فولاد قالب پلاستیک به دلیل سختی زیاد بسیار خوش تراش است و برای ماشین کاری، تولید پلاستیک مصنوعی، قالب های مورد استفاده در صنایع غذایی و بهداشتی، پرس کردن پلاستیک، قالب دمشی دایکست و تزریقی کاربرد دارد. فولاد 1.2311 از دسته فولادهای قالب پلاستیک است که قابلیت پولیش کاری مناسبی دارد.
فولاد قالب سازی
فولاد های قالب پلاستیک فولاد های سخت شده ای از فولاد های آلیاژی هستند که در ساخت قالب های تزریق پلاستیک کاربرد دارند. آبدهی و تمپر فولاد قالب پلاستیک تا سختی۴۰-۳۰ راکول سی انجام می شود و پس از آن، از این نوع فولاد در ساخت قالب های تزریق پلاستیک استفاده می شود. این دسته از فولاد ها بر اساس میزان رسانش گرمایی، میزان سختی و چقرمگی بالاتر، میزان مقاومت نسبت به خوردگی و دارا بودن قابلیت پولیش پذیری و ماشین کاری، درجه بندی می شود. این فولادها در عملیات حرارتی، به ندرت دچار آسیب یا ترک می شوند.
کاربرد فولاد قالب سازی محدود به قالب های پلاستیک نیست و در قالب سازی آلومینیوم نیز مورد استفاده قرار میگیرد. فولاد H13 و H11 دو فولادی هستند که در قالب سازی آلومینیوم مورد استفاده قرار میگیرند.
انواع فولاد قالب پلاستیک
این فولاد ها بر اساس نوع عملیات حرارتی که بر روی آن انجام می شود، به فولاد پیش سخت شده، پیر سخت شده و آنیل دسته بندی دسته بندی می شود.
فولاد Mo40
فولاد Mo40 یا فولاد 1.7225، فولادی آلیاژی است که به عنوان فولاد قالب پلاستیک نیز استفاده می شود. این فولاد از دسته فولادهای آنیل است و دمای لازم برای آنیل کاری این فولاد بین 650 تا 700 درجه سانتیگراد است. همچنین دمای فورجینگ این فولاد بین 850 تا 1050 درجه سانتی گراد است. فولاد Mo40 به دلیل سختی بالا، استحکام کششی بالا، قابلیت شکل پذیری مناسب و تحمل و رسانایی گرمایی بالا، برای استفاده به عنوان قالب پلاستیک بسیار مناسب است. سایر مصارف فولاد Mo40، در ساخت پینیون ها، پیچ های مقاوم، غلطک های سیمان و فولاد و…. است. ترکیبات این فولاد در جدول زیر ذکر شده است.
فولاد 1.2312
فولاد M200 یا فولاد 1.2312 نیز یکی دیگر از فولادهای آلیاژی است که به عنوانقالب پلاستیک مورد استفاده قرار می گیرد. این فولاد دارای دمای آنیل کاری 720 تا 740 درجه و دمای فورجینگ 850 تا 1050 درجه سلیسیوس است. فولاد 2312 با درجه سختی برینل 300HB، قابلیت ماشین کاری بسیار خوبی را دارد و به همین دلیل، در صنعت قالب سازی بسیار مورد توجه مشتریان قرار می گیرد.
فولاد 1.2738
فولاد M238 یا فولاد 1.2738 نیز یکی دیگر از فولادهای آلیاژی مورد استفاده به عنوان فولاد قالب پلاستیک است. دمای فورجینگ این فولاد 850 تا 1050 و دمای آنیل آن 720 تا 740 است. فولاد 2738 نیز مانند فولاد 1.2312 دارای درجه سختی برینل 300HB است و برای ماشین کاری بسیار مناسب است. همچنین از این فولاد در بعضی از صنایع به عنوان فولاد گرم کار نیز مورد استفاده قرار می گیرد. سایر صنایعی که از فولاد 1.2738 استفاده می کنند شامل ریخته گری تحت فشار (دایکست)، ساخت ابزارهای هیدروفرمینگ، ساخت قالبهای صفحه اجاق گاز، صندلی و بطری، می باشد.
این گروه از فولاد ها با داشتن سختی زیاد بسیار خوش تراش بوده و با قابلیت پلیش بسیار عالی جهت قالب های پلاستیک و ملامین سازی مصرف می شود و معمولا نیاز به آبکاری ندارد و قابلیت سمانتاسیون را دارند.
در ساخت قالب پلاستیکی انتخاب نوع و عناصر آلیاژی فولاد نقش تاثیر گذاری در عمر، عملکرد و هزینه قالب دارد. هزینه ها و قیمت تولید قالب پلاستیکی به صورت غیر مستقیم وابسته به فولاد است که در صورت عدم انتخاب فولاد الیاژی مناسب، هزینه های اضافی را به قالب تحمیل می کند.
خصوصیات قطعه ای که برای ساخت قالب پلاستیک و انتخاب فولاد آلیاژی مربوطه مؤثر است عبارتند از:
صافی سطح
گرین کاری
خورنده بودن یا ساینده بودن جنس قطعه
دقت ابعادی
تیراژ تولیدی
زمان ساخت
فولادهای قالب های پلاستیک با توجه چقرمگی آنها (نوع عملیات حرارتی) به چهار دسته تقسیم می شوند:
پیش سخت شده (Pre Hardened)
آنیل (Annealed)
پیر سخت شونده (Age Hardening)
فولاد های پیش سخت شده (Pre Hardened)
این فولادها به صورت سخت کاری شده و بازپخت شده به بازار ارائه می شوند و می توان نقش قالب مورد نظر را روی آنها به صورت مستقیم اجرا و بهره برداری کرد.از مهمترین مزایای این فولاد ها میتوان به کوتاه شدن فرایندهای ساخت و عدم ایجاد ترک های ریز در اثر عملیات حرارتی اشاره نمود.این فولاد ها معایبی هم دارند ازجمله: زمان ماشین کاری این فولادها با توجه به سختی آنها بیشتر از فولادهای آنیل شده است و باتوجه به اینکه سختی اینگونه فولادها به تدریج از سطح به عمق کم میشود، قالب هایی که توسط اینگونه فولادها تهیه میشوند دارای سختی یکنواخت نیستند. همچنین برای رزین هایی که بسیار ساینده یا دارای دمای پروسه بسیار بالا هستند،مناسب نیستند.
انتخاب فولاد ابزار مناسب برای ساخت قالب به عوامل زیر بستگی دارد:
۱- نوع مواد پلاستیک برای قالب گیری
۲- روش ساخت و شکل هندسی قالب
۳- میزان سایش
۴- قابلیت پولیش
انواع فولاد قالب پلاستیک :
فولاد 1.2312 (M200)
فولاد 2312 قالب پلاستیک را در اندازه های متوسط و بزرگ با کیفیت سطح آینه ای و قابلیت براده برداری مناسب برای ساخت قالب های پلاستیک مورد استفاده قرار می دهند. در ساخت کلیه ابزار هایی که جهت فرایند تولید پلاستیک مصنوعی به کار می روند از فولاد 1.2312 بهره می برند. فولاد قالب پلاستیک 1.2312 هم چنین در قالب های مورد استفاده در صنایع غذایی و بهداشتی استفاده می شوند. چهارچوب قالب ها برای قالب های پلاستیک تزریقی، یکی دیگر از مصنوعات ساخته شده با فولاد قالب پلاستیک 1.2312 هستند.
کاربردهای فولاد 2312 در صنایع مختلف :
قالبهای پلاستیک با سایز متوسط و بزرگ
ابزار جهت فرایند پلاستیک مصنوعی
قالب های پلاستیک ضربه ای
دمای فرجینگ ( Forging) :1050-850
دمای آنیلینگ ( Annealing) : 740-720
دمای سختی پذیری( Hardening) : 880-860 ، 860-840
محیط خنک کردن (Quench) : روغن – هوا
دمای برگشت ( Tempering) : 650-600
دماها برحسب سانتی گراد می باشد
فولاد 1.2083 (M310)
دارای سختی پذیری بالا (عمیق), استحکام بالا, مقاومت به سایش خوب و مقاوم در برابر خوردگی است. و برای ساخت قالب های پرس رزین مصنوعی خورنده نظیر ترمو پلاست ها بسیار مناسب است.
همچنین دمای پیش گرم آن 150 الی 200 درجه سانتیگراد تعیین شده است.
کاربردهای فولاد 2083 در صنایع مختلف :
قالب پلاستیک برای شرایط شیمیایی و سایش
دمای فرجینگ ( Forging) :1050-850
دمای آنیلینگ ( Annealing) : 780-730
دمای سختی پذیری( Hardening) :1000 – 1050
محیط خنک کردن (Quench) : روغن
دمای برگشت ( Tempering) : 100 – 200
دماها برحسب سانتی گراد می باشد.
انواع دیگر از فولاد قالب پلاستیک عبارتند از:
فولاد 1.2311 (M201)
فولاد 1.2738 (M238)
فولادهای قالب پلاستیک
فولاد قالب پلاستیکی
این گروه از فولاد ها با داشتن سختی زیاد بسیار خوش تراش بوده و با قابلیت پولیش بسیار عالی جهت قالب های پلاستیک و ملامین سازی مصرف می شود و معمولا نیاز به آبکاری ندارد و قابلیت سمانتاسیون را دارند.
در ساخت قالب پلاستیکی انتخاب نوع و عناصر آلیاژی فولاد نقش تاثیر گذاری در عمر، عملکرد و هزینه قالب دارد. هزینه ها و قیمت تولید قالب پلاستیکی به صورت غیر مستقیم وابسته به فولاد است که در صورت عدم انتخاب فولاد الیاژی مناسب، هزینه های اضافی را به قالب تحمیل می کند.
خصوصیات قطعه ای که برای ساخت قالب پلاستیک و انتخاب فولاد آلیاژی مربوطه مؤثر است عبارتند از:
صافی سطح
گرین کاری
خورنده بودن یا ساینده بودن جنس قطعه
دقت ابعادی
تیراژ تولیدی
زمان ساخت
فولادهای قالب های پلاستیک با توجه چقرمگی آنها (نوع عملیات حرارتی) به چهار دسته تقسیم می شوند:
پیش سخت شده (Pre Hardened)
آنیل (Annealed)
پیر سخت شونده (Age Hardening)
فولاد های پیش سخت شده (Pre Hardened)
این فولادها به صورت سخت کاری شده و بازپخت شده به بازار ارائه می شوند و می توان نقش قالب مورد نظر را روی آنها به صورت مستقیم اجرا و بهره برداری کرد. از مهمترین مزایای این فولاد ها میتوان به کوتاه شدن فرایندهای ساخت و عدم ایجاد ترک های ریز در اثر عملیات حرارتی اشاره نمود.
این فولاد ها معایبی هم دارند ازجمله: زمان ماشین کاری این فولادها با توجه به سختی آنها بیشتر از فولادهای آنیل شده است و باتوجه به اینکه سختی اینگونه فولادها به تدریج از سطح به عمق کم میشود، قالب هایی که توسط اینگونه فولادها تهیه میشوند دارای سختی یکنواخت نیستند. همچنین برای رزین هایی که بسیار ساینده یا دارای دمای پروسه بسیار بالا هستند،مناسب نیستند.
انتخاب فولاد ابزار مناسب برای ساخت قالب به عوامل زیر بستگی دارد:
نوع مواد پلاستیک برای قالب گیری
روش ساخت و شکل هندسی قالب
میزان سایش
قابلیت پولیش
ویژگی ها و خصوصیات :
مقاومت در برابر سایش
مقاومت در برابر خوردگی
قابلیت آینه
کارایی سطح
کاربردها :
صنعت قالب پلاستیک
قاب قالب
مهندسی ماشین ابزار
صنعت ریخته گری
قطعات قالب
پیشرفت سریع در پردازش پلاستیک و کاربردهای جدید پلاستیک، به درجه های جدید فولادی احتیاج دارد. فولادهای قالب پلاستیکی مانند 1.2083 ، 1.4028 ، 1.2316 و 1.2085 که هم اکنون در بازار موجود هستند، غالباً قادر به تحقق نیازهای بالای صنعت پردازش پلاستیک نیستند.
قابلیت پلیش تا آینه شدن، هدایت حرارتی بهبود یافته، مقاومت بالا در برابر خوردگی و سختی، ماشین پذیری، الزامات معمولی برای درجه های جدید فولادی برای قالب های پلاستیکی با بالاترین تقاضا است. برای طراحی ترکیب فولاد ابزار جدید کافی نیست، مسیر تولید بهینه نیز بسیار مهم است.
ابزارهای نوین توسعه و روشهای تولید مدرن اجازه می دهد تا طراحی مقاطع جدید فولادی برای کاربردهای معمولی خود بهینه شود. این گزارش روند توسعه جدیدی را برای فولادهای قالب پلاستیکی مقاوم در برابر خوردگی با ویژگی های بهبود یافته برای برآورده کردن خواسته های صنعت پردازش پلاستیک شرح می دهد.
محصولات پلاستیکی مدرن باید خواسته های مختلفی را برآورده کرده و تحت شرایط مختلف استفاده عمل کنند. پلاستیکها قادر به تحقق برخی از مطالبات خود هستند، اما سایرین مانند سطح صیقلی عالی یا سطح ساختاری تحت تأثیر قالب و در نتیجه فولادی است که برای قالب استفاده می شود.
طراحی قالب های دشوارتر، زمان چرخه تولید را کوتاه تر می کند. پلاستیک های جدید و کاهش تاخیرها بین تصور و تحقق محصولات پلاستیکی، همه خواستار فولادهای قالب پلاستیکی با ویژگیهای بهبود یافته در ماشینکاری ، چقرمگی ، هدایت حرارتی ، پولیش پذیری ، مقاومت در برابر خوردگی و غیره می شوند.
به گزارش صنایع پلاستیک، در گذشته، تولید قالبهای تزریق پلاستیک با هزینه بسیار بالایی همراه بود. این قالب‌ها عموما تنها در تولید انبوه و جایی که هزاران نمونه از محصولی مورد نیاز بود، مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در این مطلب هر آنچه که باید درباره قالب های تزریق پلاستیک بدانید! را می توانید مطالعه نمایید.
قالب‌ها معمولا از فولاد سخت، فولاد از پیش سخت‌شده، آلومینیوم و آلیاژهای مس-بریلیم ساخته میشوند. مساله انتخاب جنس قالب در وهله‌ی اول مساله ای کاملا اقتصادی است. تولید قالبهای فولادی عموما با هزینه‌ی بیشتری نسبت به قالبهای دیگر همراه است، اما طول‌عمر زیاد آنها که تولید بیشتر محصول، پیش از فرسودگی قالب را در پی خواهد داشت، شرایط اقتصادی را به تعادل می‌کشاند.
قالبهای فولاد از پیش سخت‌شده زودتر دچار فرسودگی شده و عموما از آنها در حجم پایین تولید و یا تولید قطعات بزرگ استفاده می‌گردد. سختی فولاد از پیش سخت‌شده معمولا عددی مابین 38 تا 45 در مقیاس راکول می‌باشد. از نقطه‌نظر طول‌عمر و مقاومت در برابر فرسودگی، قالبهای فولاد سخت بدون تردید برترین گزینه موجود می‌باشند. سختی این قالب‌ها عددی مابین 50 تا 60 در مقیاس راکول است.
در حال حاضر، قالبهای آلومینیومی از هزینه‌ی تولید به مراتب پایین‌تری نسبت به قالبهای فولادی برخوردارند. در عین حال که آلومینیوم درجه بالا مانند QC-7 و QC-10 مستعمل در صنایع هوایی، توسط تجهیزات کامپیوتری مدرنی ماشینکاری و مورد استفاده قرار میگیرند، آلومینیوم می‌تواند برای ساخت قالب صدها هزار قطعه‌ی گوناگون گزینه‌ای اقتصادی و به‌صرفه تلقی گردد.
مطالب مرتبط
آشنایی با فرآیند تزریق پلاستیک و انواع گوناگون آن
10 مزیت فرآیند قالبگیری تزریقی نسبت به سایر روشهای تولید قطعات پلاستیک
تمرکز بزرگترین تولید کننده الاستومرهای گرمانرم بر بازار وسایل نقلیه الکتریکی
همچنین، قالبهای آلومینیومی به سبب از دست دادن سریع حرارت، از فرآیند ساخت کوتاه‌تری برخوردارند. علاوه بر این، جهت مقاومت بیشتر در برابر فرسودگی، میتوان این قالب‌ها را با لایه‌ای از فایبرگلاس تقویت‌شده پوشش داد. آلیاژهای مس-بریلیم نیز در قسمت‌هایی از قالب که می‌بایست از قابلیت انتقال حرارت بهتری برخوردار باشند، مورد استفاده قرار میگیرند.
اجزای کلی قالب تزریق
قالب‌ها متشکل از دو نیمه‌ی اصلی می‌باشند، نیمه‌ی تزریق (صفحه A) و نیمه‌ی پَران (صفحه B). هر دو نیمه‌ی قالب درون دستگاه تزریق پلاستیک جاسازی شده ولی تنها نیمه‌ی انتهاییِ قالب قادر به حرکت می‌باشد. در نتیجه، دو نیمه‌ی قالب می‌توانند از یکدیگر فاصله گرفته و یا به یکدیگر متصل شوند. خط تماس دو نیمه‌ی قالب اصطلاحا مرز قطعه‌گیری (محل برخورد دو نیمه‌ی قالب با یکدیگر) نامیده میشود.
دو مؤلفه‌ی اصلی هر قالب، هسته یا اصطلاحا ماهیچه و حفره یا کویته‌ی قالب می‌باشند. زمانی که قالب بسته است، فاصله بین ماهیچه و کویته‌ی قالب محل شکل‌گیری قطعه‌ی موردنظر (که سپس با مواد مذاب پر می‌گردد) را تشکیل می‌دهد. با توجه به این موضوع، قالبهای چند کویته گاها برای شکل‌گیری چند قطعه به طور همزمان مورد استفاده قرار میگیرند.
کانال‌های قالب
در ابتدا، رزین پلاستیک از طریق اسپرو وارد قالب میشود. وظیفه‌ی بوش اسپرو (و حلقه‌ی جاگیری) محکم نگاه داشتن قالب در مقابل نازل سیلندر تزریق است تا مواد مذاب بدین وسیله از سیلندر به قالب وارد شود. بوش اسپرو مواد مذاب را از طریق کانال‌هایی که در سطح صفحات A و B ایجاد گردیده‌اند به سوی کویته هدایت می‌کند.
مواد مذاب می‌تواند از میان کانال‌های ذکر شده به گردش درآید و لذا گاها بر این کانال‌ها Runner یا راهگاه نیز اطلاق می‌گردد. پس از گردش از میان راهگاه، مواد مذاب از گیت یا گیت‌های ویژه‌ی طراحی‌شده عبور و نهایتاً جهت شکل‌گیری قطعه تزریقی به فضای کویته وارد میشود. مقدار رزین موردنیاز جهت پر کردن اسپرو، راهگاه و کویته‌ی قالب اصطلاحا شات خوانده میشود. طبیعتا مواد مذابی که درون راهگاه‌ها سرد میشوند، در هنگام خروج قطعه از قالب، به بدنه‌ی اصلی قطعه متصل‌اند و لذا می‌بایست از آن جدا گردند.
اگرچه، گاهی راهگاه‌ها توسط سیستم ویژه‌ای حرارت دیده و در نتیجه مواد باقی‌مانده در آنها مجددا ذوب و از بدنه‌ی قطعه‌ی اصلی جدا می‌گردد. نوع دیگری از کانال‌های موجود در سطوح قالب، کانال‌های خنک‌سازی می‌باشند. روش استاندارد سرد کردن قطعه عبارت است از عبور دادن عنصری خنک‌کننده (مانند آب) از میان سوراخ‌های حفر شده در صفحات قالب که با استفاده از شیلنگ، معبر یکپارچه‌ای را تشکیل می‌دهند. عنصر خنک‌کننده با گردش در نقاط مجاور کویته، حرارت قالب را جذب (که خود حرارت پلاستیک مذاب را جذب نموده است) و آن را در دمای مناسبی حفظ کرده تا جامد‌سازی مواد مذاب با سرعت بهینه‌ای انجام پذیرد.
هواگیری قالب
هوای محبوس درون قالب می‌تواند از طریق دریچه‌های هوای تعبیه شده در مرز قطعه‌گیری قالب به خارج از آن منتقل شود. در صورتی که این هوای محبوس خارج نشود، توسط فشار وارده از جانب مواد جاری در راهگاه فشرده و نتیجتا در گوشه‌ی کویته محبوس می‌گردد. در پی آن، هوای محبوس از نفوذ مواد به قالب جلوگیری کرده و نقوصی را نیز به همراه خواهد داشت. به علاوه، فشردگی هوای محبوس می‌تواند به میزانی باشد که موجب داغ کردن و سوزاندن مواد مذاب اطرف شود.
خارج‌سازی قطعه از قالب
همانطور که پیش‌تر ذکر گردید، نیمه‌ی پشتی قالب به نام نیمه‌ی پَران شناخته میشود. دلیل این نام‌گذاری به علت عملکرد آن در خروج قطعه از قالب است. این نیمه شامل سیستم پَران (که ماهیچه‌ی قالب به آن متصل میشود) و صفحه‌ی پشتیبان می‌باشد. سیستم پَران در حقیقت متشکل از صفحه، جعبه و پین‌های پَران است. زمانی که واحد گیره‌ی دستگاه تزریق دو نیمه‌ی قالب را از یکدیگر جدا می‌سازد، میله‌ی پَران، سیستم پَران را فعال می‌کند. این میله صفحه‌ی پَران را به داخل جعبه‌ی پَران هدایت کرده که این نیز به نوبه‌ی خود موجب جلو رانده شدن پین‌های پَران به سمت قطعه‌ی قالبگیری شده می‌گردد.
در نتیجه، فشار وارده توسط پین‌های پَران باعث بیرون راندن قطعه از فضای کویته‌ی قالب میشود. قالبهای تزریق پلاستیک عموما به گونه‌ای طراحی می‌گردند که قطعه در هنگام باز شدن به شکلی مطمئن در نیمه‌ی پَران مستقر بوده و راهگاه و همچنین اسپرو از نیمه‌ی تزریق کاملا جدا گردند.