قالب سازی 3

-2 پاشش فلز

پاشش فلز ، روش کم هزینه و مخصوصاً سریع برای ساخت حفره قالب از یک مدل با جنس دلخواه است . با این روش صحت سطح محصول تولیدی بسیار زیاد است و همچنین مدلسازی و قالبگیری در سری های کوچک در شرایطی نزدیک به شرایط تولید ممکن است . در این فرآیند آلیاژهای ذوب پایین بیسموت – قلع ذوب شده و بر روی یک مدل پاشیده می شوند ، این مدل با یک عامل جدایش از قالب آماده سازی شده است ( شکل 8 ) . قطرات فلزی به محض برخورد با سطح مدل سرد می شوند . با ادامه پاشش یک لایه بدون تخلخل به پوسته فشرده ای تبدیل می شود . استحکام پوسته که به آن ماسک هم می گویند – با توجه به کاربرد آن ، با افزایش ضخامت زیاد می شود . در قالبهای تزریق ضخامت عموماً  mm5-4 است ( 10 ) . به محض اینکه پوسته پایدار شد ، از مدل جدا می شود ( با شیب تقریبی 2 ) و داخل قاب فلزی قرار می گیرد . قاب نیروی گیرنده و نیروهایی که در داخل حفره قالب عمل می کنند را تحمل می کند و به وسیله آن می توان اجزاء راهنما را برای تثبیت موقعیت بدون جابه جایی ، در قالب یکپارچه کرد . سیستم مبادله گرما نیز به صورت لوله کشی در داخل قاب قرار می گیرد . سپس تمام مجموعه درون یک پشت بند از جنس آلیاژ ذوب پایین ، رزین اپوکسی اصلاح شده با پودر آلومینیوم یا بتون ، قرار می گیرد .

آلیاژهای ذوب پایین با توجه به محدوده یا نقطه ذوب در یک محفظه که به صورت الکتریکی گرم می شود و یا در قوس یک افشانه فلز ذوب می شوند. مذاب به وسیله هوای فشرده ( 600kpa-200 ) منتشرشده و بر روی مدل پاشیده می شود . توصیه می شود که این عمل در یک اتاقک پاشش انجام شود . به این ترتیب محل کار عاری از غبار فلزی و تمیز است و همچنین از ماده باقی مانده بدون آلوده کردن آن می توان مجدداً استفاده کرد .

در حین پاشش ،فلز مذاب به سرعت سرد می شود .هنگامی که این فلز به مدل برخورد می کند دمای آن از c  400-200 به c  50-40 کاهش یافته است.از این رو مفاومت در برابر گرما برای جنس مدل مطرح نیست.بنابراین گچ ،رزین ریختگی ،لاستیک سیلیس دار،چوب،پلاستیکهای سختی پذیر و چرم مصنوعی را می توان به کار برد.

پس از اینکه پوسته قالب در داخل قاب فلزی نصب شد و در پشت بند قرار گرفت،این قالبها که به وسیله پاشش فلز ساخته می شونددر قالبگیری تزریقی فشار تا MPa 40 (13-10) را تحمل می کنند .اندازه قالب تا مساحت   m0.6 سطح تصویر شده امکان پذیر است. عمر مفید به ساختمان قالب ،طراحی قطعه کار و شرایط فرآیند بستگی دارد.عمر مفید قالب های ساده تا 2000 ضرب هم می رسد.

2-3 روکش کاری الکترولیتی

حفره قالب مغزی دلخواه را می توان با روکش کاری الکترولیتی فلز بر روی یک مدل ساخت .پس از جدا کردن مدل ،روکش رسوبی یک پوسته خود نگهدار تشکیل می دهد و این پوسته توسط یک پشت بند مستحکم شده و آنرا می توان به راحتی داخل صفحه قالب قرار داد طوری که کاملاً حفظ شود.

با توجه به ماده اولیه ساخت مدل ،آنرا باید ازپیش آماده سازی کرد . سپس آنرا در یک محلول آبی نمک فلزی،الکترولیت،غوطه ور کرده و به قطب منفی یک منبع DC  ( کاتد)وصل می کنند.در یک فاصله مشخص از کاتد آندوهایی که به قطب مثبت منبع انرژی متصل هستند قرار دارند. جنس آندها از فلز است که باید بر روی مدل روکش رسوبی شود. اگر جریان در الکترولیتی که حاوی نمک فلز رسوب شونده است ایجاد شود،فلز آند حل می شود و به صورت یونهای فلزی در الکترولیت به سوی کاتدحرکت کرده و به صورت فلز بر روی مدل رسوب می کند.

عموماً مدل را با ماشین کاری ، ریخته گری یا ورقه پوشانی می سازند. ماده اولیه مدل بر مبنای تعداد دفعات استفاده و چگونگی جدا سازی آن (مخرب ،غیر مخرب ،شیمیایی) تعیین میشود.

هم مواد فلزی و هم موار غیر فلزی مناسب هستند. مدلهای فلزی قبل از غوطه وری در حمام ،باید گریس زدایی و به وسیله عامل جدایی پوشش شوند.مدلهای غیر فلزی باید رسانای الکتریکی شوند این کار با استفاده از یک لایه نقره که به صورت شیمیایی احیاء شده انجام می شود. سطح مدل ابتدا در محلول حساس کننده چربی زدایی ( یا خنثی) می شود. سپس سطح به ترتیب با نیترات نقره و یک محلول احیاء کننده آماده می شود. محلولها با هم واکنش نشان می دهند .به این ترتیب نیترات نقره و یک محلول احیا کننده آماده می شود. محلولها با هم واکنش نشان می دهند.به این ترتیب نیترات نقره به لایه فشرده نقره احیاء می شود. که این لایه به عنوان عامل جدایی نیز در سطح غیر فلزی عمل می کند.

در ساخت مدلها مراقبت زیادی باید به عمل آید و نیاز با استاد کارهای ویژه ای است. به دماهای بالاتر 0حدود 60) که مدل در حمام تحت آن قرار می گیرد باید توجه خاصی داشت .انبساط حاصل ممکن است باعث تغییرات ابعادی و تابیدگی شود. کیفیت سطحی و ابعادی پوسته بهتر از شرایط مدلیکه از آن ساخته میشود نخواهد بود. توزیع نامناسب روکش ممکن است بر اثر طراحی نادرست مدل(گوشه ها و لبه های تیز) با موقعیت نامناسب آندها بوجود آید. گاهی عملیات ماشینکاری واسطه،(مثل فرزکاری)ضروری است. روشهای رفع این مشکلات تغییر طرح مدل ،تصحیح آرایشآندها و در نهایت استفاده از کاتدهای کمکی است.

ابتدا یک لایه سخت از جنس آلیاژ کبالت نیکل به ضخامت تقریبی mm 5 بر روی مدل،روکش کاری الکترولیتی می شود. سپس برای ایجاد ابعاد مورد نیاز یا نغزی پشت بند لازم برای آن تهیه میشود. در این مرحله می توان سیستم تبادل گرمایی را نیز داخل کرد. مهمترین مواد و روشهای ساخت پشت بند به شرح زیر است:

• روکش کاری الکترولیتی روی
• ریخته گری رزین اپوکسی
• ریخته گری آلیاژهای ذوب پائین (مثلاً فلز حروف ریزی)
• پا شش فلز
• ریخته گری در سرامیک و
• جازنی پشت بند فولادی

نوع پشت بند به باری که قالب تحت آن قرار می گیرد و به ابعاد قالب بستگی دارد.پوسته پشت بند شده،حفره قالب مغزی که در آخر کار تا اندازه مناسب ماشینکاری میشودفاز مدل جدا و داخل صفحه نگهدارنده حفره قالب جا زده می شود.

امتیازهای روکش کاری الکترولیتی عبارتند از تولید دقیق سطوح بافت دار،حتی در حفره قالبهای بسیار عمیق و باریک،صحت ابعادی و امکان ساخت حفره قالبهای مشابه متعدد با یک مدل اصلی، اتلاف زمان نکته منفی این روش است.

2-4 سنبه زنی

سنبه زنی سرد،تکنیکی است که در آن قالب ها و حفره قالبها بدون براده برداری تولید می شوند. یک سنبه سختکاری و پرداخت شده که شکل خارجی قطعه ،قالبگیری را داردفبا سرعت کمی (min/mm 10-1 .0 ) به داخل یک ماده خام از جنس فولاد نرم پخت شده فشار داده می شود. سنبه به صورت یک مدل منفی در قطعه خام ایجاد می شود. کار آرایی این تکنیک با حداکثر فشار مجاز سنبه که در حدود MPa 3000 است و استحکام تسلیم ماده خام پس از پخت محدود می شود. بهترین شرایط سنبه زنی سرد در فولادهای پخت شده با استحکام پایین MPa  600 ایجاد می شود.

استحکام تسلیم پس از پخت به مقدار آلیاژهای حل شده در فریت،به مقدار و توزیع کاربید درون آن بستگی دارد. .انتخاب مواد  برای سنبه زنی سرد بر مبنای سختی آنها پس از پخت(سختی بریتل)و ترکیب شیمیایی آنها انجام می شود .عمق بدون بعد سنبه زنی t/d نسبت به عمق t و قط سنبه d  در یک سنبه استوانه ای است. اگر سطح مفطع سنبه متفاوت باشد. مثلاً مستطیل یا مربع ،انگاه (A /13 .1)=d  که A  مساحت سطح مقطع است. (17 ) .با افزایش عمق،ماده خام سختکاری سرد میشود. این سختکاری سرد،با پخت واسطه(کریستالیزاسیون مجدد)خنثی میشود.سپس مجددا فرآیند سنبه زنی تا رسیدن به حداکثر بار سنبه ادامه می یابد .در هنگام پخت باید توجه داشت که پوسته تشکیل نشود،چرا که نتایج خوب سنبه زنی فقط در سطوح سالم امکان پذیر است . با پیش گرم کردن ماده خام ، می توان عمق سنبه زنی را افزایش داد . با توجه به جنس و دمای گرم کردن ، عمق سنبه زنی را می توان %50-20 افزایش داد. در نهایت ، گودیها هم جریان مواد را راحت تر کرده و هم باعث افزایش عمق سنبه زنی می شود  ( 17 ) . 

هنگام سنبه زنی لبه ماده خام به داخل کشیده می شود . در آخر ، باید این تورفتگی ماشینکاری شود و بنابراین هنگام تعیین عمق سنبه زنی باید باید در نظر گرفته شود . شکل 17 رابطه بین مقدار حرکت سنبه ، عمق قابل استفاده و تورفتگی را نشان می دهد . یک مغزی قالب سنبه زنی شده که هنوز ماشینکاری نشده در شکل 18 نشانداده شده است .

کیفیت سطحی سنبه و ماده خام اهمیت خاصی دارد . فقط سطوحی که بی عیب و نقص پرداخت شده اند ، از جریان ماده جلوگیری نکرده و مانع چسبیدن یا جوش خوردن می شوند . به دلیل مشابهی ، به روغن کاری کافی نیز باید توجه داشت . دی سولفید مولیبدن ، روانساز موثری است ، ولی روغن در مقابل فشار مقاومت کافی ندارد . برای کاهش اصطکاک ، معمولاً سنبه را پس از پرداخت ، در محلول سولفات مس ، آبکاری مس می کنند ( 18-16 ) .

علاوه بر کیفیت سطحی سنبه و ماده خام ، ابعاد ماده خام نیز برای جریان یافتن مواد بدون ایجاد ترک مهم است . برای سنبه زنی سرد ، ارتفاع اولیه ماده خام نباید کمتر از 5 .2 – 5 .1 برابر قطر سنبه باشد ( 18 – 16 ) . قطر ماده خام ، که به اندازه سوراخ صفحه نگهدارنده حفره قالب مربوط می شود ، باید دو برابر قطر سنبه باشد .     سنبه زنی سرد ، عموماً برای ساخت حفره قالبهای کوچک با ارتفاع کم به کار می رود . این روش ، نسبت به روشهای دیگر امتیازهای متعددی دارد . سنبه ، که مدل مثبت قطعه قالبگیری نهایی است ، بسیار اقتصادیتر از مدلهای منفی ساخته می شود . با یک سنبه ، در یک زمان کوتاه مغزیهایی  قالب یکسان و متعددی می توان ساخت . از آنجا که بر خلاف عملیات ماشینکاری ، الیاف مواد قطع نمی شوند ، کیفیت سطحی قالب بهتر وعمرمفید آن بیشتر است . محدودیتهای روش سنبه سرد ، نتیجه خواص مکانیکی سنبه و ماده خام و در نتیجه ابعاد حفره قالب است . افزایش عمق سنبه زنی با روشهای ذکر شده قابل انجام است .

2-5 ماشینکاری و عملیات براده برداری 

2-5-1 ساخت با عملیات براده برداری - ماشینکاری           

% 90 قالبها با عملیات ماشینکاری ، شامل تراشکاری ، فرزکاری ، سوراخکاری و سنگ زنی ساخته می شوند . ماشین آلات ، غالباً تجهیزات خاص ، باید طوری محصول را آماده کنند که عملیات اضافی کمی ، اغلب کاردستی ( پولیش ، لپینگ و پرداخت نهایی) باقی بماند .

کارگاههای امروزی ، ماشینهای کنترل عددی ( NC ) به کار می برند ، این ماشینها دقت بیشتری دارند و ضایعات آنها کمتر می باشد . نتیجه یک بررسی نشان می دهد که در ساخت قالب % 25 از ماشینکاری NC و % 75 از روش کپی کاری استفاده می شود ،البته این آمار برای کارگاههای قالبسازی مدرن و همچنین در ساخت قالبهای بزرگ صحت ندارد . قطعات استاندارد فقط تا ابعاد mm 900 Í 600 ارائه شده اند . بنابراین قالبهای بزرگ ، مثلاً قطعات بدنه خودرو ، باید از بلوکهای فولادی فرزکاری شوند . به علت اینکه زمان از دست رفته قابل جبران نیست و همچنین به خاطر امتناع از زیانهای اقتصادی نباید ضایعاتی ایجاد شود .

فولادهای نیتریدی ، سختکاری سطحی ، سختکاری مغزی و همچنین فولادهایی که به صورت از پیش سخت شده تا استحکام Mpa 1500 را می توان با ماشین آلات مدرن ماشینکاری کرد . البته اقتصادیترین کار ، ماشینکاری فولادهایی با استحکام تسلیم Mpa 800 – 600 است ( 19 ، 18 ) . ماشینکاری تنشهای پس ماند موجود را آزاد می کند . این عمل باعث تابیدگی قالب پس از ماشینکاری و در حین عملیات حرارتی بعدی می شود . بنابراین بهتر است که پس از خشن کاری ، با پخت قطعه تنشها را آزاد کرد . تابیدگی که در قطعه به وجود می آید با عملیات پرداخت نهایی جبران می شود و این عمل تنش دیگری ایجاد نمی کند .

از آنجا که شرایط سطح حفره قالب ، تعیین کننده کیفیت سطحی قطعه قالبگیری است و جدا شدن از قالب هم تابع آن است ، بنابراین پس از عملیات حرارتی ، مغزیهای ماشینکاری شده ، صاف ، سنگ زده و پولیش می شوند تا کیفیت سطحی خوبی به دست آید . نقصهای روی سطح حفره قالب ، با توجه به ماده قالبگیری و شرایط فرآیند کم و بیش بر روی قطعه ایجاد می شوند . اختلاف شکل سطح حفره قالب از طرح هندسی ایده آل ، مثل موج دار بودن و زبری ، زیبایی ظاهری قطعه را کم کرده و در آن شیار ایجاد می کند ، این عامل باعث افزایش نیروی جدایش می شود .