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 بريدن فلزات نازک استفاده مي‌شود. قالب‌ها از قطعات مختلفی ساخته می شوند. قسمت اصلی همه‌ی آنها “سنبه و ماتريس” و يا “سنبه و قطعه‌ی فرم دهنده” می‌باشد.
عملياتي که در کارهاي قالب‌سازي بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل موارد زیر می‌باشد :
-
عملیات بلانك زني :
يک سنبه و ماتريس همه‌ی محيط قطعه را از نواري فلزي جدا مي کند. آنچه که از قالب بيرون مي افتد، قطعه اصلی و آنچه که به صورت توخالي باقي مي‌ماند، دم قيچي است .
-
عملیات سوراخ زني:
در اين مورد به وسیله‌ی يک سنبه روي قطعه کار سوراخ يا سوراخ‌هائي ايجاد مي‌شود. سپس آنچه که در قالب باقي مانده است قطعه‌ی کار و آنچه که از قالب بيرون افتاده، دور ريز است .
عمليات سوراخ زني و بلانک زني معمولا در يک قالب واحد انجام مي‌شوند.
-
عملیات خم کاري :
خم‌کاري فرم دادن يک قطعه‌ی فلزي بين يک سنبه و ماتريس فرم داده شده، به شکل دلخواه است.
به دليل خاصيت انعطاف پذیری فلزات، زاويه دهانه ماتريس فرم دهنده کمي کوچک‌تر از اندازه‌ی مورد نظر مي‌باشد.
خم‌کاري صفحات بزرگتر به وسيله‌ی پرس‌هاي پنوماتيکي یا هيدروليکي دو مرحله‌اي انجام می‌شود.
حرکت ضربه زدن اينگونه پرس‌ها را قابل توقف در هر زمانی است. همچنین سرعت پرس‌کاری قابل تغییر است.
-
عملیات کشش :
کاسه‌ها، پوسته‌ها و قطعات دیگر به وسیله‌ی قالبهاي کششي توليد مي‌شوند.
روش کار اين قالب‌ها بسیار جالب است. در این روش نوارفلزي، میان سنبه و ماتريسی که بين آنها يک فضاي خالي وجود دارد قرار می‌گیرد و پائين آمدن سنبه روي ماتريس، نوار فلزي را به شکل سنبه يا ماتريس در می‌آورد.
در اين روش احتمالا خاصيت انعطاف‌پذیری بازگشتي يک اشکال اساسي ايجاد کند. به اين صورت که قطعه‌ی فرم داده شده وارد يک کانال گشادتر شده وتا اندازه ای جا باز کند.
هنگام بازگشت سنبه به طرف بالا، دهانه‌ی باز شده‌ی قطعه به لبه‌ی ماتريس گير و تعدد عملیات باعث خرابي اين لبه مي‌شود.
-
عملیات قالب بلانک زني ساده :
در اين قالب‌ها ماتريس يا بستر قطعه، از جنس فولاد است. سطح آن را به صورت سخت درآورده اند. همچنین می تواند از جنس فولاد آلياژي باشد که در مرحله‌ی اول آن را آبکاري و پس از آن تمپره (برگشت دادن يا نرم کردن) مي کنند .
در متد ماتريس روي يک بالشتک يا پايه قرار می گیرد. آنچه باعث جدایی قطعه از نوار فلزي مي‌شود، سنبه است.
این سنبه از جنس فولاد آلياژي با فولاد ريختگي که در هر دو حالت تحت تاثيرعمليات حرارتي قرار گرفته است.
يک راهنما نوار را به داخل قالب هدایت و يک پين استپ آن را در موقعيت مناسب نسبت به سنبه متوقف مي‌سازد.
جهت تغییر موقعیت نوار فلزي، سوراخ ايجاد شده برای اولين بلانک، در پين استپ افتاده و وضعيت مشخصی براي نوار فراهم مي‌کنند .
زمانی که سنبه روی نوار فلزي سوراخ ایجاد کرد، نوار به گلوله‌ی سنبه مي چسبد. هنگام بازگشت سنبه، صفحه‌ای فولادي به نام روبنده، موجب جدا شدن نوار از سنبه مي‌گردد.
براي مشاهده‌ی وضعيت نوار فلزي و پين استپ نسبت به هم در هر لحظه، روي روبنده سوراخ کوچکی تعبيه مي‌شود .
-
قالبهاي ترکیبی سوراخ زني و بلانک زني
نمونه‌ای از اين قالب‌ها که هر دو کار سوراخ زني و بلانک زني را صورت داده و واشر فلزي توليد مي کند، دارای قطعاتي است که درآغاز قطعه‌ی نوار فلزي را سوراخ می‌کند و پس از آن همان سوراخ در يک شرایط مناسب زير قطعه قرار داده مي‌شود.
در اين مرحله پائين آمدن سنبه باعث توليد يک واشر کامل مي گردد. لازم به ذکر است که هر ضربه پرس يک واشر کامل توليد مي‌کند.
جهت تعیین موقعيت نوار فلزي، سوراخي که اثرعمل بلانک زني بر روي نوار ایجاد کرده مورد استفاده قرار می‌گیرد .
تفاوت سيستم استپ چنین قالب‌هایی با قالبهاي قبلي، در انعطاف پذیر بودن مکانيزم استپ آنها می‌باشد.
جهت ثبات وضعیت صفحات بالائي و پايیني قالب ، از يک جفت ميله‌ی راهنما استفاده می‌شود. علاوه بر این وجود يک راهنماي برجسته در نوک سنبه باعث هدايت درست و مناسب آن به درون قالب مي‌شود .
الف :
جهت کم کردن فشار وارده به پرس، نوک سنبه يا ماتريس را به شکل شيب‌دار يا زاويه‌دار می‌سازند تا برش به صورت تدريجي در قطعه انجام گیرد. اصولا شيب‌هاي يک طرفه موجب به وجود آمدن يک نيروی محوری مزاحم مي‌شود، روش مقابله با این اشکال ايجاد شيب مضاعف در روي سنبه يا ماتريس است.
ب :
در قالب‌هایی که سنبه‌های متعدد دارند، جهت کم کردن نيروي وارده به پرس، مي‌توان از سنبه هایی با طول‌های متفاوت استفاده کرد به این صورت که تمامی آنها هم‌زمان با نوار فلزي درگير نگردند.
ج :
در قالبهاي بلانک زني يا سوراخ زني که پيرامون کار پاره شده و قطعه مورد نظر از نوار فلزي جدا مي شود، براي به دست آوردن يک لبه صاف و تمیز در اطراف قطعه‌ی پرس شده، لازم است میان سنبه و ماتريس يک فضاي خالي پيش بيني کنیم. اندازه‌ی اين فضا، به ضخامت نوار فلزي و همین‌طور خواص مکانيکي نوار بستگي دارد .
عموما اين فضا را به اندازه‌ی ضخامت نوار فلزي انتخاب مي‌نمایند. در عملیات بلانک زني، ماتريس را به اندازه‌ی ابعاد کار ساخته و فضای خالی را بر روي سنبه محاسبه نموده و آن‌را کوچک‌تر درست می‌کنند. هنگام سوراخ‌کاري، سنبه را به اندازه‌ی ابعاد کار ساخته و ماتريس را بزرگتر مي‌سازند.
د :
بعد از کار‌های سوراخ‌کاري يا بلانک زني، لازم است قطعه‌ی جدا شده از نوار فلزی به راحتی از دهانه‌ی ماتريس خارج گردد به همین دلیل دهانه‌ی ماتريس را تحت زاويه و شيب‌دار درست می‌کنند.
اصولا بعد از اين‌که تعداد مشخصی قطعه توسط قالب توليد شد لبه‌هاي ماتريس قالب کند مي‌گردد، جهت از بین برد اين مشکل کفه‌ی بالائي ماتريس را سنگ مي زنند. به دلیل این‌که سنگ زدن، موجب زیاد شدن لقي بين سنبه و ماتريس نشود، دهانه ماتريس دارای شيب غیر يکنواخت است و در ابتداي کف دهانه ماتريس بخشی صاف تعبیه شده است .
ه :
جهت جلوگيري از هدردهی مواد اولیه، پیش از ساخت قالب بايد موقعیت قرار گیری قطعات مورد پرس‌کاري را با دقت کامل بررسي نموده و نقشه‌ای کامل از آنها ترسیم کرد .
طراحي قالبهاي پرس
به وسیله‌ی قالب‌ها عملیات گوناگونی روي فلزات انجام داد. این بستگي کاملی به طراحی و ساخت قالب‌ها دارد. در مواردی که مقدار توليد بالاست قالب‌ها کامل‌تر و در مواردی که تعداد قطعات مورد نياز کم است قالب‌های ساده تري تولید مي‌گردد.
توليد قطعات به وسيله 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 طراحي يک قالب باید بسیاری از مسائل مرتبط با پرس‌کاری، ساخت و نحوه‌ی استفاده از قالب‌ها و قطعاتی که قصد تولید آنها را داریم را بررسي و طراحي 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 :
| رديف | نام قطعه | رديف | نام قطعه |
| ۱ | سنبه | ۸ | روبنده یا ورق گير |
| ۲ | ماتريس | ۹ | پين استپ |
| ۳ | کفشک بالائي | ۱۰ | سنبه گير |
| ۴ | کفشک پايیني | ۱۱ | ضربه گير |
| ۵ | ميله‌ی راهنما | ۱۲ | پين انگشتي |
| ۶ | بوش راهنما | ۱۳ | توپي |
| ۷ | بيرون انداز | ۱۴ | قطعه‌ی کار(نوار) |
قالب‌ها شامل دو قطعه‌ی بالائي و پایيني می‌باشند. عموما نيمه بالایي محل قرارگیری سنبه‌ها می‌باشد و توپي نيز به کفشک بالائي سنبه مي‌گردد و نيمه پایيني معمولا محل قرار گیری ماترس است .
قالبهاي برش :
از طریق قالبهاي برش، قطعه‌ها از نوار، تسمه هاي فلزي، صفحه‌ها يا پروفيل‌هایی از مواد مصنوعي، کاغذ، چرم، پارچه و مواد آب بندي، جداسازی و ساخته مي‌شوند.
قالبهاي دو تکه‌ای، عموما در دستگاه پرس بسته و در اثر حرکت مستقيم دستگاه به هم نزديک و دور ميگردند.
از شیوه‌های ساخت و توليد، مطابق با DIN8580 عموما عملیات شکل دادن، قطع کردن و اتصال به کار برده می‌شود.
هماهنگ با شیوه‌ی توليد، قالبهاي به کار گرفته شده، با عناوین قالبهاي شکل دادن، قالبهاي برش و قالبهاي اتصال نام‌گذاری مي شوند.
قالب‌هایی که عمليات برش، شکل دادن و گاهي اتصال را صورت مي‌دهند قالبهاي مرکب یا سري يا يک مرحله‌ای نامیده می‌شوند .
مرحله‌های مختلف برش:
برش قيچي با قالبهاي برش، همانند کار قيچي است. قطع شدن قطعه با سنبه و ماتريس انجام مي‌پذیرد.
عملیات برش طي مرحله‌های زير انجام مي‌گيرد :
مرحله‌ی اول :
مواد در اثر نفوذ سنبه در آغاز به حالت الاستيک دچار تغییر شکل می‌شوند.
مرحله‌ی دوم :
با ادامه یافتن روند نفوذ سنبه در قطعه، الياف مواد بیشتر کشيده مي‌شوند. تا جایی که از حد الاستيک فراتر رفته و تغيير شکلی ماندگار صورت می‌گیرد، مواد از بیرون به درون لبه برش کشيده می‌شوند و در اين منطقه، قوس تو کشيدگي اتفاق می‌افتد.
مرحله‌ی سوم :
همراه با نفوذ عميق‌تر سنبه،الياف مواد بیشتر از پیش کشيده می‌شوند. تا جایی که در انتها بر استحکام برشي(قيچي) غلبه پیدا می‌کنند. مواد در لبه برش قيچي شده و ترک‌هاي به وجود آمده از لبه‌هاي سنبه و ماتريس به طرف یک‌دیگر به حرکت درمی‌آیند.
مرحله‌ی چهارم :
استحکام سطح باقي‌مانده 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 بالاي قطعه مايل می‌باشد.
مرحله‌ی پنجم :
زمانی که سنبه در مواد نفوذ می‌کند، نيروي الاستيک Fe ظاهر مي‌گردد. این نیرو به شکل تغيير حالت بازگشت فنری مواد عمل مي کند.
به این دلیل سنبه زیر فشار زيادی قرار مي گيرد. نوار به روي سنبه که در وضعیت برگشت به موقعیت اوليه می‌باشد چسبيده و جهت جدا مودن آن می‌بايست بيرون انداز قرار داده شود.
مرحله‌ی ششم :
پس از بازگشت کامل سنبه، مواد به علت خاصيت بازگشت فنری دچار تغيير حالت ميگردند. بازگشت فنري، به ایجاد سوراخ‌هایی که کمي کوچک‌ترند و قطعه‌های برش خورده‌ای که کمي بزرگ تر از قطر سنبه يا محفظه خالي ماتريس هستند منجر می‌گردد.
مهم‌ترین عوامل شکل دهنده‌ی قالب‌های برش عبارتند از :
یکم- عامل مستقر شدن اجزای قالب (کفشک ها)
دوم- عامل هدایت و کنترل مسير درست دو نيمه‌ی قالب (ميل راهنما، بوش راهنما)
سوم- عامل برنده (سنبه و ماتريس که اصلي‌ترین عوامل قالب می‌باشند)
چهارم- عامل تخليه شدن قالب (بيرون‌اندازها، روبنده و …)
پنجم- عامل متصل کننده‌ی قالب و دیگرعوامل (پيچ و پين،استپ‌هاي انگشتي و…)
در اینجا به شرح تک تک قطعه‌های یک قالب مي‌پردازيم :
سنبه :
يکي از مهم ترين بخش‌هاي هر قالب، سنبه می‌باشد. جنس آن معمولا از فولادهاي SPKR و SPK است .
بخش بالایي سنبه به شکل پخ يا پله‌ای است. در نتیجه به وسیله‌ی سنبه‌گير در جاي صحیح خود قرار می گيرد.
سنبه‌ها را پس از ساخت به وسیله‌ی عمليات حرارتي آبکاري و پس از سخت شدن لبه‌هاي برنده، سنبه‌ها را سنگ مي زنند، اين کار از خراب شدن سريع لبه‌های سنبه و مخارج اضافي برای تيز کردن مداوم آنها کم می‌کند.
سنبه‌هاي بسیار بزرگ را که تراشيدن يک‌سره آنها مقرون به صرفه نيست به شکل چند تيکه درست می‌کنند.
ماتريس
ماتريس‌ها معمولا از همان جنس فولادهای سنبه‌ها می سازند.
تلورانس میان سنبه و ماتريس بايد به میزان معيني باشد. در غیر اینصورت يا قطعه طبق ابعاد مورد نیاز توليد نمي‌گردد و يا اگر تلورانس زيادتر باشد قطعه به جاي این‌که بريده شود درون ماتريس می‌رود و به صورت کششی پاره خواهد شد.
جهت اين‌که قطعه‌ها به سادگی از درون ماتريس بيرون بیایند، باید بخشی از سر ماتريس مطابق با قطعه و باقی آن تا انتها گشادتر باشد.
ماتريس به وسیله‌ی چندین پيچ و پين به کفشک پایيني بسته تا نسبت به سنبه‌ها در مکان صحیح قرار گیرد.
به این ترتیب لبه ی سنبه و ماتريس با هم در گير نشوند و شکستگی ایجاد نکنند.
برخی ماتريس‌ها که ساختشان به شکل يک‌پارچه مشکل و يا خيلي بزرگ باشند، به شکل چند تکه و به روش‌هاي گوناگون توليد مي شوند.
کفشک‌ها
کفشک‌ها عامل استقرار قطعه‌های یک قالب هستند. کفشک‌های شامل کفشک بالایي و کفشک پایيني هستند. عموما از جنس چدن ساخته می‌شوند.
روي کفشک‌ها قطعه‌های ديگري قرار می‌گیرد که شامل موارد زیر می‌باشد :
ميل راهنما :
میل راهنما عموما درون کفشک پایيني پرس مي‌شود و در کفشک بالائي درون بوش راهنما حرکت ارتعاشی دارد و به این شکل، کار هدایت و کنترل مسير درست دو نيمه قالب را صورت مي دهد، اصطکاک در اين بخش به شکل سرشي و لغزشي می‌باشد.
بوش راهنما :
بوش راهنما درون کفشک بالایي پرس مي‌گردد و به دلیل این‌که جنس سوراخ درون بوش راهنما از جنس ميل راهنما نرم‌تر می‌باشد امکان تخریب ميل راهنما را از بين می‌برد و همین‌طور کار روغن‌کاري ميل راهنما را مقدور مي سازد.
نگهدارنده‌ی ميل راهنما :
زمانی که طول ميله راهنما بلند باشد برای جلوگيري از شکستن يا خم‌شدن آن به وسیله‌ی نگهدارنده‌ی ميل راهنما که بر روي کفشک پاييني قرار دارد، طول آزادي ميل راهنما را محدود کرده و میل راهنما را تقویت می‌کنند.
توپي :
توپي‌ها در انواع گوناگون تهيه و به بازار عرضه مي‌شود که بر مبنای بزرگي و یا کوچکي قالب از آنها استفاده مي‌کنند.
توپي از يک سو به کفشک بالايي متصل شده و از سوی ديگر در گلویي یا دهانه‌ی فک بالایي پرس که متحرک می‌باشد سنبه مي‌گردد. به این شکل با حرکت بخش بالایي پرس، قالب کار خود را صورت می‌دهد.
پين استپ :
جهت اين‌که قطعه‌ی درآمده از ورق با کمترين میزان دورريز توليد گردد بايد ورق در ايستگاه‌هاي مشخصی متوقف گردد و پس از آن عمل برش بر روي آن انجام گیرد، به این دلیل از پين استپ يا نگهدارنده استفاده مي‌کنند.
ضمن این‌که در ايستگاه دوم به دلیل وجود پين استپ در سوراخي که بر روي ورق به وجود آمده ورق مجدداً توقف کرده و برش دوباره انجام مي‌گیرد.
پين انگشتي :
در مرحله‌های ابتدایی کار امکان دارد قطعاتی به شکل ناقص توليد شود که در صورتی که نوارهاي کوتاه مورد استفاده قرار گیرد توليد مقرون به صرفه نخواهد بود، بنابراین با هدف جلوگيري از ضايعات در مرحله‌های ابتدایی با توجه به طراحي قالب و تعداد ايستگاه‌ها از يک يا چندین پين انگشتي استفاده مي‌کنند.
پين انگشتي روي روبنده جاسازي مي شود وبه این صورت است که زمانی که آن‌را به داخل فشار دهيم در داخل وارد کانال شده و به شکل زبانه اي بر سر راه ورق قرار مي‌گیرد و به اين روش ورق را به صورت موقت در يک موقعيت مناسب قرار می‌دهد تا عمل برش روي آن صورت گیرد.
روبنده يا ورق گير :
روبنده علاوه بر اين‌که کانالي است جهت عبور ورق، کار بيرون ندازي ورق سوراخ شده را از روي سنبه صورت مي‌دهد اگر روبنده در قالب وجود نداشته باشد ورق بعد از سوراخ شدن در اطراف سنبه، گير خواهد کرد و ادامه حرکت ورق درون کانال قالب مختل خواهد شد.
ممکن است روبنده ها به تقسم تجهیز شده و بر روي سنبه قرار گیرند، نوع ديگری از روبنده که کانال هم بر روي آن تعبيه می‌شود به صورت ثابت بر روي ماتريس سنبه مي‌گردد.
ضربه گير :
به دلیل این‌که جنس سنبه سخت تر از جنس کفشک است بنابراین اگر سنبه بر روي کفشک مونتاژ شده باشد در طول کار کردن قالب، سنبه درون کفشک فرو خواهد رفت، جهت جلو گيري از اين نقص و کاهش خط شکستن سنبه‌ها، ضربه گيرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ضربه گير میان سنبه گير و کفشک بالایي قرار می‌گیرد و در زمان بستن، سنبه به وسیله‌ی ضربه گير نيز محکم مي‌شود.
سنبه گير :
سنبه گير وسيله اي است که جهت مستقر شدن سنبه بر روي کفشک به کار برده می‌شود.