تفاوت اصلی در نحوه وارد شدن آلومینیوم مذاب به داخل قالب نهفته است: ریخته گری فشار بالا (HPDC) از فشار تزریق 10 تا 175 مگاپاسکال برای پر کردن حفره در میلی ثانیه استفاده می کند. ، در حالی که فشار کم است دایکستینگ (LPDC) بر 0.02-0.1 مگاپاسکال فشار گاز کنترل شده متکی است و ریخته گری گرانشی (GDC) از فشار خارجی استفاده نمی کند - فقط وزن فلز. این تفاوتها در اصول فرآیند به نتایج متمایز سرعت، پیچیدگی قطعه، خواص مکانیکی و هزینه تبدیل میشوند.
درک مکانیک فیزیکی توضیح می دهد که چرا هر روش برای کاربردهای مختلف مناسب است.
آلومینیوم مذاب به داخل قالب فولادی سخت شده تزریق می شود سرعت 30-100 متر بر ثانیه توسط پیستون هیدرولیک این فلز در 10-100 میلی ثانیه حفره را پر می کند و تحت فشار پایدار جامد می شود. دو نوع وجود دارد: محفظه گرم (برای آلیاژهای با نقطه ذوب پایین) و محفظه سرد (استاندارد برای آلومینیوم). زمان چرخه به همان سرعتی اجرا می شود 15 تا 60 ثانیه در هر قسمت .
یک کوره مهر و موم شده در زیر قالب قرار دارد. گاز تحت فشار (معمولاً 0.02-0.1 مگاپاسکال) فلز را از طریق یک لوله بالابر به داخل حفره قالب به سمت بالا هل می دهد. پر شدن آهسته و کنترل شده تلاطم را به حداقل می رساند و در نتیجه تخلخل گاز کم و سلامت داخلی عالی . زمان چرخه طولانی تر است - معمولاً 3 تا 8 دقیقه در هر قسمت.
GDC که به آن ریخته گری قالب دائمی نیز می گویند، آلومینیوم مذاب را با نیروی گرانش مستقیماً در قالب فلزی قابل استفاده مجدد و بدون فشار وارد می کند. پر کردن آهسته و ملایم است و این فرآیند را برای قطعات با دیواره ضخیم و از نظر ساختاری بسیار مهم می کند. این ساده ترین راه اندازی است، با هزینه ابزار 30 تا 50 درصد کمتر از HPDC است برای اندازه قطعات قابل مقایسه
جدول زیر بیشترین معیارهای مربوط به تصمیم را در هر سه روش نشان می دهد.
| پارامتر | فشار بالا (HPDC) | فشار کم (LPDC) | جاذبه (GDC) |
|---|---|---|---|
| فشار تزریق | 10-175 مگاپاسکال | 0.02-0.1 مگاپاسکال | هیچ (فقط جاذبه) |
| زمان چرخه | 15-60 ثانیه | 3-8 دقیقه | 3-10 دقیقه |
| حداقل ضخامت دیوار | 0.5-1.0 میلی متر | 2-3 میلی متر | 3-5 میلی متر |
| پایان سطح (Ra) | 0.8-1.6 میکرومتر | 1.6-3.2 میکرومتر | 3.2-6.3 میکرومتر |
| سطح تخلخل | بالاتر (به دام افتادن گاز) | کم | کم – متوسط |
| جوش پذیری / عملیات حرارتی | محدود (تخلخل) | بله | بله |
| هزینه ابزارآلات (نسبی) | بالا (50 تا 250 هزار دلار) | متوسط | کمest |
| حجم تولید بهینه | قطعات 50000–1M | 5000 تا 100000 قطعه | 500-50000 قطعه |
| تحمل ابعادی (درجه IT) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
سرعت تزریق بالای HPDC آن را قادر میسازد تا حفرههای پیچیده را با ضخامت دیوارههای نازک پر کند. 0.5 میلی متر - قابلیتی که با دو روش دیگر همتا نیست. محفظههای گیربکس خودرو، سینیهای باتری خودروهای برقی و قاب گوشیهای هوشمند همگی بر این توانایی برای تولید هندسههای نازک و پیچیده در مقیاس تکیه دارند.
LPDC در جایی که پیچیدگی متوسط است اما یکپارچگی داخلی حیاتی است ترجیح داده می شود. چرخهای آلومینیومی خودرو - یکی از پرحجمترین کاربردهای LPDC - به این نیاز دارند تخلخل کم و ریزساختار ثابت که نرخ پرکن کنترل شده همراه با دیوارهایی که معمولاً 3 میلی متر یا بیشتر ضخامت دارند فراهم می کند.
GDC ضخیم ترین مقاطع را به خوبی اداره می کند. سرسیلندرهای موتور و منیفولدهای ورودی قطعات رایج GDC هستند که ضخامت دیواره 5 تا 10 میلیمتر طبیعی است و انجماد کندتر در واقع به ساختار دانه و ماشینکاری کمک میکند.
قطعات HPDC به دلیل انجماد سریع، ساختارهای دانه ریز نزدیک به سطح دارند که استحکام کششی خوبی را ایجاد می کنند - معمولا 240-310 مگاپاسکال UTS برای آلیاژهای معمولی مانند A380. با این حال، تخلخل گاز داخلی ناشی از پر آشفته، شکل پذیری را محدود می کند و عملیات حرارتی را خطرناک می کند (تاول ها می توانند ایجاد شوند).
LPDC و GDC هر دو به عملیات حرارتی T6 اجازه می دهند (محلول درمان حرارتی پیری مصنوعی)، استحکام کششی را به 280-330 مگاپاسکال با کشیدگی های 5-12٪ در آلیاژهایی مانند A356-T6. این باعث می شود که آنها مسیر مطلوبی برای قطعات ساختاری بارگذاری شده در سیستم های تعلیق، بند انگشت فرمان و براکت های هوافضا باشند.
| فرآیند | آلیاژ معمولی | UTS (MPa) | قدرت تسلیم (MPa) | ازدیاد طول (%) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240–310 | 160-170 | 1-3.5 |
| LPDC (T6) | A356-T6 | 280-310 | 200-240 | 6-12 |
| GDC (T6) | A356-T6 | 275-310 | 195-235 | 5-10 |
ابزار HPDC گران است - یک قالب تولید برای یک قطعه خودرو با پیچیدگی متوسط معمولاً هزینه دارد 80000 تا 200000 دلار و برای 100000 تا 500000 شات رتبه بندی شده است. این هزینه اولیه تنها زمانی منطقی به نظر می رسد که در حجم بالا مستهلک شود. در 500000 قطعه، هزینه ابزار برای هر قطعه به 0.16 تا 0.40 دلار کاهش می یابد.
قالب های GDC، که اغلب از چدن یا فولاد نرم ساخته می شوند، هزینه دارند 30 تا 50 درصد کمتر نسبت به قالب های HPDC معادل و برای نمونه های اولیه یا تولیدات کم حجم از 500 تا 10000 قطعه مناسب هستند. ابزار LPDC معمولاً در این بین قرار می گیرد 30000 تا 100000 دلار ، توسط صنایع چرخ و اجزای ساختاری که دسته های 20000 تا 80000 در سال اجرا می کنند توجیه می شود.
هر روش بر اساس این مبادلات، یک توله کاربردی مجزا ایجاد کرده است.
پس از تعریف الزامات برنامه، چارچوب تصمیم گیری ساده است:
HPDC با کمک خلاء به طور فزاینده ای این شکاف را پر می کند - با تخلیه حفره قالب قبل از تزریق، تخلخل گاز به طور قابل توجهی کاهش می یابد و امکان درمان T5 یا T6 را بر روی قطعات ریخته گری با فشار بالا فراهم می کند. این نوع در حال حاضر به طور گسترده در اجزای ساختاری خودرو مانند برجهای ضربهگیر و گرههای بدنه به رنگ سفید استفاده میشود، جایی که به دیوارههای نازک و قابلیت عملیات حرارتی به طور همزمان نیاز است.
