قالبسازی

[bigbang]

قالب سازی سریع

معـــــمولا ابزار سازی فرایندی طولانی و پرهزینه است که کیفیت بالای مورد نیاز، باعث طولانــی شدن زمان تولید می شود.هدف از ابزار سازی و قالب سازی سریع توانایی تولید نمونه با خواص و ویژگیهای مواد عملکردی، در مدت زمانی کوتاه می باشد. صرف نظر از خواص مـــــــکانیکی ، مواد مدل می توانند شامل ویژگیهای دیگری از قبیل رنگ پذیری، شفافیت، انعطاف پذیری و امثال آن باشند.

قالب سازی سریع را می توان به دو دسته قالبسازی موقت و قالبسازی دائمی که هر کدام شامل روشهای مستقیم و غیر مستقیم می شوند، تقسیم کرد. قالبهای نرم
معمولا از سیلیکون، رزینهای اپوکسی، آلیاژهای نقطه ذوب پایین و شنهای ریخته گریساخته می شوند، و امکان ریخته گری فقط یک نمونه و یا تولید تعداد کمی را فراهممیکنند. در روشهای قالبسازی سخت، که قالب معمولا از فولاد ساخته می شود، امکانتولید تعداد بیشتری قطعه فراهم میشود.قالب سازی مستقیم به معنی ساخت مستقیم بهمعنی ساخت مستقیم قالب ، بوسیله فرایندRPاست. بعنوان مثال در مورد قالب تزریقپلاستیک، حفه های نری و مادگی، راهگاها و سیستم پران، مستقیما با اســـــتفاده از فرایندRPساخته می شود. در قالب سازی غیر مستقیم، فقط الگوی اصلی با استفاده از فـــــــــــــرایندRPساخته می شود، و سپس می توان یک قالب سیلیکونی، رزینی اپوکسی، فلز نقطه ذوب پایین،یا سرامیکی را از الگوی اصلی بدست آورد.
مهمترین مزایای ابزار سازی سریع عبارتند از:
زمان لازم برای ساخت ابزار و یا قالب از چند ماه به چند روز یاهفته کاهش می یابد. هزینه تولید به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.به علت کاهش زمان تولید و هزینه ها، بسیاری از طراحان و مهندسینتمایل دارند قطعات را قبل از تولید انبوه در مرحله طراحی آزمایش کنند و در نتیجهبسیاری از عیوب طراحی از بین می رود.
به دلیل استفاده مستقیم از اطلاعات نرم افزارهای طراحی ، بسیاریاز خطاهای فردی کاهش می یابند.

قالب سازی RTV Silicon Rubber

یکی از رایج ترین کاربردهای نمونه سازی سریع در قالبسازی، ساخت قالب به روش RTV Silicon Rubber می باشد. سیلیکون ماده ای گران و پر مصرف است که می توان با قالب گیری آن در اطراف الگوی (مدل) مرجع یک قطعه، به قالب آن دست یافت، این الگوی مرجع توسط یکی از روشهای نمونه سازی سریع ساخته می شود. ریخته گری در خلاء با قالب Silicon Rubberانعطاف پذیرترین روش RT، برای ساخت قطعات پلاستیکی، سرامیکی و فلزی است.

مراحل فرایند ساخت قالب سیلیکونی :

ساخت الگوی اصلی (مرجع) توسط یکی از روشهای RP
پرداخت و تمیزکاری الگو
اتصال سیستم راهگاهی به الگو
قراردادن الگو و سیستم راهگاهی به صورت معلق در جعبه و ریختن سیلیکون مایع در اطراف الگو پخت سیلیکون به منظور جامد سازی ایجاد یک خط جدایش توسط یک چاقوی جراحی وتقسیم قالب به دو نیمه خارج ساختن الگوی مرجع از داخل قالب آماده کردن قالب برای تزریق بوسیله قالبهای Silicon Rubber معمولا می توان حدود ۲۰ قطعه تولید با خواص مکانیکی مشابه ترموپلاستیک های مهندسی نظیر ABS ، PE ، PP و یا لاستیک تولید نمود.
مهمترین ویژگیهای روش قالب سازی سیلیکونی عبارتند از: ساخت ارزان و سریع قالب، ساخت قالب با آرایش نهایی عالی و قالب استفاده از مواد مختلف. بعلاوه این فرایند هم برای قطعات کوچک و هم برای قطعات بزرگ مناسب است. علاوه بر قالگیری رزین، ماتریسهای (حفره های) سیلیکونی برای قالبگیری تزریقی (فشار پایین) مدلهای ریخته گری دقیق نیز مناسب می باشند.

فرآیند Ketool3D

در فرآیند Ketool3D از تفت جوشی ذرات پودر فولاد برای ساخت قالب، استفاده می شود. این فرایند، معمولا با طراحی CAD اینسرتهای سنبه و ماتریس قالب تزریق مورد نظر آغاز می شود. مدل CAD اینسرتها، توسط فرایند استریولیتوگرافی یا دیگر فرایندهای RP، به الگوهای سنبه و ماتریس با صافی سطح مناسب، تبدیل می گردد. با ریختن مایع سیلیکونی در اطراف الگوها، قالب سیلیکونی سنبه و ماتریس بدست می آید. سپس درون قالبهای سیلیکونی پودر فلز و چسب ریخته شده و پخت می شود. اینسرتهای سنبه و ماتریس بدست آمده در این مرحله به حالت سبز هستندکه به این منظور آنها را درون کوره قرار می دهند تا چسب بین آنها از بین رود، فضاهای خالی بین ذرات فلزی با نفوذ مس موجود درکوره پر می شود.

حاصل کار، اینسرتهایی با تقریبا ۷۰% فولاد و ۳۰% مس است، این اینسرتها بعد از ماشینکاری و ایجاد سوراخ پینهای بیرون انداز، درون پایه های قالب محکم می شوند.

زمان هدایت ساخت در این فرایند بین ۴ تا ۶ هفته بوده، و در مقایسه با روشهای سنتی ساخت قالبهای تزریق، هزینه ها حدود ۲۵ تا ۴۵ در صد کمتر می باشد. قالبهای بدست آمده توسط این روش دارای کیفیت و صافی سطح بسیار خوبی هستند.

تفت جوشی مستقیم فلزی DMLS

در روش DMLS بر روی پودرهای فلزی به طور مستقیم توسط دستگاه تفت جوشی با توان لیزر بسیار بالا کار می شود. معمولا دستگاه برای ساخت اینسرتهای قالب استفاده می شود، اما ساخت قطعات فلزی نیز توسط آن امکان پذیر است. مواد مورد استفاده در فرایند DMLS عبارتند از:
۱. مواد پایه برنزی که در ساخت قالبهای تزریق استفاده می شود و این قالبها را می توان در ساخت حداکثر ۱۰۰۰ قطعه از جنسهای مختلف استفاده نمود.
۲. مواد پایه فولادی که در ساخت قالبهای تزریق، جهت تولید ۱۰۰۰۰۰قطعه پلاستیکی، بکار می روند.

ساخت یک قالب تزریق به این روش، حدود ۲ هفته به طول می انجامد، در صورتیکه ساخت همین قالب بروش ماشینکاری تقریبا به ۱۰ هفته زمان نیاز دارد. بعلاوه هزینه ساخت قالب به این روش بهمراتب کمترمی باشد. قالبها یا قطعات تفت جوشی شده با پودر برنز، پس از تفت جوشی، بمنظور افزایش چگالی، توسط یک رزین عالی نفوذ دهی می شوند. در مورد پودرهای فولادی، فرایند قادر است قطعاتی با چگالی ۹۵% ایجاد نماید، که در این حالت دیگر به نفوذ دهی نیاز نمی باشد. قطعات ساخته شده بروش DMLS ، دارای دقت و صافی سطح خوبی می باشند. البته صافی سطح در پودرهای پایه فولادی نیاز به بهبود دارد، علاوه بر اینکه ساخت قطعات فولادی به آهستگی انجام می گیرد.

[bigbang]

قالب دایکست

قالبهای دایکست:
قالب دایکست عبارت است از یک قالب دایمی فلزی بر روی یک ماشین ریخته گری تحت فشار،که برای تولید قطعات ریختگی تحت فشار به کار می رود.این قالب دارای یک حفره است که شامل فضای داخلی با کناره ها و ابعاد قطعه مورد ریخته گری می باشد.هدایت کردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط کانالهایی انجام می شود که به آن سیستم مدخل تزریق- راهگاه- گلویی گفته می شود.هر قالب دایکاست از دو قسمت تشکیل شده است تا بتوان قطعه را بعد از انجماد از حفره قالب بیرون آورد.اجزاء قالب دایکاست که با فلز ریختگی مذاب در تماس هستند ،از فولاد گرم کار و یا از آلیاژهای مخصوص نسوز و مقاوم در برابر تغیی دما ساخته می شوند.سایر اجزاء از جنس فولاد غیر آلیاژی با استحکامی متناسب با شرایط داده شده بارگذاری هستند.

• ساختمان قالب
  در زیر جنبه های مهم طراحی قالب مورد بررسی قرار می گیرند
  1. تقسیم قالبهمانطور که ذکر شد ،هر قالب دایکاست به صورت دو تکه است،یعنی قالب از یک نیمه ثابت (طرف تزریق) و یک نیمه متحرک (طرف بیرون انداز) تشکیل شده است.نیمه ثابت قالب (نیمه تزریق قالب) به کفشک ثابت ماشین ریخته گری تحت فشار مونتاژ میشود.در حالی که نیمه متحرک قالب( نیمه بیرون انداز قالب) به کفشک متحرک محکم می شود.هر دو نیمه قالب در حالت آماده تزریق بسته هستند و با نیروی بسته نگهدارنده ای که از طرف ماشین ایجاد می گردد در حالت بسته نگه داشته می شوند.سطح تماس هر دو نیمه قالب ،سطح جدایش نامیده می شود.
     شکل ۱۳ ساختمان یک قالب دایکاست را به طور شماتیک نشان می دهد.نیمه تزریق قالب اصولا از دو جزء تشکیل شده است،یکی صفحه قالب برای طرف تزریق و دیگری صفحه مونتاژ پشت آن جهت محکم کردن به کفشک پشتی ماشین،مثلا توسط بستهای روبند .نیمه بیرون انداز یا متحرک قالب همیشه به یک بیرون انداز قطعه تزریقی مجهز می باشد برای این منظور یک گیرنده قالب مناسبی در پشت نیمه متحرک قالب پیش بینی شده است که می تواند به عنوان مثال از یک صفحه مونتاژ با دو عدد زوار بهعنوان قطعات فاصله انداز تشکیل شده باشد، به طوری که از این طریق فضای کافی برای ساخت صفحه پران و صفحه پشت بند پران با پینهای مونتاژ شده پران در آنها در جهت بسته شدن قالب به وجود آید.چندین پیچ به عنوان مغزی کششی از میان زوارها ،صفحات مونتاژ را به هم متصل می کنند .شکل ۱۴ این موضوع را نشان می دهد و در شکل ۱۵ چند مثال جهت اتصال نیمه متحرک قالب مشاهده می شود.برای قالبهای کوچکتر می توان به جای زوارها از قطعات فاصله انداز استوانه ای یا جعبه بیرون انداز از جنس چدن خاکستری یا فولاد ریختگی به صورت قطعه استاندارد نیز استفاده نمود.هر ماشین ریخته گری تحت فشار دارای یک واحد پران جهت عمل کردن قسمت پران سمت قالب می باشد.

با توجه به اینکه بیرون انداختن قطعه ریختگی اساسا در نیمه متحرک قالب انجام می شود ،بایستس مواظب بود که قطعه تزریق شده هنگام بازشدن قالب همراه این نیمه به طور مطمئن باقی بماند و به نیمه ثابت قالب نچسبد.

a ) گرفتن قطعه ریختگی تخت با حداقل پخ در قالب
b ) گرفتن قطعه ریختگی توسط پخهای گوناگون
C ), d ) گرفتن قطعه ریختگی با انقباض روی ماهیچه های ثابت و مغزیهای قالب
e ) , f ) گرفتن قطعه ریختگی به وسیله ماهیچه های متحرک
در شکل ۱۶ چند مثال در این مورد نشاندار شده است.یک قطعه ریختگی تخت صفحه ای شکل به صورت مناسبی کاملا در نیمه بیرون انداز قرار گرفته است و برای قالبفقط پخهای بسیار جزئی در نظر گرفته شده است.راهگاه تزریق و گلویی بایستی در صورت امکان فقط در صفحه متحرک قالب قرار داده شوند.البته تنها اقدام گرفته شدن نطمئن ریختگی ا در نیمه متحرک قالب تضمین نمی کند. اما در عمل اینگونه قطعات معمولا مقداری جزئی تفکیک شده اند و دارای برجستگیها و فرو رفتگیهای ناچیزی هستند. در این حال بایستس همواره در نظر داشت که قطعه ریختگی هنگام خنک شدن در قالب منقبض شده و کناره قالب از دیواره قالب جدا می شود.در صرتیکه مناطقی از قالب به درون نواحی منقبض شونده قطعه گسترش یابند باعث انقباض و جمع شدن در آنجا می گردند.اگر اینچنین مناطقی از قالب و ماهیچه ها در نیمه متحرک قالب قرار گیرند قطعا قطعه ریختگی را در هنگام بازشدن قالب با خود همراه می کنند.
همچنین ماهیچه های متحرک نیز وسیله خوبی برای سوار کردن قطعه به نیمه بیرون انداز قالب می باشد.تنها شرطی که بایستی در نظر داشت آن است که ماهیچه مورد نظر فقط در هنگام باز شدن قالب و یا بعد از ان بیرون کشیده شود . اگر ماهیچه متحرک در نیمه ثابت قالب (طرف تزریق) قرار داشته باشد،بایستی قبل از آنکه قالب باز شود ،آنرا بیرون کشید. در صورتیکه در نیمه تزریق قالب ،ماهیچه های ثابت جاگذاری شده باشند،بایستی آنها را نسبتا کوتاه در نظر گرفت و به پخهای بزرگ مجهز نمود تا اینکه قطعه ریختگی به راحتی از آن جدا شود .اصولا توصیه می شود که پخهای قالب و ماهیچه بای تزریق قالب بزرگتر از نیمه بیرون انداز قالب باشند،به ویژه موقعی که سوار کردن قطعه در نیمه متحرک قالب صد در صد مطمئن نباشد.
مجددا با رجوع به قطعه ریختگی صفحه ای شکل تخت و تفکیک نشده در شکل ۱۶a متذکر می شوید که در اینجا امکاناتی وجود دارد تا قطعه ریختگی را مجبور به همراه شدن نمود .مثلا می توان در پین های پران بریدگی ندید ایجاد نمود .یک امکان دیگر آن است که راهگاه تزریق از نشیمنگاه مدخل تزریق و یا از محفظه انتقال تا گلویی قطعه را نه به صورت خط مستقیم ،بلکه قوسی شکل ساخت،به طوری که هنگام خنک شدن یک تنش انقباضی در قالب در قوس راهگاه تزریق به وجود آید تا آنرا محکم در نیمه متحرک قالب نگه داشت.
برای اجتناب از نفوذ فلز مذاب به خارج بایستی سطح جدایش قالب کاملاذ آب بندی و از این جهت به صورت سطح سنگ زنی شده و یا هم سطح شده باشد.دقت انطباق صفحات قالب که روی هم قرار می گیرند اهمیت زیادی دارند.
بهتر است که لبه خارجی در هر دو صفحه قالب حدودا ۱mm تا ۲mm تحت زاویه ̊۴۵ پخ زده شوند (شکل ۱۷ ).به این ترتیب از خرابی لبه ها توسط ضربه یا برخورد که منجر به تغییر شکل لبه ها می گردد و می توانند دقت انطباق را بر هم بزنند اجتناب می شود.

بر حسب نوع طراحی قطعه ریختگی ،گاهی هم به سطوح جدایشی نیاز است که دارای پله ،پخ و یا قوس می باشد.در این گونه موارد ،اگر فقط یک پله موجود باشد ،در اثر اعمال نیروی بسته نگهدارنده ،یک نیروی رانش جانبی به وجود می آید که در درجه اول پینهای راهنمای استوانه ای شکل قالب را تحت بارگذاری خمشی قرار می دهد.برای جلوگیری از این عمل پینهای انطباقی سخت کاری شده در نیمه تزریق قالب قرار داده می شود.(شکل ۱۸ ).بهتر از این عمل آنست که سطح جدایش را به صورت دوبل پله دار کرده و شیب یکسانی را برای دو طرف پله در نظر گرفت(شکل ۱۹ ).به این طریق رانشهای جانبی یکسان ولی در جهت مخالف هم قرار می گیرند به طوریکه همدیگر را خنثی می کنند.
تجربه نشان داده است که تطبیق دقیق شیبها و یا سطوح جدایش قوسی شکل دشوار و پر هزینه است .برای چنین مناطقی از قالب بهتر است در صورت امکان از مغزیها استفاده گردد.(شکل ۲۰ ).البته در اینجا هم به کار تطبیقی نیاز می باشد و لیکن به مراتب کوچکتر می باشند.
در خاتمه یک مطلب هم در مورد تعیین تعیین ابعاد سطح جدایش قالب ذگر می گردد.مهم این است که سطح جدایش دور تا دور حفره قالب ،یک سطح به اندازه کافی بزرگ آب بندی را به وجود بیاورد.به عنوان حداقل فاصله حفره قالب نسبت به لبه خارجی قالب مقدار حدودا ۷۰mm برای قالبهای کوچک و برای قالبهای بزرگتر مقدار به نسبت بیشتری لازم می باشد.اگر مغزیها جاسازی شده باشند در آن صورت حداقل فاصله از اول لبه خارجی مغزی به بعد در قالب محاسبه می شود.
سطح آب بندی بایستی از نفوذ فلز به خارج هنگام تزریق جلوگیری کند.اما از طرف دیگر بایستی کانالهای تخلیه هوا که بایستی در سطح جدایش فرز کاری گردند را نیز در خود جای دهد.این کانالها به عمق تقریبی ۰٫۱ mm تا ۰٫۲mm از حفره قالب یا از سرباره گیرها به طرف لبه خارجی قالب هدایت می شوند و بایستی حداقل ۱۰۰mm طول داشته باشند تا هنگام تزریق ،فلز داخل شده تا کناره قالب جریان نیابد..طول مسیر جریان عملا برای کانالی به عمق تا ۰٫۲mm قطعا کوتاهتر از ۱۰۰mm است.بنابراین ضرورتهای لازم برای سطح آب بندی جهت اجتناب از پاشش و تخلیه قالب از هوا بایستی با هم تطبیق داده شوند.
در مورد ضخامت صفحه قالب ، ای ن امر را بایستی در نظر داشت که بخصوص صفحه مربوط به نیمه بیرون انداز قالب خیلی محکم باشد.این صفحه قالب بر روی زوارها و یا بر روی یک جعبه بیرون انداز مونتاژ شده است و از این جهت تمتم پشت آن روی کفشک قرار ندارد.اگر به هر دلیلی الزام دیگری نباشدبرای صفحه قالب در سمت بیرون انداز ضخامت بیشتری در نظر گرفته می شود تا در سمت تزریق.برای قالبهای تزریق اتوماتیک بایستی پایداری بسیار بالایی را برای هر دو نیمه قالب در نظر گرفت.