1. مقدمه
ریخته گری قالب دائمی - که اغلب به آن ریخته گری Die Gravity گفته می شود - به عنوان یک همه کاره از هم جدا می شوند, روش قابل اعتماد برای تولید اجزای فلزی با حجم متوسط تا بالا.
در این روند, تولید کنندگان فلز مذاب را در قالب های فلزی قابل استفاده مجدد می ریزند, اعمال گرانش به جای تزریق فشار بالا.
در طول قرن گذشته, ریخته گری قالب دائمی از کاربردهای سرب و روی ساده در دهه 1920 تا آلومینیوم تکامل یافته است, منیزیم, و حتی آلیاژهای مس تا اواخر قرن بیستم.
امروز, ریخته گری در سراسر جهان برای قطعات ساختاری که نیاز به تحمل محکم دارند به ریخته گری قالب دائمی متکی هستند, پایان سطح عالی, و تولید مقرون به صرفه.
در این مقاله به مفهوم اصلی و تاریخچه ریخته گری قالب دائمی می پردازد, اصول اساسی و مراحل فرآیند آن را بررسی می کند, و اقتصادی آن را ارزیابی می کند, کیفیت, و ابعاد محیطی.
با انجام این کار, هدف ما این است که مهندسین و تصمیم گیرندگان را به بینش مورد نیاز برای تعیین زمان و چگونگی استقرار این روش تولید ماندگار تجهیز کنیم.
2. ریخته گری قالب دائمی چیست?
استفاده از ریخته گری قالب دائمی فلزی می میرد- به طور معمول از جنس استیل یا چدن - که در برابر ریختن مکرر مقاومت می کند.
برخلاف پوسته های ماسه ای قابل هزینه یا سرمایه گذاری, این قالبها هزاران چرخه در خدمت هستند.
ریخته گری حفره قالب را از طریق گرانش پر می کند, اجازه می دهد فلز مذاب به آرامی و یکنواخت جریان یابد.
هنگامی که ریخته گری جامد شد, اپراتورها قالب را باز می کنند, قسمت را استخراج کنید, و قالب را برای چرخه بعدی آماده کنید.
در مقابل با فرآیندهای فشار محور, ریخته گری قالب دائمی تأکید می کند قوام ابعادی, استحکام قابل پیش بینی, وت حداقل تخلخل بدون پیچیدگی هسته سازی در بسیاری موارد.
3. اصول اساسی
گرانش محور در مقابل. فرآیندهای فشار محور
پر کردن گرانش تلاطم را کاهش داده و در مقایسه با روش های فشار قوی ، دچار گازی به حداقل می رسد.
در نتیجه, ریخته گری های قالب دائمی غالباً تخلخل کمتری دارند (1 ٪) و ساختار دانه ریزتر در نزدیکی دیوارهای مرده, افزایش عملکرد مکانیکی.
مواد قالب
قالب ها به طور معمول استفاده می کنند فولاد ابزار H13 یا آهن برای مقاومت در برابر خستگی حرارتی آنها. برخی از برنامه ها اتخاذ می کنند گرافیت یا آلیاژهای پوشیده از سرامیک برای گسترش عمر مرده و انتقال حرارت خیاطی.
انتقال حرارت & تثبیت
قالب های دائمی گرما را به سرعت استخراج می کنند - تشکیل بخش های نازک به اندازه کم 5-10 ثانیه و بخش های ضخیم در 30-60 ثانیه.
با کنترل دمای قالب (معمولاً 200-300 درجه سانتیگراد), ریخته گری قابل تعادل و میزان جامد سازی, کاهش نقص انقباض.
4. انواع ریخته گری قالب دائمی
ریخته گری
در ریخته گری گرانش, فلز مذاب به سادگی زیر وزن خود درون قالب می ریزد.
این رویکرد ساده به تجهیزات حداقل نیاز دارد و تکرارپذیری خوبی را برای قطعات ترکیب متوسط ارائه می دهد.
ریخته گری قالب دائمی کم فشار
با استفاده از فشار گاز متوسط (0.7-1.5 بار) بالای ذوب, ریخته گری کم فشار فلز را به سمت بالا به سمت قالب می کند.
ملایم, پر کردن کنترل شده تلاطم را کاهش می دهد و تخلخل را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
ریخته گری قالب دائمی با فشار بالا
اگرچه گاهی اوقات با ریخته گری واقعی در هم می آمیزد, این نوع فلز مذاب را در فشارهای 5-20 بار به یک قالب دائمی تزریق می کند.
پر کردن سریع جزئیات دقیق تر را قادر می سازد, دیوارهای نازک تر, و زمان چرخه کوتاه تر.
ریخته گری قالب دائمی با کمک خلاء
کمک خلاء هوا را از حفره مرده قبل یا هنگام ریختن بیرون می کشد, اطمینان از یک محیط تقریباً بدون هوا.
این روش ریخته گری را با تخلخل فوق العاده کم به دست می آورد و برای اجزای ایمنی یا هوافضا مورد علاقه است.
ریخته گری قالب دائمی
ریخته گری, همچنین به عنوان شناخته می شود قالب دار, یک نوع تخصصی است ریخته گری قالب دائمی در درجه اول برای تولید استفاده می شود بازیگران توخالی بدون استفاده از هسته.
این فرآیند به ویژه هنگام تولید دیواره های نازک مفید است, تزئینی, یا قطعات توخالی سبک وزن.
5. فرآیند ریخته گری قالب دائمی
تهیه قالب:
- پیش گرم مرگ به 200-300 درجه سانتیگراد از خاموش شدن سرما جلوگیری می کند.
- روکش (گرافیت یا زیرکون سیلیکا) آزاد شدن قسمت را کاهش می دهد و انتقال حرارتی را کنترل می کند.
- دریچه کانال ها یا دریچه های کوچک حفر شده اجازه می دهند گازهای به دام افتاده فرار کنند.
ذوب شدن & درمان فلزی:
- کوره ها آلیاژها را در دمای دقیق حفظ می کنند -620-700 درجه سانتیگراد برای آلومینیوم, 650-700 درجه سانتیگراد برای منیزیم.
- شارژ اکسیدها را از بین می برد; قصور از طریق روشهای چرخشی یا مافوق صوت تخلخل هیدروژن را کاهش می دهد.
عملیات ریختن:
- اپراتورها فلز را درون یک اسپری می ریزند; از طریق سیستم های شیروانی که برای به حداقل رساندن تلاطم طراحی شده اند ، جریان می یابد.
- کنترل را پر کنید-با استفاده از ملاقه های پایین ریخته شده یا دروازه کنترل شده-حسابرسی حسابرسی را پر می کند.
تثبیت & استخراج:
- نیمه های مرده بسته می شوند تا اینکه فلز به درصد جامد از پیش تعیین شده برسد (بارها 70-80 ٪).
- اژکتورهای هیدرولیک یا مکانیکی قسمت را استخراج می کنند, و بازوهای رباتیک آن را به ایستگاه های پیرایش منتقل می کنند.
اتمام:
- پیرایش و فتیله دروازه ها را بردارید, قیام, و فلش در مطبوعات خودکار.
- عملیات حرارتی, مانند راه حل و پیری برای آلیاژهای Al-Si-Cu, خصوصیات مکانیکی هدف را تحویل دهید.
6. طراحی قالب و تجهیزات
- زندگی & انتخاب مواد: فولاد H13 با کیفیت بالا می تواند تحویل دهد 10,000-100،000 عکس توسط, بسته به آلیاژ و فرکانس چرخه.
- قرار دادن خنک کننده: لرزهای استراتژیک در بخش های سنگین استحکام را تسریع می کنند, کاهش تخلخل انقباض.
- کانال های خنک کننده کنفرانس: درج های افزودنی تولید شده دمای یکنواخت را حفظ می کنند, بهبود قوام چرخه.
- دست زدن به اصلی: هسته های ماسه ای نیمه دائمی برای هندسه های پیچیده داخلی در قالب های فلزی قرار می گیرند.
- اتوماسیون: سلولهای مدرن روباتیک را برای کار با مرگ ادغام می کنند, استخراج جزئی, و پیرایش - توان تقویت شده توسط 30-50 ٪ و افزایش ایمنی.
7. مواد & سازگاری آلیاژ
ریخته گری قالب دائمی طیف گسترده ای از آلیاژها را در خود جای می دهد, آن را به یک انتخاب همه کاره برای بسیاری از صنایع تبدیل کنید.
زیر, ما خانواده های کلیدی مادی را کشف می کنیم, برجسته کردن خواص آنها, نمرات معمولی, و رانندگان برنامه.
| خانواده آلیاژ | نمرات معمولی | خصوصیات کلیدی | برنامه های معمولی |
|---|---|---|---|
| آلیاژهای آلومینیوم | A356, A380, A413 | سیالیت خوب و قابلیت پر کردن 200-300 MPa کششی سبک وزن (2.7 g/cm³) |
چرخ های خودرو و محفظه ترمز محوطه الکترونیکی سخت افزار مصرف کننده |
| آلیاژهای منیزیم | AZ91D, am60, ZK60 | بسیار سبک (1.8 g/cm³) کششی 180-240 MPa هدایت حرارتی بالا |
براکت های هوافضا فریم های الکترونیکی قابل حمل |
| مس & برنج | C83600 (برنج قرمز) C95400 (برنز) C89833 (برنج برش آزاد) |
مقاومت عالی و مقاومت در برابر خوردگی 350-700 MPa کششی هدایت خوب |
اتصالات دریایی اجزای شیر و پمپ سخت افزار تزئینی |
دوک & آهن |
65-45-12 آهن کلاس 30-50 آهن خاکستری (ASTM A48) |
قدرت و انعطاف پذیری بالا (400-600 MPa) میرایی لرزش عالی |
محفظه پمپاژ بلوک های موتور و اجزای ترمز |
| کربن & فولادهای کم آلیاژ | 1020, 1045 4140, 4340 |
370-900 MPa کششی سختی مقاومت در برابر سایش خوب |
خالی دنده شفت ها و قطعات ماشین آلات سنگین |
| آلیاژهای مبتنی بر نیکل | ناله 625, 718 | قدرت را حفظ می کند >650 درجه سانتیگراد کششی تا 1 200 MPA مقاومت عالی خزش |
اجزای توربین دریچه های درجه حرارت بالا |
| مواد نوظهور | mmcs al-sic آلیاژهای تخریب پذیر MG |
مقاومت در برابر سایش افزایش یافته جذب بیور بالقوه (آلیاژهای MG) |
ابتای صنعتی نمونه های اولیه کاشت پزشکی |
8. تحلیل اقتصادی
- سرمایه گذاری ابزار در مقابل. حجم: هزینه های معمولی قالب آلومینیوم 20،000-50،000 دلار. ریخته گری این را بیش از 50,000–200،000 قسمت, رسیدن به Breakeven در اطراف 10,000 واحد.
- زمان چرخه & توان: چرخه زمان 15-90 ثانیه تحویل دادن 40,000–200،000 قسمت در سال در هر سلول.
- مقایسه هزینه واحد: در حجم متوسط (50،000 پوند در سال), هزینه های واحد قالب دائمی می تواند باشد 20-40 ٪ پایین تر از ریخته گری شن و 30-50 ٪ بالاتر از ریخته گری با فشار بالا, بستگی به مواد و پایان دارد.
- هزینه کل مالکیت: مصرف انرژی کمتری (استحکام سریع), قراضه کاهش یافته (<5%), و هزینه های پایان کمتری جبران سرمایه گذاری های بیشتر.
9. تضمین کیفیت & نقص مشترک
- نقص های معمولی: تخلخل (گاز و انقباض), خلوت های سرد, سوء هاضمه, اشکهای گرم.
- روشهای بازرسی:
-
- اشعه ایکس وت تست اولتراسونیک حفره های داخلی ≥0.5 میلی متر را تشخیص دهید.
- تست فشار یکپارچگی مؤلفه های فشار را تأیید می کند.
- کنترل فرآیند: نظارت دقیق دما, ضخامت پوشش بهینه شده, و طراحی دروازه محاسباتی نرخ نقص را توسط 30-50 ٪.
- بهبود مداوم: کنترل فرآیند آماری (SPC) و تجزیه و تحلیل پیش بینی کننده متغیرهای فرآیند را مشخص می کنند, حفظ بازده در بالا 95%.
10. مزایای ریخته گری قالب دائمی
ریخته گری قالب دائمی ترکیبی منحصر به فرد از ثبات, کارایی, وت کیفیت جزئی که چند فرآیند دیگر می توانند مطابقت داشته باشند.
زیر, ما مزایای اصلی آن را برجسته می کنیم, توسط داده های عملکرد معمولی پشتیبانی می شود:
قوام ابعادی استثنایی
- تحمل: قطعات به طور معمول ملاقات می کنند 0.25-1.0 میلی متر بدون ماشینکاری گسترده.
- تکرارپذیری: زندگی قابل استفاده مجدد زندگی 10 000–100 000 عکس ها ابعاد یکنواخت را در طول تولید بزرگ تضمین می کند.
پایان سطح برتر
- مقادیر R: به عنوان بازیگران به پایان می رسد 1.6-6.3 میکرومتر سنگ زنی و صیقل دادن را تا حدی کاهش دهید 50 %.
- بدون خطوط جدایی: طرح های یکپارچه صفحه مسابقه درزهای قابل مشاهده را از بین می برند, افزایش جذابیت و آب بندی آرایشی.
خواص مکانیکی پیشرفته
- ریزساختار دانه ریز: استخراج سریع حرارت در رابط فلزی -دیه یک منطقه دانه تصفیه شده را به همراه دارد (~ 1 میلی متر ضخامت), تقویت قدرت خستگی توسط 10–15 % بیش از معادل ماسه ریخته گری.
- تخلخل کم: پر شدن گرانش سطح تخلخل را در زیر ایجاد می کند 1 %, برای اجزای فشار فشار بسیار مهم است.
زمان چرخه سریع و توان بالا
- دامنه چرخه: بسته به آلیاژ و ضخامت بخش, دوره چرخه 15-90 ثانیه, تحویل دهنده 40 000- 200 000 قسمت در هر سال از یک سلول واحد.
- حداقل عملیات ثانویه: بریدگی با کیفیت بالا به عنوان ریخته گری و ماشینکاری توسط 30-60 %.
سازگاری گسترده آلیاژ
- مواد همه کاره: از آلومینیوم (A356, A380) به منیزیم (AZ91D), آلیاژهای مس (C83600) و حتی آهن انعطاف پذیر (65-45-12), ریخته گری ها طیف گسترده ای از فلزات مهندسی را به دست می آورند.
- آلیاژهای درجه حرارت بالا: استفاده نوظهور از Superalloys مبتنی بر نیکل ، ریخته گری قالب دائمی را به بخش های هوافضا و نسل گسترش می دهد.
اقتصاد مقیاس
- استهلاک ابزار: اگرچه هزینه های مرگ متغیر است دلار 20 000 به 50 000, شکستن-حتی اغلب در 10 000-20 000 قسمت, ساختن این فرایند بسیار مقرون به صرفه برای حجم متوسط تا زیاد.
- کارایی مواد: نرخ قراضه زیر 5 % و قابل استفاده مجدد هزینه کل مالکیت در مقایسه با فرآیندهای قالب قابل هزینه.
مزایای زیست محیطی و ایمنی
- زباله های ماسه ای کاهش یافته: برخلاف شن و ماسه با رزین, پوشش های ساده در مین دائمی دفع اتصال دهنده خطرناک را از بین می برد.
- مصرف انرژی کمتری: چرخه جامد سازی سریع و پیش گرم کردن مصرف بهینه سازی مصرف کوره, کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در هر قسمت تا 15 % در مقابل ریخته گری ماسه.
11. محدودیت ریخته گری قالب دائمی
- هزینه های ابزاری: سرمایه گذاری بالایی بالا امکان سنجی برای اجرای بسیار کم حجم (<10,000 قسمت).
- پیچیدگی هسته محدود: حفره های داخلی پیچیده هنوز به هسته یا درج های قابل هزینه نیاز دارند, افزایش زمان چرخه.
- محدودیت های مادی: مناسب برای آلیاژها با سیالیت خوب; فولادهای با ذوب بالا زندگی می میرند.
- محدودیت های اندازه: ابعاد قالب عملی به طور معمول در 1.5 مگس طول و 100 کلوت وزن بخشی - قطعات مناسب به تجهیزات سفارشی نیاز دارند.
12. برنامه های ریخته گری قالب دائمی
ریخته گری قالب دائمی به دلیل توانایی تولید با کیفیت بالا به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد, از نظر ابعادی دقیق, و ریخته گری های قابل تکرار - به ویژه در حجم تولید متوسط تا بزرگ.
اجزای خودرو
قطعات موتور (به عنوان مثال, سرهای سیلندر, بلوک, پیستون)
موارد نقدی
قطب های چرخ و کالیپر ترمز
منیفولدهای مصرف
قطعات هوافضا
اجزای ساختاری با نسبت های قدرت به وزن بالا
محفظه و محوطه موتور
قطعات دنده فرود
ماشین آلات صنعتی
محل تجهیزات دنده
بدنهای پمپ
سوپاپ
قاب ها و پایه های ماشین
محل های برق و الکترونیکی
محفظه تجهیزات الکتریکی
غرق شدن
اتصالات و اجزای سوئیچ
کالاهای مصرفی
وسایل آشپزخانه (به عنوان مثال, محفظه میکسر, قطعات دستگاه قهوه)
وسایل تزئینی (به عنوان مثال, دارندگان شمع, مجسمه)
لامپ ها و وسایل روشنایی
تجهیزات پزشکی
محل کار
اجزای ابزار جراحی
وسایل نقلیه تشخیصی
صنایع دریایی
اجزای سیستم پیشران
قطعات موتور برای قایق ها
اتصالات و محل های مقاوم در برابر خوردگی
ابزار و تجهیزات برق
محل ابزار (دریل, اره, و غیره)
موتوری
دسته و قطعات ساختاری
سیستم های راه آهن و حمل و نقل
قطعات موتور قطار
اجزای ترمز
محل اتصال
13. مقایسه با سایر روشهای ریخته گری
| روش ریخته گری | هزینه ابزاری | تحمل ابعادی | پایان سطح (رگ) | مناسب بودن حجم | دامنه مواد |
|---|---|---|---|---|---|
| ریخته گری قالب دائمی | $20 000 - 50 000 توسط | ± 0.25 - 1.0 میلی متر | 1.6 - 6.3 μM | متوسط - بالا (10 000 - 200 000 قطعات/سال) | با هم, مگس, آلیاژهای مس; آهن; فولادها را انتخاب کنید |
| ریخته گری | $1 000 - 5 000 در هر الگوی | ± 1.5 - 3.0 میلی متر | 12 - 50 μM | کم - زیاد | تقریباً همه فلزات |
| ریخته گری سرمایه گذاری | $15 000 - 50 000+ | ± 0.05 - 0.25 میلی متر | 0.8 - 3.2 μM | کم - متوسط | فولاد, سوپالیاژهای, تیتانیوم, آلیاژهای مستقر در NI |
| دایکستینگ | $50 000 - 200 000 توسط | ± 0.1 - 0.3 میلی متر | 0.8 - 3.2 μM | عالی (> 100 000 قطعات/سال) | روی, الومینیوم, منیزیم |
| بازیگران گمشده | $100 - 300 در هر الگوی | ± 0.5 - 1.0 میلی متر | 6 - 12 μM | واسطه (5 000 - 50 000 قطعات/سال) | آلومینیوم, آهن, بعضی از فولادها |
14. پایان
ریخته گری قالب دائمی یک طاقچه مهم در تولید مدرن را اشغال می کند - با استفاده از ترکیبی متعادل از دقت, تکرارپذیری, وت مقرون به صرفه.
با درک اصول آن, مراحل پردازش, سازگاری مواد, و رانندگان اقتصادی, مهندسان و مدیران می توانند در جایی که حداکثر ارزش را ارائه می دهند ، ریخته گری قالب دائمی را مستقر کنند.
نگاه کردن, فن آوری های قالب افزودنی, کنترل فرآیند دیجیتال, و مواد پایدار فقط باعث افزایش رقابت این روند محترم در یک چشم انداز صنعتی به سرعت در حال تحول می شوند.
در LangHe, ما در استفاده از این تکنیک های پیشرفته برای بهینه سازی طرح های مؤلفه خود آماده هستیم تا با شما شریک شویم, انتخاب مواد, و گردش کار تولید.
اطمینان از اینکه پروژه بعدی شما از هر معیار عملکرد و پایداری فراتر رود.
متداول
q3: چه دقت و پایان سطح می توانم انتظار داشته باشم?
شما به طور معمول به دست خواهید آمد 0.25-1.0 میلی متر تحمل خطی و RA 1.6-6.3 میکرومتر زبری. این مقادیر اغلب ماشینکاری ثانویه را برای بسیاری از ویژگی های ساختاری یا غیر بحرانی از بین می برد.
q4: قالب های دائمی چه مدت طول می کشد?
قالب های فولادی ابزار H13 با کیفیت بالا تحمل می کنند 10 000–100 000 چرخه, بستگی به آلیاژ دارد, طراحی, و حفظ.
پوشش های سرامیکی یا گرافیتی می توانند با کاهش خستگی حرارتی و سایش ، این عمر را گسترش دهند.
q5: چه موقع باید ریخته گری قالب دائمی را روی شن و ماسه یا ریخته گری سرمایه گذاری انتخاب کنم?
در صورت نیاز ریخته گری قالب دائمی را انتخاب کنید:
- حجم متوسط تا بالا (10 000- 200 000 قطعات/سال)
- پایان سطح خوب و جزئیات خوب بدون هزینه ابزار بالایی برای ریخته گری سرمایه گذاری
- آلیاژهای فراتر از فلزات کم ذوب مورد استفاده در ریخته گری
q7: چگونه ریخته گری قالب دائمی در مقرون به صرفه در هر بخش مقایسه می شود?
در 50 000 قطعات/سال, هزینه های واحد قالب دائمی اجرا می شود 20-40 % زیر ریخته گری شن و نشستن 30–50 % بالاتر از ریخته گری با فشار بالا. حجم Breakeven به طور معمول در اطراف می افتد 10 000 واحد.
q8: چه کنترل های با کیفیت از ریخته گری بدون نقص اطمینان می دهند?
ریخته گری ها دمای قالب را کنترل می کنند, از دروازه بهینه شده استفاده کنید, و SPC در زمان واقعی را اعمال کنید. آنها قطعات را از طریق اشعه ایکس بازرسی می کنند (حفره 0.5 میلی متر), تست اولتراسونیک, و پوسیدگی فشار.
این اقدامات باعث کاهش تخلخل و سوء استفاده می شود تا 50 %.
