قالب سازی 5

- شبیه سازی استاتیکی و دینامیکی فرآیند فرزکاری همراه با چک کردن برخوردها و

- خروج کدهای NC به شکل مناسب .

با توجه به پیچیدگی کار ( ماشینکاری NC D 3- 2/1  2 ) مدولهایی با پیچیدگیهای  مختلف در دست هستند ( 37 ) .

برای ساخت نمونه اولیه با ماشینکاری یک قطعه از یک بلوک پلاستیکی ، خشن کاری اغلب با تیغه های پیشانی تراش انجام می شود . بلوک در صفحه تراز شده فرز کاری می شود . برای کار روی سطح تراز خارجی و فرزکاری حفره های موازی طرح ، سیکلهای فرزکاری مربوطه به کار می روند . برنامه ریزی چنین طرحی با مدول D 2/1  2 بسیار ساده تر از مدول D 3 است . گردکردن گوشه ها به وسیله تیغچه های پروفیل انجام می شود و نیاز به برنامه ریزی آن نیست .

مدول D 3 NC فقط برای سطوحی که آزادانه و به صورت پیچیده شکل گرفته اند به کار می رود . این مدولها هنوز از تعریف حجم سیستم CAD استفاده نمی کنند بلکه بر پایه مشخصات ریاضی سطح ، به صورت توابع Bezier یا Spline ، عمل می کنند . سطوحی که انحنای تندی دارند با اتصال سطوح جزئی کوچکتر ( کله ها ) که با وارد کردن مرز آنها ایجاد شده اند تقریب زده می شوند ، تکه هایی که باید در مرحله یکسانی ماشینکاری شوند ، باید مشخص گردند .

پس از تعیین نقطه شروع ماشینکاری ، جهت فرزکاری و نوع ماشینکاری تیغه فرز فرم دار ( سرگرد ، فرز انگشتی ، تیغه فرز دایروی ) باید بسته شود .اگر بعضی از سطوح نباید ماشین کاری شوند آنها را باید به صورت خطوط بسته یا سطوح برخورد تعریف کرد تا نرم افزار NC  و در محاسبه ماشینکاری از آنها پرش کند.

سیستمهای مجتمع CAM/CAD در جهت انتقالی اتوماتیک و سریع اطلاعات فنی مانند تلرانس ابعاد ،شکل و موقعیت و اطلاعات مربوط به ساختار سطحی از نقشه ها به واحد NC  توسعه می یابند.

2-6 فرآیند ساخت با تخلیه الکتریکی

امروزه قالبسازی بدون تجهیزات تخلیه الکتریکی قابل تصور نیست.به کمک این تجهیزات،شکلهای هندسی پیچیده در فولادهای پخت ،بازپخت و سختکاری شده در یک مرحله و بدون تابیدگی به دست می آیند (38).

2-6-1 ماشینکاری با تخلیه الکتریکی (EDM  )

ماشینکاری با تخلیه الکتریکی یک فرایند ساخت تولید مجدد است که از اثر براده برداری تخلیه الکتریکی ناپایدار و پی در پی که بین الکترود و قطعه کار با تغییر ولتاژ KV  20 در سیال دی الکتریک (آب یا هیدروکربنهایی مثل نفتا و نفت چراغ (kerosene  ) ایجاد می شود استفاده می کند. با هر ضربه پی در پی حجم کوچکی از ماده قطعه کار و الکترود تا دمای ذوب یا تبخیر (C  5000-1000 ) گرم می شود و با نیروهای مکانیکی و الکتریکی از سطح کار خارج می شوند.

این کار در هر دو الکترود چاله هایی ایجاد می کند که اندازه آنها به انرژی جرقه بستگی دارد .بنابراین دو حالت خشن کاری (انرژی زیاد ضربه)و پرداخت تمایز داده می شوند. کثرت چاله های حاصل از تخلیه باعث ایجاد سطحی با ساختار و زبری خاص و ظاهر مات مشخصی، بدون علائم جهت دار حاصل از ماشینکاری می شود. باقیمانده مواد به وسیله یک افشانه سیال الکترولیتی تمیز،از دهانه اسپارک پاک شده و در ظروف رسوب می کند پلاریزاسیون قطعه کار و ابزار به ترکیب مواد بستگی دارد و طوری انجام می شود که بیشترین حجم از قطعه کار جدا شود.

اندازه تغییر شکا اسپارک حاصل از اسپارک عمودی ساده ؛با شکل و ابعاد الکترود معین می شد.ماشینکاری شیارهای ندید عملی نیست. معرفی روش با تخلیه الکتریکی خورشیدی کاربرد های روش فرسایش را گسترده کرده است. در این روش ماشینکاری با حرکت نسبی بین قطعه کار و الکترود انجام می شود که این حرکت با ترکیب 3 حرکت عمودی،خارج از مرکز و چرخشی بدست می آید .ماشینکاری با تخلیه الکتریکی خورشیدی به تکنیک سه بعدی یا چند فضایی هم معروف است. امروزه با این روش می توان در حفره قالبها شیار ایجاد کرد.

تمام رسانه های الکتریکی خوب،اگر رسانایی گرمایی خوبی هم نشان می دهند به عنوان الکترود بکار می روند. در اغلب موارد،نقطه ذوب این مواد به قدری بالا است که از سایش سریع الکترود ابزاری جلوگیری می کنند.

الکترود های به روش تراشکاری،صفحه تراشی یا سنگ زنی،شکل دهی سرد و گرم یا شش شعله ای و یا روکش کاری الکترولیتی ساخته می شوند. شکل،دقت مورد نیاز و جنس قطعه روش ساخت را تعیین میکند.

به علت کیفیت سطحی بالایی که در قالبهای تزریق مورد نیاز است و همچنین سایش الکترود،برای خشن کاری و پرداخت دیواره های حفره قالب،مخصوصاً در فرسایش عمودی ،از الکترودهای متعدد استفاده می شود، بنابراین با اسپارک میکروسکپی دقت UM 1 و کمتر و ارتفاع زبری UM  0.1 را می توان مجددا تولید کرد. قالبهایی که به این روش ساخته می شوند اغلب فقط یک پرداخت نهایی لازم دارند .اما در برخی از موارد مانند تولید قطعات نوری یا ساخت حفره قالبهایی که سطح آنها با اچ کردن ساختاردار می شود این پرداخت کافی نیست.

در روش اسپارک سختار سطحی بر اثر گرما تغییر می کند. دمای بالای جرقه سطح فولادی را ذوب کرده و در این حال هیدرکربنهای پر ملکول سیال دی الکتریک را به اجزاء آن تجزیه می کنند. کربن آزاد شده در سطح فولاد منتشر شده و با عناصر تشکیل دهنده کاربید،لایه های بسیار سختی ایجاد می کند. ضخامت این لایه ها به مقدار انرژی اسپارک بستگی دارد. علاوه بر این تجمع ماده الکترود در منطقه ذوب مشاهده می شود بین سطح رویی سخت شده و ساختار اولیه یک لایه انتقالی وجود دارد نتیجه این تغییر ساختار ایجاد تنش های کششی پس ماند بالا (45)در لایه های خارجی است که باعث ترک خوردن می شود و در بعضی اوقات مانع عملیات تکمیلی مورد نیاز مثلاً اچ فتو شیمیایی می شود . علی رغم این موضوع امروزه فرایند EDM جای ثابتی در روش های ساخت قابل دارد .بعضی از قالب ها را به جز با این روش نمی توان ساخت. با استفاده صحیح از این روش قالبها تا %40 ارزانتر ساخته می شوند.

این روش اتوماتیک انجام میشود و بسیار دقیق و بی اشکال است و نیازی با نظارت بر آن نیست.این مورد مهمترین امتیاز این تکنیک است.ماشینهای تخلیه الکتریکی مدرن با صفحه کنترل متقابل چهار محوره کنترل عددی میشوند و پالتهای جابجا شونده ای برای قطعه کار دارند. به این ترتیب می توان پالتها را در سیال در بیش از یک محور حرکت داد. بنابراین شروع کار و ماشینکاری دقیق بدون نظارت انجام می شود و می توان کار را بدون اپراتور برای قطعه کار های متعددی ادامه داد.

2-6-2 وایرکات (برش با اسپارک به وسیله الکترودهای سیمی متحرک )

این فرایند یک روش اقتصادی برای برش سورخهای میانی با شکل دلخواه است. دیواره های شکاف ممکن است نسبت به سطح صفحه مایل باشند با توجه به کارایی قابل توجه این روش حفره قالبهای کوچک بطور فزاینده ای مستقیماٌ در صفحات قالب بریده می شوند.

برشکاری با اسپارک بر پایه اصول فرسایش گرمایی EDM است.فلز با تخلیه الکتریکی و بدون برخورد با کار مکانیکی با قطعه کار و الکترود سیمی نازک برداشته شده و برش می شود. الکترود به صورت عددی کنترل می شود و مانند اره نواری یا چکشی در قطعه حرکت داده می شود. سیال دی الکتریک آب با مواد معدنی پایین است که از افشانه های هم محور به سطح برش کاری وارد میشود. سپس این آب در یک دستگاه مجزا تمیز و بازیابی میشود. آب امتیاز های زیادی نسبت به هیدروکربنها دارد . با آب فاطله دهانه اسپارک بیشتر می شود که این امر شستشو و کل فرایند را بهتر می مند. براده ها کوچکتر هستند .هیچ محصول جامد حاصل از تجزیه بوجود نمی اید و هیچ قوسی که باعث شکستن غیر قابل پیشگیری سیم شود تولید نمی شود.امروزه ماشینهای برش کاری با اسپارک در انواع دو محمور و چهار محوره وجود دارند. طرح چهار محوره برای سوراخهای مخروطی بکار میرود. به وسیله تجهیزات مدرن شکافهای پیچیده با لبه های غیر معمول را تا ارتفاع برش کاری mm 420 می توان ایجاد کرد. فاصله دهانه به قطر الکترود سیمی بستگی دارد و با کار مورد نظر هماهنگ می شود .معمولاً از سیمی به قطر mm 0.3 -0.03 استفاده می شود. این سیم با باز شدن قرقره دائماً جایگزین میشود. بر  خلاف روش مرسوم EDM ابزار تغییر نمیکند. با توجه به روش برش کاری (برش سریع یا برش ظریف که ترکیب برش کامل،برشکاری مجدد و صاف کردن است)سطوح فولاد با ارتفاع زبری UM1.8 -0.3 و سرعت براده برداری MIN/mm 140 بدست می آید .مشابه فرآیند برشکاری EDM .

این روش برشکاری نیز بر قطعه کار اثر گرمایی دارد و باعث تغییر ساختاری در لایه های نزدیک به سطح میشود. ممکن است یک عملیات تکمیلی مکانیکی لازم شود.

2-7 ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM)

این فرآیند مدرن براده برداری بر پایه اثر الکترولیتی که باعث حل شدن مواد رسانا و نیمه رسانای قطعه کار می شود است. انحلال با تبادل بار برقی و مواد بین قطعه کار به عنوان آند و ابزار به عنوان کاتد و با توان جریان الکتریکی در الکترولیت به عنوان محیط موثر انجام می شود.

این روش امتیاز هایی تسبت به فرایند EDM  (عدم سخت کاری سطح،عدم سایش الکترودها و سرعت براده برداری زیاد)داشته ولی ضعفهای جدی نیز در آن وجود دارند .تجهیزات بسیار گران هستند و از آنجا که در ساخت آند زمان و هزینه زیادی صرف می شود فقط برای ساخت تعداد زیادی محصول هم شکل مناسب هستند که چنین حالتی به ندت در ساخت حفره قالبها ی ترزیق پیش می آید. علاوه بر این تلرانسهای قابل دسترسی 5 برابر بزرگتر از تلرانسهای فرآیند EDM  هستند.

2-8 براده برداری شیمیایی –اچ کردن

غالباً سطوح جهت اهداف کاری با تزئینی بافت دار میشود. همچنین برای زیبا سازی افزایش مقاومت سایشی و مقاومت در برابر خراش (مثلاً دانه بندی چوب یا چرم)و یا برای لمس پذیری بهتر این کار انجام می شود. در ضمن می توان اثرات جریان(خطوط جوشکاری،رگه )را پنهان کرد .

با فرایندهایی که قبلاً بیان شد .عموماً مکانیکی و اغلب دستی ،طراحی هایی خلافانه ممکن نیستند .تنها فرآیند شیمیایی امکانات جدیدی برای طرح ایجاد کرده است.

مبنای این فرایند،حل شدن فلزات در محلولهای اسیدی ،بازی و نمکی است. مواد فلزی،در نتیجه اختلاف پتانسیل بین مناطق میکروسکپی ماده یا بین ماده و عامل اچ حل میشوند .اتم های فلزی ،الکترون ساطع می کنند و به صورت یونی از شبکه فلزی تخلیه می شوند. یونهای آزاد در فرآیند احیاء به وسیله کاتیونها و انیونهای موجود در عامل اچ مصرف می شوند .فلز جدا شده برای تشکیل نمک فلزی غیر محلول با آنیونها ترکیب می شود. این نمک با صاف کردن و عمل سانتریفیوژ از عامل اچ خارج می شود.

عموماً ترکیب دقیق عامل اچ از اسرار تجاری تولید کننده است.تقریباً تمامی فولاد ها را بدون محدودیت مقدار عناصر آلیاژی مثل نیکل یا کروم (حتی فولاد زنگ نزن)می توان به روش شیمیایی ماشین کاری یا بافت دار کرد. علاوه بر قالبهای فولادی قالبهایی که از فلزات غیر آهنی هم ساخته شده اند می توان عملیات شیمیایی کرد .

پرداخت سطحی که با براده برداری شیمیایی یا اچ کردن بدست می آید به جنس و شرایط قطعه کار و البته به عامل اچ بستگی دارد .براده برداری یکنواخت فقط در مواردی حاصل می شود که ترکیب همگن و ساختار یکنواخت باشد .هر چه که ساختار ظریف تر باشد سطح اچ شده بهتر و صافتر نمایان میشود.بنابراین معمولاً قالبها را قبل ار اچ کردن عملیات حرارتی می کنند. عمق عملیات حرارتی همیشه باید بیشتر از عمق اچ کردن باشد. در غیر این صورت عامل اچ به داخل لایه های عملیات حرارتی شده نفوذ می کند. در این صورت اچ کردن بسیار نامنظم می شود. با سختکاری سطحی قبل از اچ کردن لایه های کافی بدست می آید. همانطور که گفته شد زبری اولیه قالب بر پرداخت سطحی پس از اچ کردن موثر است .اثرات ناخواسته ماشینکاری پوشیده نشده ولی کم و بیش به صورت نامشخص تر دیده میشوند.قبل از اچ کردن باید سطح را با سمباده ای به اندازه دانه 240 کاملاً صاف کرد. عمق مجاز اچ کردن نتیجه شرایط کاری قالبگیری تزریقی است. سرعت براده برداری به عامل اچ،دما و نوع جنس بستگی دارد .عموماً سرعتMM/MIN  0.08 -0.01 است و با افزایش دما زیاد می شود.

دو روش اچ کردن ،اچ غوطه وری و اچ پاششی بکار می روند. هر دو روش امتیاز و ضعفهایی دارند،با اچ غوطه وری ،قالبهایی با هر اندازه را می توان اچ کرد و تجهیزات آن ساده و ارزان هستند .در این روش دفع محصولات واکنش و تعویض پایدار عامل اچ در نزدیکی سطح قطعه مشکل است.در اچ پاششی خارج کردن محصولات واکنش و تعویض پایدار عامل در سطح قطعه راحت تر است. البته فرآیند کار بیشتری لازم دارد و تجهیزات آن گرانتر هستند.عامل اچ فشرده شده و از میان نازل به سطح اچ شونده پاشیده میشود.

کلیه پوششهایی که بر روی سطح قرار گرفته اند تا از اچ شدن جلوگیری کنند در موقع برخورد عامل پاشیده شده نباید از بین رفته و یا بلند شوند طوریکه عامل در سطح زیر آنها عمل کند.

چندین روش برای پوشش گذاری سطوحی که نباید براده برداری شوند ارائه شده است.این روشها به نوع بافت بستگی دارند. روشهای پوشش گذاری دستی ،سیلک اسکرین و واسطه های فتو شیمیایی در این دامنه هستند. به وسیله فرایند اخیر تولید مجدد با دقت بالا قابل دستیابی است سطح فلز با یک پوشش حساس به نور که طرح فیلم روی آن کپی شده است پوشیده می شود.سطح بافت داری که به این وسیله ساخته می شود در جزئیات نیز درست است و به خوبی بصورت یکسانی تولید مجدد می شود بنابراین این فرایند خاصه برای قالبهایی با چند حفره قالب قابل توجه است. امروزه شابلونهای مختلفی در زمینه های گسترده ارائه می شوند.