تحليل فرآيندهاي قالبسازي

انواع قالبها
قالبهاي پلاستيك
پلاستيك ها به دو گروه تقسيم مي شوند:
ترموپلاستيك
ترموست (باكاليت)
– قالبهاي ترموپلاستيك:

گروه ترموپلاستيك ها يا گرمانرما كه بر اثر ديدن حرارت خميده گشته وبا كم شدن ميزان گرما سختي خود را بدست مي آورند و تغييرات شيميايي در آنها صورت نمي گيردو بعد از تزريق، شكل محفظه قالب را به خود مي گيرد.
در قالب گيري تزريقي ماده ترموپلاست گرم محفظه قالب را پر مي كند در اين روش ماده ترموپلاست گرم و محفظه قالب سرد است كه پس از تزريق مواده به شكل و فرم قالب در مي آيد و سخت مي شود.
از ديدگاه ديگر مواد ترموپلاست به موادي گفته مي شود كه پس از يك يا چند بار مصرف در فرآيند توليد دوباره قابل استفاده مي باشد. اين مواد به شكل دانه يا پودر در ماشين تزريق ريخته مي شود.

 

ساختمان قالبهاي تزريقي:
قالب هاي پلاستيك ازنظر كلي به دونوع تقسيم مي شوند:
۱- قالبهاي باراهگاه سرد ۲- قالب هاي باراهگاه گرم
و نيز از نظر ساختماني بر دونوع مي باشند:
۱- قالب هاي دو صفحه اي ۲- قالبهاي سه صفحه اي كه تعداد صفحات قالب و خط جدايش آن ها بر اساس عواملي ماند تعداده حفره هاي قالب، شكل قطعه پلاستيكي،‌ نوع ماشين تزريق،‌نوع مواد مصرفي و سيستم خروجي هوا و … تعيين مي شوند اصولاً در هر قالب تزريقي دو بخش اصلي وجود دارد.
۱- بخش ثابت قالب (نيمه ثابت) كه در اين نيمه مواد گرم تزريقي پلاستيك تزريق مي شوند.
۲- بخش متحرك (نيمه محرك) كه رد قسمت متحرك ماشين تزريق بسته مي شوند و سيستم و مكانيزم بيرون اندازي قطعات اكثرادر آن قرار دارد.
… تعيين تعداد حفره ها و محفظه هاي قالب از نكات مهم طراحي قالب هاي تزريقي مي باشد و قالب هاي پلاستيك در اين زمينه بر ۲ نوع هستند:
۱- قالب هاي تك حفره اي
۲- قالب هاي چند حفره اي
– قالب هاي تك حفره اي:
در مواردي از قالب هاي تك حفره اي استفاده مي شوند كه مقدار توليد قطعه پلاستيكي محدود مي باشند. بنابراين طراحي و ساخت قالب هاي تك حفره اي از نظر زمان ساخت و مسائل اقتصادي – ارزان تر تمام خواهد شد.
قالبهاي چند حفره اي:
اگر تعداد فرآورده هاي توليدي زياد باشد، بالاخص در مواردي كه قطعه هم كوچك باشد از روش طراحي و ساخت قالب هاي چند حفره اي استفاده مي شود.

قالب هاي ترموست (باكاليت):
گروه ترموست يا باكاليت يا گرما سخت ها كه اين گروه بر اثر حرارت ديدن سخت مي شوند و باعث تغييرات شيميايي در اين مواد مي شوندكه برآنها ترموست يا باكاليت مي گويند.

در اين روش قالب در حالت سرد مي باشند و ممواد نيز سرد است و بعد از تغذيه، قالب را تحت حرارت قرار مي دهند و مواد شكل وفرم محفظه قالب را به خود مي گيرد و سخت مي شود.
مواد ترموست يا دورپلاست ها تحت تاثير فشار و حرارت c 170 توليد مي شوند. ابتدا نرم شده و به حالت پلاستيك درمي آيند ولي بعد از مدتي سخت مي شوند و خصوصيت اصلي اين مواد آن است كه پس از سخت شدن مجداً قابل نرم شدن و استفاده مجدد نيستند و در هيچ نوع ماده ضلالي قابل حل نمي باشند و پس از سخت شدن، تغييرات شيميايي فهمي درآنها روي مي دهد.

انواع قالبهاي مواد ترموست (باكاليت)

در روش قالبگيري مواد ترموست،‌ مواد درمحفظه قالب به مرور گرم و حرارت مي بينند و بعد به داخل قالب گرم تغذيه مي شوند و اين مواد نرم شده شكل و فرم حفره و محفظه هاي قالب را ه بر اثر فشار قالب مي گيرد و بر اثر تغييرات شيميايي خنك و به بيرون قالب انداخته مي شوند.
قالب گيري مواد ترموست با سه روش مشخص صورت مي گيرد، البته از روش هاي ديگري مانند حديده اي و … استفاده مي شود.
۱- قالب گيري انتقالي ۲- قالب گيري تحت فشار
۳- قالب گيري تحت فشار پيستون
۱- قالب گيري انتقالي:
در اين روش مواد از درون يك يا چند كانال، تحت فشار از ميان محفظه بازدهي به داخل حفره قالب تزريق مي شوند وقالب قبل از شروع كار جفت و بسته مي شود.
۲- روش قالب گيري تحت فشار :
در روش قالب گيري تحت فشار پودر يا ساچمه ها يا قرص ها مواد در محفظه قالب ريخته مي شود وبا بسته شدن قالب، تحت فشار و حرارت فرم قطعه دلخواه را مي گيرد.
۳- روش قالب گيري تحت فشار پيستون:
در روش قالب گيري تحت فشار پيستون مواد ترموست تحت فشار پيستون كه شكل رويه ي قطعه كار را مي سازد به درون محفظه و حفره قالب وارد مي شود و تحت فشار وحرارت فرم لازم را مي گيرد.

– فرآيند دايكاست:
در فرآيند دايكاست، مواد مذاب (كه مي توانند موادي مانند آلومينم و مس و غيره باشند) تحت فشار معيني به محفظه ي قالب هدايت مي شود و با استفاده از اين روش، قطعاتي با دقت بالا و فرم هاي پيچيده و تميز را مي توان توليد نمود معمولاً بعد از توليد احتياج به عمليات ديگري مانند ماشين كاري و پرداخت كاري نمي باشد و فقط بايد پليسه و قطعات زايد را دور نمود.
از فراياي روش ريخته گري تحت فشار و دايكاست مي توان به موارد ذيل اشاره كرد:
۱- توليد قطعات دقيق با فرم هاي پيچيده
۲- ساخت قطعات با ديواره هاي نازك و باريك
۳- پرداخت كاري سطح خوب قطعات و صافي آنها
۴- عدم نياز به ماشين كاري بعد از توليد
۵- استحكام قطعات در اثر سرعت سرد شدن
۶- دقت ماهيچه گذاري در قالب هاي دايكاست
۷- توليد انبوه در مرحله توليد بدليل عمر و استحكام زياد اين قالب ها

– فرآيند اكستروژن نه
مكانيزم كلي اكستروژن عبارت از يك مارپيچ كه حركت خود را از يك موتور و گيربكس مي گيرد و در سيلندري كه به وسيله گرمكن هاي خارجي گرم مي شود حركت مي كند و مواد پلاستيكي بصورت دانه از قيف داخل دستگاه ريخته مي شود. بعد از ذوب شدن مواد و با فشار از دورن فرم قالب عبور كرده و به مرور كه سرد شد شكل فرم قالب را به خود مي گيرد اشكال مختلف قطعات پلاستيكي در حالتهاي توخالي و توپر را با اين روش توليد مي نمايند.

 

مواد پلاستيكي به صورت پودر يا دانه (گرانول) در قيف دستگاه ريخته مي شود مواد نرم و حرارت داده شده توسط مارپيچ و المنت هاي دور سيلندر حالت ذوب گرفته و از داخل سوراخي (فرمي) كه شكل مقطع محصول توليدي را دارد با فشار خارج مي شود و بعد از خنك شدن فرم وحالت سوراخ (قالب) را مي گيرد كه براي توليد قطعاتي مانند سيم ها، ميله ها، لوله ها، ورق هاو … استفاده مي شود.

ريخته گري
تكنولوژي ريخته گري عبارت است از شكل دادن فلزات به روش ذوب در محفظه اي با نام قالب وطي مراحل سرد كردن وانجماد آنها مطابق شكل محفظه و فرم قالب كه يكي از اساسي ترين و مهمترين بخش هاي توليد صنعتي مراحل را در بر مي گيرد.
با توجه به ارزش اقتصادي، امكان توليد راحت تر قطعات صنعتي و با ابعاد و حجم بزرگ و سرعت ساخت در مقايسه با روش هاي ديگر ريخته گري كاربرد بيشتري را دارد.
اصولاً فلزاتي كه ريخته گري مي شوند بايد داراي خواص معيني مي باشند
در تكنولوژي ريخته گري روش هاي متفاوتي براي توليد و ساخت قطعات صنعتي وجود دارد و به طور كلي عبارتند از :
۱- ريخته گري در ماسه خشك
۲-ريخته گري رد ماسه تر
۳-ريخته گري ماسه ماهيچه
۴-ريخته گري در خاك آهن،‌ گچ و سراميك
۵- ريخته گري قالب هاي پوسته اي

قالب هاي فلزي:
قالب هاي سنبد و ماتريس:

قالب هاي سنبد و ماتريس كه قالب هايي هستند كه داراي ۲ قسمت فرورفتگي و برآمدگي هستند و براي هدف يابي متفاوتي از قبيل:
برش- خم- كشش- فم و غيره استفاده مي شوند
قالبهاي برش:
بريده شدن قطعه، بين دولبه ي برنده ي قالب را قيچي شدن گويند وآن بدين ترتيب است گه ابتدا فشار – از قسمت بالايي قالب (سنبد) بر قطعه وارد شده و معادل آن نيروي استحكام كشش قطعه در جهت مخالف آن عكس العمل نشان مي دهد تا حدي كه نيري فشار فوقاني بيش از نيروي استحكام كششي شود. در اين حالت قطعه كنده مي شود. در برش ورقها، حد مجاز

بازي برش براي سنبد و ماتريس نقش بسيار مهمي را دارد اگر بازي برش كاملاً متناسب در نظر گرفته شود عمل گسيختگي و برش بد بهترين و حد ممكن انجام پذيرفته و سپس قطعه بريده شده از نوار فلزي، از ميان- باز ماتريس (قسمت تحتاني مخصوص افتادن قطعات) بد پايين ميافتد.
قالب هاي خمش:
خمش، پيچ خوردگي هماهنگ و هارمونيك ماده است به دور محوري صاف و مستقيم كه بر روي صفحه خنثي بوده و بر راستاي طولي ورق عمود است
كشش باعث دگرگوني دانه بندي ماده مي شود.
قالب هاي كشش:
كشش نوعي فلز كاري است كه در آن ورق سرد يا قطعه اي با برش محصور در داخل يك ظرف خالي (ماتريس قالب) بدون ايجاد چروك يا شكستگي فرم داده شود. فرم هاي مختلف ممكن است سيلندريك، جعبه اي شكل با ديواره هاي صاف يا ديواره هاي خميده يا تركيبي از اين دو باشد.
قالب هاي فرم:
فرم دادن نوعي خمش است
ايجاد سنبد و ماتريس بر حسب نوع قطعه و فرم آن با احتساب حالت مزيت و غلبه بر آن در فلزات را شامل مي شود.
فرآيند فرم كاري از جمله فنونر است كه براي ايجاد شكلهاي پيچيده به كار مي رود. تفاوت اين فرآيند با كشش از نظر ميزان و نوع تغيير شكلي است كه ايجاد مي شود.

طراحي قالب
پس از معرفي انواع قالبها به بررسي تك تك مراحل ساخت قالب مي پردازيم، براي ساخت يك قالب مرحله اول طراحي قالبها مي باشد.
انواع مختلف قطعه وجود دارد، شكل اين قطعات اساس و پايه اي براي طراحي قطعه مي باشند بايد متذكر شد كه طراحي قطعه ي مورد نظر قبل از طراحي قالب انجام مي پذيرد

و شامل محاسبات منحصر به خود است، طراحي قطعات شامل موارد زير مي باشد.
۱- فرورفتگي ها و برآمدگيها (گروه ماهي ها)
۲- فرورفتگي ها و برآمدگيها در اطراف سوراخ
۳- لبه هاي خم

۴- تلورانس
۵- برش سوراخها
۶- سوراخهاي راست
۷- سوراخهاي بيرون زده
۸- رابطه سوراخها با خم ها
۹- شكاف ها (فاق ها)
۱۰- خم ها و لوله ها
بعد از طراحي قطعه بايد شروع به طراحي قالب نمود.
طراح بر حسب اطلاعات و تجربيات خويش و استفاده از الگوهاي خاص اقدام به طراحي ذهني از قالب مورد نظر و سيل آوردن آن بر روي كاغذ و كنترل تك تك موارد مي نمايند سپس اقدام به نقشه هاي تشريحي از قالب مورد نظر را مي نمايند و با احتساب تفكيك قسمتهاي مختلف قالب آنها را به واحد ماشين كاري ارجاع مي دهد.
كليه محاسبات از قبيل تحمل فشار، تنفس، حدگسيختگي، خمش، مقاومت در شرايط بحراني از قبيل گرما، سرما، ضربه و ديگر عوامل كاري در شول وظايف طراح قالب و عوامل كنترلي مي باشد لازم به ذكراست كه طراحي انواع قالبها متفاوت مي باشد كه طراح بايد اشراف كامل به انواع قالب و طراحي آنها داشته باشد.

جنس قالب
پس از اينكه قالب به صورت تئوري يعني با استفاده از فرمول و نقشه آماده شد، نوبت به ساخت عمقي قالب مي رسد اما قبل از ساخت مراحل ديگري نيز وجود دارد كه عبارتند از انتخاب مواد و جنس قالب كه برحسب نوع قطعه اي كه در نهايت مطلوب مي باشد تعيين مي شود.
انتخاب فلز براي كاربرد خالص به ويژگي هاي خود قطعه مورد نظر، هزينه ساخت آن و دسترس پذيري فلز بستگي داد. ضابطه هاي فني قطعات با هم فرق مي كند ممكن است در مورد قطعه اي داشتن استحكام و در مورد قطعه اي ديگر، جلوه ظاهري شرط اول باشد.
براي مثال براي قالب هاي برش، سمبه ماتريس قالب برش مي بايد از فولادي با كربن بالاتر (سخت تر) و قالبيت آبگيري تا نمد استفاده گردد. مانند Spk
دليل استفاده از فولادهاي سردكار براي قالب هاي برش داشتن قالبيت آبگيري تا نمد با حداقل تابيدگي مي باشد و اين خصوصيت باعث مقاومت در برابر ضربه و سختي بسيار بالا مي شود، فولادي كه براي قالب هاي برش استفاده مي شود بر حسب ضخامت ورق كه مي برد بين ۶۰ تا ۵۶ RC سختي داشته باشد.
يا در مثالي ديگر فولادي كه براي قالب هاي پلاستيك استفاده مي شود مي بايد داراي قالبيت پوشش بالا باشد، لذا وجود كرم با درصد بالا در آن فولاد لازم مي باشد دليل انتخاب اين نوع فولاد اين قالبها، صافي سطح بالا براي قطعه پلاستيك و جدايش آسان قطعه از سطح قالب مي باشد.

برآورد هزينه ها – توجيه اقتصادي – بهره وري قالب
نكته بسيار مهم و قابل توجه در تك تك مراحل و فرآيندهاي قالبسازي توجيه اقتصادي مي باشد. برآورد هزينه هاي ساخت قالب از قبيل مواد، ساخت و ديگر عوامل ارتباط مستقيم با تعداد قطعه تقاضا دارد.
بدين ترتيب كه قطعات با تيراژ كم در صورتي كه امكان توليد آن قطعه به صورت دستي يا روش غير از داشتن قالب داشته باشد بهتر از ساخت قالب اجتناب گردد در غير اين صورت ساخت قالب لازم است.

نكته مهمي كه در قالبسازي مطرح است بحث بهره وري است
براي مثال ميزان كيفيت مورد نظر بيانگر تعداد حفره ها در قالب هاي پلاستيك مي باشد بطوري كه قالبي با يك حفره در خيلي از موارد حتي جوابگوي برق و استحكاك و نيروي انسان دستگاه تزريق نيز نمي باشد در صورتي كه همان قالب با تعداد حفره هاي بيشتر مي تواند مطلب فوق كاملاً تغيير دهد.

ساخت قالب
اما آخرين مرحله براي توليد يك قالب ساخت قالب مي باشد.
ساخت قالب با تعيين زمان كاري، نوع ماشين ابزار مورد نياز و نيروي متخصص انجام مي گيرد.
مي بايد كليه اجزاء قالب از نظر زمان كاري مورد بررسي قرار گيرد تا زمان مشخص ساخت قالب بطور تقريب تعيين گردد.
در مرحله بعد تعيين انواع ابزار مورد نياز جهت ماشين كاري مناسب قطعات قالب محيا گردد.
ماشين ابزارهاي مورد نياز جهت ساخت قالب ها بطور معمول عبارتند از :
ماشين تراش- ماشين فرز- دريل- اسپارك
پس در ساختن تك تك اجزاء قالب در واحد ماشين كاري كليد قطعات آماده مونتاژ مي باشد.
در واحد مونتاژ پس از كنترل ابعادي قطعات و دقت در تلرانس هاي مورد درخواست در نمد قالب سر هم مي گردد.
پس از مونتاژ و آماده سازي نهايي قالب مرحله آخر تست قالب و نمونه گيري است.
پس از كنترل قطعه آزمايشي در صورت داشتن اشكال قالب جهت اصلاح به واحد ماشين كاري بر مي گردد.

طراحي قالب، جانمايي ورق:
ابعاد ورق هاي توليدي به روش سرد

تعداد قطعه در هر نوار
تعداد نوار

تعداد قطعه در هر نوار
تعداد نوار

راندمان