فهرست مقاله
قالب های برش و فرم
قالب های برش و فرم ابزاری برای شکل‌دهی و برش مواد مختلف، به طور عمده فلز، هستند. این اتفاق در فرآیندی به نام پرس‌کاری یا سنبه‌کاری انجام می شود.
قالب‌ها در چه مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند؟
از قالبهای برش و فرم جهت فرم دادن و بریدن فلزات نازک استفاده می‌شود. قالب‌ها از قطعات مختلفی ساخته می شوند. قسمت اصلی همه‌ی آنها “سنبه و ماتریس” و یا “سنبه و قطعه‌ی فرم دهنده” می‌باشد.
عملیاتی که در کارهای قالب‌سازی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل موارد زیر می‌باشد :
-
عملیات بلانک زنی :
یک سنبه و ماتریس همه‌ی محیط قطعه را از نواری فلزی جدا می کند. آنچه که از قالب بیرون می افتد، قطعه اصلی و آنچه که به صورت توخالی باقی می‌ماند، دم قیچی است .
-
عملیات سوراخ زنی:
در این مورد به وسیله‌ی یک سنبه روی قطعه کار سوراخ یا سوراخ‌هائی ایجاد می‌شود. سپس آنچه که در قالب باقی مانده است قطعه‌ی کار و آنچه که از قالب بیرون افتاده، دور ریز است .
عملیات سوراخ زنی و بلانک زنی معمولا در یک قالب واحد انجام می‌شوند.
-
عملیات خم کاری :
خم‌کاری فرم دادن یک قطعه‌ی فلزی بین یک سنبه و ماتریس فرم داده شده، به شکل دلخواه است.
به دلیل خاصیت انعطاف پذیری فلزات، زاویه دهانه ماتریس فرم دهنده کمی کوچک‌تر از اندازه‌ی مورد نظر می‌باشد.
خم‌کاری صفحات بزرگتر به وسیله‌ی پرس‌های پنوماتیکی یا هیدرولیکی دو مرحله‌ای انجام می‌شود.
حرکت ضربه زدن اینگونه پرس‌ها را قابل توقف در هر زمانی است. همچنین سرعت پرس‌کاری قابل تغییر است.
-
عملیات کشش :
کاسه‌ها، پوسته‌ها و قطعات دیگر به وسیله‌ی قالبهای کششی تولید می‌شوند.
روش کار این قالب‌ها بسیار جالب است. در این روش نوارفلزی، میان سنبه و ماتریسی که بین آنها یک فضای خالی وجود دارد قرار می‌گیرد و پائین آمدن سنبه روی ماتریس، نوار فلزی را به شکل سنبه یا ماتریس در می‌آورد.
در این روش احتمالا خاصیت انعطاف‌پذیری بازگشتی یک اشکال اساسی ایجاد کند. به این صورت که قطعه‌ی فرم داده شده وارد یک کانال گشادتر شده وتا اندازه ای جا باز کند.
هنگام بازگشت سنبه به طرف بالا، دهانه‌ی باز شده‌ی قطعه به لبه‌ی ماتریس گیر و تعدد عملیات باعث خرابی این لبه می‌شود.
-
عملیات قالب بلانک زنی ساده :
در این قالب‌ها ماتریس یا بستر قطعه، از جنس فولاد است. سطح آن را به صورت سخت درآورده اند. همچنین می تواند از جنس فولاد آلیاژی باشد که در مرحله‌ی اول آن را آبکاری و پس از آن تمپره (برگشت دادن یا نرم کردن) می کنند .
در متد ماتریس روی یک بالشتک یا پایه قرار می گیرد. آنچه باعث جدایی قطعه از نوار فلزی می‌شود، سنبه است.
این سنبه از جنس فولاد آلیاژی با فولاد ریختگی که در هر دو حالت تحت تاثیرعملیات حرارتی قرار گرفته است.
یک راهنما نوار را به داخل قالب هدایت و یک پین استپ آن را در موقعیت مناسب نسبت به سنبه متوقف می‌سازد.
جهت تغییر موقعیت نوار فلزی، سوراخ ایجاد شده برای اولین بلانک، در پین استپ افتاده و وضعیت مشخصی برای نوار فراهم می‌کنند .
زمانی که سنبه روی نوار فلزی سوراخ ایجاد کرد، نوار به گلوله‌ی سنبه می چسبد. هنگام بازگشت سنبه، صفحه‌ای فولادی به نام روبنده، موجب جدا شدن نوار از سنبه می‌گردد.
برای مشاهده‌ی وضعیت نوار فلزی و پین استپ نسبت به هم در هر لحظه، روی روبنده سوراخ کوچکی تعبیه می‌شود .
-
قالبهای ترکیبی سوراخ زنی و بلانک زنی
نمونه‌ای از این قالب‌ها که هر دو کار سوراخ زنی و بلانک زنی را صورت داده و واشر فلزی تولید می کند، دارای قطعاتی است که درآغاز قطعه‌ی نوار فلزی را سوراخ می‌کند و پس از آن همان سوراخ در یک شرایط مناسب زیر قطعه قرار داده می‌شود.
در این مرحله پائین آمدن سنبه باعث تولید یک واشر کامل می گردد. لازم به ذکر است که هر ضربه پرس یک واشر کامل تولید می‌کند.
جهت تعیین موقعیت نوار فلزی، سوراخی که اثرعمل بلانک زنی بر روی نوار ایجاد کرده مورد استفاده قرار می‌گیرد .
تفاوت سیستم استپ چنین قالب‌هایی با قالبهای قبلی، در انعطاف پذیر بودن مکانیزم استپ آنها می‌باشد.
جهت ثبات وضعیت صفحات بالائی و پایینی قالب ، از یک جفت میله‌ی راهنما استفاده می‌شود. علاوه بر این وجود یک راهنمای برجسته در نوک سنبه باعث هدایت درست و مناسب آن به درون قالب می‌شود .
الف :
جهت کم کردن فشار وارده به پرس، نوک سنبه یا ماتریس را به شکل شیب‌دار یا زاویه‌دار می‌سازند تا برش به صورت تدریجی در قطعه انجام گیرد. اصولا شیب‌های یک طرفه موجب به وجود آمدن یک نیروی محوری مزاحم می‌شود، روش مقابله با این اشکال ایجاد شیب مضاعف در روی سنبه یا ماتریس است.
ب :
در قالب‌هایی که سنبه‌های متعدد دارند، جهت کم کردن نیروی وارده به پرس، می‌توان از سنبه هایی با طول‌های متفاوت استفاده کرد به این صورت که تمامی آنها هم‌زمان با نوار فلزی درگیر نگردند.
ج :
در قالبهای بلانک زنی یا سوراخ زنی که پیرامون کار پاره شده و قطعه مورد نظر از نوار فلزی جدا می شود، برای به دست آوردن یک لبه صاف و تمیز در اطراف قطعه‌ی پرس شده، لازم است میان سنبه و ماتریس یک فضای خالی پیش بینی کنیم. اندازه‌ی این فضا، به ضخامت نوار فلزی و همین‌طور خواص مکانیکی نوار بستگی دارد .
عموما این فضا را به اندازه‌ی ضخامت نوار فلزی انتخاب می‌نمایند. در عملیات بلانک زنی، ماتریس را به اندازه‌ی ابعاد کار ساخته و فضای خالی را بر روی سنبه محاسبه نموده و آن‌را کوچک‌تر درست می‌کنند. هنگام سوراخ‌کاری، سنبه را به اندازه‌ی ابعاد کار ساخته و ماتریس را بزرگتر می‌سازند.
د :
بعد از کارهای سوراخ‌کاری یا بلانک زنی، لازم است قطعه‌ی جدا شده از نوار فلزی به راحتی از دهانه‌ی ماتریس خارج گردد به همین دلیل دهانه‌ی ماتریس را تحت زاویه و شیب‌دار درست می‌کنند.
اصولا بعد از این‌که تعداد مشخصی قطعه توسط قالب تولید شد لبه‌های ماتریس قالب کند می‌گردد، جهت از بین برد این مشکل کفه‌ی بالائی ماتریس را سنگ می زنند. به دلیل این‌که سنگ زدن، موجب زیاد شدن لقی بین سنبه و ماتریس نشود، دهانه ماتریس دارای شیب غیر یکنواخت است و در ابتدای کف دهانه ماتریس بخشی صاف تعبیه شده است .
ه :
جهت جلوگیری از هدردهی مواد اولیه، پیش از ساخت قالب باید موقعیت قرار گیری قطعات مورد پرس‌کاری را با دقت کامل بررسی نموده و نقشه‌ای کامل از آنها ترسیم کرد .
طراحی قالبهای پرس
به وسیله‌ی قالب‌ها عملیات گوناگونی روی فلزات انجام داد. این بستگی کاملی به طراحی و ساخت قالب‌ها دارد. در مواردی که مقدار تولید بالاست قالب‌ها کامل‌تر و در مواردی که تعداد قطعات مورد نیاز کم است قالبهای ساده تری تولید می‌گردد.
تولید قطعات به وسیله قالب مزایایی دارد که برخی از آنها عبارتند از:
- بالا رفتن سطح تولید
- ارزان‌تر تمام شد قطعه‌ی تولیدی
- یکسان بودن شکل و اندازه‌ی قطعات
- تولید قطعات با دقت و ظرافت بیشتر
جهت طراحی یک قالب باید بسیاری از مسائل مرتبط با پرس‌کاری، ساخت و نحوه‌ی استفاده از قالب‌ها و قطعاتی که قصد تولید آنها را داریم را بررسی و طراحی کنیم . به شکلی که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه و از جهت طراحی قابل توجه باشد. همچنین در مدت زمان کوتاه‌تری قطعات بیشتری را تولید نماید .
بخش های مختلف قالب برش
قالبهای برش از ترکیب بخش‌های متعددی شکل می‌گیرند. این بخش ها عبارتند از :
| ردیف | نام قطعه | ردیف | نام قطعه |
| ۱ | سنبه | ۸ | روبنده یا ورق گیر |
| ۲ | ماتریس | ۹ | پین استپ |
| ۳ | کفشک بالائی | ۱۰ | سنبه گیر |
| ۴ | کفشک پایینی | ۱۱ | ضربه گیر |
| ۵ | میله‌ی راهنما | ۱۲ | پین انگشتی |
| ۶ | بوش راهنما | ۱۳ | توپی |
| ۷ | بیرون انداز | ۱۴ | قطعه‌ی کار(نوار) |
قالب‌ها شامل دو قطعه‌ی بالائی و پایینی می‌باشند. عموما نیمه بالایی محل قرارگیری سنبه‌ها می‌باشد و توپی نیز به کفشک بالائی سنبه می‌گردد و نیمه پایینی معمولا محل قرار گیری ماترس است .
قالبهای برش :
از طریق قالبهای برش، قطعه‌ها از نوار، تسمه های فلزی، صفحه‌ها یا پروفیل‌هایی از مواد مصنوعی، کاغذ، چرم، پارچه و مواد آب بندی، جداسازی و ساخته می‌شوند.
قالبهای دو تکه‌ای، عموما در دستگاه پرس بسته و در اثر حرکت مستقیم دستگاه به هم نزدیک و دور میگردند.
از شیوه‌های ساخت و تولید، مطابق با DIN8580 عموما عملیات شکل دادن، قطع کردن و اتصال به کار برده می‌شود.
هماهنگ با شیوه‌ی تولید، قالبهای به کار گرفته شده، با عناوین قالبهای شکل دادن، قالبهای برش و قالبهای اتصال نام‌گذاری می شوند.
قالب‌هایی که عملیات برش، شکل دادن و گاهی اتصال را صورت می‌دهند قالبهای مرکب یا سری یا یک مرحله‌ای نامیده می‌شوند .
مرحله‌های مختلف برش:
برش قیچی با قالبهای برش، همانند کار قیچی است. قطع شدن قطعه با سنبه و ماتریس انجام می‌پذیرد.
عملیات برش طی مرحله‌های زیر انجام می‌گیرد :
مرحله‌ی اول :
مواد در اثر نفوذ سنبه در آغاز به حالت الاستیک دچار تغییر شکل می‌شوند.
مرحله‌ی دوم :
با ادامه یافتن روند نفوذ سنبه در قطعه، الیاف مواد بیشتر کشیده می‌شوند. تا جایی که از حد الاستیک فراتر رفته و تغییر شکلی ماندگار صورت می‌گیرد، مواد از بیرون به درون لبه برش کشیده می‌شوند و در این منطقه، قوس تو کشیدگی اتفاق می‌افتد.
مرحله‌ی سوم :
همراه با نفوذ عمیق‌تر سنبه،الیاف مواد بیشتر از پیش کشیده می‌شوند. تا جایی که در انتها بر استحکام برشی(قیچی) غلبه پیدا می‌کنند. مواد در لبه برش قیچی شده و ترک‌های به وجود آمده از لبه‌های سنبه و ماتریس به طرف یک‌دیگر به حرکت درمی‌آیند.
مرحله‌ی چهارم :
استحکام سطح باقی‌مانده حالا به قدری کم است که با ادامه روند نفوذ سنبه، ترک خوردگی ادامه یافته و شکست مواد اتفاق می‌افتد. سطح شکست‌ها نسبت به سطح نوار و سطح بالای قطعه مایل می‌باشد.
مرحله‌ی پنجم :
زمانی که سنبه در مواد نفوذ می‌کند، نیروی الاستیک Fe ظاهر می‌گردد. این نیرو به شکل تغییر حالت بازگشت فنری مواد عمل می کند.
به این دلیل سنبه زیر فشار زیادی قرار می گیرد. نوار به روی سنبه که در وضعیت برگشت به موقعیت اولیه می‌باشد چسبیده و جهت جدا مودن آن می‌بایست بیرون انداز قرار داده شود.
مرحله‌ی ششم :
پس از بازگشت کامل سنبه، مواد به علت خاصیت بازگشت فنری دچار تغییر حالت میگردند. بازگشت فنری، به ایجاد سوراخ‌هایی که کمی کوچک‌ترند و قطعه‌های برش خورده‌ای که کمی بزرگ تر از قطر سنبه یا محفظه خالی ماتریس هستند منجر می‌گردد.
مهم‌ترین عوامل شکل دهنده‌ی قالبهای برش عبارتند از :
یکم- عامل مستقر شدن اجزای قالب (کفشک ها)
دوم- عامل هدایت و کنترل مسیر درست دو نیمه‌ی قالب (میل راهنما، بوش راهنما)
سوم- عامل برنده (سنبه و ماتریس که اصلی‌ترین عوامل قالب می‌باشند)
چهارم- عامل تخلیه شدن قالب (بیرون‌اندازها، روبنده و …)
پنجم- عامل متصل کننده‌ی قالب و دیگرعوامل (پیچ و پین،استپ‌های انگشتی و…)
در اینجا به شرح تک تک قطعه‌های یک قالب می‌پردازیم :
سنبه :
یکی از مهم ترین بخش‌های هر قالب، سنبه می‌باشد. جنس آن معمولا از فولادهای SPKR و SPK است .
بخش بالایی سنبه به شکل پخ یا پله‌ای است. در نتیجه به وسیله‌ی سنبه‌گیر در جای صحیح خود قرار می گیرد.
سنبه‌ها را پس از ساخت به وسیله‌ی عملیات حرارتی آبکاری و پس از سخت شدن لبه‌های برنده، سنبه‌ها را سنگ می زنند، این کار از خراب شدن سریع لبه‌های سنبه و مخارج اضافی برای تیز کردن مداوم آنها کم می‌کند.
سنبه‌های بسیار بزرگ را که تراشیدن یک‌سره آنها مقرون به صرفه نیست به شکل چند تیکه درست می‌کنند.
ماتریس
ماتریس‌ها معمولا از همان جنس فولادهای سنبه‌ها می سازند.
تلورانس میان سنبه و ماتریس باید به میزان معینی باشد. در غیر اینصورت یا قطعه طبق ابعاد مورد نیاز تولید نمی‌گردد و یا اگر تلورانس زیادتر باشد قطعه به جای این‌که بریده شود درون ماتریس می‌رود و به صورت کششی پاره خواهد شد.
جهت این‌که قطعه‌ها به سادگی از درون ماتریس بیرون بیایند، باید بخشی از سر ماتریس مطابق با قطعه و باقی آن تا انتها گشادتر باشد.
ماتریس به وسیله‌ی چندین پیچ و پین به کفشک پایینی بسته تا نسبت به سنبه‌ها در مکان صحیح قرار گیرد.
به این ترتیب لبه ی سنبه و ماتریس با هم در گیر نشوند و شکستگی ایجاد نکنند.
برخی ماتریس‌ها که ساختشان به شکل یک‌پارچه مشکل و یا خیلی بزرگ باشند، به شکل چند تکه و به روش‌های گوناگون تولید می شوند.
کفشک‌ها
کفشک‌ها عامل استقرار قطعه‌های یک قالب هستند. کفشک‌های شامل کفشک بالایی و کفشک پایینی هستند. عموما از جنس چدن ساخته می‌شوند.
روی کفشک‌ها قطعه‌های دیگری قرار می‌گیرد که شامل موارد زیر می‌باشد :
میل راهنما :
میل راهنما عموما درون کفشک پایینی پرس می‌شود و در کفشک بالائی درون بوش راهنما حرکت ارتعاشی دارد و به این شکل، کار هدایت و کنترل مسیر درست دو نیمه قالب را صورت می دهد، اصطکاک در این بخش به شکل سرشی و لغزشی می‌باشد.
بوش راهنما :
بوش راهنما درون کفشک بالایی پرس می‌گردد و به دلیل این‌که جنس سوراخ درون بوش راهنما از جنس میل راهنما نرم‌تر می‌باشد امکان تخریب میل راهنما را از بین می‌برد و همین‌طور کار روغن‌کاری میل راهنما را مقدور می سازد.
نگهدارنده‌ی میل راهنما :
زمانی که طول میله راهنما بلند باشد برای جلوگیری از شکستن یا خم‌شدن آن به وسیله‌ی نگهدارنده‌ی میل راهنما که بر روی کفشک پایینی قرار دارد، طول آزادی میل راهنما را محدود کرده و میل راهنما را تقویت می‌کنند.
توپی :
توپی‌ها در انواع گوناگون تهیه و به بازار عرضه می‌شود که بر مبنای بزرگی و یا کوچکی قالب از آنها استفاده می‌کنند.
توپی از یک سو به کفشک بالایی متصل شده و از سوی دیگر در گلویی یا دهانه‌ی فک بالایی پرس که متحرک می‌باشد سنبه می‌گردد. به این شکل با حرکت بخش بالایی پرس، قالب کار خود را صورت می‌دهد.
پین استپ :
جهت این‌که قطعه‌ی درآمده از ورق با کمترین میزان دورریز تولید گردد باید ورق در ایستگاه‌های مشخصی متوقف گردد و پس از آن عمل برش بر روی آن انجام گیرد، به این دلیل از پین استپ یا نگهدارنده استفاده می‌کنند.
ضمن این‌که در ایستگاه دوم به دلیل وجود پین استپ در سوراخی که بر روی ورق به وجود آمده ورق مجدداً توقف کرده و برش دوباره انجام می‌گیرد.
پین انگشتی :
در مرحله‌های ابتدایی کار امکان دارد قطعاتی به شکل ناقص تولید شود که در صورتی که نوارهای کوتاه مورد استفاده قرار گیرد تولید مقرون به صرفه نخواهد بود، بنابراین با هدف جلوگیری از ضایعات در مرحله‌های ابتدایی با توجه به طراحی قالب و تعداد ایستگاه‌ها از یک یا چندین پین انگشتی استفاده می‌کنند.
پین انگشتی روی روبنده جاسازی می شود وبه این صورت است که زمانی که آن‌را به داخل فشار دهیم در داخل وارد کانال شده و به شکل زبانه ای بر سر راه ورق قرار می‌گیرد و به این روش ورق را به صورت موقت در یک موقعیت مناسب قرار می‌دهد تا عمل برش روی آن صورت گیرد.
روبنده یا ورق گیر :
روبنده علاوه بر این‌که کانالی است جهت عبور ورق، کار بیرون ندازی ورق سوراخ شده را از روی سنبه صورت می‌دهد اگر روبنده در قالب وجود نداشته باشد ورق بعد از سوراخ شدن در اطراف سنبه، گیر خواهد کرد و ادامه حرکت ورق درون کانال قالب مختل خواهد شد.
ممکن است روبنده ها به تقسم تجهیز شده و بر روی سنبه قرار گیرند، نوع دیگری از روبنده که کانال هم بر روی آن تعبیه می‌شود به صورت ثابت بر روی ماتریس سنبه می‌گردد.
ضربه گیر :
به دلیل این‌که جنس سنبه سخت تر از جنس کفشک است بنابراین اگر سنبه بر روی کفشک مونتاژ شده باشد در طول کار کردن قالب، سنبه درون کفشک فرو خواهد رفت، جهت جلو گیری از این نقص و کاهش خط شکستن سنبه‌ها، ضربه گیرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ضربه گیر میان سنبه گیر و کفشک بالایی قرار می‌گیرد و در زمان بستن، سنبه به وسیله‌ی ضربه گیر نیز محکم می‌شود.
سنبه گیر :
سنبه گیر وسیله ای است که جهت مستقر شدن سنبه بر روی کفشک به کار برده می‌شود.