فصل اول
آشنایی با ماشین های دایکاست
1-1- انواع ماشینهای دایکاست
ماشینهای دایکاست بطورکلی به دو نوع هستند :
1- ماشینهای تزریق با محفظه (سیلندر) گرم
2- ماشینهای تزریق با محفظه (سیلندر) سرد
اگر نقطه ذوب فلز تزریقی پایین بوده و به سیستم پمپ آسیب نرساند،پمپ می تواند مستقیماً در فلز مذاب قرار گیرد . به این سیستم،تزریق با محفظه گرم می گویند . در صورتی که فلز مذاب به سیستم،پمپاژ آسیب برساند دستگاه پمپاژ نباید مستقیماً در فلز مذاب باشد . به این سیستم،تزریق با محفظه سرد می گویند .
1-1-1- ماشینهای دایکاست با سیستم تزریق محفظه گرم
سیستمی که در شکل (1-1،1-2)نشان داده شده است یک سیستم دایکاست محفظه گرم می باشد . همان طوری که در شکل دیده می شودمجرای گردن غازی سیلندر تزریق در مواد مذاب غوطه ور می باشد و در نتیجه در درجه حرارتی معادل نقطه ذوب مواد تزریقی کار می کند .
در این سیستم مواد مذاب در حداقل زمان و در حداقل افت حرارت به داخل حفره قالب تزریق می شوند . در حالی که پیستون در بالا قرار دارد ،مواد مذاب به داخل سیلندر فشار یا سیلندر تزریق راه یافته و پس از پایین آمدن پیستون ابتدا دریچه تغذیه بسته شده سپس مواد مذاب با فشار از طریق مجرای گردن غازی به داخل حفره راه می یابد . پس از گذشت زمان لازم جهت انجماد مواد ، پیستون دوباره بالا رفته و مواد جدید برای تزریق بعدی وارد سیلندر تزریق می گردد . نیروی لازم که به پیستون تزریق منتقل می شود،بسته به طرح دستگاه می تواند پنوماتیک و یا هیدرولیک باشد. قطعات مختلف از وزن چند گرم تا نزدیک به 25 کیلوگرم را می توان با این سیستم تولید نمود .
در این روش با تغییر اندازه مجرای گردن غازی قطعات با وزن متفاوت را می توان تولید نمود . وزن قطعاتی که می توان با این روش تزریق کرد بستگی به عوامل زیر دارد .
آلیاژمورد تزریق
اندازه سطح خارجی قطعه
نیرویی که دو کفه قالب را بسته نگاه می دارد .
بسته به طرح دستگاه و متغیر های عمل تزریق با این سیستم می توان از 50 تا500 ضرب در ساعت تزریق نمود ، البته با ماشینهای ویژه طرح zipper تا 2000 و 5000 وحتی 18000 ضرب در ساعت را می توان تزریق کرد . مجرای گردن غازی از چدن خاکستری و یا چدن آلیاژی نشکن و یا فولاد ریخته گری ساخته می شود . نوع مواد بستگی به فشار دستگاه ، مواد تزریقی و قیمت دستگاه دارد . در هر صورت مواد مورد استفاده برای ساخت این قسمت ها می باید در مقابل حرارت و سایش مقاوم باشند . معمولاً مجرای گردن غازی دارای نازل قابل تعویض می باشد تا در صورت فرسوده شدن تعویض گردد ، زیرا آب بندی نازل با قسمت تزریق قالب از اهمیت بالایی برخوردار است . برای ساخت پوسته های داخلی مجاری عبور مذاب از فولاد گرمکار نوع H13 یا فولاد گرمکار نیتروژه شده ویا فولاد نسوز ضد زنگ استفاده می شود . نازل باید دارای مقاومت در مقابل حرارت فشار و سایش باشد،و معمولاً از چدن آلیاژی ، فولاد گرمکارH13 و یا فولاد نسوز ضد زنگ ساخته می شود .
سمبه تزریق این سیستم دایکاست معمولاً از چدن آلیاژی ساخته می شود و می توان بدون عملیات سختکاری آن را مورد استفاده قرار داد . برای اعمال فشار بهتر برخی اوقات روی سمبه تزریق ، رینگ (شبیه رینگ پیستون اتومبیل) تعبیه می شود . برای افزایش عمر سیلندر تزریق، سطح داخل آن را تا 0.7 میلیمتر اضافه تر از اندازه معمول می تراشند . پس از این عمل نسبت به اندازه نهایی سیلندر، قطر سمبه ( بارینگ و یا بدون رینگ ) انتخاب می شود لقی بین سمبه تزریق و سیلندر بین 0.002 تا 0.03 میلیمتر به ازای هر سانتیمتر قطر سیلندر پیشنهاد می شود .
1-1-2- دستگاه دایکاست با سیستم محفظه سرد افقی
در شکل (1-3) شمای کلی دستگاه نشان داده شده است در این سیستم محفظه تزریق به صورت سرد عمل کرده و فقط از حرارت مواد مذاب که در داخل آن ریخته می شود حرارت می گیرد . قسمت پیشانی پیستون تزریق برای مقاومت در برابر مواد مذاب با آب خنک می شود جهت تسهیل در امر ریختن موادمذاب ، محفظه تزریق به صورت افقی قرار گرفته و در بالای آن یک سوراخ بارگیری تعبیه شده است . در شکل (1-4) مراحل مختلف عمل تزریق با این سیستم نمایش داده شده است . در مرحله یک دو کفه قالب بسته بوده و پیستون در عقب ترین موضع خود قرار دارد ، به صورتی که سوراخ بارگیری کاملا ًباز می باشد . در مرحله دوم پیستون شروع به حرکت کرده ،ابتدا سوراخ بارگیری را مسدود نموده و سپس مواد مذاب را با فشار به سوی قالب می راند . در آخرین مرحله یعنی در مرحله سوم پس از آنکه زمان مناسبی به مذاب داده شد که منجمد شود دو کفه قالب از یکدیگر باز می شوند .
همزمان پیستون باز هم قدری جلو می آید که اولاً پولک منجمد شده در قسمت جلوی سیلندر را بیرون بیاورد و ثانیاًکمک کند پس از اتمام این مراحل ،قطعه ازقالب بیرون پران شده ، دو کفه قالب بسته شود ،پیستون عقب آید و دستگاه آماده تکرار مراحل فوق و تزریق بعدی شود .
سیستم ترزیق با محفظه سرد تقریباً برای ترزیق کلیه فلزاتی مورد استفاده قرار می گیرد که قالب دایکاست را دارا می باشند.ولی معمولاً برای ترزیق آلومینیوم ,منزیم وآلیاژهای مس استفاده می شود.مهمترین مزیت این سیستم این است که اولاً اثرات حرارت فلز مذاب روی بخش ترزیق دستگاه ناچیز است و ثانیاً با این سیستم , فشار ترزیق را می توان بمراتب بالا برد.این سیستم برای فشار از (〖/cm〗^2kg) 500 تا 2000 طراحی شده است ولی در سیستمهای ویژه آزمایش فشار در حد 3000 هم امتحان شده است این در حالی است که بیشتر دستورالعمل های طراحی قالب فشار300 تا 600 برای ترزیق آلومینیوم وفشار حدود(〖/cm〗^2kg) 140 برای ترزیق آلیاژهای روی پیشنهاد کرده است.
مهمترین محدودیتهای این سیستم عبارتند از :
لزوم داشتن وسایل جانبی جهت تهیه ذوب وانتقال آن به سیلندر ترزیق
طولانی تر بودن مراحل مختلف ترزیق به دلیل جدا بودن وسایل جنبی از دستگاه
امکان ایجاد نقص در قطعه تولیدی به دلیل افت درجه مذاب
اندازه سیلندر وپیستون ترزیق بستگی به حجم ماده ای دارد که برای ترزیق مورد نیاز است.اگر سیلندر ترزیق بیش از اندازه بزرگ باشد مواد مذاب در کف آن قرار می گیرد و احتمال این که حبابهای هوا در سیلندر محبوس شوند زیاد خواهد بود. از طرفی اگر سیلندر ترزیق بیش از اندازه کوچک باشد, مقدار مذاب کمتر ازمقدار مورد نیاز برای ترزیق قطعه خواهد بود و ممکن است مقداری از مذاب در مرحله شروع حرکت پیستون از سوراخ بارگیری به بیرون پاشیده شود.لذا
در طراحی سیستم ترزیق و در تنظیم محل پیستون ترزیق سعی بر آن است که در مرحله اول پیستون ترزیق سوراخ بارگیری را ببندد.حتی در بعضی طرحها ابتدا پیستون ترزیق آهسته حرکت کرده , سوراخ بارگیری را می پوشاند و سپس با سرعت خیلی بیشتر ادامه مسیر داده و مذاب را به داخل قالب ,ترزیق می کند.
سرعت پیستون ترزیق بستگی به آلیاژ مذاب , اندازه و شکل قطعه ,طرح و شکل راهگاه و گلویی ترزیق قالب دارد و مقدار آن بین sec/m 45 و sec/m 274 متغیر است .لق نبودن سیلندر و پیستون ترزیق وجذب بودن حرکت آنها در داخل یکدیگر الزامی است در غیر این صورت مذاب از جدار پیستون پس زده می شود و امکان گریپاژ پیستون وجود خواهد داشت .جنس پیشانی پیستون اغلب از آلیاژ بریلیوم و مس یا فولاد آلیاژی نیتروژه شده می باشد.جنس سیلندر ترزیق اغلب از فولاد گرمکار 13H ویا فولاد آلیاژی نیتروژه شده است و باید بتواند در برابر فرسایش و حرارت مقاومت کند. از طرف دیگر مکانیزم ترزیق باید محکم و مقاوم بوده وحرکتهای سیلندر به پیستون نیرو دهنده و پیستون ترزیق در یک راستا و نظام باشند . در صورتی که موارد فوق رعایت نشوند سیلندر ترزیق و پیستون ترزیق به سرعت فرسوده می شوند.
1-1-3- ماشین دایکاست با سیستم ترزیق محفظه سرد عمودی
این دستگاهها به ماشینهای دایکاست هم معروف هستند .بطور کلی دو نوع ماشین دایکاست با سیستم ترزیق محفظه سرد عمودی وجود دارد. در نوع اول صفحات قالب به صورت افقی (همانگونه که در شکل و (1-5) نشان داده شده است) و در نوع دوم صفحات قالب به صورت عمودی قرار می گیرند. همان طوری که در شکل (1-6) پیداست مواد مذاب از پایین قالب ترزیق می شود.
هوای داخل حفره تخلیه گشته و در اثر افت فشار مواد مذاب به داخل محفظه ترزیق مکیده می شود فشاری که دو کفه قالب را به یکدیگر قفل می کند و فشار ترزیق هر دو از یک منبع کنترل می شود تا همیشه حالت بالانس بین این دو نیرو که عکس یکدیگر عمل می کنند برقرار گردد.
شکل (1-5) - شمای کلی دستگاه محفظه سرد عمودی با صفحات افقی قالب[1]
شکل (1-6) - شمای کلی دستگاه محفظه سرد عمودی با صفحات افقی قالب [1]
(حسن این سیستم این است که به دلیل آنکه صفحات قالب به صورت افقی و سیلندر ترزیق در پایین قرار گرفته احتمال این که قبل از اعمال فشار توسط پیستون ترزیق مقداری مواد مذاب به داخل حفره راند شود بکلی از بین می رود). در این سیستم برای بهبود تزریق و تعادل آن در قالبهای چند حفره ای همانطوری که در شکل (1-7) ملاحظه می شود بهتر است ترزیق از مرکز اعمال شود . در این صورت راهگاه از هر نقطه در محیط سیلندر می تواند منشعب شده وگلویی ترزیق وصل شود البته دربعضی از طرحها بسته به نیاز , سیلندر ترزیق در حالت خارج از مرکز هم گذاشته می شود.
شکل(1-7)- مراحل مختلف کار دستگاه محفظه سرد عمودی با صفحات عمودی قالب[1]
درشکل(1-7) نوع دوم این ماشینها یعنی محفظه ترزیق سرد عمودی با صفحات قالب عمودی نشان داده شده است .در این مدل محفظه ترزیق از طریق یک بوش رابط مستقیماً به قالب متصل می گردد و همانطور که در شکل پیداست در هنگام بارگیری یک پیستون از پایین به بالا آمده و جلو بوش رابط را می گیرد شکل (1-7) پس از این شروع به پایین آمدن کرده و همچنان که فشار اعمال شده به مذاب افزایش می یابد , پیستون اول شروع به پایین رفتن کرده و مذاب از طریق بوش رابط با فشار به داخل قالب رانده می شود شکل (1-7) در آخرین مرحله , پس از گذشت زمان لازم برای انجماد مذاب , پیستون بالا به جای خود بازگشته , پیستون پایین بالا آمده و باقیمانده مواد را ازبوش رابط قطع کرده و بیرون می آورد البته همزمان قطعه ترزیق شده نیز پران می شود که دستگاه بیشتر نیاز به تعمیر پیدا کند.هاز طرف دیگر از محاسن دستگاههای دایکاست با محفظه سرد عمودی که در شکل (1-6و1-7) نمایش داده شده اند همان عمودی قرار گرفتن محفظه ترزیق می باشد که باعث می شود اولاً مواد مذاب فقط پس از حرکت پیستون و به صورت یک توده به داخل قالب رانده شوند و ثانیاً حرکت آشفته مایع مذاب به حداقل رسیده و وجود مک و یا حفره های ریز در قطعه ترزیق شده کاهش یابد . بطور کلی ماشین عمودی موقعی مورد استفاده قرار می گیرند که قطعه را با ماشین محفظه افقی نتوان تولید نمود.مثلا ً قطعاتی که نیاز به فشردگی بیشتری دارند یا در مورد آنها قرار دادن قطعات اضافی در حفره قالب قبل از ترزیق الزامی است و یا قطعاتی که با قرار دادن محل ترزیق در وسط با کیفیت بهتری می توان آنها را تولید نمود.قطعاتی که با ماشین های عمودی ترزیق می شوند معمولاً در مقایسه با قالبهای ریژه از پرداخت و فشردگی بیشتری برخوردارند و میزان تولید نیز به مراتب بالاتر است . ماشینهای عمودی معمولاً برای تولید قطعاتی به کار می روند که محل ترزیق و قالب می باید ضرورتاً در مرکز باشد . قطعاتی را که دارای توپی نسبتاً ضخیمی در مرکز وپره های ظریف در کنار باشند با این نوع دستگاه می توان با دارا بودن کمترین حباب هوا تولید نمود.
تولید ماشینهای عمودی بمراتب بالاتر از تولید با روش ریژه می باشد ولی اصولاً ماشینهای عمودی چه از نوع صفحات قالب افقی و چه از نوع صفحات قالب عمودی در مقایسه با ماشینهای محفظه ترزیق افقی کندتر می باشند.
1-1-4- ماشینهای دایکاست با سیستم خلأ یا مکش
سیستم خلأ یا مکش را برای ماشینهای افقی سرد یا گرم می توان به کاربرد. در شکل(1-8) یک نوع ماشین با محفظه ترزیق گرم مجهز به سیستم مکش نشان داده شده است . قسمتی که قالب در آن قرار دارد دارای یک پوسته و واشر می باشد که پس از بسته شدن پرس رابطه قالب را با هوای محیط بیرون قطع می کند و در نتیجه هوای داخل قالب وسیستم ترزیق را می توان کاملاً تخلیه نمود. پس از ایجاد خلأ پیستون ترزیق و مسدود کننده مسیر تغذیه هر دو بالا رفته و مقدار از پیش تعیین شده ای از مواد مذاب به داخل مجرای گردن غازی مکیده می شود.
شکل(1-8) – ماشین دایکاست ومحفظه گرم مجهز به سیستم خلأ[1]
پس از آن پیستون ترزیق مواد مذاب را با فشار داخل قالب میراند (در این حالت پیستون مسدود کننده جلو ورود مذاب را می گیرد). در صورتی که طراحی گلویی و راهگاه قالب و دیگر فاکتورهای مهم رعایت گردند. قطعه تولید شده با روش فوق دارای کمترین حباب هوا و پرداخت نسبتاً خوب می باشد. روش ایجاد خلا در دستگاه می تواند تمام عیوب را بپوشاند و یک قطعه خوب از قالب بیرون بیاورد.
1-2 – سیستم ترزیق / فشار
فشار اعمال شده در سیستم ترزیق یا هیدرولیکی است یا نیوماتیکی . یک سیستم هیدرولیک معمولاً از یک پمپ و یک آکومولاتور (یا خازن) روغن تشکیل شده است شکل (1-9 ) در این شکل آکومولاتور روغن در واقع یک مخزن تحت فشار است که مقدار روغن مورد نیاز جهت پر کردن حفره پیستون ترزیق را تحت فشار و سرعت بالا عرضه می کند. خاصیت آکومولاتور این است که اجازه می دهد پمپ کوچکتری به کار بریم که در فاصله بین دو ترزیق باید آکومولاتور را پر می کند. سیستم هیدرولیکی که در شکل (1-9) نشان داده شده به صورت زیر عمل کند .
با روشن شدن پمپ ، فشار روغن در آکومولاتور به مقدار از بیش تنظیم شده ای بالا می رود . پس از آنکه مرحله انتقال مذاب به سیلندر ترزیق پایان گرفت ، روغن تحت فشار از آکومولاتور به پشت پیستون ترزیق هدایت می شود. پس از پر شدن قالب ، زمان معینی نیز به مذاب داده می شود تا منجمد شود .در ماشینهای سیستم محفظه گرم پس از گذشت زمان انجماد این بار روغن به طرف دیگر سیلندر جریان یافته و پیستون را به حالت اول برمی گرداند .
در ماشینهای با محفظه ترزیق سرد پس از گذشت زمان انجماد همانطور که قبلاً گفته شد ، پیستون به مقدار دیگری جلو می رود تا پولک منجمد شده را از سیلندر بیرون کند .
شکل (1-9)- سیستم هیدرولیک با استفاده از آکومولاتور – روغن – گاز[1]
1-3- تشدید کننده
تشدید کننده در واقع چند برابر کننده فشار می باشد که در انتهای حرکت پیستون ، فشار اعمال شده بر پیستون ترزیق و در نتیجه مذاب داخل حفره قالب را افزایش می دهد . تشدید کننده از به وجود آمدن حباب هوا و مک در دیواره های ضخیم قطعه و همچنین از ارتعاشات پیستون ترزیق در ضریبهای با سرعت بالا جلوگیری می کند . یک سیستم تشدید کننده هیدرولیکی پیستون بزرگ تشکیل شده که پیستون کوچکتری را به حرکت در می آورد . این پیستون کوچک به پیستون ترزیق نیرو می دهد و در نتیجه فشار چندین برابر می شود . معمولاً وقتی که یک تشدید کننده در ماشینی به کار می رود گلویی ترزیق را باید بزرگتر گرفت تا از انجماد مذاب قبل از اعمال فشار نهایی جلوگیری شود .
1-4 – سیستم بست دو کفه قالب
دو کفه قالب برای جلوگیری از نفوذ مذاب در جدایش قالب باید کاملاً به هم چسبیده باشند . سیستم بست دو کفه قالب از الزامات اولیه هر دایکاست است . در این رابطه می توان یک ماشین 400 تن را مثال زد ، یعنی دستگاهی که 400 تن نیرو به دو کفه قالب وارد تا در هنگام ترزیق از هم جدا نشود.