آلیاژهای آلومینیوم پیشرفته در قالب فلزی سفارشی برای قطعات با عملکرد بالا

قالب گیری فلزی سفارشی روشی شناخته شده برای تولید قطعات فلزی سبک، پیچیده و بسیار دقیق در مقادیر تولیدی مقرون به صرفه است. با این حال، عملکرد قطعات دایکست فقط به روش ریخته گری محدود نمی شود. عملکرد سیستم دایکست تحت تأثیر ترکیب آلیاژ، طراحی قطعات، طراحی قالب، شرایط حرارتی و جریان و کنترل آن ها و عملیات پس از ریخته گری خواهد بود.

با جمع وجورتر شدن و یکپارچه تر شدن محصولات خودرو، الکترونیک، اتوماسیون و انرژی مرتبط با آن، تولیدکنندگان در حال بررسی آلیاژهای آلومینیومی هستند که تعادل مناسب تری از استحکام، پایداری، عملکرد حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه را فراهم می کنند.

آلیاژهای پیشرفته آلومینیوم دایکست چیستند؟

«آلیاژ آلومینیوم پیشرفته» به یک درجه خاص اشاره ندارد. در قالب گیری فلزی سفارشی، معمولا آلیاژی را توصیف می کند که برای یک نیاز عملکردی خاص انتخاب یا تنظیم شده است.

• استحکام مکانیکی بالاتر: برای ساخت براکت ها، بدنه ها، تکیه گاه ها و سایر قطعاتی که تحت بارهای مکانیکی قرار دارند بهتر است.

• بهبود رسانایی حرارتی: برای استفاده به عنوان هیت سینک، محفظه های LED و سایر الکترونیک، اجزای مدیریت حرارتی و درون محفظه های رسانای حرارتی مناسب تر است.

• مقاومت بهتر در برابر خوردگی: آلیاژهای مسی با ترکیب کنترل شده و کمتر برای محیط های بیرونی، مرطوب و/یا شیمیایی تهاجمی بهتر هستند.

• انعطاف پذیری بیشتر: برای قطعاتی که نیاز به تغییر شکل دارند بدون شکستگی بهتر است.

• افزایش سفتی فشار: برای پوسته های پمپ، محفظه شیرها و سایر اجزای کنترل سیال که نیاز به سطح آب بندی پایدار دارند، بهتر است.

• افزایش مقاومت در برابر سایش: آلیاژهای سخت تر برای استفاده در لغزش، چرخش یا کاربردهایی که انتظار سایش ساینده دارند، مناسب تر هستند.

آلومینیوم به دلیل ترکیب وزن پایین، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی خوب و پایداری ابعادی خوب، پرکاربردترین فلز در قالب قالب گیری است.

چگونه عناصر آلیاژی بر عملکرد تأثیر می گذارند

با اینکه آلومینیوم خالص بسیار سبک و رسانا است، معمولا برای قالب گیری استاندارد در فشارهای بالا کاربرد ندارد. آلیاژسازی سیالیت، استحکام، سختی، ثبات و عملکرد سرویس را بهبود می بخشد.

سیلیکون

سیلیکون سیالیت را بهبود می بخشد و به ریخته گری فلزی سفارشی کمک می کند تا دیوارهای نازک و ویژگی های پیچیده را پر کند. همچنین ممکن است جمع شدگی و ترک خوردگی داغ را کاهش دهد، اگرچه ماشین کاری، شکل پذیری و عملکرد حرارتی همچنان ملاحظات مهمی هستند.

مس

مس می تواند استحکام، سختی و عملکرد در دمای بالا را بهبود بخشد، اما سطوح بالاتر ممکن است مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد.

منیزیم

منیزیم استحکام و سختی را افزایش می دهد، در حالی که مقادیر بیش از حد ممکن است انعطاف پذیری را کاهش دهد.

آهن و منگنز

آهن می تواند چسبندگی آلومینیوم به فولاد قالب را کاهش دهد، در حالی که منگنز به مدیریت فازهای حاوی آهن کمک می کند. هر دو نیازمند ترکیب بندی کنترل شده برای حفظ کیفیت ریخته گری هستند.

مقایسه گزینه های رایج آلیاژ آلومینیوم

جدول زیر نمای کلی انتخاب را ارائه می دهد. خواص واقعی با محدودیت های ترکیب، پارامترهای ریخته گری، هندسه، تخلخل، عملیات حرارتی و پروتکل های آزمایش متفاوت خواهد بود.

بر اساس NADCA، A380 به عنوان آلیاژی بسیار مورد استفاده ثبت شده است. A383 معمولا برای اشکال پیچیده، A413 برای قطعاتی که نیاز به مقاومت در برابر فشار دارند و A390 برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش دارند، استفاده می شود.

مدیریت حرارتی یک ملاحظه در سطح سیستم است

یکی از کاربردهای رو به رشد ریخته گری فلزی سفارشی، مدیریت حرارتی برای خودروهای الکتریکی و هیبریدی، مخابرات، سیستم های داده، الکترونیک قدرت، روشنایی LED و سایر حوزه های مرتبط است.

مدیریت حرارتی اغلب محرک اصلی طراحی قطعات ریخته گری است. آلیاژ رسانای حرارتی بالاتر به این معنا نیست که قطعه ریخته گری شده قطعه خنک کننده بهتری خواهد بود. برخی دیگر از ملاحظات طراحی عبارتند از:

طراحی باله ها: انتقال حرارت را می توان با باله های بلندتر و نازک تر بهبود بخشید.

• ضخامت ثابت دیواره: یکنواخت نگه داشتن ضخامت دیواره جریان بهتر فلز را ممکن می سازد و وقوع نقاط داغ را کاهش می دهد.

• رابط های صاف: قطعاتی که باید تماس نزدیک داشته باشند باید سطوح دقیق ماشین کاری شده داشته باشند تا تماس بهتری برقرار شود.

• جریان هوا: باله ها باید به گونه ای قرار گیرند که روش خنک کنندگی ترجیحی، طبیعی یا اجباری بهینه شود.

• درمان های سطحی: پوشش را از نظر توانایی محافظت در برابر خوردگی و قابلیت انتقال حرارت ارزیابی کنید.

بر اساس اسناد فنی NADCA، سطوح پایین تر سیلیکون می تواند میزان پر شدن و رسانایی حرارتی را افزایش دهد، اما همچنین می تواند پر شدن بخش های نازک و پیچیده ریخته گری شده با فشار بالا را تحت تأثیر منفی قرار دهد. ارزیابی ویژگی های یک ماده و طراحی قطعه برای تعیین عملکرد آلیاژ اهمیت دارد.

اهمیت طراحی قالب

استفاده از آلیاژهای ریخته گری برتر تضمین کننده تولید ریخته گری با کیفیت نیست اگر طراحی قالب در کنترل پر کردن، تهویه، سرمایش و خروج قطعات ضعیف باشد.

هنگام طراحی قالب، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• طراحی دروازه و رانر: فلز باید در زمان پر شدن مورد نظر و با جریان کنترل شده از حفره عبور کند.

• طراحی سرریز و تهویه: باید مسیر خروج کافی برای خروج هوا از حفره وجود داشته باشد.

• سرمایش متعادل: هدف باید کاهش اختلاف زمان جامد شدن بین بخش های نازک و ضخیم باشد.

• محل قرارگیری خط جدایی: ظاهر قطعه و میزان برش و درخشش تحت تأثیر خط جداسازی قرار می گیرد. علاوه بر این، خط جداسازی بر ابعاد قطعه تأثیر می گذارد.

• طراحی پرتاب: طراحی باید اجازه دهد ریخته گری بدون اعوجاج و آسیب آشکار پرتاب شود.

• طراحی ضخامت دیوار: در صورت امکان، طراحی باید شامل تغییرات تدریجی ضخامت باشد نه تغییرات ناگهانی.

انجمن ریخته گری آمریکای شمالی توصیه می کند در صورت امکان تغییرات تدریجی ضخامت انجام شود و از تغییرات تدریجی ضخامت برای حفظ یکنواختی ضخامت دیواره استفاده شود.

سان آن'سیاست طراحی و تولید

برای پروژه های ریخته گری آلومینیومی، SunOn از روند کاری از بازبینی نقشه تا طراحی برای قابلیت ساخت (DFM)، تحلیل جریان قالب، طراحی قالب، ساخت ابزار، مونتاژ، آزمایش های T1، اصلاح قالب و شروع تولید پشتیبانی می کند. علاوه بر آلومینیوم، SunOn ریخته گری روی را نیز برای کاربردهایی که نیاز به جزئیات دقیق تر و دیواره های نازک تر دارند، ارائه می دهد.

برایپروژه قالب گیری فلزی سفارشی، SunOn ممکن است قالب های زیر را بسازد:

• 8407 فولاد: در مواردی که ویژگی های چرخه حرارتی، پولیش پذیری و مقاومت در برابر حرارت اهمیت اصلی دارند، این فولاد ابزار کار داغ ممکن است استفاده شود.

• فولاد H13: این فولاد ترکیبی عالی از مقاومت و مقاومت در برابر خستگی حرارتی را ارائه می دهد.

• 4Cr5MoSiV1: این فولاد ممکن است برای بخش های خارجی قالب که ممکن است تحت دما و فشار بالا قرار بگیرند و در معرض فرسایش قرار گیرند، مناسب باشد.

• اینسرت های بریلیم-مس: استفاده از اینسرت های موضعی می تواند انتقال حرارت را در بخش هایی از قالب که سرمایش نسبتا کند است، تسریع کند.

SunOn همچنین ریخته گری دایک، قالب سازی، ماشین کاری CNC، دبرینگ، پرداخت سطحی، مونتاژ و بسته بندی را نیز ادغام می کند. جریان های فرآیندی آن شامل ساخت ابزارهای DFM، CNC/EDM، آزمایش قالب گیری و بازرسی ها و تنظیمات T1 پیش از تولید است.

انتخاب آلیاژ برای پروژه جدید

یک تصمیم آگاهانه درباره آلیاژ قالب گیری فلزی سفارشی باید کل محیط عملیاتی را در نظر بگیرد نه فقط یک مقدار واحد.

قبل از اینکه تیم پروژه بتواند آلیاژ مناسب را تعیین کند، باید موارد زیر را تعیین کند:

• بارهای مکانیکی: انواع مختلفی از نیازمندی ها باید در نظر گرفته شوند، از جمله استاتیک، برخورد، لرزش و خستگی.

• دمای عملیاتی: هم دمای عملیاتی معمولی و هم غیرمعمول (اوج) باید در نظر گرفته شوند.

• مواجهه: قرار گرفتن در معرض رطوبت، نمک، مواد شیمیایی و/یا قرار گرفتن در معرض فضای باز را در نظر بگیرید.

• حرارتی: ملاحظات لازم برای مدیریت حرارتی، مثلا حذف حرارت.

• بعد: هم تلرانس های تابعی و هم ابعاد کمتر بحرانی را در نظر بگیرید.

• پرداخت نهایی: هم سطح مورد نیاز و هم سازگاری آن با آلیاژ را در نظر بگیرید.

• حجم: هزینه های تولید (ابزارسازی، چرخه و نگهداری) و عمر مورد انتظار قالب را در نظر بگیرید.

سخنان پایانی

انتخاب آلیاژ آلومینیوم پیشرفته برای قالب گیری به معنای سنجش پایداری، استحکام، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی در برابر هزینه و سهولت پرداخت است.

طراحی موفق قطعات نیازمند هماهنگی انتخاب آلیاژ، هندسه قطعه، طراحی قالب و سیستم دروازه بندی، پارامترهای فرآیند و بازرسی است که همه به عنوان بخشی از یک برنامه یکپارچه انجام می شود. تنظیم طراح، تأمین کننده مواد و تولیدکننده ریخته گری در مراحل اولیه طراحی به هماهنگی و جلوگیری از تغییرات در ابزارآلات کمک خواهد کرد.

سوالات متداول

سؤال ۱. آیا ریخته گری های آلومینیومی در برابر خوردگی مقاوم هستند؟

بیشتر آلیاژهای آلومینیوم تا حدی مقاومت در برابر خوردگی دارند. با این حال، آلیاژهای مختلف سطوح عملکرد متفاوتی را تجربه می کنند.

سؤال ۲. چرا آلیاژهای آلومینیوم برای ریخته گری دایکت ترجیح داده می شوند؟

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل ترکیب چگالی پایین، مقاومت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی حرارتی خوب ترجیح داده می شوند.

سؤال ۳. کدام آلیاژ آلومینیوم بیشتر برای قالب گیری استفاده می شود؟

ADC12 رایج ترین آلیاژ برای قالب گیری است، زیرا از نظر استحکام و قابلیت ماشین کاری یکی از متعادل ترین آلیاژها به شمار می رود.

سؤال ۴. نقش سیلیکون در آلیاژهای آلومینیوم برای قالب گیری چیست؟

سیلیکون سیالیت فلز مذاب را افزایش می دهد و به پر کردن بخش های نازک و اشکال پیچیده کمک می کند.

سؤال ۵. مس چه ویژگی هایی به آلیاژهای آلومینیوم اضافه می کند؟

مس استحکام و سختی آلیاژ را در دمای اتاق و دماهای بالا بهبود می بخشد.