کیفیت سطح در حفره قالب به طور مستقیم بر کیفت سطح قطعات پلاستیکی تولید شده تاثیرگذار است . کیفیت سطح بهتر قالب ،باعث کیفیت بهتر در سطح قطعات است . موارد زیر بر کیفیت سطح نهایی تاثیر گذار است :
1 - نوع فولاد مورد استفاده در قالب
2 - روش ماشینکاری و کیفیت سطح قالب
3 - طراحی قطعه و کاربرد آن
4 - استفاده از روش های پولیش کردن
قالب های فولادی معمولا دارای کیفیت سطح بالا بوده و برای ساخت مواردی به شرح زیر می باشند :
AISI
P20
P21
H13
A2
A4
A6
A8
4140
4150
P2
01
02
S7
فولاد زد زنگ کلاس ۴۱۴ و ۴۲۰
قابلیت پولیش کردن فولاد بستگی مسقیم به کیفیت آن دارد .از عیوبی مانند موک ، تخلخل ،تفکیک شدگی کاربید ، و دیگر موارد می بایست جلوگیری شود . در کل با افزایش سختی فولاد، سطح نهایی رو به افزایش است.
1 - نوع فولاد مورد استفاده در قالب
2 - روش ماشینکاری و کیفیت سطح قالب
3 - طراحی قطعه و کاربرد آن
4 - استفاده از روش های پولیش کردن
قالب های فولادی معمولا دارای کیفیت سطح بالا بوده و برای ساخت مواردی به شرح زیر می باشند :
AISI
P20
P21
H13
A2
A4
A6
A8
4140
4150
P2
01
02
S7
فولاد زد زنگ کلاس ۴۱۴ و ۴۲۰
قابلیت پولیش کردن فولاد بستگی مسقیم به کیفیت آن دارد .از عیوبی مانند موک ، تخلخل ،تفکیک شدگی کاربید ، و دیگر موارد می بایست جلوگیری شود . در کل با افزایش سختی فولاد، سطح نهایی رو به افزایش است.
طراح قالب می بایست طراحی حفره را در زمان انتخاب نوع قالب فولادی برای استفاده در نظر بگیرد . بعضی از مواردی که در طراحی حفره قالب نیاز به بررسی است شامل :
فرایند ساخت قالب
نوع پلاستیک
تعداد قطعات
اندازه ی قطعات
حفرهای ریز
سنبه های شکننده
لغزش قطعات
خنک کاری/مشکلات ناحیه حرارتی
اندازه قطعات :
انتخاب فولاد برای قالب کوچک و بزرگ به شدت بسته به انتخاب فرایند قالب گیری ، نوع پلاستیک و تعداد قطعات می باشد . حتی اگر ملاحظات خاصی هم در نظر گرفته نشده باشد ، کمترین فولاد انتخابی می بایست از AISI 4140 ,4150 باشد .ملاحظات خاص با توجه به اندازه قطعه و با استفاده از انتخاب هایی مثل H13,S7,D2 ، فولاد زد زنگ و یا دیگر فولادهای سرد شده با آب یا روغن است .ورق های نیترید شده و کرم شده P20 هم میتواند مورد استفاده قرار گیرد .
حفره/پیچیدگی سنبه
پیچیدگی بیشتر در شکل حفره و یا سنبه نیاز به استفاده از فولاد به طوری که در قسمت اندازه قطعات تشریح شده است دارد .
فرایند ساخت قالب
نوع پلاستیک
تعداد قطعات
اندازه ی قطعات
حفرهای ریز
سنبه های شکننده
لغزش قطعات
خنک کاری/مشکلات ناحیه حرارتی
اندازه قطعات :
انتخاب فولاد برای قالب کوچک و بزرگ به شدت بسته به انتخاب فرایند قالب گیری ، نوع پلاستیک و تعداد قطعات می باشد . حتی اگر ملاحظات خاصی هم در نظر گرفته نشده باشد ، کمترین فولاد انتخابی می بایست از AISI 4140 ,4150 باشد .ملاحظات خاص با توجه به اندازه قطعه و با استفاده از انتخاب هایی مثل H13,S7,D2 ، فولاد زد زنگ و یا دیگر فولادهای سرد شده با آب یا روغن است .ورق های نیترید شده و کرم شده P20 هم میتواند مورد استفاده قرار گیرد .
حفره/پیچیدگی سنبه
پیچیدگی بیشتر در شکل حفره و یا سنبه نیاز به استفاده از فولاد به طوری که در قسمت اندازه قطعات تشریح شده است دارد .
قطعات کشویی :
با استفاده از فولادهای کربوریزه شده و یا نیترید شده P20 و یا فولاد های سرد شده توسط آب یا روغن مورد استفاده می باشد .این مواد می بایست سخت و دارای مواد مقاوم به سایش مثل آلومینیوم و یا آلیاژهای برنز باشد .
خنک کاری / مشکلات عملیات حرارتی
در بعضی اوقات در این موارد استفاده از آلومینیوم و یا آلیاژهای برنز و برلیوم ،مس مورد استفاده است چون آنها دارای انتقال حرارتی بهتری هستند .
قالبسازان انتخاب های زیادی در شکل دادن و فرم دادن به حفره قالب دارند .معولا ترکیبی از روش ها برای ایجاد شکل نهایی مورد استفاده می باشد . روش های معمول شامل :
1 ماشین کاری های مرسوم و معمولی
2 هابینگ یا ماشین کاری قطعات دندانه دار
3 ماشین های کنترل عددی یا CNC
4 ریخته گری
5 ماشین های تخلیه الکتریکی یا EDM
با استفاده از فولادهای کربوریزه شده و یا نیترید شده P20 و یا فولاد های سرد شده توسط آب یا روغن مورد استفاده می باشد .این مواد می بایست سخت و دارای مواد مقاوم به سایش مثل آلومینیوم و یا آلیاژهای برنز باشد .
خنک کاری / مشکلات عملیات حرارتی
در بعضی اوقات در این موارد استفاده از آلومینیوم و یا آلیاژهای برنز و برلیوم ،مس مورد استفاده است چون آنها دارای انتقال حرارتی بهتری هستند .
قالبسازان انتخاب های زیادی در شکل دادن و فرم دادن به حفره قالب دارند .معولا ترکیبی از روش ها برای ایجاد شکل نهایی مورد استفاده می باشد . روش های معمول شامل :
1 ماشین کاری های مرسوم و معمولی
2 هابینگ یا ماشین کاری قطعات دندانه دار
3 ماشین های کنترل عددی یا CNC
4 ریخته گری
5 ماشین های تخلیه الکتریکی یا EDM
ماشین کاری های مرسوم :
ایجاد حفره ها و سنبه ها ی قالب با استفاده از دستگاه تراش ، ماشین فرز ، ماشین دریل و سنگ .
ماشین های کنترل عددی یا CNC
ماشین هایی با قابلیت کنترل ،از طریق برنامه های کامپیوتری برای حرکت ابزار و تولید شکل مناسب حفره و سنبه .
ماشین های تخلیه الکتریکی یا EDM :
ماشین های الکتریکی اسپارک که با ستفاده از الکترود ، باعث سایش در فولاد و ایجاد حفره و یا سنبه می شود. الکترود ها معمولا از جنس گرافیت می باشد به طوری که قطعات فولادی در مایع دی الکتریک قوطه ور شده باشند.
هابینگ :
هابینگ برای ایجاد حفره ها با ایجاد نیروی زیاد و هاب پولیش شده شکل قطع را در محفظه قالب ایجاد می کند. این فرایند باعث حذف بسیاری از ماشین کاری ها شده و باعث ایجاد محصولی یکسان همراه با چندین حفره و همراه با کیفیت سطح پولیش شده بسیار بالا می باشد .
ایجاد حفره ها و سنبه ها ی قالب با استفاده از دستگاه تراش ، ماشین فرز ، ماشین دریل و سنگ .
ماشین های کنترل عددی یا CNC
ماشین هایی با قابلیت کنترل ،از طریق برنامه های کامپیوتری برای حرکت ابزار و تولید شکل مناسب حفره و سنبه .
ماشین های تخلیه الکتریکی یا EDM :
ماشین های الکتریکی اسپارک که با ستفاده از الکترود ، باعث سایش در فولاد و ایجاد حفره و یا سنبه می شود. الکترود ها معمولا از جنس گرافیت می باشد به طوری که قطعات فولادی در مایع دی الکتریک قوطه ور شده باشند.
هابینگ :
هابینگ برای ایجاد حفره ها با ایجاد نیروی زیاد و هاب پولیش شده شکل قطع را در محفظه قالب ایجاد می کند. این فرایند باعث حذف بسیاری از ماشین کاری ها شده و باعث ایجاد محصولی یکسان همراه با چندین حفره و همراه با کیفیت سطح پولیش شده بسیار بالا می باشد .
ریخته گری :
روش های مختلفی در ریخته گری برای تولید سنبه ها و حفرها در حال گسترش است .
ریخته گری سرامیکی :
این روش برای تولید حفرها و سنبه ها در جایی که دقت زیادی مورد انتظار است ، استفاده می شود مانند چوب و چرم
ریخته گری تحت فشار (دایکاست- دایکست) :
سنبه ها و حفره ها می توانند توسط موادی چون مس بریلیوم ساخته شوند .این آلیاژ ذوب شده می تواند درون قالب ریخته شود و دارای سخت شدگی و پولیش بالا باشد تا زمانی که فلز تحت فشار بوده و سرد شود و به شکل مطلوب درآید .
روش های مختلفی در ریخته گری برای تولید سنبه ها و حفرها در حال گسترش است .
ریخته گری سرامیکی :
این روش برای تولید حفرها و سنبه ها در جایی که دقت زیادی مورد انتظار است ، استفاده می شود مانند چوب و چرم
ریخته گری تحت فشار (دایکاست- دایکست) :
سنبه ها و حفره ها می توانند توسط موادی چون مس بریلیوم ساخته شوند .این آلیاژ ذوب شده می تواند درون قالب ریخته شود و دارای سخت شدگی و پولیش بالا باشد تا زمانی که فلز تحت فشار بوده و سرد شود و به شکل مطلوب درآید .
فرایند عملیات حرارتی در قالب های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد همچنین انتخاب فولاد مناسب نیز موثر است .بعضی از فاکتورهایی که می بایست مورد توجه با شد مثل :
1 ایجاد اعوجاج و یا پیچش در قطعه
2 ایمنی در سخت شدن کامل
3 عمق سخت شدن
4 مقاومت در مقابل با دکربوریزه شدن
اطلاعات فنی برای طراحان برای مقایسه و انتخاب قالب های فولادی با توجه با فاکتورهای بالا موجود می باشد . زمانی که تاثیرات عملیات حرارتی در انتخاب مواد قالب های فولادی در نظر گرفته نشود ، زمان و پول تلف می شود .
تنش و پیچش می توانند توسط ماشین کاری یا عملیات حرارتی به وجود آیند . راه حل معمول برای رفع پیچش ، از بین بردن تنش با نرمالیزه کردن می باشد . پیچش ، تنش و ترک می تواند با استفاده از عملیات حرارتی و تمپر کردن برطرف شوند .
1 ایجاد اعوجاج و یا پیچش در قطعه
2 ایمنی در سخت شدن کامل
3 عمق سخت شدن
4 مقاومت در مقابل با دکربوریزه شدن
اطلاعات فنی برای طراحان برای مقایسه و انتخاب قالب های فولادی با توجه با فاکتورهای بالا موجود می باشد . زمانی که تاثیرات عملیات حرارتی در انتخاب مواد قالب های فولادی در نظر گرفته نشود ، زمان و پول تلف می شود .
تنش و پیچش می توانند توسط ماشین کاری یا عملیات حرارتی به وجود آیند . راه حل معمول برای رفع پیچش ، از بین بردن تنش با نرمالیزه کردن می باشد . پیچش ، تنش و ترک می تواند با استفاده از عملیات حرارتی و تمپر کردن برطرف شوند .
فاکتورهای زیادی در انتخاب مناسب فولاد قالب برای کار مورد نظر می بایست در نظر گرفته شود . بعضی از فاکتورها شامل :
1 فرایند ساخت قالب های پلاستیک
2 نوع پلاستک ها
3 تعداد قطعات تولید شده
4 طراحی حفره
5 کیفیت سطح قطعات
6 روش های عملیات حرارتی
1 فرایند ساخت قالب های پلاستیک
2 نوع پلاستک ها
3 تعداد قطعات تولید شده
4 طراحی حفره
5 کیفیت سطح قطعات
6 روش های عملیات حرارتی
ریخته گری آلومینیوم
فرآیندهای ریخته گری آلومینیوم به عنوان ریخته گری شمش یا قالب طبقه بندی میشوند. در طول فرآیند اول، آلومینوم اولیه یا ثانویه به شمش نوردشده(تختال)، شمش اکسترود شده(شمشال)، شمش نوار سیم ریخته گری میشود که متعاقبا به محصولات نیمه یا تمام تبدیل شده است.
فرآیند دوم برای مذاب ریزی محصولات ریختگی مورد استفاده قرار می گیرد. این قدیمی ترین و آسانترین (در تئوری و نه در عمل) معنی تولید اشکال قطعات است.
این قسمت منحصرا به توضیح ریخته گری در قالب میپردازد که به دو گروه اصلی تقسیم بندی میشوند:
ریخته گری ماسه ای
ریخته گری دایکست
تکنیک های دیگری استفاده از فوم یا موم در حین فرآیند ریختن مذاب داخل قالب ذوب می شود ولی اهمیت اقتصادی آنها به طور قابل ملاحظه ای پایینتر از هر دو تکنیک لیست شده میباشد.
ریخته گری ماسه ای
در ریخته گری ماسه ای نمونه های قابل استفاده مجدد و دائمی برای ساخت قالب ماسه ای استفاده می شود. آماده سازی و پیوند بین قالب ماسه ای گام بحرانی و اغلب معیاری برای کنترل نرخ فرآیند محسوب میشود.
دو راه اصلی برای پیوند قالب های ماسه ای مورد استفاده قرار میگیرد:
ماسه تر مخلوطی از ماسه، خاک رس و رطوبت
ماسه خشک مخلوطی که از ماسه و چسب های مصنوعی پخته شده به روش حرارتی یا شیمایی بوجود میآید.
این تکنیک متنوع عموما برای حجم تولید انبوه مورد استفاده قرار میگیرد.
فرآیندهای ریخته گری آلومینیوم به عنوان ریخته گری شمش یا قالب طبقه بندی میشوند. در طول فرآیند اول، آلومینوم اولیه یا ثانویه به شمش نوردشده(تختال)، شمش اکسترود شده(شمشال)، شمش نوار سیم ریخته گری میشود که متعاقبا به محصولات نیمه یا تمام تبدیل شده است.
فرآیند دوم برای مذاب ریزی محصولات ریختگی مورد استفاده قرار می گیرد. این قدیمی ترین و آسانترین (در تئوری و نه در عمل) معنی تولید اشکال قطعات است.
این قسمت منحصرا به توضیح ریخته گری در قالب میپردازد که به دو گروه اصلی تقسیم بندی میشوند:
ریخته گری ماسه ای
ریخته گری دایکست
تکنیک های دیگری استفاده از فوم یا موم در حین فرآیند ریختن مذاب داخل قالب ذوب می شود ولی اهمیت اقتصادی آنها به طور قابل ملاحظه ای پایینتر از هر دو تکنیک لیست شده میباشد.
ریخته گری ماسه ای
در ریخته گری ماسه ای نمونه های قابل استفاده مجدد و دائمی برای ساخت قالب ماسه ای استفاده می شود. آماده سازی و پیوند بین قالب ماسه ای گام بحرانی و اغلب معیاری برای کنترل نرخ فرآیند محسوب میشود.
دو راه اصلی برای پیوند قالب های ماسه ای مورد استفاده قرار میگیرد:
ماسه تر مخلوطی از ماسه، خاک رس و رطوبت
ماسه خشک مخلوطی که از ماسه و چسب های مصنوعی پخته شده به روش حرارتی یا شیمایی بوجود میآید.
این تکنیک متنوع عموما برای حجم تولید انبوه مورد استفاده قرار میگیرد.
قالب ریخته گری
در این تکنیک قالب عموما پس از هر بار ریخته گری تخریب نمی شود بلکه دائمی است و از فلزاتی مانند فولاد یا چدن ساخته می شود. فرآیندهای ریخته گری در قالب، فراوانی وجود دارد که در شکل خلاصه شده اند. ریخته گری در قالب با فشار بالا به طور گستردهای استفاده می شود و حدود ۵۰ درصد از تولیدات آلیاژهای سبک ریختگی را شامل می شود. ریخته گری در قالب با فشار پایین در حال حاضر ۲۰ درصد از تولیدات ریختگی را شامل می شود که این سهم در حال افزایش است. ریخته گری در قالب ثقلی بقیه تولیدات به غیر از یک بخش کوچکی به نام فرآیندهای ریخته گری در قالب خلا و فشاری که رو به رشد هستند و به تازگی معرفی شده اند، را شامل می شود.
در این تکنیک قالب عموما پس از هر بار ریخته گری تخریب نمی شود بلکه دائمی است و از فلزاتی مانند فولاد یا چدن ساخته می شود. فرآیندهای ریخته گری در قالب، فراوانی وجود دارد که در شکل خلاصه شده اند. ریخته گری در قالب با فشار بالا به طور گستردهای استفاده می شود و حدود ۵۰ درصد از تولیدات آلیاژهای سبک ریختگی را شامل می شود. ریخته گری در قالب با فشار پایین در حال حاضر ۲۰ درصد از تولیدات ریختگی را شامل می شود که این سهم در حال افزایش است. ریخته گری در قالب ثقلی بقیه تولیدات به غیر از یک بخش کوچکی به نام فرآیندهای ریخته گری در قالب خلا و فشاری که رو به رشد هستند و به تازگی معرفی شده اند، را شامل می شود.
ریخته گری در قالب ثقلی
شکل زیر قطعات اصلی تشکیل دهنده یک قالب کلاسیک برای ریخته گری در قالب ثقلی را نشان میدهد. ماهیچه ها (قطعات داخلی قالب) عموما از ماسه های به هم پیوند خورده ساخته می شوند.
شکل زیر قطعات اصلی تشکیل دهنده یک قالب کلاسیک برای ریخته گری در قالب ثقلی را نشان میدهد. ماهیچه ها (قطعات داخلی قالب) عموما از ماسه های به هم پیوند خورده ساخته می شوند.
ریخته گری دایکست پرفشار
در این فرآیند فلز مذاب با سرعت و فشار بالا در قالب فلزی تزریق میشود. نمایی شماتیک از ریخته گری فشار بالا در قالب در شکل زیر نشان داده شده است.
این تجهیزات شامل دو صفحه عمودی روی بالشتک هایی قرار گرفته اند که حفره قالب را نگه میدارند. یکی از صفحات ثابت و دیگری متحرک است بنابراین قالب میتواند باز و بسته شود. یک مقدار اندازه گیری شدهای از فلز مذاب به داخل پوسته تزریق ریخته می شود و سپس توسط یک پیستون هیدرولیکی وارد حفره قالب میگردد. زمانی که مذاب جامد میشود قالب باز شده و قطعه خارج می گردد.
در این فرآیند اقدامات پیشگیرانه ویژهای برای جلوگیری از انحلال بیش از حد گاز باید صورت بگیرد که در فرآیندهای بعدی مانند عملیات حرارتی یا جوشکاری باعث ایجاد تاولزنی در قطعه ریخته گری شده، میشود .
هر دوی ماشین و قالب بسیار گران قیمت هستند به همین دلیل ریخته گری فشار بالا فقط برای حجم تولیدات زیاد مقرون به صرفه است.
در این فرآیند فلز مذاب با سرعت و فشار بالا در قالب فلزی تزریق میشود. نمایی شماتیک از ریخته گری فشار بالا در قالب در شکل زیر نشان داده شده است.
این تجهیزات شامل دو صفحه عمودی روی بالشتک هایی قرار گرفته اند که حفره قالب را نگه میدارند. یکی از صفحات ثابت و دیگری متحرک است بنابراین قالب میتواند باز و بسته شود. یک مقدار اندازه گیری شدهای از فلز مذاب به داخل پوسته تزریق ریخته می شود و سپس توسط یک پیستون هیدرولیکی وارد حفره قالب میگردد. زمانی که مذاب جامد میشود قالب باز شده و قطعه خارج می گردد.
در این فرآیند اقدامات پیشگیرانه ویژهای برای جلوگیری از انحلال بیش از حد گاز باید صورت بگیرد که در فرآیندهای بعدی مانند عملیات حرارتی یا جوشکاری باعث ایجاد تاولزنی در قطعه ریخته گری شده، میشود .
هر دوی ماشین و قالب بسیار گران قیمت هستند به همین دلیل ریخته گری فشار بالا فقط برای حجم تولیدات زیاد مقرون به صرفه است.
ریخته گری دایکست کم فشار
همانطور که در شکل ۶ به صورت شماتیک نشان داده شده است، قالب از طریق یک بوته تحت فشار پایین پر میشود به طوری که فشار های تا ۷/۰ بار معمولی است.ریخته گری کم فشار خصوصا برای تولید قطعات متقارن نسبت به یک محور چرخش مناسب است. چرخ های خودروهای سبک معمولا توسط این تکنیک تولید میشوند.
جمع بندی
برای تولید محصولات نیمه تمام یا تمام شده با اشکال پیچیده تکنیک های ریخته گری آلومینیوم بسیار قدرتمند و فراگیر هستند. این تکنیک ها برای برآوردن نیازهای مشتری و همچنین نفوذ به بازارهای جدید به طور پیوسته در حال بهبود و توسعه هستند.
نوآوری ها عمدتا به سمت بخش خودرو جهت دار هستند چرا که مهمترین بازار برای ریخته گری محسوب میشود. این بهبود و توسعه مداوم این نوید را خواهد داد که ریخته گری آلومینیوم نقش حیاتی در این زمینه ایفا خواهد کرد.
همانطور که در شکل ۶ به صورت شماتیک نشان داده شده است، قالب از طریق یک بوته تحت فشار پایین پر میشود به طوری که فشار های تا ۷/۰ بار معمولی است.ریخته گری کم فشار خصوصا برای تولید قطعات متقارن نسبت به یک محور چرخش مناسب است. چرخ های خودروهای سبک معمولا توسط این تکنیک تولید میشوند.
جمع بندی
برای تولید محصولات نیمه تمام یا تمام شده با اشکال پیچیده تکنیک های ریخته گری آلومینیوم بسیار قدرتمند و فراگیر هستند. این تکنیک ها برای برآوردن نیازهای مشتری و همچنین نفوذ به بازارهای جدید به طور پیوسته در حال بهبود و توسعه هستند.
نوآوری ها عمدتا به سمت بخش خودرو جهت دار هستند چرا که مهمترین بازار برای ریخته گری محسوب میشود. این بهبود و توسعه مداوم این نوید را خواهد داد که ریخته گری آلومینیوم نقش حیاتی در این زمینه ایفا خواهد کرد.