قالب‌سازی

قالب‌سازی (به انگلیسی: molding) و طراحی قالب بخش بزرگی از مهندسی ساخت و تولید و اولین مرحله از تولید یک محصول می‌باشد. به طور کلی قالب ابزار شکل دهی هر نوع محصولی است؛ به صورتی که مانند یک الگو کمک می کند تا محصول شکل دلخواه کارفرما را به خود بگیرد. بنا بر همین تعریف  قالب‌سازی اولین قدم از تولید محصول صنعتی در تعداد انبوه می‌باشد.[۱]

یک نمونه از قالب‌های دائمی استفاده شده در فرآیند تزریق

ریخته‌گری در عمل به فرآیند تولید محصول از طریق شکل دادن به مواد خام مایع یا انعطاف‌پذیر با استفاده از یک قالب سفت و سخت به نام قالب (ماتریس) است. این عمل ممکن است با استفاده از یک الگو یا مدل از شی نهایی ساخته شده باشد، که می‌تواند از طرق مختلفی مانند ریخته‌گری دقیق، پرفشار، کم‌فشار و ... انجام شود که در تمامی این موارد نیاز به ساخت قالبی با جنس مخصوص داریم. همچنین به طور مشابه، فرآیندهای آهنگری، تزریق پلاستیک، پرسکاری و بسیاری دیگر از فرآیندهای تولید محصول مبنی بر قالبی اولیه می‌باشند و در نتیجه می‌توان به اهمیت علم قالب‌سازی پی برد. قالب‌، یک بلوک توخالی است که با مواد مایع یا انعطاف‌پذیر مانند پلاستیک، شیشه و فلز پر می‌شود؛ از این رو طراحی و ساخت دقیق سیستم‌های راهگاهی و سایر اجزای قالب یکی از ضروریت‌های تولید یک محصول با کیفیت و مقرون به صرفه می‌باشد.

قالب‌ها را می‌توان برا اساس اجزای متنوع تشکیل‌دهنده با در نظر گرفتن طرح‌های مختلف موجود طبقه‌بندی کرد. در ادامه و به طور خلاصه در مورد طبقه‌بندی قالب‌ها بر اساس کیفیت تولید محصول (پایین، متوسط، بالا) و تعداد مراحل و ایستگاه‌های کاری بحث خواهد شد.

انواع قالب‌های صنعتیویرایش

طبقه‌بندی قالب‌ها بر اساس حجم تولیدویرایش

قالب‌های صنعتی را می‌توان بر اساس حجم تولید در سه کلاس طبقه‌بندی نمود:[۲]

کلاس Aویرایش

این نوع قالب‌ها فقط برای تولید با نرخ بالا (تولید انبوه) به‌کار می‌‌روند. این نوع قالب‌ها از بهترین مواد ساخته شده و به گونه‌ای طراحی می‌شوند تا قطعاتی که به آسانی ساییده یا فرسوده می‌شوند را بتوان به راحتی و با دقت بالا جایگزین کرد. در این طراحی سعی می‌شود ترکیبی از عمر بالای قطعات به همراه ثبوت دقت قطعات در طول عمر و نیز سهولت تعویض و نگهداری مدنظر قرار گیرد. در این روش به مسائل مربوط به هزینه ابزار کمتر اهمیت داده می‌شود.

کلاس Bویرایش

این دسته از قالب‌ها قادر هستند که تعداد محصولات متوسطی را ضرب کنند. از این رو سعی می‌شود که فقط برای تعداد محصولات خواسته شده طراحی شوند. هزینه‌های قالب در این مورد مهم است و از متریال‌های ارزان‌تر در قالب برای تولید تعداد کل محصولات استفاده می‌شود. در این مورد سهولت نگهداری و تعویض قطعات اهمیت کمتری دارد.

کلاس Cویرایش

این کلاس قالب برای حجم تولید کم مطلوب است. در این نوع قالب از ارزان‌ترین متریال‌های موجود استفاده می‌شود.

طبقه‌بندی قالب‌ها بر اساس نوع فرآیند تولید[۳]ویرایش

۱. قالب ریخته‌گری (casting)[۴]ویرایش

قالب‌های ریخته گری مخصوص قطعاتی است که به روش ریخته گری ساخته می‌شوند؛ در ادامه به معرفی انواع قالب‌های ریخته‎گری پرداخته خواهد شد:

قالب ماسه‌ای (sand cast mold):ویرایش
 
نیمه بالایی و نیمه پایینی یک قالب ماسه‌ای که به ترتیب Cope و Drag نامیده می‌شوند. مغزه یا ماهیچه‌ها (Core) نیز در نیمه پایینی قالب سر جای خود یعنی Core Printها قرار دارند. به چهارچوب این قالب‌ها «فلاسک» یا «درجه» می‌گویند.

قالب ماسه ای متداول‌ترین و ارزان ترین قالب در ریخته گری است. همان طور که از اسمش پیداست، از ماسه برای قالب گیری استفاده می‌شود. از این روش برای ساخت قطعات فلزی استفاده می‌شود. این قالب‌ها دمای بالای فلزات حتی فولاد را تحمل می‌کنند.

فلز ذوب شده را در قالب ماسه ای می‌ریزند و فلز شکل قالب را به خود می‌گیرد. ماسه قالب معمولا در دو قاب یا چهارچوب قرار می‌گیرد که به آن‌ها فلاسک می‌گویند. در ساخت این نوع قالب‌ها معمولا به جز ماسه از یک ماده چسبنده مثل خاک رس نیز استفاده می‌شود. همچنین لازم به ذکر است که قالب‌های ماسه‌ای به دلیل شکسته شدن قالب برای بیرون کشیدن قطعه، در دسته قالب‌های یکبار مصرف قرار می‌گیرند و همین امر باعث می‌شود تا تولید قطعات با تاخیری مواجه شوند که در قالب‌های دائمی وجود ندارد.

قالب دایکست (die cast mold):ویرایش
 
نمونه برش خورده از یک قالب دایکست که در آن سیستم پران نیز قابل مشاهده می‌باشد.

محفظه‌های فلزی با قابلیت استفاده مجدد، die نامیده می‌شوند. از روش ریخته‌گری تحت فشار برای ساخت قطعاتی که از جنس آلومینیوم می‌باشند، استفاده می‌شود. قالب‌های دایکاست معمولا از فولاد مقاوم با ضخامت و تحمل فشار بالا ساخته می‌شوند و به همین دلیل بزرگ و گران قیمت می‌باشند.

از مزایای قالب‌های دایکست 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 پلیسه‌‌گیری و سنگ‌زنی و سوراخ‌کاری حذف شود، از این رو تأثیر به سزایی در کاهش هزینه تولید هر واحد قطعه دارد.

قالب ریژه (gravity cast mold):ویرایش

یکی دیگر از انواع قالب‌های صنعتی که زیرمجموعه قالب‌های ریخته گری می‌باشد، قالب ریژه است. از قالب‌های ریژه برای ساخت قطعات فلزی که ضخامت یکسان ندارند و استحکام آن‌ها اهمیت دارد، استفاده می‌شود. این قالب‌ها فولادی بوده و از قالب‌های دایکست کوچک تر و سبک تر هستند؛ اما از طرف دیگر تکنولوژی ساخت پیچیده تری داشته و گران هستند. قطعات تولید شده در این روش معمولا بدون تخلخل هستند.

۲. قالب تزریق پلاستیک (injection molding)ویرایش

 
قالب تزریق پلاستیک و اجزای آن

یکی از مهمترین و پرکاربردترین قالب‌های صنعتی، قالب تزریق پلاستیک می‌باشد. از قالب‌های تزریق پلاستیک برای ساخت قطعات پلاستیکی استفاده می‌شود. در واقع ساخت قطعات پلاستیکی به این روش مقرون به صرفه تر از سایر روش‌ها است.

قالب‌های تزریق پلاستیک عمدتا از جنس فولاد هستند و تکنولوژی پیچیده ای برای ساخت دارند، در نتیجه هزینه ساخت این قالب‌ها بالاست. قسمت‌های تشکیل دهنده اصلی یک قالب تزریق پلاستیک عبارتند از:

کفشک – پل – کویته – پران - صفحه پران – اسپرو –‌هات رانر

قالب تزریق پلاستیک دو بخش دارد:

  1. بخش ثابت که تزریق مواد گرم در آن قسمت انجام می‌شود.
  2. بخش متحرک که به قسمت متحرک ماشین وصل شده و بیرون اندازی قطعه از آن جا انجام می‌گیرد.

۳. قالب آهنگری (forging)ویرایش

در آهنگری برای فرم دادن به قطعه از قالب‌های فولادی مستحکم و با چقرمگی بالا استفاده می‌شود، به این صورت که قطعه بین دو نیمه قالب قرار می‌گیرد و سپس با فشار پرس یا ضربه چکش شکل قالب را به خود می‌گیرد. طراحی قالب‌های آهنگری به دانش زیادی دربارهٔ خواص استحکام، چکش خواری، حساسیت به نرخ تغییر شکل و دما، اصطکاک و شکل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالا خصوصاً در تولید قطعات با تلرانس کم قابل ملاحظه می‌باشد. مهم‌ترین قانون در طراحی قالب این است که قطعه در هنگام عملیات آهنگری در جهتی که دارای کمترین مقاومت است جریان می‌یابد.[۵]

قالب‌های آهنگری به سه صورت زیر وجود دارند:

  • قالب بسته آهنگری (Cloesd Die Forging)
  • قالب نیمه‌باز آهنگری (Impression Die Forging)
  • قالب باز آهنگری (Open Die Forging)

۴ . قالب پرس‌کاری (pressing)ویرایش

 
یک مجموعه قالب پیش‌رونده

قالب‌های پرس برای فرم دادن، برش، خم کردن و کشش قطعات استفاده می‌شوند. پس قطعاتی را که جنس شکل پذیر ندارند، نمی‌توان از این روش تولید کرد. جنس این قالب‌ها هم معمولا از فولاد است.

اصلی ترین اجزای قالب‌های پرس شامل موارد زیر می‌باشند:[۲]

  • سنبه: به قسمت نری قالب گفته می‌شود که اغلب در کفشک بالایی نصب می‌گردد و به قطعه کار فشار وارد می‌کند و پرس انجام می‌شود.
  • ماتریس: به قسمت مادگی قالب می‌گویند که غالبا در کفشک پایینی نصب می‌شود.
  • کفشک: محل قرار گیری قالب است که از چدن ساخته می‌شود و به دو شکل کفشک بالایی و فشک پایینی استفاده می‌شود.
  • میل راهنما: مشخص کننده مسیر است و روی کفشک پایینی نصب می‌شود. میل راهنما کفشک بالایی را به کفشک پایینی متصل می‌کند.
  • بوش: همانند میل راهنما وظیفه تعیین مسیر را دارد و روی کفشک بالایی نصب می‌شود. به طوری که میل راهنما از آن عبور می‌کند و به کفشک بالایی می‌رسد.

تعمیر و نگه‌داری قالب‌هاویرایش

تعمیر و نگه‌داری قالب اهمیت بسیار زیادی دارد چراکه قالب‌های دائمی غالبا گران قیمت و بسیار دشوار برای بازسازی بوده و از این رو تعمیرات مرتب و به موقع آنها جزو ملزومات هر تولیدکننده‌ای می‌باشد. در برنامه‌ریزی برای زمان‌‌بندی و دفعات فعالیت‌های نگهداری و تعمیر قالب‌‌ها به عوامل ذیل باید دقت کرد:[۶]

جنس قالبویرایش

به قالب‌هایی که از فولاد نرم (یا آلومینیوم و..) ساخته شده‌اند، Soft Die گفته می‌شود. این قالب‌ها سریع‌تر از قالب‌هایی که از فولاد سخت ساخته شده‌اند. مستهلک شده و لاجرم زمان بازرسی و تعمیر و نگهداری آنها کوتاه‌تر است.

جنس قطعه تولیدیویرایش

نوع مواد قطعه تولیدی توسط قالب یکی از عوامل موثر در تعمیر و نگهداری قالب است که بر زمان فرسودگی قالب دارد. بنابراین در زمان‌بندی بازرسی‌ها و تعمیرات باید به آن توجه داشت.

  • قطعاتی که مواد آنها دارای افزودنی يا فیلر (الیاف شیشه، پودر تالک و..) هستند ساینده بوده و باعث می‌شوند تا محفظه قالب و سیستم راهگاهی آن سریع‌تر ساییده و تخریب شود.
  • موادی که دارای نقطه ذوب بیشتری هستند. نسبت به مواد دارای نقطه ذوب پایین باعث ساییدگی بیشتر قالب می‌شوند.
  • موادی که گاز خورنده تولید می‌کنند باعث خوردگی سطح قالب شده و نیازمند مراقبت بیشتری هستند.

پیچیدگی قالبویرایش

قالب‌هایی که دارای اجزای متحرک زیاد و یا قالب‌هایی که قطعه تولیدی آنها دارای تلرانس بسته‌ای است در مقایسه با قالب‌های ساده و بدون مکانیزم و یا قالب‌هایی که قطعه تولیدی آنها دارای تلرانس نسبتا باز هستند به تعمیر و نگهداری و مراقبت بیشتری نیاز دارند.

کشویی‌ها، پران کج‌ها، سنبه‌های متحرک، سیستم‌های هیدرولیک و مکانیزم‌های مکانیکی، راهگاه گرم و سیستم‌های پران پیچیده با اجزای ظریف، همگی نیازمند مراقبت‌هایی ویژه هستند.

به‌کارگیری ناصحیح قالبویرایش

بر اثر فشار بیش از حد قفل قالب، فشار بیش از حد تزریق، وجود پلیسه، عملکرد سریع قالب (باز و یسته شدن سریع)، روغن کاری کم يا نامناسب، عملکرد صفحه پران به صورت چند مرحله‌ای، تصادف قالب در هنگام بسته شدن و يا بسته شدن قالب در هنگام پران ناقص قطعه و یا بی‌دقتی در تنظیم و نصب قالب‌ها، قالب می‌تواند دچار شکست و سایش شود.

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. «www.fpmoulding.com».
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ گام به گام طراحی و ساخت قالب‌های برش. به کوشش عبدالله ولی نژاد، کیان جوادی فخار، سید احسان روحانی.
  3. «www.namatek.com».
  4. «www.vacuumararat.com».
  5. «www.wikitolid.ir».
  6. «www.dpa-company.com».

مطالعه بیشترویرایش