قالب، عنصری انکارناپذیر در فرایند تولید و صنعت

قالب و قالبسازی

قالب های صنعتی یکی از ابزار آلاتی بودند که با رخداد انقلاب صنعتی تکامل یافت و دستخوش تغییرات مثبت شد، که در زمینه های مختلف صنعت مورد استفاده قرار گرفتند. برای ارائه یک تعریف عمومی از قالب می توان به محفظه ای عموما باز برای شکل دادن به مواد اولیه با راه های گوناگون از قبیل فشار ،ضربه و دستیابی به قطعه مورد نظر اشاره کرد.

قالب ها در ابعاد و جنس های مختلفی ساخته می شوند و از آنجا که تک سازی قطعات خیلی مورد نظر تولید کنندگان نیست با استفاده از قالب ها حجم و سرعت تولید را بالا می برند. امروزه با روشهای مختلف قالبسازی مدرن چرخه تکمیل ابزارآلات مورد نیاز تولید بسیار روان تر و سریع تر شکل می گیرد. ساخت قالب امروزه یکی از زمینه های گسترده و پرکار در زنجیره تامین ابزار تولید به حساب می آید .

 قالب‌های صنعتی که از آن‌ها برای تولید استفاده می‌شود بسته به روش تولید قطعات، انواع مختلفی دارند که با توجه به قطعه و نمونه نهایی و مختصاتی که  از آن قطعه مورد انتظار است نوع قالب نیز تفاوت می‌کند، به  ‌طور کلی قالب‌ها را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد:

1. قالب‌های ریخته‌گری
2. قالب‌های تزریق پلاستیک
3. قالب‌های آهنگری

     4.قالب‌های پرس (انواع پرسهای هیدرولیک،پنوماتیک)

در مطلب آموزشی امروز تصمیم داریم بیشتر به قالبهای آلومینیوم و آن دسته از قالب هایی که در صنعت اکستروژن استفاده می شود پرداخته و زمینه افزایش آگاهی شما را در این مورد فراهم نماییم، با ما همراه باشید.

اهمیت قالب آلومینیوم

اگر بخواهیم فرایند تولید آلومینیوم را به پیکر یک انسان تشبیه کنیم قطعا قلب این پیکر را قالب آلومینیوم تشکیل می دهد. قالب آلومینیوم در کنار عملکرد پرس(فشار و دما)، مواد اولیه(بیلت) فرایند تولید را تشکیل می دهند . اگر قالب آلومینیوم آن طراحی لازم و دقیق را بهمراه نداشته باشد کل فرایند مردود شده و قطعا خروجی تحت عنوان یک محصول تائید شده شناخته نمی شود.

ساخت قالب به لحاظ دقت در ابعاد و طراحی مناسب ، همچنین به لحاظ استحکام و طول عمر، نقش تعیین کننده ای در کیفیت پروفیل آلومینیوم و همچنین کاهش قیمت تمام شده پروفیل خواهد داشت. قالب بایستی با توان پرس هیدرولیک برای تولید قطعات آلومینیومی همخوانی داشته باشد.از سوی دیگر قالبها بایستی از نظر طراحی مواد اولیه از نوع آلیاژ فولادی با دقت کامل طراحی و ساخته شوند.

از آنجا که امروزه با افزایش سرسام آور قیمت فولادهای مورد استفاده برای ساخت قالب و همچنین گرانی ابزارآلات قالبسازی ساخت قالبها با هزینه های بسیار بالایی به اتمام می رسد. بایستی طراحی قالب آلومینیوم به شکلی صورت پذیرد که همخوانی کامل با مشخصات فنی قطعه داشته باشد. معمولا امروزه در واحدهای تولید آلومینیوم یک بخش مجزا واختصاصی برای تولید و ساخت قالبها در نظر گرفته شده است. در گذشته با توجه به پایین بودن میزان تقاضا معمولا قالب های آلومینیوم برون سپاری می شدند و رفته رفته با افزایش میزان تقاضا برای قطعات آلومینیوم تولیدکنندگان بر آن شدند خودشان قالبهای مورد نیاز را تولید نمایند.

قالب های آلومینیوم بسته به نظر مشتریان در محل کارخانه در بخش هایی که معمولا به نام آرشیو قالب نامیده می شوند نگهداری می گردند . ممکن است بخشی از مشتریان با اتمام قرارداد و تولید محصولات، قالبهای خود را از تولید کننده تحویل بگیرند. در حال حاضر شیوه های قالبسازی به شکل مدرن و پیشرفته ای درآمده است که در بخش های دیگر به آن می پردازیم ولی جالب است بدانید که امروزه شرکتهایی تاسیس شده و شکل گرفته اند که تخصص اصلی آنها تولید انبوه قالبهای آلومینیوم می باشد.

در کنار پیشرفت در نحوه تولید قالبها، بازارهای موازی همگام با میزان تقاضای قالب های آلومینیوم شکل گرفته است . برای مثال بازارهای فولاد با افزایش ساخت قالب آلومینیوم رونق بسیاری بدست آوردند. ابزارآلات و ماشینهای گوناگونی برای سهولت کار ساخت قالب های مدرن ساخته و به بازار عرضه شده است . مواد مصرفی برای نگهداری بهینه قالبها همانند سودها با تقاضای همیشگی در راندمان بالا روبرو هستند . جالب است بدانید همین حالا شرکتی در ترکیه مشغول بکار است که با 800 نفر پرسنل روزانه 1000 دست قالب آلومینیوم برای شرکت های تولید کننده در اقصی نقاط جهان تولید و ارسال می کند.

در خصوص نگهداری و پرداخت قالب آلومینیوم نیز پیشرفتهای خوبی حاصل شده است که در بخش های بعدی به آن خواهیم پرداخت. آنچه مسلم است گستره علم قالبسازی مدرن آلومینیوم روز به روز در حال توسعه می باشد چرا که اقبال صنایع گوناگون به مصرف قطعات آلومینیومی لحظه به لحظه در حال افزایش است. امروزه شاهد هستیم قطعاتی در صنایع مختلف که طی یک قرن با فولاد ساخته و بکارگیری می شدند، جای خود را به قطعاتی ساخته شده از آلومینیوم داده اند و همین امر باعث شده نگاه به قالب آلومینیوم یک نگاه فرا تکنیکی باشد.

انواع روشهای قالب سازی آلومینیوم

معمولا قالب های آلومینیوم به دو روش نیمه مکانیزه و تمام مکانیزه ساخته می شوند .در هر دو روش مراحل کار به چهار بخش اصلی : طراحی ، ساخت ، مونتاژ و آبکاری تقسیم می گردند.

مرحله طراحی

در مرحله طراحی ابتدا طرح اولیه قالب بصورت یک شمای کلی به صورت دستی بر روی کاغذ پیاده می گردد . پس از آن طراحان متخصص در زمینه نقشه کشی با استفاده از اتوکد و دیگر نرم افزارهای طراحی صنعتی  طرح قالب را بصورت سه بعدی پیاده می کنند و در این مرحله ابعاد و اندازه های قالب بصورت دقیق مشخص می گردد. لازم به ذکر است در این مرحله نوع فولاد مورد استفاده برای ساخت قالب و نوع آلیاژ آن هم مشخص می گردد.در خصوص فولادهای مورد استفاده در ساخت قالب آلومینیوم در بخش های بعدی صحبت خواهیم کرد.

روش نیمه مکانیزه

در این روش پس از آنکه طرح قالب به تائید کارفرما یا همان مشتری رسید، بر حسب طرح و ابعاد قالب فولاد مورد نیاز برش شده و بر روی دستگاههای فرز و تراش نصب شده و کار ساخت قالب با حضور اپراتور انجام می شود . اپراتور کار فرماندهی به دستگاه ها را در خصوص اندازه و میزان حرکت فرزهای و مته ها انجام می دهد.در روش نیمه مکانیزه حضور اپراتور بصورت دائم در هنگام کار دستگاه ها بر روی قالب آلومینیوم الزامی است .

روش تمام مکانیزه

در این روش فولاد برش شده بر روی دستگاههای cnc نصب شده و برنامه کلی ساخت قالب طبق برنامه های از قبل نوشته شده برمبنای نقشه قالب به دستگاه cnc داده می شود و تمام مراحل ساخت قالب توسط دستگاه cnc انجام می شود. در این روش اپراتور فقط گاهی برای چک کردن دستگاه و وضعیت کلی حضور می یابد.

مرحله مونتاژ

قالب آلومینیوم معمولا از دو تکه تشکیل شده اند که در پایان مرحله ساخت بایستی مونتاژ نهایی بر روی آنها صورت بگیرد و در این مرحله ملاحظات نهایی قالب نیز توسط سازنده انجام می شود.

آبکاری قالب

در مرحله آبکاری قالبهای ساخته شده برای متعادل نمودن میزان سختی آنها فرایند آبکاری را پشت سر می گذارند. در عملیات آبکاری قالب آلومینیوم با در نظر گرفتن سختی ۴۸ راکول، آزمایش سختی سنجی انجام می‌شود. زیرا هرچقدر سختی بیشتر باشد، فولاد شکننده‌تر خواهد بود و درعین‌حال سختی کمتر باعث شکل گرفتن فولاد گرمکار می‌شود.نگهداری از قالب اکسترود آلومینیوم از مهم‌ترین عوامل است که خود شامل چند مرحله اعم از نیتراسیون می‌شود.

انواع قالبهای آلومینیوم

• قالبهای فولادی

• قالبهای تنگستنی

جدیدا با روی کارآمدن قالب های مدرن آلومینیوم از تنگستن هم برای ساخت قالبهایی معمولا با سطح مقطع کوچک وظریف استفاده می شود.

فولادهای مصرفی برای ساخت قالب آلومینیوم

معمولا برای ساخت قالب آلومینیوم از فولادهای دسته گرمکار استفاده می شود،  فولادهای گرمکار دارای حجم کمی از کربن هستند که از آن برای دستیابی به حد بالای چقرمگی در فولاد استفاده می شود. همچنین دارای عنصرهایی مثل Mo ، W ، Co جهت مقاومت در برابر نرم شدن در دمای بالا میباشند. اضافه کردن عنصر وانادیم به ترکیبات فولاد مقاومت حرارتی فولاد را افزایش میدهد . لیکن به طور کلی عنصر وانادیم جهت افزایش مقاومت در برابر سایش به این فولادها اضافه میشود.

فولادهای گرمکار به دو دسته عمده تقسیم میشوند:

۱ - فولادهای مولیبدن دار

مولیبدن بدون اینکه به میزان زیادی نرم یا منبسط شود می تواند دماهای خیلی بالا را تحمل کند، و این امر استفاده از آن را در محیط های با گرمای شدید مناسب کرده است، به همین دلیل از آن در ساختار فولادهای گرمکار استفاده می کنند اکثر آلیاژهای فولاد با مقاومت بالا به عنوان مثال ، فولادهای 41xx حاوی 0.25٪ تا 8٪ مولیبدن هستند

۲ - فولادهای تنگستن دار

فولادهای تنگستن دار مقاومت در برابر نرم شدن و خستگی حرارتی بهتری دارند . ولیکن به خاطر میزان چقرمگی پایین،برای کاربردهای خاص از آن استفاده میشود. قالب آلومینیوم ساخته شده از فولاد گرمکار عموماً باید بتواند درمدتی طولانی، تنش های مکانیکی شدید به همراه تغییرات تنش های حرارتی را تحمل کند.

انواع قالب آلومینیوم از نوع ظاهری

• قالب بکر دار

در این نوع  قالب آلومینیوم که به قالب آلومینیوم باز هم مشهور هستند پروفیل آلومینیوم خروجی معمولا به صورت مستقیم مورد استفاده قرار نمی گیرد. باید بر روی پروفیل آلومینیوم خارج شده از دستگاه اکستروژن عمیلیاتی انجام داد که بتوان از آن در صنایع مختلف استفاده کرد.

برای تولید این نوع پروفیل آلومینیوم یک قالب همراه بکر لازم است. بکر قسمتی از قالب اکستروژن است که کار هدایت پروفیل الومینیوم اکسترود شده را برعهده دارد.قالب اکستروژن پروفیل آلومینیوم توسط رینگ متناسب در دستگاه اکستروژن قرار می گیرد . بسته به اندازه قالب که آن هم به اندازه پروفیل آلومینیوم بستگی دارد رینگ مورد نظر انتخاب می شود .

• قالب سنبه ماتریسی

این نوع قالب آلومینیوم که قالب بسته هم معروف است برای پروفیل آلومینیوم حفره دار استفاده می شود در این قالب های اکستروژن بیلت آلومینیومی از سنبه عبور و به ماتریس تزریق می شود. در این نوع اکستروژن برای تولید پروفیل های سالید از قالب سمبه و ماتریسی استفاده می شود .

از مزیت های این نوع قالب اکستروژن این که فشار وارد بر قالب را می کاهد و از شکستن آن جلوگیری می کند در تولید هیت سینک های آلومینیومی به دلیل ظرافت اجزای آن، ممکن است قالب آلومینیوم بشکند به همین منظور این روش مطمئن تر از ساخت و استفاده قالب سنبه ماتریس است . در مجموع این قالب اکستروژن نیاز به هزینه بییشتری است لذا برای پروفیل های آلومینیوم حساس تر مورد استفاده قرار می گیرند .

واحد قالبسازی مجتمع تولیدی صنعتی آلومینات

توانایی های واحد قالبسازی مجتمع تولیدی صنعتی آلومینات:

بخش طراحی و ساخت ابزار تولید یا قالبسازی مجتمع تولیدی صنعتی آلومینات یکی از قدیمی ترین و با ثبات ترین واحدهای این مجموعه صنعتی به حساب می آید .  با توجه به دانش فنی نیروهای با تجربه و با سابقه این شرکت را از نظر تامین قالبهای تولید بی نیاز از منایع خارج از سازمان نموده است .

تجهیزات موجود و توانمندی های بخش قالبسازی :

این بخش با در اختیار داشتن نیروی انسانی متخصص و با تجربه و بهره گیری از از  دستگاه های پیشرفته مشغول به ساخت پیچیده ترین و سنگین ترین قالبهای مورد نیاز مجموعه است .

بخش طراحی و قالبسازی این شرکت تمامی مراحل ساخت یک قالب را بخودی خود انجام می دهد مراحلی همچون :

• نقشه کشی و طراحی
• آنالیز مواد و فولاد مورد نیاز
• مدل سازی
• ساخت قالب

همچنین این بخش توانایی ساخت قالب  تا سطح مقطع 400 میلیمتر را با انواع فولادها در گروه های آلیاژی متنوع را داراست.

در زمینه امکان سنجی برای دریافت سفارش از مشتریان اولین بخشی که اطلاعات مربوطه را باید تکمیل نماید قالبسازی است و این بخش کلیدی است که در گام اول امکان تولید مقاطع سفارش شده را از نظر ابزار تولیدی مورد نیاز مشخص می نماید. در صنعت اکستروژن داشتن یک بخش قالبسازی توانمند و متخصص یک نعمت بی بدیل به حساب می آید که آلومینات سالهاست در این زمینه خودکفا  گردیده است .