میرسند اما جوش نمیخورند. این اغلب به دلیل دمای ذوب پایین یا سرعت پایین تزریق است. افزایش دمای ریختن توسط 10-20 درجه سانتی گراد اغلب می تواند این مشکل را حل کند.
- Misruns: زمانی اتفاق می افتد که فلز قبل از پر کردن قالب جامد شود. این در قسمت های جدار نازک رایج است. بهبود تهویه در قالب باعث می شود هوا سریعتر خارج شود و به فلز این امکان را می دهد که حفره را به طور کامل پر کند.
تکنیک های بازرسی پیشرفته مانند تصویربرداری اشعه ایکس برای تشخیص تخلخل داخلی در اجزای ایمنی حیاتی بسیار مهم هستند. برای قطعات زیبایی شناختی غیر بحرانی، بازرسی بصری و بررسی ابعادی CMM (ماشین اندازه گیری مختصات) معمولاً کافی است. ایجاد معیارهای پذیرش واضح برای اندازه تخلخل و مکان بر اساس عملکرد قطعه، بهترین روش در قراردادهای زنجیره تامین است.
