انواع قالب و روشهای قالب بندی در صنعت

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک
قالب‌های صنعتی که از آنها برای تولید استفاده می‌شود بنا به روش تولید قطعه انواع گوناگونی دارند که با توجه به قطعه نهایی و ویژگی‌هایی که از آن قطعه مورد انتظار است نوع قالب نیز تفاوت می‌کند، به طور کلی قالب‌ها را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد:

قالب‌هایریخته‌گری
قالب‌هایتزریق پلاستیک
قالب‌های شیشه و سرامیک
قالب‌های سنبه و ماتریس
قالب های برش
قالب گیری بادی
که هر یک از این نوع قالب‌ها به فراخور نوع قطعه به زیر مجموعه‌هایی تقسیم می‌شوند؛ ولی با توجه به این که موضوع اصلی این مقاله بررسی دو روش ساخت قالب‌های ریخته گری و روش ساختار متمرکز وغیر متمرکز می‌باشد موضوع اصلی را روی ساخت قالب‌های ریخته گری متمرکز می‌کنیم تا بیشتر بتوانیم وارد جزئیات این بحث شویم.

انواع قالب‌های ریخته گری

برای تولید تمام قطعاتی که به روش ریخته گری ساخته می‌شوند نیاز به تهیه قالب می‌باشد. حال جنس و ویژگی‌های قطعه است که روش ریخته گری را تعیین می‌کند و بر این اساس نوع قالب تعیین می‌شود. قالب‌های ریخته گری به سه دسته قالب‌های دایکاست (High pressure) قالب‌های ریژه (low pressure) و قالب‌های ماسه‌ای (sand) تقسیم می‌شوند که هر یک کاربرد خاص خود را دارند. در ذیل به جزئیات هر کدام می‌پردازیم.

قالب‌های دایکاست (Die cast)

برای ساخت قطعاتی از جنس آلومینیوم که دارای ضخامت یکنواخت بین ۵ تا ۱۵ میلیمتر هستند از روش ریخته گری تحت فشار استفاده می‌شود در این روش مذاب آلومینیوم با فشار بالا داخل قالب تزریق می‌شود. از مزایای این روش می‌توان به تولید قطعات با کیفیت سطحی بالا و تیراژ بالا نام برد. کیفیت بالا و عدم پلیسه سبب می‌شود بسیاری از پروسه‌های تولید مانند پلیسه گیری و سنگ زنی و سوراخ کاری حذف شود، از این رو تأثیر به سزایی در کاهش هزینه تولید هر واحد قطعه دارد. قالبی که برای ریخته گری به این روش مورد نیاز می‌باشد قالبی است از جنس فولاد گرمکار با حجم و ضخامتی زیاد که قابلیت تحمل فشار بالای ذوب راداشته باشد از این رو قالب‌های دایکاست قالب‌هایی بزرگ و گران‌قیمت هستند.

قالب‌های ریژه (Gravity)

برای قطعات آلومینیومی که دارای casضخامت یکنواخت نیستند و کیفیت قطعه از نظر استحکامی مورد توجه باشد و همچنین نیاز به قطعه‌ای بدون ریزمک و تخلخل باشد نیاز است که این روش را برای تولید برگزید، در این روش ذوب به آرامی وارد قالب فولادی می‌شود. قالب‌های ریژه نسبت به قالب‌های دایکست از نظر ابعادی کوچک‌تر هستند (به منظور تولید یک قطعه یکسان) اما آنچه سبب پیچیدگی این قالب‌ها می‌شود طراحی سیستم راهگاهی در این قالب هاست و آنچه سبب گران‌قیمت شدن این قالب‌ها می‌شود هزینه طراحی، دانش و تکنولوژی ای است که سازنده برای طراحی و ساخت این قالب دریافت می‌کند.

قالب‌های ماسه‌ای (Sand cast)

به طور قطع یکی از متداول ترین روش‌های تولید قطعات فلزی، ریخته گری در قالب ماسه‌ای می‌باشد. در این روش نیاز به ساخت یک مدل فلزی است که از یک قالب ماسه‌ای گرفته شود و ذوب را در این قالب می‌ریزند. مدل‌های فلزی برای روش‌های مختلف ریخته گری تهیه می‌شوند، برخی از این روش‌ها اتوماتیک هستند مانند ریخته گری به روش DIZA و هانزبرگ و واگنر و یا به صورت دستی و سنتی می‌باشد.

پروسه ساخت قالب

امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی هم در بخش ماشین افزار (به ویژه ورود ماشین‌های CNC) و هم در بخش نرم‌افزار صنعت قالب سازی نیز هم از حیث کاهش زمان ساخت و هم از نظر قابلیت ساخت قالب‌هایی با فرم‌های پیچیده پیشرفت قابل توجهی را به خود دیده است. پروسه تولید قالب به دو بخش طراحی و ساخت تقسیم می‌شود. در بخش طراحی، مهندس طراح (قالب ساز) با توجه به دانش و تجربه خود، اجراء، شکل و همچنین سیستم راهگاهی قالب را با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند SOLIDWORKS، MECHANICAL DESKTOP، CATIA طراحی کرده و مدل سه بعدی قالب را می‌سازد که این مدل سه بعدی مبنای ماشینکاری قالب به وسیله ماشین CNC قرار می‌گیرد، سپس بعد از اتمام عملیات ماشینکاری فرایند مونتاژ قالب انجام می‌شود.

پروسه ساخت قالب به دو بخش تقسیم می‌شود: بخش اول مرحله طراحی قالب و بخش دوم شامل عملیات ماشینکاری و مونتاژ اجزای قالب است، برای طراحی قالب نیاز به نقشه فنی قطعه است که این نقشه از سفارش دهنده قالب دریافت می‌شود، سپس از روی این نقشه مدل سه بعدی قطعه با استفاده از یکی از نرم‌افزارهای CATIA، MECHANICAL DESKTOP و یا SOLIDWORKS در کامپیوتر ساخته می‌شود، پس از آن اجزای قالب که از روی آن قطعه تفکیک و طراحی می‌شود. بعد از مرحله طراحی نوبت به مرحله تولید می‌رسد، در اینجا ماشینکاری اجزای قالب روی چوب به وسیلهماشین فرز CNC صورت می‌گیرد. باری ماشینکاری اپراتور با نرم‌افزار POWERMILLL برنامه ماشینکاری را روی مدل سه بعدی که طراح به او داده است در کامپیوتر اجرا می‌کند، سپس این برنامه به ماشین CNC داده می‌شود و به صورت اتوماتیک روی چوب اجرا می‌شود، سپس این اجزا به ریخته گری فرستاده می‌شوند تا از روی آن قطعه فلزی ساخته می‌شود سپس این اجزا تنش گیری می‌شوند تا از دفرم شدن و تاب برداشتن آنها پس از عملیات ماشینکاری جلوگیری شود. پس از ماشینکاری روی اجزای فلزی قالب این اجزا توسط مونتاژکار قالب، مونتاژ می‌شوند.

قالب

قالب: ابزار شکل دهنده هر نوع محصول را قالب گویند به صورتی که محصول شکل دل پذیر و قابل قبول ومطلوب را پیدا کند (مصولات مانند: تصویر- صفحه‌ها از انواع مواد وشکل گوناگون - حجم‌های پر - حجم‌های تو خالی - میله‌ها). برای تولید یک محصولات به تعدادبالاازقالب درانواع گوناگون به عنوان ابزارسری سازی وتولیدانبوه استفاده می‌شود. نام و شیوه کار قالب‌ها بسته به نوع مواد مصرفی و نوع شکل دهی انها تغییر می‌کند. قالب‌ها بر اساس مواد محصول: قالب‌های پلاستیک - فلزی - سیمانی - گلی - گچی - ازبست - شیشه - کاغذ - پلیمر - سرامیک - چوب - پارچه - فوم - سنگ - مواد خوراکی ... . قالب‌ها بر اساس شکل دهی وشیوه کار روی محصول: قالب‌های پرسی - تزریقی - فشاری - درون گرمایی درون سرمایی - برشی - فرم دهی - خم کاری - اکسترود - لرزشی - فشار هیدرولیک - فشار باد - فشار اب - سایشی و... . قالب‌ها بر اساس جنس قالب: قالب‌های فلزی - چوبی - پلیمری - ازبستی -سیمانی - گچی -گلی - پارچه - سنگ و لاستیکی و ... .

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:

1- قالبهاي باراهگاه سرد
2- قالب هاي باراهگاه گرم

و نيز از نظر ساختماني بر دونوع مي باشند:

1- قالب هاي دو صفحه اي

2- 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.

1- بخش ثابت قالب (نيمه ثابت) كه در اين نيمه مواد گرم تزريقي پلاستيك تزريق مي شوند.

2- 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 2 نوع هستند:

1- قالب هاي تك حفره اي
2- 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.

1- قالب گيري انتقالي
2- قالب گيري تحت فشار
3- قالب گيري تحت فشار پيستون

1- 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.

2- 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.

3- 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:

1- توليد قطعات دقيق با فرم هاي پيچيده
2- ساخت قطعات با ديواره هاي نازك و باريك
3- پرداخت كاري سطح خوب قطعات و صافي آنها
4- عدم نياز به ماشين كاري بعد از توليد
5- استحكام قطعات در اثر سرعت سرد شدن
6- دقت ماهيچه گذاري در قالب هاي دايكاست
7- 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.