نحوه طراحی قالب ریخته گری برای کمک به افزایش عمر قالب

صحت طراحی قالب دایکاست ارتباط مستقیمی با خروجی و کیفیت ریخته گری دارد و عوامل فرآیندی در ساخت و تولید نیز باید در نظر گرفته شود. این مقاله به طور مفصل به معرفی موضوعاتی می پردازد که باید در کل فرآیند از طراحی محصول ریخته گری تا ساخت قالب دایکاست به آنها توجه کرد.

1
اهمیت طراحی قالب دایکاست

قالب دایکاست یکی از سه عنصر اصلی تولید دایکاست است. قالب با ساختار صحیح و معقول پیش نیاز پیشرفت روان تولید دایکاست و نقش مهمی در تضمین کیفیت ریخته گری ها (میزان عبور ماشین) ایفا می کند. با توجه به ویژگی های فرآیند دایکاست، انتخاب صحیح پارامترهای مختلف فرآیند عامل تعیین کننده برای به دست آوردن ریخته گری با کیفیت بالا است و قالب زمینه ای برای انتخاب صحیح و تنظیم پارامترهای مختلف فرآیند است. طراحی قالب اساساً بازتابی جامع از عوامل مختلفی است که ممکن است در تولید ریخته گری دایکاست رخ دهد. اگر طراحی قالب معقول باشد، مشکلات کمتری در تولید واقعی وجود خواهد داشت و میزان عبور دستگاه ریخته‌گری بالا است.

برعکس، طراحی قالب غیر منطقی است. به عنوان مثال، هنگام طراحی یک ریخته گری، نیروی بسته بندی قالب متحرک و قالب ثابت اساساً یکسان است، اما سیستم ریخته گری بیشتر در قالب ثابت است و ریخته گری روی دستگاه دایکاست گوانان قرار می گیرد که پانچ نمی تواند مواد را پس از تزریق تغذیه کند. تولید نمی تواند عادی باشد و ریخته گری همیشه به قالب ثابت می چسبد. اگرچه روکش سطحی حفره قالب ثابت بسیار تمیز است، اما پدیده چسبیدن به قالب ثابت به دلیل حفره عمیق همچنان رخ می دهد. بنابراین، هنگام طراحی قالب، لازم است ساختار ریخته گری به طور جامع تجزیه و تحلیل شود، با روند عملکرد دستگاه ریخته گری آشنا باشد، امکان تنظیم دستگاه دایکاست و پارامترهای فرآیند را درک کند، بر ویژگی های پرکننده در شرایط مختلف تسلط داشته باشد، و روش پردازش قالب، حفاری و فرم تثبیت را در نظر بگیرد تا بتوان یک قالب عملی که نیازهای تولید را برآورده می کند، طراحی کرد.

2

مسائلی که در طراحی قالب دایکاست باید مورد توجه قرار گیرد

طراحی قالب دایکاست عمدتا بر اساس شکل دایکاست است. با این حال، طراحی و اندازه قالب بر عمر قالب تأثیر می گذارد.

(1) حفره

فولاد با مقاومت بالا به گوشه ها و شکاف های مرده بسیار حساس است. بنابراین هنگام طراحی حفره قالب باید تغییرات ضخامت دیواره و دنده ها یکنواخت و ملایم باشد و تا حد امکان از شعاع فیله داخلی بزرگتر استفاده شود. به منظور کاهش احتمال فرسایش فلز و خستگی حرارتی در نزدیکی دروازه، دیواره حفره، هسته یا درج باید تا حد امکان از دروازه فاصله داشته باشد.

(2) کانال آب خنک کننده

کانال آب خنک کننده باید در موقعیتی قرار گیرد که دمای کل سطح حفره را تا حد امکان یکنواخت کند. از منظر خنک کننده و مکانیک، سطح لوله باید صاف باشد.

(3) دونده، دروازه و سرریز

برای به دست آوردن بهترین اثر ریخته گری، سیستم خنک کننده باید تعادل حرارتی خاصی با "منطقه داغ" (رانر، دروازه، سرریز و حفره) داشته باشد. بنابراین طراحی رانر، گیت و سرریز بسیار مهم است. در قسمت هایی از حفره که پر کردن آنها دشوار است، باید سرریز را تنظیم کرد تا فلز ریخته گری به این قسمت ها جریان یابد. در قالب چند حفره تک قالبی با اندازه یکسان، تمام رانرها باید طول و سطح مقطع یکسان داشته باشند و دروازه و سرریز نیز باید دقیقاً یکسان باشند. محل دروازه و ضخامت و عرض رانر برای سرعت تزریق فلز بسیار مهم است. طراحی رانر باید به فلز اجازه دهد تا به جای تزریق جت مانند به هر قسمت از حفره به آرامی جریان یابد. جریان خیلی سریع فلز تزریق شده می تواند باعث فرسایش قالب شود.
3

مشکلاتی که در ساخت باید به آنها اشاره کردقالب های ریخته گری قالب

(1) ماشینکاری

قابلیت ماشینکاری فولادهای ابزار کار گرم سیستم مارتنزیتی عمدتاً تحت تأثیر اجزای غیرفلزی مانند سولفید منگنز و سختی فولاد است. زیرا عملکرد قالب دایکاست را می توان با کاهش محتوای ناخالصی در فولاد مانند گوگرد و اکسیژن بهبود بخشید. بهترین ساختار برای برش، ماتریس فریت کروی شده با توزیع یکنواخت کاربیدهای خوب در حالت کروی است که به فولاد سختی کمتری می دهد. عملیات هموژنیزاسیون به فلز قابلیت ماشینکاری یکنواخت می دهد.

(2) ماشینکاری Electrospark

اصل اساسی ماشینکاری جرقه الکتریکی تخلیه در یک محیط غیر رسانا بین یک الکترود گرافیت یا مس (آند) و یک فولاد (کاتد) است. فرسایش قالب توسط تخلیه کنترل می شود. در حین عملیات، الکترود منفی وارد فولاد می شود تا شکل مورد نظر را به دست آورد. دمای سطح فولاد در ماشینکاری الکترو اسپارک بسیار بالا است و باعث ذوب و تبخیر آن می شود. یک لایه شکننده بر روی سطح تولید می شود که ذوب می شود و سپس جامد می شود و به دنبال آن یک لایه دوباره سخت شده و یک لایه سکوریت می شود. EDM اثر نامطلوبی بر خواص سطحی قالب دارد و خواص فرآوری فولاد را از بین می برد. به همین دلیل، به عنوان یک اقدام پیشگیرانه، از EDM فولاد پس از کوئنچ و تمپر و EDM فولاد پس از آنیل استفاده می شود.

(3) عملیات حرارتی

پس از ماشین کاری، عملیات حرارتی برای به دست آوردن بهترین استحکام تسلیم دمای بالا، مقاومت در برابر حرارت، چقرمگی و شکل پذیری ضروری است. خواص فولاد توسط دما و زمان خاموش کردن، سرعت سرد شدن و دمای تلطیف کنترل می شود. سرعت خنک‌سازی بسیار آهسته در طول کوئنچینگ می‌تواند چقرمگی مخرب فولاد را کاهش دهد. سرعت سرد شدن سریع مانند کوئنچ حمام می تواند بهترین ساختار را ایجاد کند و در نتیجه بالاترین عمر قالب را به دست آورد. در بیشتر موارد، سرعت خنک‌سازی سریع‌تر برای اولویت دادن به طول عمر قالب اتخاذ می‌شود. کربن زدایی می تواند باعث خستگی زودرس حرارتی شود. قبل از تمپر کردن، قالب باید در دمای 50-70 درجه سانتیگراد خنک شود. برای به دست آوردن یک ساختار رضایت بخش، تلطیف دوم ضروری است. دمای تمپر دوم باید با توجه به سختی استفاده نهایی مورد نیاز برای قالب تعیین شود.

(4) ثبات ابعادی

در طول کوئنچ و تمپر، قالب های دایکاست معمولا تغییر شکل می دهند یا می پیچند. هر چه دما بالاتر باشد، تغییر شکل بیشتر است. قبل از کوئنچ معمولاً مقدار مشخصی از عمل آوری رزرو می شود تا قالب را بتوان از طریق آسیاب و سایر فرآیندها پس از کوئنچ و تمپر کردن به اندازه نهایی مورد نیاز تنظیم کرد. تنش ماشینکاری، تنش حرارتی و تنش تغییر شکل ساختاری بر پایداری ابعادی تأثیر می‌گذارند. بنابراین در طول فرآیند دایکاست باید به دما و سرعت گرمایش و خاموش شدن توجه شود تا بتوان محدوده تغییر شکل نسبی اندازه را در محدوده قابل تنظیم کنترل کرد.

4

طراحی و ساخت قالب ریخته گری به افزایش عمر قالب کمک می کند

طول عمر قالب ریخته گری با طراحی و اندازه آن بسیار متفاوت استقالب ریخته گری قالب، نوع آلیاژ دایکاست و تعمیر و نگهداری قالب. عمر قالب را می توان با درمان مناسب قبل و بعد از ریخته گری افزایش داد. چندین راه برای افزایش طول عمر قالب وجود دارد:

(1) پیش گرمایش مناسب

اختلاف دما بین سطح قالب و فلز مذاب نباید خیلی زیاد باشد. به همین دلیل معمولاً پیش گرمایش توصیه می شود. دمای پیش گرمایش بستگی به نوع آلیاژ ریخته گری دایکاست و معمولاً بین 150 تا 350 درجه سانتیگراد است. دمای پیش گرم شدن مواد نباید خیلی زیاد باشد، در غیر این صورت به دلیل دمای بالای قالب در حین ریخته گری قالب مجدداً گرم می شود، به خصوص دنده های نازک قالب خیلی سریع گرم می شوند. مهم است که به تدریج و یکنواخت پیش گرم شود. بهترین سیستم کنترل گرمایش دمای ثابت است.

(2) خنک کننده صحیح

دمای قالب توسط کانال آب خنک کننده و عامل رهاسازی سطح قالب کنترل می شود. برای کاهش خطر خستگی حرارتی، آب خنک کننده را می توان تا حدود 50 درجه سانتی گراد گرم کرد. سیستم خنک کننده با دمای ثابت نیز توصیه می شود و آب خنک کننده زیر 20 درجه سانتی گراد توصیه نمی شود. زمانی که زمان توقف از چند دقیقه بیشتر شد، جریان آب سرد باید طوری تنظیم شود که قالب خیلی سریع خنک نشود.

(3) کاهش استرس

در طول ریخته گری، سطح قالب به دلیل اختلاف دما، کرنش حرارتی ایجاد می کند. این کرنش مکرر باعث ایجاد تنش پسماند در سطح محلی قالب می شود. در بیشتر موارد، این تنش پسماند، تنش کششی است که باعث افزایش خستگی حرارتی می شود. درمان تنش زدایی تنش کششی باقیمانده قالب را کاهش می دهد و در نتیجه عمر قالب را افزایش می دهد. بنابراین، ما کاهش استرس را پس از یک دوره آزمایشی و سپس کاهش استرس پس از 1000-2000 دایکاست و 5000-10000 دایکاست را توصیه می کنیم. این درمان را می توان هر 10000-20000 دایکستینگ تکرار کرد تا زمانی که مقدار کمی خستگی حرارتی در قالب ایجاد شود.

5

نتیجه گیری

برای بهبود بیشتر مزایای اقتصادی قالب، عملیات حرارتی باید استاندارد شود. علاوه بر ایجاد بهترین سختی و چقرمگی از طریق عملیات حرارتی، باید تا حد امکان از تغییرات ابعادی و تغییر شکل بیش از حد خودداری شود. بحرانی ترین عوامل در عملیات حرارتی دمای خاموش کردن و سرعت خنک شدن است. اقدامات احتیاطی مانند پیش گرم کردن صحیح و کاهش تنش مناسب باعث افزایش بیشتر عمر قالب می شود. در هر یک از این مراحل تولید، کیفیت تغییر بزرگی دارد. تنها با پیگیری بهترین کیفیت در هر فرآیند تولید می توان به بهترین نتیجه دست یافت.

مراجع:

[1] لیو ونچوان. چندین مسئله در طراحی قالب ریخته گری پیچیده [J]. صنعت قالب، 2014، (02)

[2] یو بو، زی جیان کینگ، وانگ تینگ. وضعیت توسعه و کاربرد فولاد قالب گرم کار جدید [J]. فناوری و تجهیزات عملیات حرارتی، 2015، 29 (6)