تحقیق درباره تکنیک های قالبسازی

دانلود تحقیق و مقاله رایگان با عنوان تحقیق درباره تکنیک های قالبسازی

تکنیک های قالبسازی
برای ساخت قالبهای تزریق از چند روش و یا ترکیب آنها استفاده می شود.
شکل 5 نشانگر هزینه های نسبی ساخت کاویتی از مواد مختلف است.کاویتهای فولاد ،به مراتب گرانتر از کاویتهای ساخته شده از مواد دیگر هستند . علی رغم این موضوع ،معمولاً فولاد بر دیگر مواد ترجیح داده می شود. توضیح این تضاد ظاهری است که عمر مفید قالبهای فولاد ی بیشتر از بقیه قالبها است و همچنین هزینه های اضافی ساخت کاویتی فقط قسمتی از هزینه کل قالب است.

آماده شدن حفره قابلهای که با روکش کاری الکترونیکی ساخته می شوند. همانند روش های دیگر ،که در کارگاه انجام نمی شوند، ساعت کاری اضافه لازم دارد. این موضوع خوشایند نیست .ساخت مغریهایی که روکش کاری الکترولتی شده اند هفته ها و بلکه ماهها طول می کشد. برای نمونه سازی می توان کاویتی را از خنس فولاد گرم کار ساخت و همچنین می توان آنرا پرداخت نمود. هزینه های بالای تولید ،استفاده از مواد بهتر را توجیه می کند، چرا که هزرینه مواد معمولاً فقط %20-10 از کل هزینه قالب را تشکیل می دهد.

علیرغم تمامی مدرن برنامه ریزی،طراحی و تولید،ساخت قالب مستلزم استفاده از استاد کار های ماهر و شایسته،که در حال حاضر تعداد آنها کم است. ،میباشد. بنابراین ساخت قالب یک گلوگاه ایجاد می کند.

روشن است که تجهیزات جدید،فقط در ماشینهای مدرن قالبسازی مانند ماشین ابزارهای کنترل عددی وجود دارند، به کمک این تجهیزات فرایند کاری اتوماتیک شده و نیاز به کار انسانی نیست. و بنابراین تعداد ضایعات کم می شود. (مثلاًEDM )

2-1 ریخته گری

در بسیاری از موارد شرایط سطحی یا خواص مکانیکی ماده مصرفی محدودیتهایی برای فرآیند ماشین کاری ایجاد میکند. تکنیکهای بسیار جدید ریخته گری و کاربرد فولاد های مخصوص و آلیاژهای غیر آهنی ساخت قالبها و کاویتهای ریختگی را در ابعاد مختلف ممکن می سازد.

2-1-1 فرآیند ریخته گری

سه فرآیند ریخته گری وجود دارند،ریخته گری در ماسه ،ریخته گری در سرامیک و ریخته گری تحت فشار. کاربرد آنها به عواملی چون ابعاد قالب ،تلرانسهای ابعادی،قابلیت تولید مجدد مورد نیاز و کفیت سطحی مطلوب بستگی دارد.

2-1-2 ریخته گری در ماسه

این فرآیند در ساخت قالبهای بزرگ که هر نمینه قالب تا 3 تن وزن دارد (2) و همچنین در ساخت قالبهایی که به علت صحت ابعادی و کیفیت سطحی ویژه مورد نیاز از ابتدا ماشینکاری اضافی برای آنها برنامه ریزی شده است بکار می رود (3،2).ابتدا به وسیله یک مدل اصلی مثبت،مدل منفی که در آن ابعاد اضافی که ماشینکاری خواهند شد به ابعاد خارجی اضافه شده اند تهیه می شود. گوشت اضافی،با توجه به شکل و ابعاد با ایجاد یک شیب c 5 تا 1 (5 تا 2 ) بر دیوار خارجی ،ماشینکاری می شود مدی منفی تمام شده برای شکل دهی ماسه بکار می رود و پس از فشرده شدن مکانیکی ماسه از آن خارج می شود .پیش از قالب گیری قالب ماسه ای با صیقل دادن صاف می شود. صیقل دادن این سطح بر سطح محصول نهایی ریخته گری (قالب)موثر است.قالب ماسه ای در هنگام خارج کردن محصول ریختگی از بین می رود.این قالب از شن کرم –اُر ، سیلیکات زیر کونیم یا کوارتز همراه با عوامل اتصال با پایه شیشه مایع ، روغن یا رزینهایی عمل آوری سرد ساخته می شود ( 6 ، 4 ) . این ترکیب با فلز ریختگی واکنشی انجام نمی دهد . به علاوه از تشکیل ناخالصیهای غیر فلزی و حباب که کیفیت قالب را خراب می کنند جلوگیری می کند . کیفیت مدل و جنس آن علاوه بر قالب ماسه ای و فرایند ریخته گری ، کیفیت سطحی ، دقت ابعادی و شکلی را در ریخته گری تعیین می کند . از آنجا که برای تولید مجدد محصول در قالبهای تزریق ، این سه خاصیت مورد توجه هستند ، بنابراین پیشنهاد می شود که از رزین اپوکسی برای ساخت مدل استفاده شود . جدول 11 مقایسه ای بین مواد مختلف ساخت مدل را ارائه می کند .

در ساخت مدل ، اضافه ابعادی برای انقباض باید در نظر گرفت . برای تعیین انقباض کلی ، تغییر ابعادی فلز ریختگی که حاصل از انجام و سرد شدن است و همچنین انقباض پلاستیکی که در قالب ریخته می شود باید در نظر گرفت . اضافه ابعاد معمولی برای تعدادی از فلزات ریختگی در ریخته گری در ماسه ، در جدول 12 فهرست شده اند . موادی که در این جدول نیستند ، در قالبهای تزریق مطلوبیت کمتری دارند .

امتیاز بزرگی قالبهای ریختگی این است که قالب تقریباً پس از ریختگی آماده است . عملیات اضافی ، مخصوصاً در صورت یکی کردن سیستم انتقال گرما با قالب به وسیله یک سیستم لوله کشی پیش ساخته ، کمتر می شود .

2-1-3 ریخته گری دقیق – ریخته گری در سرامیک

این فرآیند در ساخت قالبهای یا کاویتهای مغزی که برای تولید محصول با سطح دقیق مورد نیاز هستند به کار می رود . ساختار سطحی محصول تولید شده مانند چوب ، چرم و منسوجات است . شکل 6 مراحل واقعی فرآیند از مدل تا مغزی نهایی را نشان می دهد . از مدل اصلی ، معمولاً یک مدل طبیعی ، مدل منفی ، گرفته می شود ، که این مدل اغلب از جنس لاستیک سیلیس دار عمل آوری سرد ساخته می شود . از این مدل برای ساخت قالب سرامیک ریختگی استفاده می شود . این قالب به یک صفحه قالبگیری که در جعبه قالب است متصل می شود ، و سرامیک مایع داخل آن ریخته شود . با توجه به اندازه مدل و صحت تولید مجدد محصول که مورد نیاز است ترکیب شیمیایی مختلفی به کار می روند . با توجه به ترکیب شیمیایی ، به خصوص نوع عامل اتصال ، فرآیندهای متفاوتی ، البته با فرق کمی نسبت به فرآیند استاندارد به کار می رود . معروفترین آنها فرآیندهای unicast و show هستند .

ترکیب ریخته گری سرامیک مایع ، اغلب از دانه های زیرکونیم که کاملاً مسطح شده اند و عامل اتصال مایع ( رزین سختی پذیر ) است . پس از عمل آوری ، مدل در داخل یک حمام سخت گردانی غوطه ور شده و یا بوسیله آن خیسانده می شود. پس از این فرآیند پایدار سازی شیمیایی ، عامل اتصال و ماده سخت کن با سوزاندن آنها از ترکیب خارج می شوند و مدل برای چندین ساعت در داخل کوره پخته می شود ( 7 ، 2 ) ، سپس مدل برای ریخته گری آماده است . مراحل بعدی مشابه ریخته گری در ماسه است .

2-1-4 ریخته گری تحت فشار ( دایکاست )

در ریخته گری در سرامیک و ماسه ، فلز مذاب در داخل یک قالب باز و بدون تأثیر فشار خارجی منجمد می شود . در ریخته گری تحت فشار ، مواد مذاب تا پایان انجماد تحت فشار خارجی هستند . بنابراین تجهیزات قابل توجهی لازم است . از آنجا که در این روش نیازی به مدلهای تغییر شکل نیست و زمان تولید کمتر است ، قسمتی از هزینه های اضافی تولید که بر اثر ساخت قالب فولادی و تجهیزات  هیدرولیک مورد نیاز ایجاده شده اند جبران می شود . بر خلاف ریخته گری در قالب باز که عملاً همه نوع ابعادی را می توان در آن تولید کرد ، در این فرآیند ابعاد به قدرتی که می توان به درستی تجهیزات دادمحدود می شود . ابعاد ریخته گری تحت فشار تقریباً تا مساحت    1000  cm(3) محدود می شود . بنابراین ، این فرآیند در ساخت قالبها یا حفره قالبهای مغزی کوچکتر که در آنها تلرانس دقیق و بیشترین کیفیت سطحی محصول نهایی مورد نیاز است به کار می رود .

همانطور که پیش از این ذکر شده ریخته گری تحت فشار در قالبهای فولادی که از جنس فولاد گرمکار مناسب ساخته می شوند انجام می شود . فولاد هوا سخت پیشنهاد می شود ( 8 ) . در ساخت مدل باید یک شیب حداقل 5، o ، ترجیحاً 1 یا بیشتر ، در نظر گرفت . انقباض قالب ریخته گری تحت فشار و همچنین مواد پلاستیکی که به کار خواهند رفت ، همچنین گوشت اضافه لازم برای ماشینکاری مغزی برای جازنی آن در پایه قالب باید در نظر گرفته شود . این گوشت اضافه حداقل باید  mm5 باشد ( شکل 7 ) . در صورت استفاده از قالبهای فولادی ، مقدار انقباض فلزات ریخته شده تحت فشار را می توان از جدول 13 به دست آورد ( 9 ) .

شکل 7 یک مدل فولادی ریخته گری و ابعاد مهم آن را نمایش می دهد . پس از مساحت مدل ، مدل مثبت برای ماتریسها و مدل منفی برای ماهیچه ها ، آنرا داخل یک پایه با ابعاد قالب یا کاویتی مغزی اخیر ، با در نظر گرفتن گوشت اضافه ماشینکاری قرار می دهند و سپس روی میز یک پرس هیدرولیک نصب می کنند . قالب با فلز مذاب پرشده و تحت فشار هیدرولیک بسته می شود . فشار تا انجماد فلز حفظ می شود . در نتیجه یک محصول ریختگی با ساختار یکنواخت ، ظریف و بدون تخلخل به دست می آید . سپس محصول از داخل قالب خارج می شود . این کار با یک حرکت عمودی ساده و یاحرکت چرخشی انجام می شود . حرکت اخیر ساخت کاویتهای مغزی برای قالبگیری پیچ یا چرخنده های حلزونی پلاستیکی را ممکن می سازد .

بر خلاف ریخته گری در قالب باز ، در ریخته گری تحت فشار سیستم تبادل گرمایی در حین ریخته گری وجود ندارد .

2-2 پاشش فلز

پاشش فلز ، روش کم هزینه و مخصوصاً سریع برای ساخت حفره قالب از یک مدل با جنس دلخواه است . با این روش صحت سطح محصول تولیدی بسیار زیاد است و همچنین مدلسازی و قالبگیری در سری های کوچک در شرایطی نزدیک به شرایط تولید ممکن است . در این فرآیند آلیاژهای ذوب پایین بیسموت – قلع ذوب شده و بر روی یک مدل پاشیده می شوند ، این مدل با یک عامل جدایش از قالب آماده سازی شده است ( شکل 8 ) . قطرات فلزی به محض برخورد با سطح مدل سرد می شوند . با ادامه پاشش یک لایه بدون تخلخل به پوسته فشرده ای تبدیل می شود . استحکام پوسته که به آن ماسک هم می گویند – با توجه به کاربرد آن ، با افزایش ضخامت زیاد می شود . در قالبهای تزریق ضخامت عموماً  mm5-4 است ( 10 ) . به محض اینکه پوسته پایدار شد ، از مدل جدا می شود ( با شیب تقریبی 2 ) و داخل قاب فلزی قرار می گیرد . قاب نیروی گیرنده و نیروهایی که در داخل حفره قالب عمل می کنند را تحمل می کند و به وسیله آن می توان اجزاء راهنما را برای تثبیت موقعیت بدون جابه جایی ، در قالب یکپارچه کرد . سیستم مبادله گرما نیز به صورت لوله کشی در داخل قاب قرار می گیرد . سپس تمام مجموعه درون یک پشت بند از جنس آلیاژ ذوب پایین ، رزین اپوکسی اصلاح شده با پودر آلومینیوم یا بتون ، قرار می گیرد .

آلیاژهای ذوب پایین با توجه به محدوده یا نقطه ذوب در یک محفظه که به صورت الکتریکی گرم می شود و یا در قوس یک افشانه فلز ذوب می شوند. مذاب به وسیله هوای فشرده ( 600kpa-200 ) منتشرشده و بر روی مدل پاشیده می شود . توصیه می شود که این عمل در یک اتاقک پاشش انجام شود . به این ترتیب محل کار عاری از غبار فلزی و تمیز است و همچنین از ماده باقی مانده بدون آلوده کردن آن می توان مجدداً استفاده کرد .

در حین پاشش ،فلز مذاب به سرعت سرد می شود .هنگامی که این فلز به مدل برخورد می کند دمای آن از c  400-200 به c  50-40 کاهش یافته است.از این رو مفاومت در برابر گرما برای جنس مدل مطرح نیست.بنابراین گچ ،رزین ریختگی ،لاستیک سیلیس دار،چوب،پلاستیکهای سختی پذیر و چرم مصنوعی را می توان به کار برد.

پس از اینکه پوسته قالب در داخل قاب فلزی نصب شد و در پشت بند قرار گرفت،این قالبها که به وسیله پاشش فلز ساخته می شونددر قالبگیری تزریقی فشار تا MPa 40 (13-10) را تحمل می کنند .اندازه قالب تا مساحت   m0.6 سطح تصویر شده امکان پذیر است. عمر مفید به ساختمان قالب ،طراحی قطعه کار و شرایط فرآیند بستگی دارد.عمر مفید قالب های ساده تا 2000 ضرب هم می رسد.

2-3 روکش کاری الکترولیتی

حفره قالب مغزی دلخواه را می توان با روکش کاری الکترولیتی فلز بر روی یک مدل ساخت .پس از جدا کردن مدل ،روکش رسوبی یک پوسته خود نگهدار تشکیل می دهد و این پوسته توسط یک پشت بند مستحکم شده و آنرا می توان به راحتی داخل صفحه قالب قرار داد طوری که کاملاً حفظ شود.

با توجه به ماده اولیه ساخت مدل ،آنرا باید ازپیش آماده سازی کرد . سپس آنرا در یک محلول آبی نمک فلزی،الکترولیت،غوطه ور کرده و به قطب منفی یک منبع DC  ( کاتد)وصل می کنند.در یک فاصله مشخص از کاتد آندوهایی که به قطب مثبت منبع انرژی متصل هستند قرار دارند. جنس آندها از فلز است که باید بر روی مدل روکش رسوبی شود. اگر جریان در الکترولیتی که حاوی نمک فلز رسوب شونده است ایجاد شود،فلز آند حل می شود و به صورت یونهای فلزی در الکترولیت به سوی کاتدحرکت کرده و به صورت فلز بر روی مدل رسوب می کند.

عموماً مدل را با ماشین کاری ، ریخته گری یا ورقه پوشانی می سازند. ماده اولیه مدل بر مبنای تعداد دفعات استفاده و چگونگی جدا سازی آن (مخرب ،غیر مخرب ،شیمیایی) تعیین میشود.

هم مواد فلزی و هم موار غیر فلزی مناسب هستند. مدلهای فلزی قبل از غوطه وری در حمام ،باید گریس زدایی و به وسیله عامل جدایی پوشش شوند.مدلهای غیر فلزی باید رسانای الکتریکی شوند این کار با استفاده از یک لایه نقره که به صورت شیمیایی احیاء شده انجام می شود. سطح مدل ابتدا در محلول حساس کننده چربی زدایی ( یا خنثی) می شود. سپس سطح به ترتیب با نیترات نقره و یک محلول احیاء کننده آماده می شود. محلولها با هم واکنش نشان می دهند .به این ترتیب نیترات نقره و یک محلول احیا کننده آماده می شود. محلولها با هم واکنش نشان می دهند.به این ترتیب نیترات نقره به لایه فشرده نقره احیاء می شود. که این لایه به عنوان عامل جدایی نیز در سطح غیر فلزی عمل می کند.

در ساخت مدلها مراقبت زیادی باید به عمل آید و نیاز با استاد کارهای ویژه ای است. به دماهای بالاتر 0حدود 60) که مدل در حمام تحت آن قرار می گیرد باید توجه خاصی داشت .انبساط حاصل ممکن است باعث تغییرات ابعادی و تابیدگی شود. کیفیت سطحی و ابعادی پوسته بهتر از شرایط مدلیکه از آن ساخته میشود نخواهد بود. توزیع نامناسب روکش ممکن است بر اثر طراحی نادرست مدل(گوشه ها و لبه های تیز) با موقعیت نامناسب آندها بوجود آید. گاهی عملیات ماشینکاری واسطه،(مثل فرزکاری)ضروری است. روشهای رفع این مشکلات تغییر طرح مدل ،تصحیح آرایشآندها و در نهایت استفاده از کاتدهای کمکی است.

ابتدا یک لایه سخت از جنس آلیاژ کبالت نیکل به ضخامت تقریبی mm 5 بر روی مدل،روکش کاری الکترولیتی می شود. سپس برای ایجاد ابعاد مورد نیاز یا نغزی پشت بند لازم برای آن تهیه میشود. در این مرحله می توان سیستم تبادل گرمایی را نیز داخل کرد. مهمترین مواد و روشهای ساخت پشت بند به شرح زیر است:

–       روکش کاری الکترولیتی روی

–       ریخته گری رزین اپوکسی

–       ریخته گری آلیاژهای ذوب پائین (مثلاً فلز حروف ریزی)

–       پا شش فلز

–       ریخته گری در سرامیک و

–       جازنی پشت بند فولادی

نوع پشت بند به باری که قالب تحت آن قرار می گیرد و به ابعاد قالب بستگی دارد.پوسته پشت بند شده،حفره قالب مغزی که در آخر کار تا اندازه مناسب ماشینکاری میشودفاز مدل جدا و داخل صفحه نگهدارنده حفره قالب جا زده می شود.

امتیازهای روکش کاری الکترولیتی عبارتند از تولید دقیق سطوح بافت دار،حتی در حفره قالبهای بسیار عمیق و باریک،صحت ابعادی و امکان ساخت حفره قالبهای مشابه متعدد با یک مدل اصلی، اتلاف زمان نکته منفی این روش است.

2-4 سنبه زنی

سنبه زنی سرد،تکنیکی است که در آن قالب ها و حفره قالبها بدون براده برداری تولید می شوند. یک سنبه سختکاری و پرداخت شده که شکل خارجی قطعه ،قالبگیری را داردفبا سرعت کمی (min/mm 10-1 .0 ) به داخل یک ماده خام از جنس فولاد نرم پخت شده فشار داده می شود. سنبه به صورت یک مدل منفی در قطعه خام ایجاد می شود. کار آرایی این تکنیک با حداکثر فشار مجاز سنبه که در حدود MPa 3000 است و استحکام تسلیم ماده خام پس از پخت محدود می شود. بهترین شرایط سنبه زنی سرد در فولادهای پخت شده با استحکام پایین MPa  600 ایجاد می شود.

استحکام تسلیم پس از پخت به مقدار آلیاژهای حل شده در فریت،به مقدار و توزیع کاربید درون آن بستگی دارد. .انتخاب مواد  برای سنبه زنی سرد بر مبنای سختی آنها پس از پخت(سختی بریتل)و ترکیب شیمیایی آنها انجام می شود .عمق بدون بعد سنبه زنی t/d نسبت به عمق t و قط سنبه d  در یک سنبه استوانه ای است. اگر سطح مفطع سنبه متفاوت باشد. مثلاً مستطیل یا مربع ،انگاه (A /13 .1)=d  که A  مساحت سطح مقطع است. (17 ) .با افزایش عمق،ماده خام سختکاری سرد میشود. این سختکاری سرد،با پخت واسطه(کریستالیزاسیون مجدد)خنثی میشود.سپس مجددا فرآیند سنبه زنی تا رسیدن به حداکثر بار سنبه ادامه می یابد .در هنگام پخت باید توجه داشت که پوسته تشکیل نشود،چرا که نتایج خوب سنبه زنی فقط در سطوح سالم امکان پذیر است . با پیش گرم کردن ماده خام ، می توان عمق سنبه زنی را افزایش داد . با توجه به جنس و دمای گرم کردن ، عمق سنبه زنی را می توان %50-20 افزایش داد. در نهایت ، گودیها هم جریان مواد را راحت تر کرده و هم باعث افزایش عمق سنبه زنی می شود  ( 17 ) .

هنگام سنبه زنی لبه ماده خام به داخل کشیده می شود . در آخر ، باید این تورفتگی ماشینکاری شود و بنابراین هنگام تعیین عمق سنبه زنی باید باید در نظر گرفته شود . شکل 17 رابطه بین مقدار حرکت سنبه ، عمق قابل استفاده و تورفتگی را نشان می دهد . یک مغزی قالب سنبه زنی شده که هنوز ماشینکاری نشده در شکل 18 نشانداده شده است .

کیفیت سطحی سنبه و ماده خام اهمیت خاصی دارد . فقط سطوحی که بی عیب و نقص پرداخت شده اند ، از جریان ماده جلوگیری نکرده و مانع چسبیدن یا جوش خوردن می شوند . به دلیل مشابهی ، به روغن کاری کافی نیز باید توجه داشت . دی سولفید مولیبدن ، روانساز موثری است ، ولی روغن در مقابل فشار مقاومت کافی ندارد . برای کاهش اصطکاک ، معمولاً سنبه را پس از پرداخت ، در محلول سولفات مس ، آبکاری مس می کنند ( 18-16 ) .

علاوه بر کیفیت سطحی سنبه و ماده خام ، ابعاد ماده خام نیز برای جریان یافتن مواد بدون ایجاد ترک مهم است . برای سنبه زنی سرد ، ارتفاع اولیه ماده خام نباید کمتر از 5 .2 – 5 .1 برابر قطر سنبه باشد ( 18 – 16 ) . قطر ماده خام ، که به اندازه سوراخ صفحه نگهدارنده حفره قالب مربوط می شود ، باید دو برابر قطر سنبه باشد .     سنبه زنی سرد ، عموماً برای ساخت حفره قالبهای کوچک با ارتفاع کم به کار می رود . این روش ، نسبت به روشهای دیگر امتیازهای متعددی دارد . سنبه ، که مدل مثبت قطعه قالبگیری نهایی است ، بسیار اقتصادیتر از مدلهای منفی ساخته می شود . با یک سنبه ، در یک زمان کوتاه مغزیهایی      قالب یکسان و متعددی می توان ساخت . از آنجا که بر خلاف عملیات ماشینکاری ، الیاف مواد قطع نمی شوند ، کیفیت سطحی قالب بهتر وعمرمفید آن بیشتر است . محدودیتهای روش سنبه سرد ، نتیجه خواص مکانیکی سنبه و ماده خام و در نتیجه ابعاد حفره قالب است . افزایش عمق سنبه زنی با روشهای ذکر شده قابل انجام است .

2-5 ماشینکاری و عملیات براده برداری

2-5-1 ساخت با عملیات براده برداری – ماشینکاری

% 90 قالبها با عملیات ماشینکاری ، شامل تراشکاری ، فرزکاری ، سوراخکاری و سنگ زنی ساخته می شوند . ماشین آلات ، غالباً تجهیزات خاص ، باید طوری محصول را آماده کنند که عملیات اضافی کمی ، اغلب کاردستی ( پولیش ، لپینگ و پرداخت نهایی) باقی بماند .

کارگاههای امروزی ، ماشینهای کنترل عددی ( NC ) به کار می برند ، این ماشینها دقت بیشتری دارند و ضایعات آنها کمتر می باشد . نتیجه یک بررسی نشان می دهد که در ساخت قالب % 25 از ماشینکاری NC و % 75 از روش کپی کاری استفاده می شود ،البته این آمار برای کارگاههای قالبسازی مدرن و همچنین در ساخت قالبهای بزرگ صحت ندارد . قطعات استاندارد فقط تا ابعاد mm 900 Í 600 ارائه شده اند . بنابراین قالبهای بزرگ ، مثلاً قطعات بدنه خودرو ، باید از بلوکهای فولادی فرزکاری شوند . به علت اینکه زمان از دست رفته قابل جبران نیست و همچنین به خاطر امتناع از زیانهای اقتصادی نباید ضایعاتی ایجاد شود .

فولادهای نیتریدی ، سختکاری سطحی ، سختکاری مغزی و همچنین فولادهایی که به صورت از پیش سخت شده تا استحکام Mpa 1500 را می توان با ماشین آلات مدرن ماشینکاری کرد . البته اقتصادیترین کار ، ماشینکاری فولادهایی با استحکام تسلیم Mpa 800 – 600 است ( 19 ، 18 ) . ماشینکاری تنشهای پس ماند موجود را آزاد می کند . این عمل باعث تابیدگی قالب پس از ماشینکاری و در حین عملیات حرارتی بعدی می شود . بنابراین بهتر است که پس از خشن کاری ، با پخت قطعه تنشها را آزاد کرد . تابیدگی که در قطعه به وجود می آید با عملیات پرداخت نهایی جبران می شود و این عمل تنش دیگری ایجاد نمی کند .

از آنجا که شرایط سطح حفره قالب ، تعیین کننده کیفیت سطحی قطعه قالبگیری است و جدا شدن از قالب هم تابع آن است ، بنابراین پس از عملیات حرارتی ، مغزیهای ماشینکاری شده ، صاف ، سنگ زده و پولیش می شوند تا کیفیت سطحی خوبی به دست آید . نقصهای روی سطح حفره قالب ، با توجه به ماده قالبگیری و شرایط فرآیند کم و بیش بر روی قطعه ایجاد می شوند . اختلاف شکل سطح حفره قالب از طرح هندسی ایده آل ، مثل موج دار بودن و زبری ، زیبایی ظاهری قطعه را کم کرده و در آن شیار ایجاد می کند ، این عامل باعث افزایش نیروی جدایش می شود .

2-5-2 عملیات سطحی ( پرداخت نهایی )

در تولید تمامی محصولات نوری ، شرایط سطح حفره قالب ( تخلخل ، موجها ، زبری ) در کیفیت محصول نهایی بسیار مهم هستند . این موضوع تأثیر زیادی بر زمان و در نتیجه بر هزینه ساخت قالب دارد . این مورد بر نیروی جدایش و مقدار رسوب ترموستها و لاستیکها نیز اثر دارد .

بیشترین پرداخت در سطح پرداخت آینه ای لازم است که خروج قطعه از قالب را راحت می کند . بر خلاف موارد فوق ، در تولید قطعاتی که زیبایی ظاهری آنها لازم نیست ، از حفره قالب با سطح آماده نشده استفاده می شود . در این موارد ، خواص جدایش تعیین کننده شرایط سطحی حفره قالب است . سطوح بافت دار هم به همین صورت هستند .

بافت قطعه ، تعیین کننده جدایش آسان قطعه است و اگر بافت قطعه شیارهایی مایل نسبت به جهت خروج قطعه از قالب داشته باشد نیروی جدایش بیشتر از نیروی جدایش در قالبهای پرداخت شده است . در ادامه برخی از روشهای پولیش بیان می شوند .

2-5-2-1 سنگ زنی و پولیش ( دستی یا کمکی )

پس از تکمیل حفره قالب با تراشکاری ، فرزکاری ، EDM و … سطح را باید با سنگ زنی و پولیش صاف کرد تا کیفیت سطحی لازم برای تولید قطعه و جدایش آسان ایجاد شود . این کار حتی امروزه نیز اغلب به صورت دستی انجام می شود و تجهیزات با توان الکتریکی و بادی و همچنین مافوق صوتی نیز به کار می روند ( 23-21 ) . جزئیات ترتیب مراحل عملیات ، سنگ زنی خشن و دقیق و پرداخت در شکل 19 نمایش داده می شود .

با سنگ زنی خشن ، سطح فلزی تمیز و از نظر هندسی صحیح با زبریm µ 1 > R به دست می آید ، که آن را می توان با یک مرحله سنگ زنی دقیق یا پولیش تمام کرد ( 24 ) .

اگر مرحله پولیش با دقت انجام شود و برخی قوانین ابتدائی رعایت شوند سطحی با زبری به ارتفاع m µ 01 . 0 – 001 . 0 به دست می آید . البته پیش شرط این عمل ، استفاده از فولادهای عاری از ناخالصی با ساختار دانه بندی ظریف ، مثل فولادهای ذوب مجدد شده است ( بخش 1-1-8 ) . پرداخت کاملاً اتوماتیک ، ضعفهای زیادی دارد . بنابراین ، این روشها فقط در ترکیب با روشهای مکانیکی دستی به کار می روند . این روشها برای تکمیل مطالب به صورت خلاصه بیان شده اند .

2-5-2-2 پرداخت ارتعاشی

پرداخت ارتعاشی ، یک حالت از روش حرکت چرخشی سریع مرسوم است . قطعه کارها در داخل یک ظرف قرار روی دانه ای ( granulated zing  ) ، آب ، آلومین به عنوان محیط پرداخت و عامل مرطوب کننده یا ترکیب ضد زنگ پر می شود . سپس در ظرف حرکت ارتعاشی ایجاد می شود . به این ترتیب ، ترکیب به شدت مخلوط و بر دیوارهای قالب فشرده می شود . بنابراین ، یک عامل تمیز کاری ، که دیواره ها را صاف می کند انجام می شود . ضعف این روش ، سایش لبه ها است . باید این لبه ها را با پوشش کردن محافظت کرد  ( 25 ) . محدودیت این روش ، اندازه و وزن قالبها است .

2-5-2-3 سند بلاست ( لپینگ افشانه ای )

سند بلاست یکی از معروفترین و کاربردی ترین روشها است . در این روش ، ترکیب هوا – آب که حاوی دانه های شیشه ای است ، محیط دمیدن را تشکیل می دهد . سطوح قالب ، تحت فشار kpa 1000 – 500 و به وسیله این ترکیب آماده سازی می شوند .

این کار تمامی ناصافیها از قبیل شیارها را تسطیح می کند . کیفیت سطحی حاصل ، با سطوحی که به صورت مکانیکی آماده شده اند قابل مقایسه نیست . ارتفاع زبری تقربیاً m µ 5 است ( 25 ) . محدودیت این روش ، اندازه و وزن قالبها است .

2-5-2-4 لپینگ فشاری

این روش یک حالت لپینگ افشانه ای است که به الکترود – هونینگ هم معروف است . کاربرد آن محدود به آماده سازی سوراخها است . همانطور که از اسم آن پیداست ، این روش در ساخت ابزارهای تزریق پروفیل که در آنها سوراخهایی به اشکال مختلف و با کوچکترین اندازه باید پولیش شوند کاربرد ویژه ای دارد . در این فرآیند ، از یک ترکیب پرداخت خمیری با ویسکوزیته های مختلف که شامل کاربید سیلیسیم ، کاربید بور و یا ذرات الماس که نسبت به ابعاد سوراخ اندازه های مختلفی از آن به کار می روند ، استفاده می شود . این مجموعه به عقب و جلو حرکت داده می شود و ارتفاع زبری متوسط m µ 05 .0 = R به دست می آید ( 28 ، 26 ) . فرآیند به صورت اتوماتیک انجام می شود و فقط یک زمان کوتاه برای نصب و تنظیم لازم دارد .

2-5-2-5 پرداخت الکتروشیمیایی

در پرداخت الکترشیمیایی ، لایه های رویی قطعه کار به صورت آندی و بدون تأثیر مکانیکی یا گرمایی بر قالب جدا می شوند ( 29 ) . برداشت ماده از یک عنصر میکرسکوپی آغاز می شوند و با افزایش زمان فرآیند به آرامی ، سطوح ناصاف بزرگتر را نیز صاف و گرد می کند . سطح به دست آمده صاف است ولی تخت نمی باشد و موجهای باقیمانده روی آن مشخص هستند ( 30 ) . نقصهای فولاد مانند ناخالصیها و تخلخل مشخص می شوند . بنابراین بساری از انواع فولادها ، مخصوصاً فولادهای کربنی ، را نمی توان پرداخت الکتروشیمیایی کرد ( 25 ) .

2-5-2-6 پرداخت با تخلیه الکتریکی

پرداخت با تخلیه الکتریکی یک روش جدید و مستقل نیست . این تکنیک یک روش ماشینکاری با تخلیه الکتریکی ( بخش 2-6-1 ) است و سریعاً پس از پرداخت سایشی ظریف انجام می شود . بنابراین سایش و پرداخت در یک دستگاه و با یک تنظیم انجام می شوند . ساختار سطح پس از پرداخت با تخلیه الکتریکی ، با صفی از گودیهای حاصل از تخلیه که متصل و به هم بسته هستند ، مشابه ماشینکاری با تخلیه الکتریکی ، شناخته می شود . البته در اینجا ، این چاله ها عمیق و بیشتر آنها دایروی هستند و اندازه تمامی آنها تقریباً مساوی است . زبری سطح قالبهایی که به این روش پرداخت شده اند تقریباً m µ 3 .0 – 1 . 0 =R و قطر چاله های تخلیه حدود m µ 10 است . این کیفیت در حد سطوح سنگ زده شده ظریف است و اغلب نیازها در قالبسازی را بر طرف می کند . بنابراین پولیش دستی ، که در قطعات پیچیده مشکل است ، دیگر لازم نیست .

2-5-3 ادغام طراحی کامپیوتری و برنامه نویسی NC

یکی از کارهایی که در طراحی کامپیوتری قالبها و ماشین آلات انجام می شود ، تهیه داده های کنترلی برای ادامه کار با ماشین ابزارهای کنترل عددی ( NC  ) است . در اینجا منظور از برنامه نویسی NC مجموعه اطلاعات فنی و هندسی برای فرآیند کار است .

در ماشین ابزارهای مرسوم ، این اطلاعات توسط اپراتور برای تنظیم کلیه متغیرهای لازم در ماشین ( مانند حرکت برشی ابزار ، پیشروی ، شرطها ، تعداد چرخش ، اطلاعات اضافی ) به کار می رود . ماشینهایی که وسایل کپی کاری دارند ، طرح سطح مدل را با یک حس کننده تعقیب کرده و این اطلاعات را به حرکت ابزار تبدیل می کنند . در ماشینهای ساده یا طرحهای قدیمی ، بادامکها اطلاعات کاری را ایجاد می کنند ( مانند تحریک برگشتها ، کنترل پیشروی ( 33 ) ) . شکل 20 روشهای مرسوم و روشهای آینده ساخت قالب را نمایش می دهد .

در ماشینهای NC انتقال اطلاعات به صورت عددی و بر مبنای کد گذاری مشخص ( مثلاًٌ حالت CLDATA ) انجام می شود . دو حالت عملیات وجود دارند : برنامه نویسی دستی و مکانیکی که برنامه نویسی کامپیوتری است .

در برنامه نویسی دستی NC برنامه ریز باید کلیه حرکتها و مراحل تبدیل در ماشین را به ترتیب درست تعیین کرده و کدگذاری نماید . برای این کار مراحل برنامه ریزی زیر انجام می شود :

– تشخیص ترتیب کاری ،

– پیدا کردن ابزار مورد نیاز ،

– تعیین داده های فنی و

– کد گذاری اطلاعات به دست آمده برای حرکت و تبدیل .

قسمت کنترل ماشینهای مدرن با استفاده از توابع کمکی و زیر برنامه ها ( مثلاً تقسیم اتوماتیک قسمتها ، پیچ زنی و قلاویز کردن ، فرزکاری گودالها ) قسمت بزرگی از این کارها را خود انجام می دهد و کار فرد را کاهش می دهد . توسعه زیاد ریز پردازنده های کنترل کننده ، برنامه نویسی مکالمه ای و شبیه سازی فرآیند بر روی صفحه را امکانپذیر ساخته است . نمایش فرآیند با رنگهای مختلف و از دیدهای متفاوت مفید است . ادغام سیستمهای برنامه نویسی و کنترل ماشین ، کارگاههای کوچک را هم در استفاده از روش NC بدون مشکلی ، توانا می سازد و تغییرات سازمانی بزرگتری قابل انجام هستند .

علی رغم این فواید ، از آنجا که تولید اطلاعات مربوطه توسط فرد انجام می شود و زمان و پول زیادی لازم دارد ، در تولید خطوط و لبه های پیچیده تر این روش قابل توجیه نیست .

از آنجا که شکل قطعه قالبگیری بیش از پیش با سیستم CAD بنا می شود ، تعریف سطح به صورت کاملاً عددی با افزودن داده های NC ممکن است ( شکل 21 ) .

به این علل ، راه حلهای سیستماتیک کاملاً جدیدی ارائه شده است که ادغام امکانات مختلف برای دستیابی ه ایده تولید مجتمع کامپیوتری ( CIM ) را ممکن کرده است . از همه مهمتر ، باید به ادغام طراحی به کمک کامپیوتر ( CAD ) و کنترل عددی به کمک کامپیوتر ( CAP )  ( 36 ) تأکید کرد ، که این روش به صورت برنامه های CAM / CAM ، به وسیله بسیاری از تهیه کنندگان برنامه های CAD و CAD ارائه می شود . دو سیستم نرم افزاری پایه وجود دارند :

– داده های هندسی برای   NC ، از سیستم CAD ، به وسیله یک رابطه استاندارد شده به یک برنامه NC مستقل منتقل می شوند .

– واحد NC در سیستم CAD ادغام شده است .

در حالت اول ، اپراتور NC از شکل هندسی قطعه که در پایانه CAD است استفاده می کند :

طرحهای لازم برای مراحل مربوطه کاری از یک ضبط شده فراخوانده می شوند و به وسیله یک رابط استاندارد شده به سیستم NC منتقل می شوند . برنامه NC به صورت مکالمه ای بر روی صفحه و همراه با گرافیک پیش می رود . پس از اضافه کردن دستورات فنی مثل انتخاب قالب ، تلرانسها ، پیشروی و … اپراتور برنامه NC را به زبان APT ، این برنامه مقدار زیادی مستقل از ماشین است  ، یا به شکل بندی CLADATA طبیعی دریافت می کند . عمل بعدی پردازنده ، باعث هماهنگ شدن برنامه با کنترل واقعی ماشین می شود .

در برنامه های CAD که با واحد  NC به صورت مجتمع هستند ، تمامی داده های حرکتی ، مستقیماً از اطلاعات سطحی که با سیستم CAD ساخته شده تولید می شوند . علاوه بر این در سیستم حجم جهت دار CAM / CAD می توان به سرعت عملیات Boolean ( گودالها ، حفره ها ، سوراخها ) را به صورت حجم برشی تعریف کرد . به این ترتیب مقدار کار انجام شده به صورت اساسی کم می شود . استفاده از یک بانک داده های معمولی در طراحی برنامه ریزی ، این امتیاز را دارد که تغییرات در مجموعه دادها اثر مرتبطی بر دیگر داده ها دارد . به این ترتیب تمامی اندازه ها پس از تصحیح طراحی به صورت اتوماتیک نوسازی می شوند . در انتقال داده بین بخشها و همچنین در انتقال بین انواع مختلف سیستمهای CAD  و NC از ایجاد خطا جلوگیری می شود . امتیاز دیگر سیستمهای مجتمع CAM / CAD در هنگام تغییر طراحی یک قطعه مشخص می شود : اگر فقط تغییر ابعاد قالب در نظر باشد و شکل آن فرقی نکند ( برای قطعات ساده مثل درپوشها ، کاسه نمد شفت و … ) و اصول ساخت قالب هم یکسان باشد ، برای هر یک از آنها ایجاد یک حالت جدید بر پایه داده های هندسی واقعی لازم نیست . در عوض برنامه یک فهرست برای داده های واقعی ایجاد می کند که این اطلاعات به عنوان ورودی متغیرهای فرآیند است و در ضمن داده های فنی نیز در آن موجود هستند .

دامنه توابع یک واحد NC به صورت زیر است :

– تولیدی ، در نتیجه بهینه سازی حرکتهای ابزار ،

– تقسیم اتوماتیک مقاطع ،

– توانایی تعریف سیکلهای بزرگ ( خشن کاری ، پرداخت نهایی ) ،

– کار نقطه به نقطه ( مته کاری ، پیچ زنی ، قلاویز کردن ، برقوزدن ) ،

– فرز کاری حفره ها و سطوح با ماشینکاری یک طرفه ، دو طرفه ، چرخ دنده حلزونی ، چرخ دنده خورشیدی ، در نظر گرفتن جزیره ها و عمق براده برداری ،

– تعریف مسیرهای شروع و پایان .

– وارد کردن متغیرهای فنی مثل سرعت برشی ، قدرت سریع ، سرعت پیشروی ، تلرانس ، ارتفاع زبری ، حداکثر فاصله بین دو ابزار ،

– شبیه سازی استاتیکی و دینامیکی فرآیند فرزکاری همراه با چک کردن برخوردها و

– خروج کدهای NC به شکل مناسب .

با توجه به پیچیدگی کار ( ماشینکاری NCD 3- 2/1  2 ) مدولهایی با پیچیدگیهای  مختلف در دست هستند ( 37 ) .

برای ساخت نمونه اولیه با ماشینکاری یک قطعه از یک بلوک پلاستیکی ، خشن کاری اغلب با تیغه های پیشانی تراش انجام می شود . بلوک در صفحه تراز شده فرز کاری می شود . برای کار روی سطح تراز خارجی و فرزکاری حفره های موازی طرح ، سیکلهای فرزکاری مربوطه به کار می روند . برنامه ریزی چنین طرحی با مدول D 2/1  2 بسیار ساده تر از مدول D 3 است . گردکردن گوشه ها به وسیله تیغچه های پروفیل انجام می شود و نیاز به برنامه ریزی آن نیست .

مدول D 3 NC فقط برای سطوحی که آزادانه و به صورت پیچیده شکل گرفته اند به کار می رود . این مدولها هنوز از تعریف حجم سیستم CAD استفاده نمی کنند بلکه بر پایه مشخصات ریاضی سطح ، به صورت توابع Bezier یا Spline ، عمل می کنند . سطوحی که انحنای تندی دارند با اتصال سطوح جزئی کوچکتر ( کله ها ) که با وارد کردن مرز آنها ایجاد شده اند تقریب زده می شوند ، تکه هایی که باید در مرحله یکسانی ماشینکاری شوند ، باید مشخص گردند .

پس از تعیین نقطه شروع ماشینکاری ، جهت فرزکاری و نوع ماشینکاری تیغه فرز فرم دار ( سرگرد ، فرز انگشتی ، تیغه فرز دایروی ) باید بسته شود .اگر بعضی از سطوح نباید ماشین کاری شوند آنها را باید به صورت خطوط بسته یا سطوح برخورد تعریف کرد تا نرم افزار NC  و در محاسبه ماشینکاری از آنها پرش کند.

سیستمهای مجتمع CAM/CAD در جهت انتقالی اتوماتیک و سریع اطلاعات فنی مانند تلرانس ابعاد ،شکل و موقعیت و اطلاعات مربوط به ساختار سطحی از نقشه ها به واحد NC  توسعه می یابند.

2-6 فرآیند ساخت با تخلیه الکتریکی

امروزه قالبسازی بدون تجهیزات تخلیه الکتریکی قابل تصور نیست.به کمک این تجهیزات،شکلهای هندسی پیچیده در فولادهای پخت ،بازپخت و سختکاری شده در یک مرحله و بدون تابیدگی به دست می آیند (38).

2-6-1 ماشینکاری با تخلیه الکتریکی (EDM  )

ماشینکاری با تخلیه الکتریکی یک فرایند ساخت تولید مجدد است که از اثر براده برداری تخلیه الکتریکی ناپایدار و پی در پی که بین الکترود و قطعه کار با تغییر ولتاژ KV  20 در سیال دی الکتریک (آب یا هیدروکربنهایی مثل نفتا و نفت چراغ (kerosene  ) ایجاد می شود استفاده می کند. با هر ضربه پی در پی حجم کوچکی از ماده قطعه کار و الکترود تا دمای ذوب یا تبخیر (C  5000-1000 ) گرم می شود و با نیروهای مکانیکی و الکتریکی از سطح کار خارج می شوند.

این کار در هر دو الکترود چاله هایی ایجاد می کند که اندازه آنها به انرژی جرقه بستگی دارد .بنابراین دو حالت خشن کاری (انرژی زیاد ضربه)و پرداخت تمایز داده می شوند. کثرت چاله های حاصل از تخلیه باعث ایجاد سطحی با ساختار و زبری خاص و ظاهر مات مشخصی، بدون علائم جهت دار حاصل از ماشینکاری می شود. باقیمانده مواد به وسیله یک افشانه سیال الکترولیتی تمیز،از دهانه اسپارک پاک شده و در ظروف رسوب می کند پلاریزاسیون قطعه کار و ابزار به ترکیب مواد بستگی دارد و طوری انجام می شود که بیشترین حجم از قطعه کار جدا شود.

اندازه تغییر شکا اسپارک حاصل از اسپارک عمودی ساده ؛با شکل و ابعاد الکترود معین می شد.ماشینکاری شیارهای ندید عملی نیست. معرفی روش با تخلیه الکتریکی خورشیدی کاربرد های روش فرسایش را گسترده کرده است. در این روش ماشینکاری با حرکت نسبی بین قطعه کار و الکترود انجام می شود که این حرکت با ترکیب 3 حرکت عمودی،خارج از مرکز و چرخشی بدست می آید .ماشینکاری با تخلیه الکتریکی خورشیدی به تکنیک سه بعدی یا چند فضایی هم معروف است. امروزه با این روش می توان در حفره قالبها شیار ایجاد کرد.

تمام رسانه های الکتریکی خوب،اگر رسانایی گرمایی خوبی هم نشان می دهند به عنوان الکترود بکار می روند. در اغلب موارد،نقطه ذوب این مواد به قدری بالا است که از سایش سریع الکترود ابزاری جلوگیری می کنند.

الکترود های به روش تراشکاری،صفحه تراشی یا سنگ زنی،شکل دهی سرد و گرم یا شش شعله ای و یا روکش کاری الکترولیتی ساخته می شوند. شکل،دقت مورد نیاز و جنس قطعه روش ساخت را تعیین میکند.

به علت کیفیت سطحی بالایی که در قالبهای تزریق مورد نیاز است و همچنین سایش الکترود،برای خشن کاری و پرداخت دیواره های حفره قالب،مخصوصاً در فرسایش عمودی ،از الکترودهای متعدد استفاده می شود، بنابراین با اسپارک میکروسکپی دقت UM 1 و کمتر و ارتفاع زبری UM  0.1 را می توان مجددا تولید کرد. قالبهایی که به این روش ساخته می شوند اغلب فقط یک پرداخت نهایی لازم دارند .اما در برخی از موارد مانند تولید قطعات نوری یا ساخت حفره قالبهایی که سطح آنها با اچ کردن ساختاردار می شود این پرداخت کافی نیست.

در روش اسپارک سختار سطحی بر اثر گرما تغییر می کند. دمای بالای جرقه سطح فولادی را ذوب کرده و در این حال هیدرکربنهای پر ملکول سیال دی الکتریک را به اجزاء آن تجزیه می کنند. کربن آزاد شده در سطح فولاد منتشر شده و با عناصر تشکیل دهنده کاربید،لایه های بسیار سختی ایجاد می کند. ضخامت این لایه ها به مقدار انرژی اسپارک بستگی دارد. علاوه بر این تجمع ماده الکترود در منطقه ذوب مشاهده می شود بین سطح رویی سخت شده و ساختار اولیه یک لایه انتقالی وجود دارد نتیجه این تغییر ساختار ایجاد تنش های کششی پس ماند بالا (45)در لایه های خارجی است که باعث ترک خوردن می شود و در بعضی اوقات مانع عملیات تکمیلی مورد نیاز مثلاً اچ فتو شیمیایی می شود . علی رغم این موضوع امروزه فرایند EDM جای ثابتی در روش های ساخت قابل دارد .بعضی از قالب ها را به جز با این روش نمی توان ساخت. با استفاده صحیح از این روش قالبها تا %40 ارزانتر ساخته می شوند.

این روش اتوماتیک انجام میشود و بسیار دقیق و بی اشکال است و نیازی با نظارت بر آن نیست.این مورد مهمترین امتیاز این تکنیک است.ماشینهای تخلیه الکتریکی مدرن با صفحه کنترل متقابل چهار محوره کنترل عددی میشوند و پالتهای جابجا شونده ای برای قطعه کار دارند. به این ترتیب می توان پالتها را در سیال در بیش از یک محور حرکت داد. بنابراین شروع کار و ماشینکاری دقیق بدون نظارت انجام می شود و می توان کار را بدون اپراتور برای قطعه کار های متعددی ادامه داد.

2-6-2 وایرکات (برش با اسپارک به وسیله الکترودهای سیمی متحرک )

این فرایند یک روش اقتصادی برای برش سورخهای میانی با شکل دلخواه است. دیواره های شکاف ممکن است نسبت به سطح صفحه مایل باشند با توجه به کارایی قابل توجه این روش حفره قالبهای کوچک بطور فزاینده ای مستقیماٌ در صفحات قالب بریده می شوند.

برشکاری با اسپارک بر پایه اصول فرسایش گرمایی EDM است.فلز با تخلیه الکتریکی و بدون برخورد با کار مکانیکی با قطعه کار و الکترود سیمی نازک برداشته شده و برش می شود. الکترود به صورت عددی کنترل می شود و مانند اره نواری یا چکشی در قطعه حرکت داده می شود. سیال دی الکتریک آب با مواد معدنی پایین است که از افشانه های هم محور به سطح برش کاری وارد میشود. سپس این آب در یک دستگاه مجزا تمیز و بازیابی میشود. آب امتیاز های زیادی نسبت به هیدروکربنها دارد . با آب فاطله دهانه اسپارک بیشتر می شود که این امر شستشو و کل فرایند را بهتر می مند. براده ها کوچکتر هستند .هیچ محصول جامد حاصل از تجزیه بوجود نمی اید و هیچ قوسی که باعث شکستن غیر قابل پیشگیری سیم شود تولید نمی شود.امروزه ماشینهای برش کاری با اسپارک در انواع دو محمور و چهار محوره وجود دارند. طرح چهار محوره برای سوراخهای مخروطی بکار میرود. به وسیله تجهیزات مدرن شکافهای پیچیده با لبه های غیر معمول را تا ارتفاع برش کاری mm 420 می توان ایجاد کرد. فاصله دهانه به قطر الکترود سیمی بستگی دارد و با کار مورد نظر هماهنگ می شود .معمولاً از سیمی به قطر mm 0.3 -0.03 استفاده می شود. این سیم با باز شدن قرقره دائماً جایگزین میشود. بر  خلاف روش مرسوم EDM ابزار تغییر نمیکند. با توجه به روش برش کاری (برش سریع یا برش ظریف که ترکیب برش کامل،برشکاری مجدد و صاف کردن است)سطوح فولاد با ارتفاع زبری UM1.8 -0.3 و سرعت براده برداری MIN/mm 140 بدست می آید .مشابه فرآیند برشکاری EDM .

این روش برشکاری نیز بر قطعه کار اثر گرمایی دارد و باعث تغییر ساختاری در لایه های نزدیک به سطح میشود. ممکن است یک عملیات تکمیلی مکانیکی لازم شود.

2-7 ماشینکاری الکتروشیمیایی (ECM)

این فرآیند مدرن براده برداری بر پایه اثر الکترولیتی که باعث حل شدن مواد رسانا و نیمه رسانای قطعه کار می شود است. انحلال با تبادل بار برقی و مواد بین قطعه کار به عنوان آند و ابزار به عنوان کاتد و با توان جریان الکتریکی در الکترولیت به عنوان محیط موثر انجام می شود.

این روش امتیاز هایی تسبت به فرایند EDM  (عدم سخت کاری سطح،عدم سایش الکترودها و سرعت براده برداری زیاد)داشته ولی ضعفهای جدی نیز در آن وجود دارند .تجهیزات بسیار گران هستند و از آنجا که در ساخت آند زمان و هزینه زیادی صرف می شود فقط برای ساخت تعداد زیادی محصول هم شکل مناسب هستند که چنین حالتی به ندت در ساخت حفره قالبها ی ترزیق پیش می آید. علاوه بر این تلرانسهای قابل دسترسی 5 برابر بزرگتر از تلرانسهای فرآیند EDM  هستند.

2-8 براده برداری شیمیایی –اچ کردن

غالباً سطوح جهت اهداف کاری با تزئینی بافت دار میشود. همچنین برای زیبا سازی افزایش مقاومت سایشی و مقاومت در برابر خراش (مثلاً دانه بندی چوب یا چرم)و یا برای لمس پذیری بهتر این کار انجام می شود. در ضمن می توان اثرات جریان(خطوط جوشکاری،رگه )را پنهان کرد .

با فرایندهایی که قبلاً بیان شد .عموماً مکانیکی و اغلب دستی ،طراحی هایی خلافانه ممکن نیستند .تنها فرآیند شیمیایی امکانات جدیدی برای طرح ایجاد کرده است.

مبنای این فرایند،حل شدن فلزات در محلولهای اسیدی ،بازی و نمکی است. مواد فلزی،در نتیجه اختلاف پتانسیل بین مناطق میکروسکپی ماده یا بین ماده و عامل اچ حل میشوند .اتم های فلزی ،الکترون ساطع می کنند و به صورت یونی از شبکه فلزی تخلیه می شوند. یونهای آزاد در فرآیند احیاء به وسیله کاتیونها و انیونهای موجود در عامل اچ مصرف می شوند .فلز جدا شده برای تشکیل نمک فلزی غیر محلول با آنیونها ترکیب می شود. این نمک با صاف کردن و عمل سانتریفیوژ از عامل اچ خارج می شود.

عموماً ترکیب دقیق عامل اچ از اسرار تجاری تولید کننده است.تقریباً تمامی فولاد ها را بدون محدودیت مقدار عناصر آلیاژی مثل نیکل یا کروم (حتی فولاد زنگ نزن)می توان به روش شیمیایی ماشین کاری یا بافت دار کرد. علاوه بر قالبهای فولادی قالبهایی که از فلزات غیر آهنی هم ساخته شده اند می توان عملیات شیمیایی کرد .

پرداخت سطحی که با براده برداری شیمیایی یا اچ کردن بدست می آید به جنس و شرایط قطعه کار و البته به عامل اچ بستگی دارد .براده برداری یکنواخت فقط در مواردی حاصل می شود که ترکیب همگن و ساختار یکنواخت باشد .هر چه که ساختار ظریف تر باشد سطح اچ شده بهتر و صافتر نمایان میشود.بنابراین معمولاً قالبها را قبل ار اچ کردن عملیات حرارتی می کنند. عمق عملیات حرارتی همیشه باید بیشتر از عمق اچ کردن باشد. در غیر این صورت عامل اچ به داخل لایه های عملیات حرارتی شده نفوذ می کند. در این صورت اچ کردن بسیار نامنظم می شود. با سختکاری سطحی قبل از اچ کردن لایه های کافی بدست می آید. همانطور که گفته شد زبری اولیه قالب بر پرداخت سطحی پس از اچ کردن موثر است .اثرات ناخواسته ماشینکاری پوشیده نشده ولی کم و بیش به صورت نامشخص تر دیده میشوند.قبل از اچ کردن باید سطح را با سمباده ای به اندازه دانه 240 کاملاً صاف کرد. عمق مجاز اچ کردن نتیجه شرایط کاری قالبگیری تزریقی است. سرعت براده برداری به عامل اچ،دما و نوع جنس بستگی دارد .عموماً سرعتMM/MIN  0.08 -0.01 است و با افزایش دما زیاد می شود.

دو روش اچ کردن ،اچ غوطه وری و اچ پاششی بکار می روند. هر دو روش امتیاز و ضعفهایی دارند،با اچ غوطه وری ،قالبهایی با هر اندازه را می توان اچ کرد و تجهیزات آن ساده و ارزان هستند .در این روش دفع محصولات واکنش و تعویض پایدار عامل اچ در نزدیکی سطح قطعه مشکل است.در اچ پاششی خارج کردن محصولات واکنش و تعویض پایدار عامل در سطح قطعه راحت تر است. البته فرآیند کار بیشتری لازم دارد و تجهیزات آن گرانتر هستند.عامل اچ فشرده شده و از میان نازل به سطح اچ شونده پاشیده میشود.

کلیه پوششهایی که بر روی سطح قرار گرفته اند تا از اچ شدن جلوگیری کنند در موقع برخورد عامل پاشیده شده نباید از بین رفته و یا بلند شوند طوریکه عامل در سطح زیر آنها عمل کند.

چندین روش برای پوشش گذاری سطوحی که نباید براده برداری شوند ارائه شده است.این روشها به نوع بافت بستگی دارند. روشهای پوشش گذاری دستی ،سیلک اسکرین و واسطه های فتو شیمیایی در این دامنه هستند. به وسیله فرایند اخیر تولید مجدد با دقت بالا قابل دستیابی است سطح فلز با یک پوشش حساس به نور که طرح فیلم روی آن کپی شده است پوشیده می شود.سطح بافت داری که به این وسیله ساخته می شود در جزئیات نیز درست است و به خوبی بصورت یکسانی تولید مجدد می شود بنابراین این فرایند خاصه برای قالبهایی با چند حفره قالب قابل توجه است. امروزه شابلونهای مختلفی در زمینه های گسترده ارائه می شوند.

2-9 سطوحی که عملیات اسپارک یا انحلال شیمیایی (اچ) شده اند

با  کمک تکنیکهای مدرن ساخت – اسپاک و به خصوص اچ فتو شیمیایی –تقریباً تمامی طرح های دلخواه بر سطوح قابل تولید هستند.

هر دو روش ظاهر مشخصی بر سطح قالب ایجاد می کنند. قالبهای اسپارک شده سطحی تخت با حاشیه ای که با حفره های حاصل از تخلیه گرد شده دارد. سطوح اچ شده متفاوت هستند .ساختار عمیق تر است و لبه های تیزی دارد .در هر دو مورد می توان ساختار را با دمیدن ذرات سخت (کاربید سیلیسیم) یا ذرات نرم (ساچمه شیشه ای ) به ساختاری که خریدار می خواهد تبدیل کرد .با ذرات سخت سطح زبز و با ذرات نرم سطح صاف می شود.

هر ماده پلاستیک با توجه به ویسکوزیته ،سرعت انجماد و متغیرهای فرآیند مثل فشار تزریق و دمای قالب سطح را به شکل متفاوتی تولید مجدد می کند.

یک قانون کلی این است که با کم شدن ویسکوزیته مذاب دقت سطح تولید شده بیشتر می شود.در نتیجه موادی که ویسکوزیته مذاب آنها پائین است سطح قالب و گوشه های تیز را دقیقاً تولید می کنند .نتیجه حاصل سطح بسیار مات و مقاوم در برابر خرابی است.موادی که ویسکوزیته حالت مذاب آنها بالا است. گوشه های قالب قوس بزرگتری داشته و این سطح براق بوده ولی به خرابی حساس است .بیشتر شدن متغیر های فرایند مثل دمای قالب سرعت تزریق و فشار حفره قالب باعث تولید مجدد دقیق تر ساختار ظریف سطح قالب می شود و ظاهر کلی این سطح مات تر می شود. این موضوع به این معنا است که قطعات پیچیده و مشکل که سطح بزرگی دارند و قطعاتی که ضخامت دیواره آنها بسیار متفاوت است. اگر مذاب ئاخل حفره قالب در تمامی نقاط در در شرایط یکسانی باشد سطح یکنواختی ظاهر می کنند.

از این رو ابعاد و موقعیت گلوئی تزریق و راهگاه اهمیت خاصی دارند. اگر موقعیت گلوئی تزریق نامناسب باشد کیفیت محصول کم است و در سطوحی که دور از گلویی تزریق هستند افزایش درخشندگی مشاهده می شود. علت این امر وجود مذاب سرد شده در فاصله زیاد از گلوئی تزریق و در نتیجه فشار بسیار کم برای ایجاد جزئیات ساختار است.

هنگام خارج کردن قطعه کار از قالب بافت سطح مثل شیار عمل می کند و مانع جدایش می شود. بنابراین با توجه به شیب دیواره قالب در حین اچ کردن یا اسپارک نباید بیشتر از عمق مشخصی کار کرد. جهت بافت عمودی موازی یا نامنظم نسبت به جهت خارج کردن قطعه مهم است. با حساب سرانگشتی عمق اچ کردن برای هر 0.5 شیب حداکثر mm 0.02 است.

اگر اچ کردن ماهیچه لازم باشد عمق باید کمتر باشد و یا شیب باید بیشتر باشد اگر نتوان از مقادیر پیشنهاد شده تبعیت نمود پس از ایجاد دماهای مختلف در دیواره قطعه قالب گیری از شیار به بیرون کشیده می شود . همچنین می توان ابتدا ماهیچه را خارج کرد و در نتیجه قطعه قالبگیری به سمت مرکز جمع شده و از بافت جدا می شود. (مثلاً بدنه خودکارهای ساچمه ای ) پیش شرط این کار ایجاد شیب بیشتر روی ماهیچه نسبت به سطح خارجی قطعه است.

2-10 قالب برای قطعات تو خالی با شکل دلخواد تکنیک پوسته –تکنیک ماهیچه ذوب شده

بسیاری از قطعات را با قالبهای مرسوم نمی توان قالب گیری تزریقی کرد مخصوصاً در قطعاتی که شیار های پیچیده دارند و یا قطعات توخالی سه بعدی مثل لوله های مجرای ورود هوا در موتور های گازوئیلی این مشکی وجود دارد.بنابراین استفاده از قالبهایی که در آن ماهیچه کشیده می شود ممکن نیست.این قطعات با تکنیک های قالبگیری تزریقی تولید می شوند. راه حل این مسئله استفاده از تکنیک پوسته و یا ماهیچه های ذوب شونده است.

روش پوسته در قطعات قالبگیری که می توان آنها را چند قسمت کرده و قسمتهای مجزا و پیش ساخته شده را در مرحله ای دیگر با جوشکاری چسبانیدن و .. به هم متصل کرد یا در قالبگیری تزریقی مواد اطراف محل اتصال بکار می رود . قالبگیری در اطراف محل اتصال که در اینجا مورد توجه است ،مراحل ساخت متعددی لازم دارد. در اولین گام دو نیم پوسته با یک فلانچ در خط جدایش ساخته می شوند. البته این گونه فرض شده که می توان خط جدایش را به گونه ای قرار داد که مانع جدایی دو نیم پوسته نشود. سپس این اجزاء در یا قالب دیگر قرار گرفته و مواد در اطراف فلانچها ریخته می شود.

کار با ماهیچه ذوب شونده به معنی ساخت ماهیچه از بین رونده در مرحله قبلی است. عموماً ماهیچه ها با ریخته گری در قالب یک تکه تحت فشار کم و در صورت نیاز در گاز محافظ ساخته می شوند .سپس آنها در قالبهای تزریق جا زده می شوند و از حرکت کردن آنها توسط مذاب ورودی جلوگیری می شود. در غیر این صورت تفاوت در ضخامت دیواره ها و یا بارگذاری یک طرف ماهیچه ها بوجود می آید که باعث خراب شدن قالب می شود.پس از قالب گیری تزریقی قطعه و ماهیچه از قالب جدا شده و داخل یک وان گرم شده می شوند که در آن ماهیچه ذوب و خارج می شود .با توجه به جنس ماهیچه و نقطه ذوب آن وان آب گرم و یا روغن گرم بکار می رود. علاوه بر آلیاژهای بیسکوت –قلع قلع از نمک ها و موم ها نیز برای ساخت ماهیچه استفاده می شود. پس از پایان کار این مواد را می توان بازیافت کرده و مجدداً استفاده نمود.

برای کاراگاههایی که به صورت اقتصادی کار می کنند تجهیزات ذوب ماهیچه گران هستند . برای ذوب ماهیچه با سرعت کافی یک گرم کن القایی قرتمند بکار می رود.

ماهیچه های فلزی از جنس آلیاژهای بیسموت-قلع در ساخت بطن و قلب مصنوعی بکار می روند. همانطور که گفته شد ذوب ماهیچه تجهیزات گران قیمتی نیاز دارد. بنابراین اخیراًعلاوه بر آلیاژهای ذوب پائین مواد دیگری نیز در نظر هستند. مواد مختلف از یخ تا نمک مطرح شده اند. ماهیچه مومی اطلاح شده که تا دمای c  200 مقاومت می کند به نظر طرح جالبی است.

2-11 فرآیند استریو-پلانوگرافی برای ساخت نمونه و مدل

اغلب نمونه ها و مدل ها به صورت دستی و یا با ماشینکاری ساخته می شوند اغلب برای این کار ابزار ماشین آلات خاصی مورد نیاز است . بعضی اوقات این کار روزها هفته ها یا ماهها زمان میبرد و حتی هزینه های آن از هزینه قالبهای تولید بسیار بیشتر می شود .با این روش استریو –پلاتو گرافی می توان به سرعت و بدون ابزار اضافی مدل نمونه و قالبهای ریخته گری را با کامپیوتر تولید کرد.

استریو پلاتو گرافی تکنولوژی جدیدی برای ساخت مدل با نمونه به صورت اتوماتیک و بر پایه اطلاعات تهیه شده در CAD/CAM است اشعه لیزر پلیمر حساس به نور داخل محفظه را عمل آورده و بدون ابزار یک قطعه توپر سه بعدی تولید می کند.

اجزاء اصلی این سیستم کامپیوتر اسکنر نوری و لیزری است. کامپیوتر نقشه CAD قطعه را به سطح مقطعهای منفرد تقسیم می کند اشعه لیزر به وسیله اسکنر X-Y براده های این سطوح را روی سطح پلیمر مایع کپی می کند. پلیمر تحت اثر تشعشع UV اشعه لیزر بر روی یک سکو عمل آورده می شود.

پس از تمام شدن سطح مقطع اول سکو به اندازه ضخامت مقطع از پیش تعیین شده پائین می آید و سطح مقطع بعدی در معرض اشعه لیزر قرار می گیرد . به این ترتیب قطعه ساخته می شود. ماده عمل آوری نشده به صورت مایع باقی می ماند و برای قطعات دیگر قابل مصرف است.

پس از تکمیل قطعه سکو و قطعه از ماشین خارج می شوند. سطح به وسیله گرما با یک حلال خشک شده و با تشعشع UV شدید با گرمای بیشتر به شدت سخت می شود.