در فرآیند طراحی یک قطعه آلومینیومی، بسیار مهم است که از همان ابتدا فرآیند تولید آن را نیز مدنظر قرار دهید. روش‌های مختلفی برای شکل‌دهی به آلومینیوم وجود دارد و دایکاست آلومینیوم یکی از رایج‌ترین گزینه‌هایی است که طراحان باید آن را بررسی کنند.
ریخته گری آلومینیوم روش انتخابی بسیاری از صنایع خودرو، صنعتی و مخابراتی است. همچنین این روش اغلب برای تولید قطعات الکتریکی، هیدرولیکی و روشنایی نیز استفاده می‌شود. اگر علاقه‌مند به آشنایی بیشتر با فرآیند دایکست آلومینیوم هستید و می‌خواهید بدانید که آیا این روش برای کاربرد شما مناسب است یا نه، جای درستی آمده‌اید.
دایکاست آلومینیوم چیست؟
ریخته گری آلومینیوم یک فرآیند شکل‌دهی فلز است که امکان تولید قطعات پیچیده آلومینیومی را فراهم می‌کند. شمش‌های آلیاژ آلومینیوم تا دمای بسیار بالا حرارت داده می‌شوند تا به‌طور کامل ذوب شوند.
آلومینیوم مایع با فشار بالا به داخل حفره‌ای از یک قالب فولادی تزریق می‌شود؛ این قالب فولادی همان چیزی است که به آن دای (Die) گفته می‌شود. این قالب از دو نیمه تشکیل شده و پس از آنکه آلومینیوم مذاب درون قالب جامد شد، این دو نیمه از هم جدا می‌شوند تا قطعه ریخته‌گری شده نمایان شود.
قطعه نهایی دایکاست آلومینیوم با دقت بالا شکل گرفته و دارای سطحی صاف است و در بسیاری از موارد به ماشین‌کاری اضافه نیازی ندارد. با توجه به اینکه قالب‌های فولادی استفاده می‌شوند، این فرآیند می‌تواند بارها با همان قالب تکرار شود تا زمانی که قالب فرسوده شود. به همین دلیل، دایکست آلومینیوم گزینه‌ای ایده‌آل برای تولید قطعات آلومینیومی در حجم بالا به شمار می‌آید.
مزایای ریخته گری آلومینیوم
دایکاست آلومینیوم نسبت به سایر فرآیندهای شکل‌دهی فلزات مزایای متعددی دارد که ممکن است آن را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت قطعات آلومینیومی تبدیل کند. یکی از برجسته‌ترین مزایا، امکان تولید اشکال بسیار پیچیده‌ای است که با فرآیندهایی مانند اکستروژن یا ماشین‌کاری به‌راحتی قابل تولید نیستند.
یک مثال عالی، ساخت قطعات پیچیده خودرو مانند گیربکس و بلوک‌های موتور است. سایر فرآیندها به‌صورت مداوم نمی‌توانند پیچیدگی و تلرانس‌های دقیق موردنیاز برای این قطعات را تضمین کنند. از دیگر مزایا می‌توان به امکان ایجاد سطوح صاف یا بافت‌دار و همچنین قابلیت تولید قطعات کوچک و بزرگ اشاره کرد.
نکات مهم در طراحی قطعات در دایکاست آلومینیوم
چند نکته کلیدی در طراحی قطعه برای دایکست باید مورد توجه قرار گیرد. اول از همه، قالب باید به‌گونه‌ای طراحی شود که بتواند آن را باز کرد و قطعه جامد شده را از آن خارج کرد. خطی که محل جدا شدن دو نیمه قالب را نشان می‌دهد خط جدایش نام دارد و باید از مراحل ابتدایی طراحی مد نظر قرار گیرد.
نکته مهم دیگر، محل‌های تزریق آلومینیوم مذاب به داخل قالب ریخته گری آلومینیوم است. در برخی موارد ممکن است نیاز باشد چندین نقطه تزریق در قالب لحاظ شود، به‌ویژه زمانی که احتمال دارد فلز مذاب پیش از رسیدن به تمام بخش‌های قالب، جامد شود.
این راهکار در طراحی‌هایی که حفره‌هایی درون قطعه وجود دارد نیز مفید است؛ چراکه می‌توان حفره‌ها را توسط آلومینیوم احاطه کرد و همچنان قطعه را به‌درستی از قالب خارج نمود.
ضخامت دیواره‌های قطعه نیز باید مورد توجه قرار گیرد. اگرچه امروزه به دلیل پیشرفت‌های فناوری محدودیت خاصی برای حداقل ضخامت وجود ندارد، اما حفظ یکنواختی در ضخامت دیواره‌ها اغلب ترجیح داده می‌شود.
مقایسه دایکاست آلومینیوم با ریخته‌گری ماسه‌ای سبز و قالب دائمی
ریخته‌گری ماسه‌ای سبز و قالب دائمی، دو فرآیند جایگزین رایج برای ریخته‌گری دایکست آلومینیوم هستند. در روش ماسه‌ای سبز از ماسه مرطوب برای ایجاد قالب استفاده می‌شود که این روش را نسبت به دو روش دیگر ارزان‌تر می‌سازد.
برخلاف دایکست که با تزریق آلومینیوم مایع انجام می‌شود، در روش قالب دائمی، آلومینیوم مذاب به‌صورت ثقلی درون قالب ریخته می‌شود. ریخته‌گری با قالب دائمی می‌تواند قطعاتی با استحکام بالاتر نیز تولید کند.
با این حال، دایکاست آلومینیوم تلرانس‌های دقیق‌تری را ارائه می‌دهد و سطح نهایی بهتری نسبت به دو روش دیگر دارد، به‌طوری که اغلب نیازی به پرداخت‌های سطحی اضافی نیست.
قطعات دایکاست آلومینیوم نیاز به ماشین‌کاری و پرداخت نهایی دارند؟
قطعات آلومینیومی دایکست معمولاً نیاز کمی به ماشین‌کاری دارند، اما گزینه‌های مختلفی برای پرداخت سطحی آن‌ها در دسترس است. دایکست سطحی بسیار خوب در مقایسه با سایر روش‌های ریخته‌گری ایجاد می‌کند، اما ممکن است ایراداتی مانند درزهای فلزی در محل اتصال دو نیمه قالب داشته باشد.
سطوح زبر یا ایرادات دیگر که برای کاربری نهایی مناسب نیستند، می‌توانند با سنباده‌زنی، سندبلاست، یا پرداخت اوربیتالی برطرف شوند.
فرآیند سردکاری شات پینینگ (Shot Peening) نیز معمولاً برای بهبود مقاومت در برابر خستگی در قطعات دایکست استفاده می‌شود. همچنین، روکش‌های محافظ یا تزئینی مانند پوشش پودری نیز می‌توانند روی قطعه اعمال شوند. سایر اصلاحات مانند سوراخ‌کاری و رزوه‌زنی نیز می‌توانند پس از ریخته‌گری آلومینیوم انجام شوند.
رایج‌ترین آلیاژهای آلومینیوم برای دایکاست
از جمله رایج‌ترین آلیاژهای آلومینیوم برای ریخته‌گری می‌توان به A380، 383، B390، A413، A360 و CC401 اشاره کرد. انتخاب آلیاژ مناسب بستگی به کاربرد موردنظر شما دارد.
برای مثال، آلیاژ A360 مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی، انسداد فشار و سیالیت بسیار خوب در حالت مذاب دارد. آلیاژ B390 دارای مقاومت سایشی بالا و سختی زیاد است، ولی کمترین شکل‌پذیری را در میان آلیاژهای ریخته‌گری دارد، به همین دلیل برای کاربردهایی مانند بلوک‌های موتور خودرو استفاده می‌شود.
آلیاژ A380 یک گزینه همه‌کاره محسوب می‌شود و ترکیب خوبی از ویژگی‌های دایکاست آلومینیوم و خواص مکانیکی را ارائه می‌دهد. به همین علت، رایج‌ترین آلیاژ برای ریخته‌گری طیف وسیعی از محصولات است.
آلیاژهای آلومینیوم چه تاثیری روی فرایند ریخته‌گری دارند؟
آلیاژی که برای دایکاست آلومینیوم انتخاب می‌کنید، مستقیماً بر چندین جنبه از فرآیند ریخته‌گری تأثیر می‌گذارد؛ از جمله سهولت کار با آلیاژ و احتمال بروز عیوب در ریخته‌گری. در ادامه به دو مورد از مهم‌ترین چالش‌های فرآیند دایکست برای آلیاژهای آلومینیوم اشاره می‌کنیم:
-
ترک گرم (Hot Cracking)
ترک گرم که با نام ترک در حین سفت شدن نیز شناخته می‌شود، یکی از عیوب رایج در دایکاست آلومینیوم است. این مشکل می‌تواند منجر به ایجاد پارگی‌ها یا ترک‌های سطحی و درونی در قطعه شود.
این نقص معمولاً ناشی از تنش‌های داخلی حرارتی است که هنگام سفت شن و در حین انقباض قطعه ریخته‌گری‌شده شکل می‌گیرد. برخی از آلیاژهای آلومینیوم بیش از سایرین در معرض این نوع ترک هستند، بنابراین در انتخاب آلیاژ باید این مسئله را در نظر بگیرید.
-
چسبیدن به قالب
یکی دیگر از عیوب رایج در دایکاست آلومینیوم، پدیده‌ای به نام چسبیدن به دیواره‌های قالب است. در این حالت، فلز ریخته‌گری‌شده به قالب می‌چسبد و خارج کردن قطعه از قالب دشوار می‌شود.
این موضوع می‌تواند به هر دو، هم قطعه و هم قالب آسیب بزند. بنابراین در ریخته گری آلومینیوم، باید به‌دنبال آلیاژهایی باشید که مقاومت بالایی در برابر چسبندگی به قالب دارند.
اگرچه عوامل دیگری نیز می‌توانند در فرآیند تولید تأثیرگذار باشند، این دو مورد از مهم‌ترین نگرانی‌های فرآیندی هنگام انتخاب آلیاژ آلومینیوم هستند. با اینکه انتخاب یک آلیاژ با قابلیت ریخته‌گری آسان می‌تواند هزینه تولید را کاهش دهد، اما باید به تأثیر آن بر ویژگی‌های نهایی محصول نیز توجه داشته باشید.
آلیاژ استفاده شده در دایکاست آلومینیوم، چه تاثیری روی قطعه نهایی دارد؟
در انتخاب آلیاژ آلومینیوم، معمولاً خواص مکانیکی مانند استحکام، شکل‌پذیری و سختی در اولویت قرار دارند. این ویژگی‌های پایه هستند و تأثیر زیادی بر تصمیم نهایی شما خواهند داشت. با این حال، چند ویژگی مهم دیگر نیز وجود دارد که باید به آن‌ها توجه شود:
-
مقاومت در برابر خوردگی
اگرچه مقاومت در برابر خوردگی یکی از خواص شناخته‌شده آلومینیوم است، اما این ویژگی از آلیاژی به آلیاژ دیگر می‌تواند به‌طور قابل توجهی متفاوت باشد. بسته به شرایط محیطی که محصول در آن قرار خواهد گرفت، این ویژگی ممکن است حیاتی باشد.
-
مقاومت در برابر سایش
مقاومت در برابر سایش از دیگر ویژگی‌هایی است که در بسیاری از محصولات آلومینیومی مورد نیاز است و می‌تواند تمایز بین آلیاژها را مشخص کند. این ویژگی برای کاربردهایی که قطعه در معرض اصطکاک مداوم قرار دارد، بسیار مهم است.
رسانایی گرمایی و الکتریکی نیز ممکن است بسته به کاربرد مورد نظر، اهمیت داشته باشند.
قابلیت انجام پرداخت‌های سطحی و ماشین‌کاری
در بسیاری از موارد، قطعات دایکست شده نیاز به پرداخت سطحی یا شکل‌دهی تکمیلی پس از خروج از قالب دارند. برخی آلیاژها نسبت به دیگران سازگاری بیشتری با این فرایندها دارند و این موضوع باید قبل از انتخاب آلیاژ مد نظر قرار گیرد. رایج‌ترین روش‌های پرداخت سطحی برای قطعات آلومینیومی عبارتند از:
- آندایزینگ (Anodizing)
- الکترولیت‌کاری (Electroplating)
- پوشش پودری
- رنگ‌آمیزی
- صیقل‌دهی
سایر فرآیندهای استاندارد پس از ریخته‌گری نیز شامل شکل‌دهی سرد و گرم، ماشین‌کاری، و جوشکاری هستند.
با توجه به موارد بالا، انتخاب آلیاژ مناسب برای دایکاست آلومینیوم باید هم از نظر سهولت در فرآیند تولید و هم از نظر ویژگی‌های نهایی قطعه به دقت انجام گیرد تا هم بهره‌وری تولید افزایش یابد و هم محصول نهایی کیفیت لازم را داشته باشد.
کاربردهای محصولات ریخته گری آلومینیوم
محبوبیت آلومینیوم امروزه در کاربردهای متعددی در سراسر جهان گسترش یافته است؛ این محبوبیت ناشی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن از جمله سبک بودن، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، پایداری بالا در اشکال پیچیده و استحکام کششی زیاد است. بزرگ‌ترین بخش مصرف نهایی این صنعت، بخش حمل‌ونقل است.
افزایش مقررات زیست‌محیطی از سوی نهادهای دولتی و همچنین تقاضای مصرف‌کنندگان برای خودروهای با بهره‌وری سوخت بالاتر، نیاز به ریخته‌گری آلومینیوم را بیشتر کرده است.
مثالی از رشد فعالیت‌های این صنعت، جایگزینی قطعات آهنی و فولادی در خودروها با آلومینیوم سبک و باکیفیت بالا است تا بهره‌وری سوخت افزایش یابد.
محصولات دایکست آلومینیوم برای اتصالات الکترونیکی و محفظه‌ها نیز بسیار ایده‌آل هستند؛ زیرا عملکرد الکتریکی عالی و خواص محافظتی خوبی دارند، حتی در محیط‌هایی با دمای بالا.
سایر بخش‌های تقاضای دایکست آلومینیوم شامل ساختمان‌سازی و ساخت‌وساز در اقتصادهای در حال توسعه می‌شود. دایکاست آلومینیوم در تولید محصولاتی مانند پنجره‌ها، نماها، دیوارهای پرده‌ای، ساختمان‌های پیش‌ساخته، پارتیشن‌های فروشگاهی و اتصالات کاربرد دارد.
همچنین محصولات ریخته گری آلومینیوم در صنایع هوافضا و هواپیماسازی در سراسر جهان نیز استفاده می‌شوند. این صنعت به دنبال تولید قطعات با کیفیت بالا، تراکم بالا و در عین حال با هزینه کمتر برای اجزای سازه‌ای هواپیماها است، چراکه همزمان با رشد جمعیت، اندازه هواپیماها نیز در حال افزایش است.
نتیجه‌گیری
دایکاست آلومینیوم روشی دقیق و اقتصادی برای تولید قطعات پیچیده با کیفیت سطح بالا و دقت ابعادی عالی است. این فرآیند به‌ویژه برای تولید انبوه در صنایع مختلف مانند خودرو، الکترونیک و هوافضا کاربرد دارد. انتخاب آلیاژ مناسب و طراحی اصولی قالب، نقش مهمی در بهبود کیفیت نهایی و کاهش عیوب تولید دارد. با توجه به نیاز روزافزون به قطعات سبک و مقاوم، ریخته گری آلومینیوم آینده‌ای روشن در صنعت دارد.