ساخت قالب برای پروفیل آلومینیوم
قالب سازی آلومینیوم صنعتی است که در راستای تولید محصولات آلومینیومی کاربرد دارد.
انواع قالب سازی آلومینیوم به دو مرحله طراحی و ساخت تقسیم می شود. طراحی قالب مهمترین و حساس ترین مرحله تولید قالب آلومینیوم است که بر اساس طرح سطح مقطع قطعه مورد نظر معمولا در فرمت اتوکد انجام می شود. طرح به صورت سه بعدی طراحی شده و وارد مرحله ساخت می شود.
مرحله ساخت به دو مرحله ماشین کاری و مونتاژ تقسیم می شود. به طور کلی در مرحله ماشین کاری انواع قالب، عملیات زیر با تقدم و تاخر متفاوت انجام می شود: برش قالب فولادی بر اساس طرح، تراشکاری اولیه، ماشین کاری سی ان سی، سخت کاری فولاد، وایرکات قطعه، اسپارک کاری، تنش گیری از فولاد، سنگ کاری سطح قالب فولادی، فیلر کاری. پس از انجام این عملیات قالب وارد مرحله مونتاژ می‌شود و برای استفاده نهایی و تولید آماده می‌شود.
چنانچه فرایند تولید پروفیل آلومینیومی را به چهار بخش عمده ی قالب ، بیلت ، پرس و عملیات تکمیلی تقسیم کنیم ، تمام این بخشها از درجه اهمیت یکسان برخوردار می باشند . 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. به منظور دستیابی به این دو هدف مهم این شرکت سازنده قالب به روش CAD/CAM اقدام به طراحی و ساخت قالب های اکستروژن پروفیل آلومینیوم نموده است.
فولاد قالب سازی
در حالت کلی فولادهای موجود در صنایع به سه دسته تقسیم بندی میشوند که یک دسته از آنها در مورد قالب سازی آلومینیوم قابل بحث هستند.
فولادهای گرمکار:
این دسته از فولادهای گرمکار برای کاربری های با دمای بیشتر از 320 درجه سانتیگراد است. فولادهای گرمکار در مقایسه با سایر فولاد ها از کربن کمتر به منظور به دست آوردن بیشترین سختی و دارای عناصری مانند:Mo ، W Co جهت مقاومت بیشتر در مقابل نرم شدن در دماهای بالا می‌باشند.
با اضافه کردن عنصر وانادیم به عناصرهای تشکیل دهنده فولاد، میزان مقاومت حرارتی فولاد را افزایش می دهد اما باید در نظر داشته باشید که در حالت کلی عنصر وانادیم جهت بیشتر کردن مقاومت در برابر سایش به این فولادها اضافه می شود.
فولادهای گرمکار به دو دسته عمده تقسیم می شوند:
- فولادهای مولیبدن دار
- فولادهای تنگستن دار
عنصر اصلی دسته اول “مولیبدن” و عنصر اصلی دسته دوم “تنگستن” است. آن دسته از فولادهای مولیبدن دار معمولاً چقرمگی ومقاومت در برابر شوک حرارتی بیشتری نسبت به گروه دسته دوم (تنگستن دار) از خود نشان میدهند و به همین دلیل می توان به راحتی با آب آن را سرد کرد (مقاومت در برابر شوک حرارتی) که از این دسته بیشتر از سایر موارد به عنوان فولاد گرمکار جهت ساخت قالب اکستروژن استفاده می شود.
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 می شود. قالب اکستروژن ساخته شده از فولاد گرمکار عموماً باید بتواند درمدتی طولانی، تنش های مکانیکی شدید به همراه تغییرات تنش های حرارتی را تحمل کند.
فولاد ابزار گرمکار برای ساخت ابزار و قالب های شکل دهی گرم آلیاژهای از نوع آهنی و غیرآهنی در دماهای بیش از 200 درجه استفاده می گردد.
بهره مندی کافی و رضایت بخش از قالب اکستروژن آلومینیوم و تولید محصول مناسب مطابق تلرانس های استاندارد، بستگی به کیفیت فولاد استفاده شده، روش ساخت قالب اکستروژن، عملیات سختکاری قالب اکستروژن ،انتخاب صحیح ومتناسب فولاد مطابق کاربرد آن ،طراحی هندسی درخور شرایط تولید، انتخاب میزان سختی کافی باشرایط تولید و توان پرس اکستروژن و مهمترین و آخرین بخش استفاده و نگهداری اصولی قالب اکستروژن آلومینیوم دارد. به دلیل تنوع عناصر شیمیائی درفولادهای گرمکار، با انتخاب مناسب قالب، می توان تمام خواص مورد نیاز را از قالب ساخته شده انتظار داشت.
قالب سازی آلومینیوم و ضرورت وجود خواص فولاد گرمکار:
- مقاومت بیشتر در مقابل بازگشت
- برخورداری از استحکام کششی گرم بسیار بالا
- برخورداری از مقاومت در مقابل ضربه خوردگی گرم بسیار بالا
- برخورداری از مقاومت در مقابل ساییدگی بسیار بالا
- برخورداری از مقاومت در مقابل شوکهای وارده حرارتی بسیار بالا
به طور کلی برای بهره مندی خوب از ساخت قالب آلومینیوم و تولید محصول مناسب بر پایه تلرانس استاندارد عوامل و شرایط بسیاری تاثیرگذار است:
- نوع و کیفیت فولاد گرمکار استفاده شده
- روش طراحی و ساخت قالب اکستروژن
- عملیات حرارتی و سخت کردن قال
- انتخاب صحیح و درخور فولاد مطابق کاربرد آن
- طراحی هندسی مناسب و درخور شرایط تولید پروفیل آلومینیوم
- برگزیدن میزان سختی مناسب باشرایط تولید اکستروژن
- توان و فشار پرس اکستروژن در تولید پروفیل آلومینیوم
- روشهای نگهداری اصولی قالب اکستروژن آلومینیوم
فولادهای سردکار:
این دسته از فولاد که با نام فولادهای سردکار مانند IASC2363 ، IASC2379 نامیده می شوند معمولاً در دمای حدود 320 درجه سانتیگراد قرار بگیرند، کمی نرم شده و سختی و استحکام آنها کاهش می یابد.
فولاد های تندبر:
این دسته از فولاد ها تحت عنوان ابزار برش (مانندIASC3343 ، IASC3202) مورد استفاده قرار میگیرند در چنین دمایی (حدود 316 درجه سانتیگراد) دچار نرمی نمیشوند ولی به طور معمول میزان مقاومت در برابر شوک حرارتی آنها جهت استفاده در موارد دمای بالا کافی نیست.
انواع قالب آلومینیوم
قالبهای صنعتی که برای تولید قطعات آلومینیومی ساخته می شود، بر اساس شیوه تولید محصول به دو دسته تقسیم می شود. نوع قالب بر اساس ویژگیهای قطعه نهایی مشخص می شود.
- قالب های ریخته گری
- دایکست
- ریژه یا ثقلی
- قالب پرس
- اکستروژن
1.قالب ریخته گری
به منظور تولید قطعات آلومینیومی به شیوه ریخته گری دو نوع قالب بر مبنای ویژگیهای محصول مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد. قالب دایکست و قالب ریژه از انواع قالبهای ریخته گری هستند.
- قالب دایکست
قالبهای دایکست برای تولید قطعات که به شیوه ریخته گری تحت فشار بالا تولید می شوند، به کار می رود. در این روش آلومینیوم مذاب با فشار وارد قالب می شود ودر حالت تحت فشار به حالت انجماد در می آید.
مزایا و معایب قالب سازی دایکاست
این شیوه امکان تولید قطعات آلومینیومی در تیراژ بالا به صورت سری، با کیفیت سطحی خوب و دیواره بسیار نازک (1.5 تا 15 mm) را ایجاد می کند. قطعات تولید شده به این شیوه از استحکام بالایی برخور دارند. علی رغم مزیت‌ها و قابلیت‌های بسیار، هزینه تولید قطعه به این شیوه بالاست.
- قالب ریژه یا ثقلی
این نوع قالب برای تولید قطعات به شیوه ریخته گری با فشار پایین، به کار می رود. این قالب‌ها از جنس فولاد به صورت دو قسمت ثابت و متحرک ساخته شده و بهم متصل می شود.
مزایا و معایب قالب ریژه
امکان تولید قطعاتی که میزان ضخامت آن در سطح یکنواخت نمی‌باشد، استحکام قطعات تولید شده به این روش زیاد است. هزینه طراحی این قالب به دلیل پیچیدگی آن بالاست.
- قالب پرس
قالب اکستروژن یکی از انواع قالب جهت تولید قطعات آلومینیومی به شیوه پرس برش است. جنس این قالب از فولاد گرمکار می‌باشد. در این شیوه آلیاژ آلومینیوم به صورت خمیری و نه مذاب، تحت فشار یکنواخت وارد قالب شده و ازطرف مقابل به منظور صاف شدن قطعه کشیده می شود ، سپس برای بهبود کیفیت محصول تحت عملیات گرم کاری و سرد کاری قرار می گیرد.
این شیوه امکان تولید قطعات با طول بلند و یا چند تکه ای را ایجاد می کند و کاربرد بسیار زیادی در صنعت آلومینیوم و قالب سازی آلومینیوم دارد، انواع پروفیل های آلومینیومی به این شیوه تولید می شود.
- قالب اکستروژن
طراحی قالب های اکستروژن
در طراحی قالب اکستروژن ، طراحی نوع مواد خور ها در قالب، نحوه رساندن مواد به سمبه ها، نوع و اندازه بیرینگ ها ، ابعاد قالب چه از نظر ضخامت قالب که در اثر فشار ها تغییر شکل ندهد و چه از نظر قط قالب که بتوان مواد خور ها را درست و به جا طراحی کرد از اهمیت ویژه ایی برخوردار هستند.
مراحل ساخت ساخت قالب اکستروژن آلومینیوم پس از تایید نقشه مقطع پروفیل شامل مجموعه ای از به ترتیب:
- طراحی به کمک نرم افزار
- برش فولاد
- تراشکاری
- ماشین کاری با استفاده از CNC
- سخت کاری
- وایرکات
- اسپارک
- تنش گیری
- سنگ کاری
- فیلرکاری و در نهایت آماده سازی نهایی و پرداخت روی قالب برای تولید می باشد.
عوامل موثر بر قالب اکستروژن
اگر بخواهیم عوامل اصلی موثر در عمر قالب اکستروژن و قیمت قالب اکستروژن را بررسی کنیم باید به چهار عامل زیر بپردازیم:
- جنس فولاد
- سبک و نوع طراحی قالب اکستروژن
- نوع عملیات حرارتی (آبکاری)
- نگهداری و نیتراسیون قالب اکستروژن
جنس مواد اولیه مصرفی در ساخت قالب اکستروژن:
در مورد جنس مواد اولیه مصرفی در ساخت قالب اکستروژن ،که همان فولاد گرمکار می باشد سه نوع فولاد در صنعت قالب سازی اکستروژن در ایران مورد استفاده است :
- فولاد آلیاژ ORVAR2Mاز شرکت UDEHOULM
- فولاد بهلرآلمان
- فولاد ۲۳۴۴ متفرقه (محصول اسلونی ,چک ,اکراین , ژاپن ,فولادآلیاژِی اصفهان و شرکت اسفراین )
عملیات حرارتی قالب های اکستروژن
در مرحله عملیات حرارتی قالب های اکستروژن،با توجه به گرمکار بودن فولاد ها، آزمایش سختی سنجی با در نظر گرفتن سختی 48 راکول بسیار اهمیت دارد چراکه سختی بیشتر باعث شکننده شدن فولاد و سختی کمتر باید فرم کرفتن فولاد گرمکار می شود.
نگهداری قالب های اکستروژن
آخرین و چه بسا مهمترین بخش، نگهداری از قالب های اکستروژن می باشد که خود شامل بخش های پنج گانه می شود که در زیر به آن می پردازیم:
- سود کاری قالب اکستروژن : که به منظور خالی کردن قالب از مواد اولیه باقی مانده تولیدی و تمیز کاری آن می شود.
- پیش گرم بیلت آلومینیومی و دمای نهایی: رساندن دمای بیلت به دمای 400 تا 450 درجه و تولید وابسته به مقطع مورد نظر را تحت عنوان پیش گرم از آن یاد می کنند.
- پیش گرم قالب و دمای تزریق: قالب برای تولید باید به دمای مطلوب و در حدود 200 درجه رسیده باشد تا در زمان تحت فشار قرار گرفتن دچار شکستگی نشده و تزریق در سلامت انجام شود.
- فشار دستگاه پرس اکستروژن : توجه به میزان فشار پرس اکستروژن در زمان اکسترود پروفیل آلومینیوم بسیار حائز اهمیت است و باعث به دست اوردن محصول با کیفیت می شود.
- نیتراسیون قالب های اکستروژن :یکی از مهمترین بخش های نگهداری از قالب اکستروژن، بحث نیتراسیون قالب های اکستروژن است که در این عملیات یک لایه با مقاومت سطحی بسیار بالا بر روی فولاد، مانع از خش دار شدن سطح فولاد و پروفیل آلومینیوم بواسطه تماس مستمر آلومینیوم می گردد.
روش ساخت قالب
۱– روش سنتی
۲– روش
CAD/CAM ( COMPUTER MACHINERY AUTOMATIC DESIGN / COMPUTER AUTOMATIC )
در روش CAD/ CAM عملیات ساخت قالب اکستروژن به ترتیب فرایند به سه بخش تقسیم می شود:
۱) طراحی پروفیل با استفاده از نرم افزار های طراحی و نقشه کشی
۲) طراحی قالب اکستروژن و شبیه سازی خروجی پروفیل با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی
۳) ساخت سخت افزاری قالب اکستروژن با استفاده از از ماشین آلات CNC
مشخصات قالبسازی پروفیل آلومینیوم به روش Cad Cam
- دقت در ابعاد پروفیل آلومینیوم
- طراحی اختصاصی قالب اکستروژن
- استحکام و طول عمر بالا ی قالب
- کیفیت پروفیل آلومینیوم مناسب
- کاهش قیمت تمام شده پروفیل آلومینیوم
مزایا و معایب روش CAD/ CAM
مزایا:
- دقت با تلرانس برابر تلرانس ماشین آلات CNC می باشد.
- در صورت تکرارپذیری امکان کپی مجدد بدون خطای انسانی مقدور می باشد.
- در صورت تکرار پذیری زمان طراحی در پروسه ساخت قالب حذف می شود.
- به دلیل شبیه سازی در نرم افزار و تست خروجی پروفیل قبل از ساخت ، امکان اصلاح بسیار پایین است.
- به دلیل استفاده از CNC کیفیت پروفیل آلومینیوم و قالب اکستروژن به مراتب بالاتر می رود.
- در صورت نیاز به اصلاح ، قالب آسیب کمتری می بیند و راحت تر می توان آن را اصلاح نمود.
- عمر قالب بالاتر است.
معایب:
- قیمت بالاتر در تعداد کم
- زمان ساخت بیشتر
