انقلابی در تولید با ساخت قالب صنعتی

در این مقاله با دنیای جدید طراحی و ساخت قالب صنعتی آشنا می شوید. کاربردهای قالب سازی در صنعت، انواع قالب ها و مزایای هر کدام را می شناسید. از آخرین روندها و بهترین شیوه های قالب سازی صنعتی و روش های ساخت قالب صنعتی اطلاع پیدا می کنید و می توانید میزان تولید و کیفیت محصول خود را بهبود دهید پس با ما همراه باشید.

قالب صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟

در ابتدا بهتر است با مفهوم قالب آشنا شوید. قالب یک بلوک توخالی است که با مواد مایع یا انعطاف پذیر مانند پلاستیک، شیشه، فلز یا مواد خام سرامیکی پر شده است. مایع در داخل قالب سفت می‌شود و شکل آن را به خود می‌گیرد.

ساخت قالب صنعتی در فرآیند تولید یک محصول با شکل دادن به مواد خام مایع یا انعطاف‌پذیر با استفاده از یک قالب سفت و سخت به نامmold  است. در واقع انواع فرآیندهای تولید شامل شکل دادن به مواد خام چکش خوار با استفاده از یک ابزار، ساختار یا قاب طراحی شده ثابت است که به نام قالب شناخته می شود. از نظر ساختار، قالب ها دارای اشکال مقعر (قالب منفی) یا اشکال محدب (قالب مثبت) هستند که با توجه به طرح نهایی که سازنده قصد ایجاد آن را دارد طراحی شده است.

قالب های صنعتی برای این فرآیندهای تولید بسیار مهم هستند و هدف اصلی آنها بازتولید نسخه های یکنواخت طرح داده شده است. مواد مورد استفاده در قالب سازی شامل فلزات، پلاستیک، سرامیک، چوب، فوم و غیره است. پس از طراحی و توسعه با استفاده از ابزارهای قالب‌سازی، قالب در دستگاه های قالب‌گیری قرار می‌گیرد و مواد اولیه مانند ترموپلاستیک‌ها در آن ریخته می‌شود یا در اطراف آن شکل می‌گیرد. پس از جامد شدن، قالب الگوهای خود را بر روی مواد نقش می بندد تا محصول نهایی را تشکیل دهد.

با قالب ها چه چیزی می توان ساخت؟ تقریباً هر چیزی از نمونه های اولیه گرفته تا قطعات پیچیده مصرف نهایی. تکنیک‌های

قالب‌گیری در تولید برای ایجاد قطعات خودرو، محصولات مصرفی، بسته‌بندی، جواهرات، دستگاه‌های پزشکی و موارد دیگر استفاده می‌شود. در واقع، یافتن محصولات کاربردی بدون یک جزء واحد که با تکنیک‌های قالب‌گیری تولید شده باشد، دشوار است.

انواع قالب صنعتی

انواع مختلفی از قالب ها وجود دارد که می توانند به عنوان راه حل موثری برای فرآیندهای تولیدی تلقی شوند. به عنوان مثال، در ریخته‌گری آلومینیوم، تقریباً هفت نوع قالب شامل قالب‌های ریخته‌گری شن و ماسه، قالب‌های سرامیکی و قالب‌های پوسته‌ای وجود دارد. از این رو، برای ساده کردن طبقه بندی انواع قالب صنعتی، طبقه بندی زیر اعمال می شود.

قالب های صنعتی یک قسمتی

 به ساده ترین انواع قالب های صنعتی با سطوح یکنواخت در تمام قسمت های جسمی که قرار است قالب سازی شود گفته می شود. طرح های قالب یا اشیاء با یک سطح صاف را نیز می توان با استفاده از قالب های یک تکه تولید کرد. اگرچه قالب های یک قسمتی را می توان از مدل های CAD ساخت، اما این قالب ها عموماً از یک مدل اصلی فیزیکی ساخته می شوند.

قالب های صنعتی دو قسمتی

قالب های صنعتی دو قسمتی رویکردی توانمند برای تولید قالب مناسب برای طرح های است که پیچیدگی بیشتری دارند. قالب دو قسمتی به قالبی گفته می شود که دو قسمت مجزا در یک خط جداکننده به هم وصل شده اند تا محصول نهایی را تولید کنند. قالب سازیِ دو قسمتی معمولاً شامل توسعه هر دو قسمت قالب از یک مدل اصلی(فیزیکی) یا مدلی که در نرم افزارهای طراحی مانند اتوکد(Auto Cad) طراحی شده به دست آمده است.

قالب های صنعتی چند قسمتی

برای قالب های صنعتی با هندسه های پیچیده تر که به رویکرد متفاوتی در مقایسه با فرآیند توسعه قالب های یک یا دو قسمتی نیاز دارند، ایده آل هستند. قالب های چند قسمتی جنبه ها یا ویژگی های مختلف مدل را در نظر می گیرند. از این رو قالب تکمیل شده از چندین بخش برای ایجاد جزئیات و ویژگی های مختلف مدل تشکیل شده است.

طرح‌های پیچیده‌تر، مانند این کلاهک با نخ و لایه‌های زیرین، اغلب به قالب‌های چند قسمتی یا هسته‌های جانبی نیاز دارد

قالب‌های صنعتی

این نوع از قالب ها بیش از یک حفره دارند که به شکل یک قطعه است که ساخت چندین قطعه در هر چرخه تولید را ممکن می‌سازد و در نتیجه بهره‌وری را افزایش می‌دهند.

یک قالب سیلیکونی یک تکه که می تواند برای طرح هایی که دارای ضلع صاف و بدون برش عمیق هستند استفاده شود

یکی دیگر از ویژگی های مهم که به طبقه بندی انواع مختلف قالب کمک می کند، میزان قابلیت استفاده مجدد از قالب توسعه یافته است. نرخ قابلیت استفاده مجدد به تعداد قطعاتی که سازنده قصد دارد از یک قالب خارج شود و در واقع تعداد دفعاتی که می توان از آن استفاده کرد، اشاره دارد.

قالب های یک بار مصرف یا قربانی(sacrificial)

قالب های یک بار مصرف یا قربانی، یک جسم واحد را تکثیر می کنند و پس از استفاده، قالب در طول فرآیند قالب سازی از بین می رود. قالب های یک بار مصرف معمولا از شن، خاک رس، سیلیکون، موم یا پلاستیک ساخته می شوند.

قالب های یک بار مصرف در طی فرآیند قالب سازی از بین می روند.

قالب‌های قابل استفاده مجدد یا دائمی

همانطور که از نام آن پیداست، این قالب‌ها را می‌توان برای چرخه‌های متعدد، از دوره‌های تولید کم تا بزرگ، استفاده مجدد کرد. برای حجم‌های کمتر (که گاهی به عنوان قالب‌های نرم نیز از آن ها یاد می شود)، قالب‌های قابل استفاده مجدد را می‌توان از سیلیکون، فوم، چوب، پلاستیک یا فلزات نرم‌تر مانند آلومینیوم ساخت. حجم‌های بزرگ‌تری که نیاز به قالب‌های بادوام‌تر و بدون فرسودگی دارند (اغلب به آن‌ها قالب‌های سخت گفته می‌شود) عمدتاً از فلزات سخت مانند فولاد ساخته می‌شوند.

0 تا 100 فرآیند ساخت قالب صنعتی

در فرآیند قالب سازی صنعتی ابتدا قطعه مورد نظر توسط نرم افزارهای طراحی دقیق سه بعدی طراحی می شد و پس از طراحی قالب صنعتی، مشاهده جزئیات و رفع ایرادات آن طبق نظر کارفرما و مرحله ساخت قالب آغاز می شود. در ادامه هر دو مرحله طراحی و ساخت قالب صنعتی توضیح داده شده است.

طراحی قالب صنعتی

طراحی الگوهای صنعتی نقش مهمی در بهبود کارایی و اطمینان از کیفیت برجسته دارد. این راهنمای جامع شما را از آخرین روندها و بهترین روش‌های طراحی قالب صنعتی آگاه می کند.

مرحله طراحی اولین و مهم ترین مرحله کار است. در این مرحله دید سه بعدی از قطعه نهایی مشاهده می شود و ایرادات احتمالی آن گرفته می شود. برای طراحی قالب صنعتی از نرم افزارهای طراحی مانند اتوکد AUTO CADسالیدورک، تری دی مکس3D MAX یا کتیا استفاده می شود.

قالب سازی صنعتی

برای قالب سازی صنعتی از دستگاه های برش CNC استفاده می شود. در این مرحله طراحی سه بعدی انجام شده را روی فلز مورد نظر که معمولا فولاد یا آلیاژهای آلومینیوم است پیاده سازی می کنند.

فرآیند متداول ساخت قالب صنعتی استفاده از دو سوپاپ است دو قالب برای هر نیمه از محصول مورد نظر در کنار هم و چسپیده به هم قرار می گیرند که فضای خالی بین با مایع مورد نظر پر می شود و بعد از تمام شدن فرآیند ریخته گری از هم جدا می شوند.

شکل دیگر قالب ها، قالب های مفصلی هستند که قالب از قطعات زیادی تشکیل شده، این قطعات با هم ترکیب می شوند و قالب نهایی را تشکیل می دهند. به دلیل گران بودن این قالب ها معمولا برای محصول هایی که انحناهای پیچیده دارند استفاده می شود.

در قالب‌سازی تکه‌ای از تعدادی قالب مختلف استفاده می‌شود که هر کدام بخشی از یک جسم پیچیده را ایجاد می‌کنند. این نوع قالب زنی معمولاً فقط برای اشیاء بزرگتر و با ارزش تر استفاده می شود.

قالب سازی دَمشی یک فرآیند تولید برای شکل دادن و اتصال قطعات توخالی پلاستیکی یا شیشه ای برای صنایع مختلف است.

تکنیک ساخت قالب صنعتی خود را انتخاب کنید

هنگامی که در مورد فرآیند تولید مناسب تصمیم گرفتید، لازم است نوع قالب صنعتی را انتخاب کنید. نوع قالب برای این فرآیند نیز تا حد زیادی با معیارهای توسعه تعریف می شود. در حالی که عوامل دقیق به فرآیند تولید بستگی دارد، در اینجا برخی از مهم ترین ملاحظات هنگام انتخاب روش ساخت قالب صنعتی آورده شده است:

طراحی قطعه

سعی کنید طراحی را تا حد امکان ساده کنید و آن را با قوانین طراحی فرآیند ساخت معین هماهنگ کنید تا بتوانید تکنیکی را انتخاب کنید که بتواند به کمترین هزینه دست یابد. طرح‌های ساده ممکن است فقط به قالب‌هایی نیاز داشته باشند که بتوان با تکنیک‌های دستی ایجاد کرد، در حالی که طرح‌های پیچیده اغلب به قالب‌های چند قسمتی و ابزارهای تولید دیجیتال مانند چاپگرهای سه بعدی یا ماشین‌کاری CNC برای تولید قطعه نیاز دارند.

حجم تولید

 دوره‌های تولید در حجم بالا به قالب‌های بادوامی نیاز دارند که بتوانند مدل‌ها را بدون فرسودگی پس از چند بار استفاده به دقت تکرار کنند. با این حال، ساخت چنین ابزارهایی با هزینه‌های بالا و زمان‌های تولید همراه است. برای قطعات یکبار مصرف و محصولاتی با حجم کمتر، ممکن است قالب‌های ارزان‌تری را انتخاب کنید که می‌توانند سریع‌تر ایجاد شوند، مانند قالب‌های قربانی یا قالب‌های نرم که می‌توانند زمانی که بخش هایی از آن دچار سایش های جبران‌ناپذیری شدند دور انداخته شوند.

کیفیت

 تلرانس‌های سخت‌تر به قالب‌ها و ابزارهای دقیق‌تری مانند ابزارهای تولید دیجیتال ایجاد نیاز دارند همچنین باید دوام بیشتری داشته باشند تا کیفیت قطعه ثابت در چرخه‌های متعدد تضمین شود.

دول زمانی

 ساخت قالب های فلزی پیچیده اغلب ماه ها طول می کشد. اگر روی جدول زمانی کوتاه‌تری کار می‌کنید و عجله شما برای تولید سریع تر محصول بیشتر است، سعی کنید به دنبال جایگزین‌هایی باشید که می‌توانند زمان تحویل را کوتاه‌تر کنند، مانند دستگاه های چاپ سه بعدی.

مواد

 موادی که نقطه ذوب بالاتری دارند یا ساینده‌تر هستند به قالب‌هایی نیاز دارند که دوام بیشتری داشته باشند و بتوانند حجم مورد نیاز قطعات را بدون تخریب ایجاد کنند. 

روش های قالب سازی صنعتی

روش های قالب گیری یا قالب سازی صنعتی شامل موارد زیر است:

قالب سازی فایبر گلاس یا Fiberglass molding

فرآیندی است که در آن پلاستیک های رزین تقویت شده با فایبر گلاس به اشکال مفیدی تبدیل می شوند. این فرآیند معمولاً ابتدا شامل قالب سازی و سپس استفاده از قالب برای ساخت فایبرگلاس است.

قالب سازی تزریقی خلاء(VARTM)

قالب سازی انتقال رزین به کمک خلاء یا قالب سازی تزریقی خلاء، این فرآیند شامل استفاده از خلاء برای تسهیل جریان رزین به داخل یک لایه الیافی است که درون یک ابزار قالب پوشیده شده توسط یک کیسه خلاء قرار دارد. پس از آغشته شدن، قسمت کامپوزیتی به آن اجازه می‌دهند تا در دمای اتاق شکل بگیرد.

ترموفرمینگ یا Thermoforming

ترموفرمینگ یک فرآیند تولیدی است که در آن به یک ورق پلاستیکی تا زمانی که قابل انعطاف شود حرارت داده می شود. این فرآیند با قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری چرخشی و سایر اشکال پردازش پلاستیک متفاوت است.

 ترموفرمینگ نازک عمدتاً برای تولید لیوان های یکبار مصرف، ظروف، درب‌ها، سینی‌ها و سایر محصولات برای صنایع غذایی، پزشکی و خرده‌فروشی استفاده می شود. ترموفرمینگ رایج‌ترین روش برای تولید بسته‌بندی است، اما در ساخت قطعات بادوام نهایی نیز استفاده می‌شود.

قالب سازی انتقالی یا Transfer molding

قالب سازی انتقالی یا Transfer moldingیک فرآیند تولیدی است که در آن مواد ریخته‌گری با فشار وارد قالب می‌شوند. فرآیند قالب سازی صنعتیِ انتقالی با قالب سازی فشاری متفاوت است. زیرا در این فرآیند قالب به جای باز شدن با پیستون پرکننده قالب محصور می شود و از مزایای آن این است که اثرات زیست میحطی کم تری دارد.

در مقایسه با قالب سازی تزریقی(Plastic injection molding)، قالب سازی انتقالی از فشارهای بالاتری برای پرکردن یکنواخت حفره قالب استفاده می‌کند. این به ماتریس های الیاف تقویت کننده ضخیم تر اجازه می دهد تا کاملاً توسط رزین اشباع شوند. علاوه بر این، بر خلاف قالب‌گیری تزریقی، مواد ریخته‌گری در قالب انتقالی در ابتدا به حالت جامد هستند. این فرآیند می تواند هزینه تجهیزات کمتری دارد و فرآیند سریع تر انجام می شود.

قالب سازی چرخشی یا Rotational molding

در این نوع قالب سازی معمولا دستگاه قالب گیری با مواد اولیه پر می شود و به حالت مایع در می آید. سپس حول دو محور عمود بر هم چرخانده می شود تا به دیواره های ظرف بچسپد. به منظور ایجاد یک ضخامت یکنواخت در سراسر قطعه، قالب در طول مرحله گرمایش همیشه می‌چرخد و سپس در مرحله خنک‌کننده به چرخش خود ادامه می‌دهد تا از افتادگی یا تغییر شکل جلوگیری کند.

قالب سازی ماتریسی یا Matrix molding

قالب سازی ماتریسی تکنیکی است که اغلب در طول قالب‌گیری استفاده می‌شود. شخصی که مونتاژ را انجام می دهد، ابتدا پوسته یا فلاسک بیرونی سفت و سخت را ایجاد می کند، سپس مواد قالب گیری نرم تر و سیال تر را بین پوسته و نمونه اولیه قرار می دهد. این فرآیند اغلب برای اشکال پیچیده با استفاده از کامپوزیت هایی مانند شیشه و سرامیک استفاده می شود.

قالب سازی واکنشی تزریقی یا Reaction injection molding

قالب سازی واکنشی تزریقی، شبیه به قالب گیری تزریقی(RIM) است به جز اینکه از پلیمرهای ترموست استفاده می‌شود که نیاز به پخت در داخل قالب دارد. در ساخت قطعاتی مانند سپر خودرو، اسپویلر هوا ، و گلگیر از این فرآیند ساخت قالب صنعتی استفاده شده است.

قالب سازی تزریقی یکی از محبوب ترین فرآیندهای تولید قطعات ترموپلاستیک، سیلیکونی یا لاستیکی است. این یک فناوری بسیار مقرون به صرفه و بسیار تکرارپذیر است که قطعات با کیفیت بالا را برای تولید سری های بزرگ تولید می کند. با این فرآیند، قالب توسعه یافته وارد دستگاه قالب سازی تزریقی می شود، سپس ترموپلاستیک های گرم شده یا مواد خام مایع شده در قالب ریخته می شود. پس از جامد شدن مواد، قسمت نهایی از دستگاه خارج می شود و این فرآیند به سرعت تکرار می شود.

قالب سازی فشاری

قالب سازی فشاری یک فرآیند تولیدی است که در آن مقدار اندازه‌گیری شده از مواد قالب‌گیری که معمولاً از قبل گرم شده است، با استفاده از دو قالب گرم شده به شکل دلخواه فشرده می‌شود. قالب گیری فشاری به طور کلی جایگزینی برای قالب گیری تزریقی برای طرح های نسبتا ساده برای سری های کم و متوسط ​​تولید قطعات در نظر گرفته می شود.

ریخته گری

این نوع قالب گیری ریخته گری شامل پر کردن قالب با فلز مذاب یا سایر مواد مایع است. مواد مذاب در داخل قالب سرد و سخت می شوند تا محصول مورد نظر را تشکیل دهند. ریخته گری معمولا برای تولید محصولات فلزی و همچنین قطعات سیلیکونی و پلاستیکی استفاده می شود.