تولید قطعات هوا فضا با استفاده از روش دایکاست شامل استفاده از فلزات سبک و مقاوم است. فلزات استفاده شده در دایکاست در صنعت هوافضا، شامل آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم هستند. این فلزات به دلیل استحکام بالا و وزن کم انتخاب می‌شوند.
فلز مذاب داغ به سرعت درون یک قالب فولادی تزریق می‌شود که این کار امکان ساخت اشکال پیچیده را فراهم می‌کند و تعداد قطعاتی که باید مونتاژ شوند را کاهش می‌دهد. تولید قطعات به این روش ارزان‌تر است و در مقادیر بالا مقرون به صرفه است. فلز مذاب تحت فشار بسیار بالا (معمولاً بین 10 تا 210 مگاپاسکال) به قالب تزریق می‌شود.
تقاضای صنعت هوافضا
صنعت هوافضا همواره به قطعاتی نیاز دارد که هم مقاوم و هم سبک باشند. با این حال، روش‌های سنتی با چالش‌هایی مواجه هستند و معمولاً قادر به تولید این نوع قطعات نمی‌باشند. این قطعات باید مقاومت بالایی در برابر خستگی و شرایط دمایی و فشارهای شدید داشته باشند.
از این رو، در اوایل قرن بیستم، روش دایکاست در هوافضا معرفی و توسعه یافتند که این فرآیندها امروزه بسیار رایج هستند. این روش‌ها می‌توانند قطعات پیچیده‌ای را در عرض چند ثانیه تولید کنند.
از جمله کاربردهای این روش‌ها می‌توان به تولید قطعات چرخ‌فرود، قطعات ماهواره‌ای و پایه‌های موتور اشاره کرد.
مزایای دایکاست در صنعت هوافضا
استفاده از این قطعات در صنعت هوافضا، با مزایایی همراه است که در ادامه ذکر کرده‌ایم.
1. دقت و ظرافت
تولیدکنندگان، قطعات هوافضا را با دقت بالا تولید می‌کنند. آنها اطمینان حاصل می‌کنند که قطعه به‌طور دقیق با اندازه‌گیری‌های صحیح مطابقت دارد. این قطعات همچنین دارای تلرانس‌هایی معادل +/- 0.005 اینچ یا بهتر هستند.
2. شکل‌های پیچیده
چرا تولیدکنندگان هفته‌ها زمان می‌برند تا یک قالب دایکاست را تکمیل کنند؟ زیرا شکل‌های پیچیده قطعات هنوز برای هر تکنیک چالشی بزرگ هستند. بنابراین، تولیدکنندگان اطمینان حاصل می‌کنند که قالب توانایی تحمل فشار و دقت و پیچیدگی فرآیند خنک‌سازی را داشته باشد.
به این ترتیب، آنها قادرند اشکال مختلفی با کانال‌های داخلی خنک‌کننده و برش‌های داخلی حین فرآیند ریخته گری دایکاست به‌دست آورند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که قطعه عملکرد بهتری داشته باشد و استفاده از مواد به حداقل برسد. به‌عنوان مثال، تکنیک‌های دایکاست در صنعت هوافضا می‌توانند قطعات پیچیده‌ای تولید کنند که سطح پیچیدگی آنها به 8 از 10 برسد.
3. کاهش وزن
با ریخته گری در هوافضا، می‌توانید قطعات را 15 تا 25 درصد سبک‌تر تولید کنید. این قطعات به کاهش مصرف سوخت تا 10 درصد و کاهش انتشار گازهای آلاینده در هواپیماها و فضاپیماها کمک می‌کنند. علاوه بر این، این فرآیند باعث کاهش بیشتر انتشار گازهای آلاینده می‌شود که به حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند.
4. صرفه‌جویی در هزینه‌ها
فرآیندهای دایکاست در صنعت هوافضا نیاز به نیروی کار و عملیات ماشین‌کاری کمتری دارند. از این رو، زمان تولید حدود 50 درصد و هزینه‌ها تا 30 درصد کاهش می‌یابند. تولید سریع‌تر همچنین هزینه‌های کلی را کاهش می‌دهد در حالی که کیفیت بالا حفظ می‌شود.
5. کاهش ضایعات مواد
در واقع، این فرآیند به ایجاد محیط‌های پایدارتر و دوستدار محیط زیست کمک می‌کند. زیرا از مواد کمتری استفاده می‌شود و همچنین ضایعات آن در حین فرآیند ریخته گری در هوافضا به حداقل می‌رسد. این کاهش ضایعات می‌تواند تا 70 درصد باشد.
مواد مورد استفاده در دایکاست هوافضا
صنعت هوافضا برای تولید قطعات به چندین نوع ماده مختلف تکیه می‌کند. مهم‌ترین مواد استفاده شده در دایکاست در صنعت هوافضا عبارتند از:
- آلیاژهای آلومینیوم
- آلیاژهای منیزیم
- آلیاژهای روی
- آلیاژهای مس
آلیاژهای آلومینیوم
آلومینیوم به دلیل ویژگی‌های خاص خود مانند سبک بودن و نسبت استحکام به وزن شناخته شده است. این ماده در شرایط مرطوب تا 1000 ساعت در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است و انتقال حرارت و مقاومت در برابر آسیب را بهبود می‌بخشد. این ویژگی‌ها برای قطعات هواپیما از جمله موتور، بدنه و ماهواره‌ها ضروری هستند.
آلیاژهای منیزیم
آلیاژهای منیزیم سبک هستند اما استحکام خوبی دارند. نسبت استحکام به وزن آنها 200 مگاپاسکال / 1.8 g/cm³ است. همچنین این آلیاژها به راحتی می‌توانند به اشکال پیچیده تبدیل شوند و لرزش را بهتر از آلومینیوم کاهش می‌دهند. در دایکاست در صنعت هوافضا، قطعاتی مانند پایه‌های موتور، قطعات ماهواره و اجزای موشک از آلیاژهای منیزیم ساخته می‌شوند که توانایی تحمل استرس مداوم را دارند.
آلیاژهای روی
این مواد استحکام خوبی دارند و نسبت استحکام به وزن بالایی دارند. آلیاژهای روی به راحتی به داخل قالب جریان می‌یابند و تمام نقاط قالب را پر می‌کنند، این ویژگی‌ها به تولید قطعات دقیق و دارای پرداخت عالی کمک می‌کند. این مواد معمولاً در قطعات کوچک مانند سخت‌افزارهای کوچک، قطعات موتور و سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.
آلیاژهای مس
مس دارای استحکام خاص خود است و انتقال حرارت خوبی دارد. مس همچنین در برابر زنگ‌زدگی حتی در شرایط آب شور مقاوم است و تا 2000 ساعت می‌تواند در برابر زنگ‌زدگی مقاومت کند. این ماده برای تولید قطعات دایکاست در صنعت هوافضا مانند مبدل‌های حرارتی، قطعات الکتریکی و اجزای راکت‌ها استفاده می‌شود.
مواد قالب‌گیری در دایکاست هوافضا
-
قالب فولادی
قالب‌های فولادی به دلیل استحکام بیشتر نسبت به قطعه ریخته‌گری و توانایی تحمل دمای بالا در این فرآیند بسیار رایج هستند. این قالب‌ها برای ساخت قطعات بزرگ مانند بال‌های هواپیما و قطعات موتور استفاده می‌شوند. قالب‌های فولادی به طور معمول بیش از 100,000 بار بدون آسیب‌دیدگی استفاده می‌شوند و حتی تحت فشار و دمای بالا شکل خود را حفظ می‌کنند.
-
قالب آلومینیومی
قالب‌های آلومینیومی معمولاً سبک‌تر و ارزان‌تر هستند و برای ساخت قطعات کوچک دایکاست در صنعت هوافضا یا نمونه‌های آزمایشی مناسب هستند. اما این قالب‌ها نمی‌توانند در برابر دمای بالا مقاوم باشند.
چرا مواد قالب در دایکاست در هوافضا اهمیت دارند؟
مهندسان قالب را بر اساس قطعه‌ای که ساخته می‌شود انتخاب می‌کنند. اگر قطعه تحت فشار زیاد یا دمای بالا قرار گیرد، معمولاً از قالب‌های فولادی یا مواد مقاوم دیگر استفاده می‌شود. در حالی که برای قطعات کوچکتر یا قطعاتی که نیاز به فشار کمتری دارند، قالب‌های آلومینیومی برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها و زمان انتخاب می‌شوند.
طراحی قالب‌ها برای قطعات هوافضا
-
کانال‌های خنک‌کننده
در ماشین‌های دایکاست در صنعت هوافضا، کانال‌های خنک‌کننده شبیه لوله یا حفره‌هایی هستند که با استفاده از آب سرد یا روغن، فلز مذاب را به سرعت خنک کرده و قالب را به طور یکنواخت سرد می‌کنند. این کار از انقباض و شکل‌گیری نامناسب جلوگیری می‌کند.
-
تهویه
قالب‌ها دارای منافذی به نام “ونت‌ها” هستند که به خروج هوای اضافی کمک می‌کند. در صورتی که این منافذ وجود نداشته باشند، حباب‌هایی ایجاد می‌شوند که می‌توانند شکل و استحکام قطعه را تحت تاثیر قرار دهند.
-
سیستم‌های تخلیه
برای خارج کردن قطعه از قالب، از پین‌ها و صفحات خاصی استفاده می‌شود که این کار را با فشار یکنواخت انجام می‌دهند تا قطعه آسیب نبیند.
فرآیندهای ذوب در دایکاست هوافضا
ذوب القائی (Induction Melting)
تولیدکننده در دایکاست در صنعت هوافضا از جریان متناوب (AC) برای ذوب القائی استفاده می‌کند. این جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که موجب تولید نیروی الکتروموتیو می‌شود. این نیروها باعث می‌شود که ماده به‌طور یکنواخت و سریع ذوب شود. فرکانس‌های رایج جریان‌های متناوب به شرح زیر است:
- فرکانس متوسط (MF) حدود 1-10 کیلوهرتز
- فرکانس بالا (HF) حدود 10-100 کیلوهرتز
- فرکانس بسیار بالا (VHF) حدود 100-500 کیلوهرتز
با این حال، دما بستگی به نوع ماده دارد. به‌عنوان مثال، آلومینیوم برای قطعاتی مانند بلوک‌های موتور در دمای 650–700 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود. همچنین، تولیدکننده اطمینان حاصل می‌کند که فلز هیچ آلودگی نداشته باشد و برای ریخته‌گری تمیز باشد.
ذوب کاسه‌ای
روش‌های ذوب کاسه‌ای در دایکاست در صنعت هوافضا شامل پارامترهای مختلفی هستند، به‌ویژه زمانی که از گرما برای ذوب مواد استفاده می‌شود. ابتدا دما از 500 تا 2000 درجه سانتی‌گراد متغیر است، که بستگی به نقطه ذوب فلز دارد. همچنین، تولیدکننده دمای نگهداری را بین 1000 تا 1800 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌کند.
تولیدکنندگان نرخ گرمایش را بین 1 تا 10 درجه سانتی‌گراد در دقیقه کنترل می‌کنند و اجازه می‌دهند که فلز برای مدت 30 دقیقه تا چند ساعت در دمای مذکور باقی بماند. علاوه بر این، آنها جریان حرارتی را در حدود 1-10 کیلووات بر متر مربع مدیریت می‌کنند. مصرف سوخت برای گرم کردن نیز بسته به نوع کوره متغیر است.
اگر از کوره گازی استفاده شود، مصرف سوخت آن ممکن است حدود 1-10 متر مکعب در ساعت باشد، در حالی که در کوره‌های نفتی این مقدار حدود 1-10 لیتر در ساعت خواهد بود. تولیدکنندگان فلز را در فشار جو (حدود 1013 میلی‌بار) ذوب می‌کنند.
اما برای دایکاست در خلاء، این فشار ممکن است بین 10 تا 1000 میلی‌بار باشد. روش کاسه‌ای بسیار ساده است و برای تولید قطعات کوچک مانند سوئیچ‌ها و اتصالات الکترونیکی مناسب است.
عملیات پس از پردازش در دایکاست در صنعت هوافضا
بعد از اتمام فرایند، ممکن است نیاز به انجام یک سری عملیات بعد از پردازش باشد. در ادامه برخی از این عملیات را بررسی کرده‌ایم.
1. برش اضافات
برش اضافات برای حذف فلز اضافی در اطراف قطعه ضروری است. این عملیات باعث ایجاد لبه‌ها و گوشه‌های دقیق می‌شود.
2. عملیات حرارتی
عملیات حرارتی برای تقویت قطعات در دایکاست در صنعت هوافضا انجام می‌شود. قطعات فلزی ابتدا تا دمای 530 درجه سانتی‌گراد گرم شده و سپس به سرعت خنک می‌شوند و دوباره تا دمای 160 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. این فرآیند به قطعات سنگین‌تری مانند پایه‌های چرخ‌فرود کمک می‌کند تا استحکام بیشتری پیدا کنند.
3. پایان‌دهی سطحی
پس از تبدیل ماده خام به محصول نهایی، نیاز به عملیات اضافی برای محافظت از قطعات در برابر زنگ‌زدگی و سایش وجود دارد. برای این منظور، چندین پوشش مختلف اعمال می‌شود، مانند الکترولس (الکتروپلیتینگ) و پوشش نیترید تیتانیوم.
برای مثال، قطعات روی معمولاً با لایه‌های نازک 5 تا 10 میکرومتر پوشش داده می‌شوند تا از زنگ‌زدگی جلوگیری کنند. همچنین قطعات آلومینیومی آنودایز می‌شوند تا لایه محافظتی 20 تا 25 میکرومتر ضخامت داشته باشند.
نتیجه‌گیری
دایکاست در صنعت هوافضا یک فرآیند تولیدی است که برای ساخت قطعات پیچیده و مقاوم به کار می‌رود. در این روش، فلزات مذاب مانند آلومینیوم، روی یا منیزیم به قالب‌های فولادی یا آلومینیومی تزریق می‌شوند تا قطعاتی با دقت بالا تولید شوند. فرآیندهایی مانند دای‌کاستینگ خلاء و دای‌کاستینگ فشاری برای به حداقل رساندن نقص‌ها و افزایش استحکام قطعات استفاده می‌شوند.
همچنین، انتخاب ماده مناسب برای قالب و استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند عملیات حرارتی و پایان‌دهی سطحی به ارتقاء عملکرد و دوام قطعات کمک می‌کند. این فرآیندها نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهند بلکه در راستای حفظ محیط زیست و بهبود عملکرد کلی صنعت هوافضا نیز موثر هستند.