تحلیل فرآیندهای قالبسازی
انواع قالبها
قالبهای پلاستیک
پلاستیک ها به دو گروه تقسیم می شوند:
ترموپلاستیک
ترموست (باکالیت)
– قالبهای ترموپلاستیک:
گروه ترموپلاستیک ها یا گرمانرما که بر اثر دیدن حرارت خمیده گشته وبا کم شدن میزان گرما سختی خود را بدست می آورند و تغییرات شیمیایی در آنها صورت نمی گیردو بعد از تزریق، شکل محفظه قالب را به خود می گیرد.
در قالب گیری تزریقی ماده ترموپلاست گرم محفظه قالب را پر می کند در این روش ماده ترموپلاست گرم و محفظه قالب سرد است که پس از تزریق مواده به شکل و فرم قالب در می آید و سخت می شود.
از دیدگاه دیگر مواد ترموپلاست به موادی گفته می شود که پس از یک یا چند بار مصرف در فرآیند تولید دوباره قابل استفاده می باشد. این مواد به شکل دانه یا پودر در ماشین تزریق ریخته می شود.
ساختمان قالبهای تزریقی:
قالب های پلاستیک ازنظر کلی به دونوع تقسیم می شوند:
1- قالبهای باراهگاه سرد 2- قالب های باراهگاه گرم
و نیز از نظر ساختمانی بر دونوع می باشند:
1- قالب های دو صفحه ای 2- قالبهای سه صفحه ای که تعداد صفحات قالب و خط جدایش آن ها بر اساس عواملی ماند تعداده حفره های قالب، شکل قطعه پلاستیکی، نوع ماشین تزریق، نوع مواد مصرفی و سیستم خروجی هوا و … تعیین می شوند اصولاً در هر قالب تزریقی دو بخش اصلی وجود دارد.
1- بخش ثابت قالب (نیمه ثابت) که در این نیمه مواد گرم تزریقی پلاستیک تزریق می شوند.
2- بخش متحرک (نیمه محرک) که رد قسمت متحرک ماشین تزریق بسته می شوند و سیستم و مکانیزم بیرون اندازی قطعات اکثرادر آن قرار دارد.
… تعیین تعداد حفره ها و محفظه های قالب از نکات مهم طراحی قالب های تزریقی می باشد و قالب های پلاستیک در این زمینه بر 2 نوع هستند:
1- قالب های تک حفره ای
2- قالب های چند حفره ای
– قالب های تک حفره ای:
در مواردی از قالب های تک حفره ای استفاده می شوند که مقدار تولید قطعه پلاستیکی محدود می باشند. بنابراین طراحی و ساخت قالب های تک حفره ای از نظر زمان ساخت و مسائل اقتصادی – ارزان تر تمام خواهد شد.
قالبهای چند حفره ای:
اگر تعداد فرآورده های تولیدی زیاد باشد، بالاخص در مواردی که قطعه هم کوچک باشد از روش طراحی و ساخت قالب های چند حفره ای استفاده می شود.
قالب های ترموست (باکالیت):
گروه ترموست یا باکالیت یا گرما سخت ها که این گروه بر اثر حرارت دیدن سخت می شوند و باعث تغییرات شیمیایی در این مواد می شوندکه برآنها ترموست یا باکالیت می گویند.
در این روش قالب در حالت سرد می باشند و ممواد نیز سرد است و بعد از تغذیه، قالب را تحت حرارت قرار می دهند و مواد شکل وفرم محفظه قالب را به خود می گیرد و سخت می شود.
مواد ترموست یا دورپلاست ها تحت تاثیر فشار و حرارت c 170 تولید می شوند. ابتدا نرم شده و به حالت پلاستیک درمی آیند ولی بعد از مدتی سخت می شوند و خصوصیت اصلی این مواد آن است که پس از سخت شدن مجداً قابل نرم شدن و استفاده مجدد نیستند و در هیچ نوع ماده ضلالی قابل حل نمی باشند و پس از سخت شدن، تغییرات شیمیایی فهمی درآنها روی می دهد.
انواع قالبهای مواد ترموست (باکالیت)
در روش قالبگیری مواد ترموست، مواد درمحفظه قالب به مرور گرم و حرارت می بینند و بعد به داخل قالب گرم تغذیه می شوند و این مواد نرم شده شکل و فرم حفره و محفظه های قالب را ه بر اثر فشار قالب می گیرد و بر اثر تغییرات شیمیایی خنک و به بیرون قالب انداخته می شوند.
قالب گیری مواد ترموست با سه روش مشخص صورت می گیرد، البته از روش های دیگری مانند حدیده ای و … استفاده می شود.
1- قالب گیری انتقالی 2- قالب گیری تحت فشار
3- قالب گیری تحت فشار پیستون
1- قالب گیری انتقالی:
در این روش مواد از درون یک یا چند کانال، تحت فشار از میان محفظه بازدهی به داخل حفره قالب تزریق می شوند وقالب قبل از شروع کار جفت و بسته می شود.
2- روش قالب گیری تحت فشار :
در روش قالب گیری تحت فشار پودر یا ساچمه ها یا قرص ها مواد در محفظه قالب ریخته می شود وبا بسته شدن قالب، تحت فشار و حرارت فرم قطعه دلخواه را می گیرد.
3- روش قالب گیری تحت فشار پیستون:
در روش قالب گیری تحت فشار پیستون مواد ترموست تحت فشار پیستون که شکل رویه ی قطعه کار را می سازد به درون محفظه و حفره قالب وارد می شود و تحت فشار وحرارت فرم لازم را می گیرد.
– فرآیند دایکاست:
در فرآیند دایکاست، مواد مذاب (که می توانند موادی مانند آلومینم و مس و غیره باشند) تحت فشار معینی به محفظه ی قالب هدایت می شود و با استفاده از این روش، قطعاتی با دقت بالا و فرم های پیچیده و تمیز را می توان تولید نمود معمولاً بعد از تولید احتیاج به عملیات دیگری مانند ماشین کاری و پرداخت کاری نمی باشد و فقط باید پلیسه و قطعات زاید را دور نمود.
از فرایای روش ریخته گری تحت فشار و دایکاست می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
1- تولید قطعات دقیق با فرم های پیچیده
2- ساخت قطعات با دیواره های نازک و باریک
3- پرداخت کاری سطح خوب قطعات و صافی آنها
4- عدم نیاز به ماشین کاری بعد از تولید
5- استحکام قطعات در اثر سرعت سرد شدن
6- دقت ماهیچه گذاری در قالب های دایکاست
7- تولید انبوه در مرحله تولید بدلیل عمر و استحکام زیاد این قالب ها
– فرآیند اکستروژن نه
مکانیزم کلی اکستروژن عبارت از یک مارپیچ که حرکت خود را از یک موتور و گیربکس می گیرد و در سیلندری که به وسیله گرمکن های خارجی گرم می شود حرکت می کند و مواد پلاستیکی بصورت دانه از قیف داخل دستگاه ریخته می شود. بعد از ذوب شدن مواد و با فشار از دورن فرم قالب عبور کرده و به مرور که سرد شد شکل فرم قالب را به خود می گیرد اشکال مختلف قطعات پلاستیکی در حالتهای توخالی و توپر را با این روش تولید می نمایند.
مواد پلاستیکی به صورت پودر یا دانه (گرانول) در قیف دستگاه ریخته می شود مواد نرم و حرارت داده شده توسط مارپیچ و المنت های دور سیلندر حالت ذوب گرفته و از داخل سوراخی (فرمی) که شکل مقطع محصول تولیدی را دارد با فشار خارج می شود و بعد از خنک شدن فرم وحالت سوراخ (قالب) را می گیرد که برای تولید قطعاتی مانند سیم ها، میله ها، لوله ها، ورق هاو … استفاده می شود.
ریخته گری
تکنولوژی ریخته گری عبارت است از شکل دادن فلزات به روش ذوب در محفظه ای با نام قالب وطی مراحل سرد کردن وانجماد آنها مطابق شکل محفظه و فرم قالب که یکی از اساسی ترین و مهمترین بخش های تولید صنعتی مراحل را در بر می گیرد.
با توجه به ارزش اقتصادی، امکان تولید راحت تر قطعات صنعتی و با ابعاد و حجم بزرگ و سرعت ساخت در مقایسه با روش های دیگر ریخته گری کاربرد بیشتری را دارد.
اصولاً فلزاتی که ریخته گری می شوند باید دارای خواص معینی می باشند
در تکنولوژی ریخته گری روش های متفاوتی برای تولید و ساخت قطعات صنعتی وجود دارد و به طور کلی عبارتند از :
1- ریخته گری در ماسه خشک
2-ریخته گری رد ماسه تر
3-ریخته گری ماسه ماهیچه
4-ریخته گری در خاک آهن، گچ و سرامیک
5- ریخته گری قالب های پوسته ای
قالب های فلزی:
قالب های سنبد و ماتریس:
قالب های سنبد و ماتریس که قالب هایی هستند که دارای 2 قسمت فرورفتگی و برآمدگی هستند و برای هدف یابی متفاوتی از قبیل:
برش- خم- کشش- فم و غیره استفاده می شوند
قالبهای برش:
بریده شدن قطعه، بین دولبه ی برنده ی قالب را قیچی شدن گویند وآن بدین ترتیب است گه ابتدا فشار – از قسمت بالایی قالب (سنبد) بر قطعه وارد شده و معادل آن نیروی استحکام کشش قطعه در جهت مخالف آن عکس العمل نشان می دهد تا حدی که نیری فشار فوقانی بیش از نیروی استحکام کششی شود. در این حالت قطعه کنده می شود. در برش ورقها، حد مجاز
بازی برش برای سنبد و ماتریس نقش بسیار مهمی را دارد اگر بازی برش کاملاً متناسب در نظر گرفته شود عمل گسیختگی و برش بد بهترین و حد ممکن انجام پذیرفته و سپس قطعه بریده شده از نوار فلزی، از میان- باز ماتریس (قسمت تحتانی مخصوص افتادن قطعات) بد پایین میافتد.
قالب های خمش:
خمش، پیچ خوردگی هماهنگ و هارمونیک ماده است به دور محوری صاف و مستقیم که بر روی صفحه خنثی بوده و بر راستای طولی ورق عمود است
کشش باعث دگرگونی دانه بندی ماده می شود.
قالب های کشش:
کشش نوعی فلز کاری است که در آن ورق سرد یا قطعه ای با برش محصور در داخل یک ظرف خالی (ماتریس قالب) بدون ایجاد چروک یا شکستگی فرم داده شود. فرم های مختلف ممکن است سیلندریک، جعبه ای شکل با دیواره های صاف یا دیواره های خمیده یا ترکیبی از این دو باشد.
قالب های فرم:
فرم دادن نوعی خمش است
ایجاد سنبد و ماتریس بر حسب نوع قطعه و فرم آن با احتساب حالت مزیت و غلبه بر آن در فلزات را شامل می شود.
فرآیند فرم کاری از جمله فنونر است که برای ایجاد شکلهای پیچیده به کار می رود. تفاوت این فرآیند با کشش از نظر میزان و نوع تغییر شکلی است که ایجاد می شود.
طراحی قالب
پس از معرفی انواع قالبها به بررسی تک تک مراحل ساخت قالب می پردازیم، برای ساخت یک قالب مرحله اول طراحی قالبها می باشد.
انواع مختلف قطعه وجود دارد، شکل این قطعات اساس و پایه ای برای طراحی قطعه می باشند باید متذکر شد که طراحی قطعه ی مورد نظر قبل از طراحی قالب انجام می پذیرد و شامل محاسبات منحصر به خود است، طراحی قطعات شامل موارد زیر می باشد.
1- فرورفتگی ها و برآمدگیها (گروه ماهی ها)
2- فرورفتگی ها و برآمدگیها در اطراف سوراخ
3- لبه های خم
4- تلورانس
5- برش سوراخها
6- سوراخهای راست
7- سوراخهای بیرون زده
8- رابطه سوراخها با خم ها
9- شکاف ها (فاق ها)
10- خم ها و لوله ها
بعد از طراحی قطعه باید شروع به طراحی قالب نمود.
طراح بر حسب اطلاعات و تجربیات خویش و استفاده از الگوهای خاص اقدام به طراحی ذهنی از قالب مورد نظر و سیل آوردن آن بر روی کاغذ و کنترل تک تک موارد می نمایند سپس اقدام به نقشه های تشریحی از قالب مورد نظر را می نمایند و با احتساب تفکیک قسمتهای مختلف قالب آنها را به واحد ماشین کاری ارجاع می دهد.
کلیه محاسبات از قبیل تحمل فشار، تنفس، حدگسیختگی، خمش، مقاومت در شرایط بحرانی از قبیل گرما، سرما، ضربه و دیگر عوامل کاری در شول وظایف طراح قالب و عوامل کنترلی می باشد لازم به ذکراست که طراحی انواع قالبها متفاوت می باشد که طراح باید اشراف کامل به انواع قالب و طراحی آنها داشته باشد.
جنس قالب
پس از اینکه قالب به صورت تئوری یعنی با استفاده از فرمول و نقشه آماده شد، نوبت به ساخت عمقی قالب می رسد اما قبل از ساخت مراحل دیگری نیز وجود دارد که عبارتند از انتخاب مواد و جنس قالب که برحسب نوع قطعه ای که در نهایت مطلوب می باشد تعیین می شود.
انتخاب فلز برای کاربرد خالص به ویژگی های خود قطعه مورد نظر، هزینه ساخت آن و دسترس پذیری فلز بستگی داد. ضابطه های فنی قطعات با هم فرق می کند ممکن است در مورد قطعه ای داشتن استحکام و در مورد قطعه ای دیگر، جلوه ظاهری شرط اول باشد.
برای مثال برای قالب های برش، سمبه ماتریس قالب برش می باید از فولادی با کربن بالاتر (سخت تر) و قالبیت آبگیری تا نمد استفاده گردد. مانند Spk
دلیل استفاده از فولادهای سردکار برای قالب های برش داشتن قالبیت آبگیری تا نمد با حداقل تابیدگی می باشد و این خصوصیت باعث مقاومت در برابر ضربه و سختی بسیار بالا می شود، فولادی که برای قالب های برش استفاده می شود بر حسب ضخامت ورق که می برد بین 60 تا 56 RC سختی داشته باشد.
یا در مثالی دیگر فولادی که برای قالب های پلاستیک استفاده می شود می باید دارای قالبیت پوشش بالا باشد، لذا وجود کرم با درصد بالا در آن فولاد لازم می باشد دلیل انتخاب این نوع فولاد این قالبها، صافی سطح بالا برای قطعه پلاستیک و جدایش آسان قطعه از سطح قالب می باشد.
برآورد هزینه ها – توجیه اقتصادی – بهره وری قالب
نکته بسیار مهم و قابل توجه در تک تک مراحل و فرآیندهای قالبسازی توجیه اقتصادی می باشد. برآورد هزینه های ساخت قالب از قبیل مواد، ساخت و دیگر عوامل ارتباط مستقیم با تعداد قطعه تقاضا دارد.
بدین ترتیب که قطعات با تیراژ کم در صورتی که امکان تولید آن قطعه به صورت دستی یا روش غیر از داشتن قالب داشته باشد بهتر از ساخت قالب اجتناب گردد در غیر این صورت ساخت قالب لازم است.
نکته مهمی که در قالبسازی مطرح است بحث بهره وری است
برای مثال میزان کیفیت مورد نظر بیانگر تعداد حفره ها در قالب های پلاستیک می باشد ,بطوری که قالبی با یک حفره در خیلی از موارد حتی جوابگوی برق و استحکاک و نیروی انسان دستگاه تزریق نیز نمی باشد در صورتی که همان قالب با تعداد حفره های بیشتر می تواند مطلب فوق کاملاً تغییر دهد.
ساخت قالب
اما آخرین مرحله برای تولید یک قالب ساخت قالب می باشد.
ساخت قالب با تعیین زمان کاری، نوع ماشین ابزار مورد نیاز و نیروی متخصص انجام می گیرد.
می باید کلیه اجزاء قالب از نظر زمان کاری مورد بررسی قرار گیرد تا زمان مشخص ساخت قالب بطور تقریب تعیین گردد.
در مرحله بعد تعیین انواع ابزار مورد نیاز جهت ماشین کاری مناسب قطعات قالب محیا گردد.
ماشین ابزارهای مورد نیاز جهت ساخت قالب ها بطور معمول عبارتند از :
ماشین تراش- ماشین فرز- دریل- اسپارک
پس در ساختن تک تک اجزاء قالب در واحد ماشین کاری کلید قطعات آماده مونتاژ می باشد.
در واحد مونتاژ پس از کنترل ابعادی قطعات و دقت در تلرانس های مورد درخواست در نمد قالب سر هم می گردد.
پس از مونتاژ و آماده سازی نهایی قالب مرحله آخر تست قالب و نمونه گیری است.
پس از کنترل قطعه آزمایشی در صورت داشتن اشکال قالب جهت اصلاح به واحد ماشین کاری بر می گردد.
طراحی قالب، جانمایی ورق:
ابعاد ورق های تولیدی به روش سرد
تعداد قطعه در هر نوار
تعداد نوار
تعداد قطعه در هر نوار
تعداد نوار
راندمان
فرم سازی: به مجموعه عملیاتی گفته می شود که باعث تغییراتی در فیزیک یک قطعه یا ورق می گردد که عبارت است
الف) خم کاری : به مجموعه عملیاتی که برای خم کردن یک جسم مسطح به کار گرفته می شود خم کاری گویند.
ب)فتیله کردن: عبارت است از لوله کردن انتهای یک تکه ورق.
ج)لوله کردن: پیچاندن ورق می گویند به صورتیکه ورق تبدیل به یک لوله گردد.
د)صاف کردن، عمل مسطح کردن ورقهایی که ردر قالب های برشی کمی تاب برداشته یا خم شده اند.
هـ) نقش اندازی: عملیاتی که باعث بوجود آمدن پستی بلندیهای با عمق کم روی سطح ورق می شود را نقش اندازی می گویند. موارد استفاده 1-زیبایی و حک کردن نام و اسم 2- استحکام قطعه
اصول کار قالبهای خمشی:
قالب تشکیل شده از یک سنبه و ماتریس قسمت سر سنبه و ماتریس دارای فرمی است که قطعه باید به خود گیرد و این عمل زمانی حاصل می شود که سنبه در انتهای کورس یا حرکت درون ماتریس قرار گیرد لقی بین سنبه و ماتریس به طور تئوری برابر با ضخامت ورق است. همچنین کورس پرس باید طوری طراحی گردد که سنبه در انتهای حرکت خود به اندازه ضخامت ورق تا کف ماتریس فاصله داشته باشد.
در قالبهای خم عمل خمکاری در زوایا به خصوص در اجسامی با ضخامت زیاد تغییرات مولکولی بوجود می آورد. این تغییرات به نحوی است که در قطعه تار خارجی کشیده شده و تارهای داخلی فشرده می شود. تنها تارهای میانی است که بدون تغییر ابعاد و اندازه آن ثابت می ماند این تغییرات آنقدر اهمیت دارد که برای طراحی اندازه ورق نیاز به بررسی دقیق این موضوع می باشد
در خمکاری ضخامت ورق در ناحیه خم همیشه کمتر از ضخامت ورق در بقیه قسمتها می باشد. البته بایستی متذکر شد هر چقدر شعاع بیشتر باشد تغییرات مولکولی در ناحیه خم کمتر خواهد بود و طبیعتاً کاهش ضخامت ورق کمتر می باشد.
کاهش ضخامت ورق در محل در صورتیکه شعاع خم بر روی ضخامت ورق باشد به اندازه 20% و در صورتیکه باشد یعنی شعاع برابر ضخامت این مقدار تا 5% کاهش پیدا می کند، همچنین سختی در این ناحیه کمتر خواهد بود. با توجه به مطالب فوق نتیجه می گیریم اگرخم کاری روی زوایای تیز مردود می باشد.
عقب نشینی لبه خم: در جریان خم کاری یک فلز تارهای خارجی کشیده شده و تارهای داخلی فشرده می شود که این باعث تغییر شکل جوانب خم می گردد در قسمت داخلی خم تراکم تارها، ایجاد عقب نشینی به طرف خارج می نماید و بالعکس در قسمت خارجی کشش تارها انقباضی در آن نقاط پدید می آورد که این تغییر شکل یا عقب نشینی از فرمول زیر محاسبه می شود.
G مقدار عقب نشینی / t ضخامت ورق/ R شعاع خمش
فنریت ورق ها:
هر فلزی کم و بیش دارای خاصیت ارتجاعی (فنریت یا برگشت پذیری) می باشد و مادامی که نیروی وارده به ورق حذف شود جسم سعی در برگشت به حالت اولیه خود دارد. که این فنریت به جمس و ضخامت ورق بستگی دارد، که در خم کاری این مقدار برگشت باید جبران شود تا قطعه به فرم مورد نظر در اید. بدین منظور در قالبهای خم زوایای خم کاری را کمتر از اندازه نقشه می گیرند تا قطعه تولیدی پس از برگشت فنری به اندازه واقعی برسد. که اندازه این زاویه به صورت محاسباتی از فرمول زیر بدست می آید:
: شعاعی که باید به قالب داده شود/ k: ضریب تصحیح زاویه ورق/ R: شعاع خم مد نظر روی قطعه تولیدی/ t ضخامت ورق/ : زاویه ای که باید به قالب داده شود/ : زاویه قطعه تولیدی
محاسبه طول گسترده خم کاری: قبل از عملیات خم کاری بایستی طول گسترده جسم مورد خم کاری را تعیین کرد که به دو طریق ممکن است
1)روش آزمایشی
2)روش محاسباتی
در روش آزمایشی قبلاً بایستی ابعاد ورق را نسبت به جسمی که باید ساخته شود تخمین زد و سپس عمل خمکاری را انجام داد. در صورت کوچک یا بزرگ بودن قطعه آن را اصلاح کرد و دوباره از ورقی دیگر یا صاف شده همان ورق استفاده نمود و عملیات خمکاری را مجدداً انجام داد تا اینکه نتیجه مطلوب حاصل شود. که این روش زمان زیادی را طلب می کند و همچنین دقت قطعه تولیدی پایین خواهد بود.
2-در روش محاسباتی قطعه که دارای خم می باشد از ناحیه تار میانی که در هم فشردگی یا کشش مولکولهای در آن موثر نبوده محاسبه می شود. در محل های خم نیاز به محاسبه شعاع تار میانی یا فاز خنثی می باشد که از اطلاعات بازه این گونه به نظر می رسد اگر شعاع داخلی به اضافه نصف ضخامت ورق گردد یا شعاع خارجی منهای نصف ضخامت ورق گردد شعاع تار خنثی بدست آید که در عمل این محاسبه دقت زیادی ندارد، بدین لحاظ شعاع تار خنثی از فرمول زیر بدست می آید که در این حالت با اعمال فشار بر روی قطعه شعاع تار حیاتی از وسط ضخامت ورق به سمت شعاع داخلی تمایل پیدا می کند.
: شعاع تار خنثی/ R: شعاع داخلی
مطلوبست محاسبه طول گسترده شکل زیر:
عوامل موثر در برگشت فنری:
1-جنس ورق سخت تر برگشت فنری بیشتر دارد.
2-ضخامت ورق میزانر برگشت با ضخامت نسبت عکس دارد.
3-شعاع خم هرچه بزرگتر باشد برگشت فنری بیشتر است.
4-زاویه خم بیشتر باشد برگشت پذیری بیشتر است.
راه حل مقابله با برگشت فنری:
1-خمکاری با زاویه بیشتری از مقدار لازم
2-کوشش با ایجاد یک برجستگی کوچک روی سنبه باعث کوبیده شدن یا له شدن قسمتی از اند الاستیک در راس شده و آن را از نوع پلاستیک تبدیل می کند تا برگشت فنری نداشته باشد.
3-همکاری کششی: آنقدر می کشند که حالت الاستیک در آید و به حالت پلاستیک برسد و سپس ایجاد فرم یا خم می نمایندو
4-حرارت دادن: برگشت فنری را از بین می برد خواص مکانیکی قطعه را به هم می زند و طول قطعه را بلندتر از اندازه می نماید.
مثال:
نیروی خمکاری:
C: ضریب تصحیح که از جدول و از تقسیم اندازه دهانه ماتریس
بر ضخامت قطعه عددی حاصل می شود که با انتقال آن روی نمودار در طرف مجاور به عددی می رسیم که ضریب تصحیح نام دارد.
K: مقاومت ورق که به صورت تنش کششی
L: طول خم e: ضخامت ورق b:دهانه ماتریس (معمولاً از جدول و با توجه به شعاع b بدست می آید)
مثال، نیروی خم کاری مطابق شکل زیر را بدست آورید.
معمولاً برای تثبیت تغییر شکل جسم در انتهای کورس سنبه باید ضربه به جسم مورد خمکاری وارد گردد که این ضربه نیازمند نیروی دیگری است که بدان نیروی فنر گویند و مقدار آن از فرمول زیر بدست می آید.
نیروی ضربه
s: سطح تصویر افقی خم Vشکل
تناژ پرس در قالبهای خم "V" شکل مساوی است با
در خمکاری U یا ناودانی نیروی خمکاری با عواملی از قبیل لقی بین سنبه و ماتریس و شعع خمش رابطه مستقیم دارد که هر کدام از این فاکتورها باعث تغییرات زیادی در احتساب نیروی خمکاری میشود که به طور تقریب می توان از فرمول زیر جهت محاسبات استفاده نمود.
: نیروی خمکاری ورق e: ضخامت ورق
k، مقاومت ورق : l: طول خم
لازم به ذکر است در قالبها به خاطر اینکه قطعات تولیدی در کف انحنا نداشته باشند و همچنین بتوان آنها را از داخل ماتریس بیرون آورد نیاز به صفحه ای می باشد به نام صفحه فشار انداز یا صفحه بیرون انداز که در وسط ماتریس تعبیه می شود و این صفحه با مکانیزمهای مختلفی از قبیل استفاده از فنر یا لاستیک یا استفاده از ضربه رو به بالا نیرویی وارد می کند که در زمان محاسبه نیروهای قالب لازم است برای فائق آمدن بر این نیرو اندازه آن را نیز محاسبه کرد. که اندازه آن از فرمول زیر بدست می آید.
مثال:
جزئیات ساخت قالبهای خم V: در قالب های خم که جزء ساده ترین قالبها می باشند برای اینکه ورق از زیر سنبه سر خورد و انحراف به یک سمت پیدا نشود می توان از یک بیرون انداز بدین منظور استفاده کرد.
که جدای از عمل بیرون اندازی وظیفه نگهداری ورق در جایگاه خود را به عهده داشته باشد.
تعیین مراحل کشش:
1)
2)
3)
8)
در هر مرحله می توان ارتفاع را نیز بدست آورد.
طراحی نیمه فوقانی قالب کشش :
در این بخش به شرح طراحی ساختمان قالب کشش دو مرحله ای بر اساس استانداردهای طراحی پرداخته می شود .
نقشه های قالب کشش شامل 5 برگ بوده که در ضمیمه ، با شماره های 3 تا 7 مشخص شده است .
در این قسمت به شرح نقشه 3 (نقشه پلان نیمه فوقانی قالب) پرداخته می شود . از آنجائیکه قالب کشش ، دو مرحله ای می باشد . نقشه پلان نیمه فوقانی ، شامل سنبه و ورقگیر خواهد بود . بنابراین به عنوان اولین قدم ، خطوط محیطی سنبه و ورق گیر از نقشه الگوریتم بر روی این نقشه ، عیناً منعکس میگردد . (شماره های 1و2)
با توجه به اینکه خط محیطی سنبه حالت تقارن دارد ، کل ساختمان قالب نیز ـ به جز در موارد جزئی ـ متقارن می گردد و در نتیجه نقشه قالب بصورت نصفه ترسیم میگردد. از آنجائیکه خط مرکزی قالب (CENTER LINE) باید در وسط ورق گیر باشد ، وسط ابعاد ورق اولیه ، به عنوان خط مرکزی قالب تعیین می شود . این خط با محور مختصاتی که از نقطه شروع میگذرد ، (mm) 4 فاصله دارد . اکثر ابعاد بر روی نقشه ، نسبت به خط مرکزی قالب اندازه گیری می شود . اعدادی که بر روی خطوط نوشته شده ، ولی طول مشخصی را نشان نمی دهند ، در حقیقت فاصله آن خط را از خط مرکزی قالب بیان می کنند . مورد دیگری که در پرّه گذاری قالب باید رعایت شود فاصله پرّه ها از یکدیگر می باشد . با توجه به استانداردهای ارائه شده، بیشترین ابعاد حفره های سنبه()260*325 می باشد. در پرّه گذاریِ قالب، باید به این نکته توجه داشت که ابعاد مکانِ قرار گیری پرّه ها، ضریبی از عدد 5 باشد چرا که دقت ساخت مدلِ ریخته گری (از جنس فوم) و دقت عملیات ریخته گری عملاً کم بوده ولزومی به ابعاد با دقت بالاتر از (mm)5 ، نیست. پخهای تقاطع پرّه ها c20 می باشد.
اساساً در هر دیواره ای که از نظر فضا امکان داشته باشد،سوراخهایی ایجاد میشود. این سوراخها که ابعاد آن در استانداردهای ارائه شده درج شده است برای چند منظور مورد استفاده قرار می گیرند. اولین اثر آنها کاهش وزن قالب و حجم مواد خام به کار رفته می باشد.اثر دیگر آن وصل شدن قسمتهای ماسه ای در عملیات ریخته گری به یکدیگر و استحکام آنها می باشد. از این سوراخها برای عمل تمیز کردن قالب از ماسه پس از عملیات ریخته گری نیز استفاده می شود.همچنین در صورت لزوم نصب وسایل پنوماتیک و یا برقی به قالب، از این سوراخها برای عبور لوله و سیم استفاده می گردد. در شستشوی قالب، این سوراخها باعث خروج آب می شوند.از آنجائیکه کف فک های فوقانی وتحتانی قالب ماشینکاری شده و سطح آن کاملاً صاف می باشد، اگر یکی از حفره های کف قالب بوسیله این سوراخها با هوای خارج ارتباط نداشته باشد، هوا بین میز پرس و آن حفره حبس شده و تحت فشار قرار می گیرد.
اصولاً کمتر بر روی سایر پرّه های محیطی سنبه سوراخ ایجاد می نمایند.
بر روی سایر پرّه های سنبه مطابق با استاندارد ارائه شده سوراخهایی ایجاد شده
است.
محل نصب و ابعاد صفحات سایشی، حول سنبه از سایر مواردی است که باید
مشخص شود.
استانداردهای زیر در طراحی این قسمت باید رعایت شود:
1) علامت اختصاری FS-203-MWP برای انتخاب نوع صفحات سایشی در
قالبهای دو مرحله ای استفاده می شود.
2) ناحیه سایش در صفحات سایشی باید حداقل (mm)3 از داخل خط محیطی سنبه بیرون آمده باشد.
3)حداکثر دو صفحه سایشی باید در هر طرفِ سنبه قرار گیرد و این صفحات،
تا حد ممکن باید به گوشه های سنبه نزدیک باشند.نصب بیش از دو صفحه سایش به طوری که همه آنها همزمان و به طور دقیق با یکدیگر تماس داشته باشند عملاً مشکل می باشد. (نزدیک بودن صفحات سایشی به گوشه های سنبه باعث می شود تا در مقابل ممان های وارد به سنبه، بیشتر مقاومت کنند)
4) صفحات سایشی باید موازی با خطوط مرکزی قالب قرار داشته باشند.این مسئله به ماشینکاری و نصب صفحات کمک می کند چرا که سطح قالب بر روی میز دستگاه CNC به گونه ای قرار می گیرد که خطوط مرکزی آن موازی با محورهای دستگاه باشد.
ابعاد سنبه حدوداً () 730*1580 می باشد. بنابراین بایستی:
(mm) ()> (طول ناحیه پوشش داده شده توسط صفحات سایشی در طول سنبه)
(mm) 197= = (طول هر صفحه سایشی در طول سنبه )> … (2=تعداد صفحات سایشی در هر طرف)
از آنجائیکه صفحه سایشی به طول (mm) 197، به طور استاندارد وجود ندارد، طول هر صفحه سایشی برابر با ( mm ) 250 انتخاب می شود.
(mm) ( )> (طول ناحیه پوشش داده شده توسط صفحات سایش در عرضِ سنبه)
91= = (طول هر صفحه سایشی در عرض سنبه)
طول صفحات سایشی در عرض سنبه نیز برابر با (mm) 100 تعیین میگردد.
تا جای ممکن این صفحات به گوشه های سنبه نزدیک می باشند.
صفحه سایشی بر روی دیواره سنبه نصب می شود و ناحیه سایش آن باید از خط محیطی سنبه بیرون آمده باشد تا ورق گیر بتواند از دور سنبه بیرون آید.
این زائده ها در حقیقت محل هایی هستند برای پیچ کردن صفحاتی که انتهای سنبه را پوشانده و مانع از ورود اجسام خارجی به حفره های داخل سنبه و سوراخهای یوهی درون آن می شوند.
برای محاسبات وزن قالب، حجم قالب را در وزن حجمی چدن و در ضریب ضرب می نمائیم ضریب تخمینی برای فضای خالی از ماده، در قالب می باشد.
با توجه به اینکه طول وعرض سنبه ( ) 730*1580 بوده و بیشترین ارتفاع سنبه (mm) 900 می باشد، حدود وزن سنبه به طریق زیر محاسبه می گردد:
با توجه به اندازه طول سنبه ((mm) 1580=A ) و با توجه به جدول ارائه شده تعداد چهار شیار برای سنبه کافی می باشد.
4 محل شیار، با توجه به محل شیارهای فک فوقانی پرس های(TON) 1200 و (TON) 1000، حول سنبه تعیین می شود. 4 عدد شیار نیز با توجه به محل شیارهای پرس آزمایش قالب در حول سنبه تعبیه می شود. بدین ترتیب در مجموع 8 شیار ، حول سنبه قرار می گیرد
در سنبه هایی که دارای ارتفاع زیاد می باشند، این طرح به دلیل نداشتن پرّه های مورب،باعث کاهش ارتفاع سنبه می شود (پره های مورب نباید در حالت بسته به دیواره ورقگیر برخورد کنند و بهمین دلیل کف سنبه باید از انتهای ورقگیر فاصله بگیرد).
دیواره های جانبی محل شیارها باید حداقل (mm) 80 از مرکز شیار فاصله داشته باشند. این فاصله به منظور ایجاد فضای لازم برای سرِ ابزارِ کف تراش ماشین CNC می باشد که بایستی سطح فوقانی شیار را ماشینکاری نماید. این مورد نیز در محل تعبیه شیارها رعایت شده است.
از دیگر قسمتهایی که بر روی سنبه طراحی می شود نشیمنگاه ورق گیر
(SAFTY LUG) می باشد.(شماره 8) در حقیقت وقتیکه ورق گیر و سنبه بر روی هم، به صورت معکوس قرار می گیرند (کفِ سنبه روی زمین قرار می گیرد) باید زائده هایی متصل به سنبه ودرزیرورقگیر وجود داشته باشد تا ورق گیر بر روی آن قرارگیرد.
در حالت بسته قالب فاصله X باید بین ورق گیر و نشیمنگاه آن وجود داشته باشد. این فاصله بین (mm) 50-30 می باشد و مانع از برخورد ورق گیر و نشیمنگاه آن در حالت پرسکاری می شود. همانطور که در استانداردهای مربوط به صفحات سایشی ذکر شد،این فاصله باید در ارتفاع نصب صفحه سایشی مد نظر قرار گیرد تا در صورتیکه ورق گیر روی نشیمنگاه خود قرار گرفت، قسمت فوقانی آن با قسمت فوقانی صفحه سایشی برخورد ننماید.
از دیگر قسمتهایی که بر روی سنبه در نظر گرفته شده، دسته های(hook) آن
می باشد.
با توجه به وزن محاسبه شده برای سنبه (TON) 6/2 ) دسته با قطر گلویی(mm) 80 برای سنبه انتخاب میشود.سایر ابعاد در جدول منعکس می باشد.
بر روی کلیه قطعات اصلی قالب (سنبه، ورق گیر، ماتریس) شیارهایی در روی خط مرکزی قالب ایجاد می شود.این شیارها برای نصب کردن سریع قطعه بر روی میز دستگاه CNC و پرس به کار می روند این شیارها در حداقل، سه طرفِ قطعه ایجاد میشوندبه این ترتیب طراحی سنبه تکمیل می شود. باید توجه داشت که تا این مرحله، ارتفاع هیچکدام از اجزا مشخص نشده است.
قطعه دیگر ورق گیر می باشد.خط داخلی ورق گیر با فاصله (mm) 4 عیناً از خط محیطی سنبه پیروی می نماید. دیواره کناری ورق گیر به فاصله (mm) 10 از لبه داخلیِ آن واقع شده است این فاصله از فاصله دیواره محیطی سنبه از خط محیطی آن
((mm) 30) کمتر است چرا که صفحه سایش به ضخامت (mm) 20 بر روی دیواره سنبه نصب می شود ولی بر روی دیواره ورق گیر فقط یک سطح برآمده ماشینکاری شده برای تماس با سطح صفحه سایش ایجاد می گردد.
ضخامت پره ها وابعاد حفره های ایجاد شده در ورق گیر طبق استاندارد ارائه شده
می باشد.
بر روی دیواره داخلی ورق گیر در مقابل صفحات سایشی سطوح برآمده ماشینکاری شده ترسیم می شود.
قدم بعدی، ترسیم خطوط ورق اولیه (BLANK) می باشد. چرا که سایز ورق اولیه مستقیماً بر ابعاد ورقگیر و در نهایت قالب اثر می گذارد.
در کلیه این نقشه ها، هر کجا از علامت ـــــ ـ ـ ــــ برای رسم خطوط استفاده شده است، این واقعیت استفاده می شود که این خط غیر واقعی بوده و جزئی از اجزاء قالب نیست.
سطح ماشینکاری شده ورق گیر تا حدود mm 20 بعد از ابعاد ورق اولیه تمام
می شود و با یک پله سطح خشن (بدون عملیات ماشینکاری) شروع می گردد.
در دور تا دور ورق گیر ودر کنار ناحیه ماشینکاری شده آن بایستی یک سری بلوکهای استوانه ای تعبیه نمود(Balancing) این بلوکها دارای دو وظیفه
می باشند، اول آنکه فک فوقانی قالب (ورق گیر) بر روی این بلوکها (که به فک تحتانی قالب-ماتریس-متصل اند) و بر روی ماتریس می نشیند در حقیقت سطح این بلوکها انتهای کورس حرکت ورق گیر را مشخص می کنند.
استفاده دیگری که از این باوکها میشود، در واحد پرداخت قالب می باشد. پس از ماشینکاری قالب، واحد پرداخت با سنگ زدن و یا گذاردن ورقهای بسیار نازک در زیر این بلوکها، سطح ورق گیر را تراز میکند و فاصله لازم بین ورق گیر وماتریس در ناحیه ماشینکاری شده آنها را ایجاد می نماید (در حالت تئوری این فاصله باید دقیقاً برابر با ضخامت ورق باشد).
قطر این بلوکهای استوانه ای مطابق استاندارد (mm)60 وضخامت آنها (mm) 20 می باشد این بلوکهای فولادی برروی فک تحتانی پیچ شده و در مقابل آنها بر روی فک فوقانی (ورق گیر) سطوح برآمده ماشینکاری شده ای ایجاد می گردد.. بهتر است که در زیر این بلوکها به منظور استحکام بیشتر یک پره عمودی از قالب وجود داشته باشد.سطح ورق گیر درست پس از این سطوح تمام میشود. وپس از آن در کف ورق گیر شیارهای اتصال دهنده به پرس مطابق با استاندارد ارائه شده رسم می شود.بدین ترتیب عرض فک فوقانی قالب (ورق گیر) معین می گردد.
برای گذاردن ورق بر روی قالب، قرارهایی در چهار ظرف ورق بر روی فک تحتانی قالب نصب میگردد. ابعاد این قرارها استاندارد میباشد و.بر روی ورق گیر در حقیقت باید حفره وسوراخی در بالای قرار ایجاد نمود تا در حالتی که قالب بسته می باشد قرارها در داخل آن حفره جای گیرند.
قرارهای جلویی و عقبی قالب باید به گوشه های آن و قرار جانبی باید به انتهای قالب (درجهت تغذیه ورق) نزدیک باشند. فک فوقانی و تحتانی قالب به هر دلیلی ممکن است که در یکدیگر گیر کنند.بدین منظور در چهار طرف قالب بر روی ماتریس و ورق گیر، سطوح ماشینکاری شده ای با ابعاد ( ) 100*100 min ایجاد
می شود. این سطح بر روی فک فوقانی باید از حداقل (mm) 100 از سطح مقابل خود بر روی فک تحتانی، فاصله داشته باشد، تا در صورت نیاز بتوان در این فاصله از جک برای جدا کردن دو نیمه قالب استفاده نمود.
نکته مهم در طراحی راهنمای این قالب، عمق زیاد کشش و اعوجاج زیاد سطح ورق می باشد.
در ناحیه انتهای قالب سطوح ورق گیر و ماتریس حالت صاف و افقی ندارند.در این قسمت ماتریس نیز ارتفاع لازم برای ایجاد حفره پست راهنما را دارا نمی باشد. به همین دلیل پست راهنما در چهار گوشه قالب طراحی می شود.
در حالت معمول، پست راهنما یک بلوک در وسط قالب است ولی همانطور که ذکر شد بنابراین ابعاد داده شده برای طولB ، نصف شده و هر کدام برای نیمی از بلوکهای گوشه ای به کار می رود.
با توجه به عرض قالب (که قبلاً پس از رسم شیارهای اتصال، تعیین شده است) طول C برابر با (mm) 1600 بدست می آید و مطابق با استاندارد ارائه شده، ابعاد زیر برای پست راهنما انتخاب می شود:
و
جنس صفحات سایشیِ به کار رفته، مطابق با کد ارائه شده در استاندارد انتخاب
می شود. ابعاد صفحت سایشی نیز در استاندارد ارائه شده است.
مشابه این شیارها بر روی سنبه نیز وجود دارد که قبلاً به آن اشاره شد برای پیرا کردن سریع خطوط مرکزی قالب در حین عملیات ماشینکاری سوراخهایی در چهار طرف قطعه (حداقل سه طرف) ایجاد می شود(MASTER HOLE) و پس از تعریف دقیق وسوراخکاری در داخل آنها پین قرار داده می شود.این پینها برای تعیین خط مرکزی قالب برای ماشینکار وتعریف آن دردستگاه CNC به کار می رود.
برای تعیین سوراخهای خط مرکزی، ماشینکار ابتدا کف قالب را کف تراشی میکند، سپس مقداری از سطح ایجاد شده بر روی دیواره کناری قالب را ماشینکاری می نماید.سپس این سطح را مبنا قرار داده وسطح مقابل آن را به قدری ماشینکاری می کند تا به ابعاد ارائه شده در نقشه برای این سطح برسد ((mm)2620) سپس حد وسط این دو سطح را به عنوان مرکز قطعه پیدا کرده و سوراخهای خط مرکزی را ایجاد مینماید. این عمل در طول و عرض هر کدام از قطعات اصلی قالب انجام می شود.
عضو شماره 26 نیز نوعی دسته برای قالب می باشد(LIFTING BAR) که از دو دیواره و یک میله فولادیِ رابط تشکیل شده است.این میله میتواند از درون دو دیواره خارج شده و سیم جرثقیل در وسط دو دیواره و حول میله رابط قرار بگیرد.
از آنجائیکه امکان دارد در حالت معکوس شده قالب، از این دسته ها استفاده شود بنابراین وزن کل قالب (ورق گیر +سنبه+ماتریس) برای طراحی استفاده می شود.این وزن در عدد 2 نیز ضرب می شود چرا که در کارگاههای پرسکاری معمولاً دو قالب را بر روی هم قرار داده و از دسته های قالب تحتانی برای حمل و نقل استفاده می کنند. ابعاد قالب با توجه به نقشه شماره 5که متعاقباً توضیح داده می شود برابر مقدار زیر
می باشد:
(m) 6/2=طول قالب (m) 6/1=عرض قالب (m)1=ارتفاع کل قالب
×وزن مخصوص چدن ×حجم قالب = وزن کل
(TON)4/10= ×7500×6/2×6/1×1=وزن کل
(TON) 8/20=2*4/10=وزن حدودی دو قالب
با توجه به عدد بدست آمده برای حدود وزنِ دو قالب وهمچنین با توجه به استاندارد ارائه شده ، ابعاد زیر برای دسته های قالب تعیین می شود:
140=F 75=E 100=D 80=C 240=B 50=A
طراحی نیمه تحتانی قالب کشش:
ابعاد انتهایی ماتریس دقیقاً از نیمه فوقانی قالب (ورق گیر) تبعیت میکند.
از آنجائیکه بلوکهای تراز، سطوح اطمینان، سطح اتکاء قرارها، سوراخهای خط مرکزی، شیارهای مرکزی، مکانهای شیارهای اتصال قالب به میز پرس و دسته های ماتریس دقیقاً روبروی موارد مشابه خود از فک فوقانی قالب می باشند، همان مختصات ابعادی بر روی نیمه تحتانی قالب از خطوط مرکزی، برای آنها منظور میشود.از تفاوتهای بین فک فوقانی و تحتانی، پستهای راهنما می باشد.پست راهنما بر روی ورق گیر یک بلوک برآمده و بر روی فک تحتانی یک حفره در مقابل آن، می باشد. همانطور که مشاهده می شود پره گذاری ماتریس نسبت به سنبه و ورق گیر از نظم بیشتری برخوردار است. این واقعیت به دلیل آن است که ماتریس یک تکه، می باشد ولی در فک فوقانی، پره های سنبه و ورق گیر بایستی از یکدیگر جدا باشند.
ضخامت پره ها و حفره های بین آنها، از استاندارد ارائه شده پیروی می کنند.
طراحی ارتفاع سطوح قالب :
برای مشخص کردن ارتفاع سطوح باید تمامی قطعات و سطوح نیمه فوقانی و تحتانی قالب در برش هایی ظاهر گردند. معمولاً یک برش اصلی در قالب وجود دارد که سطوح مهم و ارتفاع کل قالب را مشخص میسازد. این برش همیشه با عنوان A-A مشخص میگردد. برای طراحی قالب در ارتفاع، ابتدا قطعه، پیشانی سطح ورق گیر (ماتریس) و نقطه شروع (STARTPOINT) رسم می شود. برش، ناحیه ای از قطعه راباید مشخص کنر که پائینترین و بالاترین نقطه از قطعه را نمایان سازد.در حقیقت این مقطع بحرانی ترین مقطع می باشد.در این مرحله به تشریح چگونگی تعیین ارتفاع سنبه پرداخته می شود.
فهرست مطالب
قالبهای پلاستیک 1
ساختمان قالبهای تزریقی: 2
قالبهای چند حفره ای: 3
قالب های ترموست (باکالیت): 3
انواع قالبهای مواد ترموست (باکالیت) 4
– فرآیند دایکاست: 5
– فرآیند اکستروژن نه 6
ریخته گری 6
قالب های فلزی: 7
قالب های سنبد و ماتریس: 7
قالبهای برش: 7
قالب های خمش: 8
قالب های کشش: 8
قالب های فرم: 8
طراحی قالب 9
جنس قالب 10
برآورد هزینه ها – توجیه اقتصادی – بهره وری قالب 11
ساخت قالب 12
طراحی قالب، جانمایی ورق: 13
اصول کار قالبهای خمشی: 15
فنریت ورق ها: 16
عوامل موثر در برگشت فنری: 18
راه حل مقابله با برگشت فنری: 19
نیروی خمکاری: 19
تعیین مراحل کشش: 22
طراحی نیمه فوقانی قالب کشش : 22
طراحی نیمه تحتانی قالب کشش: 33
طراحی ارتفاع سطوح قالب : 33
1
1