معرفی فرایند ساخت قالب و قالب سازی
تقریبا تا چند دهه قبل استفاده از وسایل پلاستیکی بین مردم، بسیار مرسوم نبود. یعنی در گذشته اکثر وسیله‌ها یا فلزی بودن و یا چوبی. به همین دلیل هم، اکثر کارهای آنتیک و بسیار قدیمی از جنس چوب و یا فلز هستند. اما با گذشت زمان، پلاستیک وارد صنعت شده و استفاده‌های بسیار زیادی از آن شد. شاید هیچ کس حتی فکرش را هم نمی‌کرد که به مرور زمان بیشتر وسایل خانگی و حتی کاربردی‌مان پلاستیکی باشد. ما می‌توانیم این موضوع را به وضوح در نوشابه‌های گازدار شاهد باشیم. چرا که شرکت‌های کوکاکولا و یا پپسی قدمت بسیار زیادی داشته و در ابتدای فعالیتشان از ظروف شیشه‌ای استفاده می‌کردند، اما امروزه همگی از بطری‌های پلاستیکی برای فروش محصولاتشان استفاده می‌کنند.
در واقع بطری‌های پلاستیکی و هر چیزی که از این جنس ساخته شده باشد، از طریق قالب‌گیری و تزریق پلاستیک تولید می‌شوند. امروزه با استفاده از روش تزریق پلاستیک، می‌توان صندلی‌های پلاستیکی، اسباب‌بازی، قطعات ضروری لوازم الکترونیکی و… را تولید کرد. همانطور که می‌دانید فرایند تولید این لوازم پلاستیکی به روش تزریق پلاستیک مذاب است که به آن ترموپلاست گفته می‌شود. بدین شکل که ترموپلاست وارد برخی منافذ شده و سپس وارد قالب مخصوص می‌شود. این قالب معمولا دو جزئی است و بازو بسته می‌شود. یعنی پس از این که کار ترموپلاست از طریق منافذ مخصوص وارد قالب شود، سرد شده و به حالت جامد در میآید. قالب با باز شدن محصول نهایی را به بیرون محفظه هدایت کرده تا بتوان قطعات را سریعا جمع‌آوری کرد.
فرایند قالب سازی چگونه است؟
حالا ممکن است بسیاری از افراد قصد تولید برخی قطعات جدید را داشته باشند. چرا که ممکن است بنا به دلایل مختلف، شرکت‌ها بر حسب نیازهای جدیدشان، قطعات تازه‌تری را بخواهند تولید کنند. در چنین شرایطی قالب‌سازان باید بر اساس ویژگی‌هایی که قطعات جدید دارند، اقدام به ساخت قالب کنند. پس از آن، به محض این که قالب جدید در دستگاه مخصوص قرار بگیرد، به راحتی می‌توان با تزریق پلاستیک، به روشی که در بالا توضیح داده شد، قطعات جدیدتری تولید کرد. اما بحث اصلی اینجاست که قالبسازی کار راحتی نبوده و نیاز به افراد متخصص و کاملا حرفه‌ای، برای طراحی دارد. ما در اینجا فرایند قالبسازی را به طور مفصل برایتان توضیح خواهیم داد.
هماهنگی‌های لازم قبل از طراحی قالب
در واقع همه چیز از یک نیاز شروع می‌شود! یعنی نیاز مشتری برای طراحی قالب خاص جهت تولید قطعات پلاستیکی که در نظر دارد. حالا بدون شک، مشتری انتظاراتی از قطعات جدیدی که می‌خواهد تولید کند، دارد. این که قطعات جدید مدنظر مشتری باید دقیقا چه ویژگی‌هایی داشته باشد، نکات بسیار مهمی هستند که کارشناسان طراحی قالب، باید از آن‌ها مطلع گردند. بدین شکل که معمولا قبل از عقد قرارداد و یا آغاز ساخت قالب طی جلسهای، ویژگیهای قالبی که مشتری در نظر دارد به طور کاملا دقیق بررسی میگردد. سپس طراحان قالب ممکن است سوالات دیگری را راجع به مواد پلاستیک مورد نظر، ضخامت، اندازه، استحکام، انعطافپذیری و یا حتی دستگاه تزریق پلاستیک مورد نیاز … بپرسند تا به طور دقیق قالبی که کاملا مناسب قطعات مشتری است را تولید کنند. پس از آن، پروژه‌ی ساخت قالب می‌تواند توسط طراحان شروع شود.
ساخت سه بعدی قالب توسط نرم‌افزار
پس از این که مشتری و طراحان قالب، به نتیجه‌ی نهایی رسیدند، اولین مرحله یا همان طراحی سه بعدی قالب آغاز میگردد. ممکن است در شرایط خاصی، مشتری یک قالب مشابه داشته باشد که بخواهد با ایجاد برخی تغییرات در آن، قالبی دیگر تولید شود. در اینجا دیگر نیازی به طراحی صفر تا صد قالب وجود نخواهد داشت. چرا که می‌توان با اسکن کردن سه‌بعدی آن، تغییرات مورد نظر را در قالب جدید ایجاد کرد و آن را تبدیل به یک محصول تازه‌تر کرد. اما در شرایطی که ایده‌ی قالب کاملا نو بوده و هیچ طرح مشابهی برایش وجود نداشته باشد، طراحان قالب شروع به طراحی آن، از صفر تا صد خواهند کرد. این طراحی توسط برخی نرم‌افزارها نظیر Mold flow، solidwork، autodesk و IMOLD انجام می‌شود که حساسیت و دقت بسیار بالایی دارند. یعنی طراحی قالب توسط این نرم‌افزارها با دقت چند صدم میلی‌متر انجام شده و هیچ چیزی به طور تقریبی در آن، شکل نمی‌گیرد.
یکی دیگر از نرم‌افزارهای بسیار حرفه‌ای برای طراحی قالب، Catia نام دارد که کار کردن با آن نیاز به تخصص و مهارت بسیار بالایی دارد. چرا که ابزار بسیار متنوع و پیچیده‌ای را در اختیار طراحان قرار می‌دهد، اما نتیجه نهایی بسیار حرفه‌ای‌تر و باکیفیت‌تر از سایر نرم‌افزارها خواهد بود. معمولا از این نرم‌افزار برای طراحی قطعاتی که دقت، ظرافت و اهمیت بسیار بالایی دارند، استفاده میگردد. اما چیزی که در طراحی قالب اهمیت بسیار بالایی دارد، بحث طراحی حفره است. چرا که طراحان باید حتما حفره را به طور کاملا دقیق و صدم میلی‌متری طراحی کرده تا قالب هنگام قرار گرفتن در روی دستگاه دچار هیچ مشکلی نشود و فرایند تزریق ترموپلاست یا همان پلاستیک ذوب شده به داخل آن، بدون هیچ گونه مشکلی انجام شود.
پرینت سه‌بعدی برای محکم‌کاری!
همه چیز به طراحی توسط نرم‌افزار ختم نمی‌شود! چرا که برای اطمینان حاصل کردن از درست بودن قالب باید یک محصول سه‌بعدی واقعی از آن داشته باشیم. تمام این کارها برای درست بودن صد در صدی فرایند نهایی انجام می‌گیرد. چرا که ما در ساخت قالب تزریق پلاستیک فرصت آزمون خطا کردن بیش از حد نخواهیم داشت و باید قبل از تولید نهایی آن، تمام آزمون خطاها را انجام داده باشیم. به همین دلیل می‌توانیم بگوییم که پرینت سه‌بعدی نقش بسزایی در اطمینان حاصل کردن از درست بودن قالب و محصول نهایی خواهد داشت. چرا که در بحث طراحی قالب، همه چیز بر اساس مشخصات دقیقی که مشتری تحویل طراح قالب می‌دهد انجام می‌گیرد. حالا در اینجا ممکن است خطاهای ناچیز و بسیار جزئی وجود داشته باشد که حتی خود مشتری از آن اطلاع خاصی ندارد.
در چنین شرایطی با استفاده از پرینت سه‌بعدی، محصولی که به نوعی ماکت قالب نهایی است در اختیار مشتری قرار می‌گیرد. مشتری با تست کردن ماکت قالب، ایرادها و جزئیات دقیق آن را بررسی کرده و تمام تغییراتی که قرار است روی آن اعمال شود را به طراح قالب منتقل می‌کند. طراح قالب هم با بررسی بیشتر و اعمال تغییرات روی طراحی محصول، فرایند نهایی را به ثبت می‌رساند. در اینجا ممکن است به دلیل بالا بودن حساسیت کار، چند بار پرینت سه بعدی انجام شود تا مرحله نهایی به تایید کامل مشتری برسد. پس از آن، می‌توان با خیال راحت قالب را تولید کرد.
طراحی سایر قطعات قالب
با این که در بالا گفتیم طراحی حفره‌ی قالب بسیار حساس است و نیاز به دقت بالایی دارد، اما طراحی قالب فقط به حفره و یا شکل بیرونی آن ختم نمی‌شود. یک قالب اجزای مختلف و متفاوتی دارد که می‌توان به پل، کفشک، راهگاه، صفحه و میل پران، بوش اسپرو، رینگی، میله راهنما و… اشاره کرد. هر کدام از این قطعات نیاز به طراحی کاملا دقیق دارند تا هیچ ایرادی در قالب به وجود نیاید. به خاطر این که مواردی نظیر جداسازی پلاستیک، کنترل مسیر ورود پلاستیک مذاب، کنترل دما، اجزای کنترل فشار، سیستم جداسازی قطعه از قالب و همچنین اتصال حفره‌های اصلی به هم باید به طور کاملا دقیق محاسبه و طراحی شوند. به همین دلیل است که می‌گوییم کار طراحی قالب بسیار تخصصی بوده و نیاز به دانش و مهارت بسیار بالایی دارد. در واقع چنین می‌توان گفت که پشت یک قالب نهایی که سریعا به دست مشتری می‌رسد، ساعت‌ها زمان و زحمت صرف شده تا همه چیز بدون کوچک‌ترین ایراد انجام شود و نتیجه نهایی هم دقیقا همانی باشد که مشتری به آن نیاز دارد.
مرحله ماشینکاری فرز cnc
ماشینکاری فرز CNC یکی از مهم‌ترین مراحلیست که در آن قالب به طور رسمی وارد فرایند تولید می‌شود. یعنی تمام تلاش‌ها و ساعت‌ها فکر و طراحی دقیق و صدم میلی‌متری حالا وارد مرحله عمل شده و محصول نهایی تولید میگردد. اما ماشین کاری خودش دارای سه مرحله‌ی متفاوت است که شامل موارد زیر می‌شوند:
- ماشینکاری اولیه یا خشن‌کاری (Rough)
- ماشینکاری ثانویه یا میانی (Semi-Finish)
- ماشینکاری یا پرداخت نهایی (Finish)
در مرحله‌ی ماشین کاری، علاوه بر سه مواردی که در بالا اشاره کردیم، ممکن است فرایند دیگری هم انجام شوند. برای مثال، در برخی قطعات خاص و در موارد نادر ممکن است عملیات حرارتی پس از خشن‌کاری انجام شود. در مواردی دیگر برای این که قالب گوشه‌های تیز داشته باشد، قالب‌سازان از دستگاه اسپارک و یا EDM برای این کار استفاده می‌کنند.
مرحله فرزکاری با استفاده از دستگاه CNC
مهم‌ترین مرحله‌ای که باعث شکل‌گیری قالب می‌شود، فرزکاری با استفاده از دستگاه CNC است. جالب است بدانید که در این مراحل کل روند ساخت قالب از کل به جز شکل می‌گیرد. یعنی در ابتدا به کمک نقشه‌ای که از قبل توسط نرم‌افزارها خلق شده، طرح کلی روی قالب که معمولا از جنس فولاد است، فرزکاری می‌شود. در مرحله اول از آن‌جایی که اولویت اول ظرافت نبوده و بیشتر هدف درآوردن شکل کلی قالب است، به آن خشن کاری گفته می‌شود. در مرحله‌ی خشن کاری از ابزار الماسی بزرگ‌تر برای فرزکاری قالب استفاده می‌شود. چرا که در این مرحله نیاز به قدرت زیادی برای کنده‌کاری در مقیاس بزرگ‌تر وجود دارد. اما به مرور از الماس‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر برای ظریف‌کاری و یا همان پرداخت نهایی استفاده می‌شود.
چرا که بسیاری از نقاط قالب نیاز به ظرافت بیشتری برای فرزکاری دارد. در چنین شرایطی نمی‌توان از ابزارهای بزرگ‌تر استفاده کرد. به خاطر این که ریسک خراب شدن قطعه بسیار بالا می‌رود. از طرفی دیگر، در بالا هم اشاره کردیم که طراحی قالب نه تنها میلی‌متری بلکه به شکل صدم میلی‌متر انجام می‌شود و حساسیت بسیار بالایی دارد. در نتیجه طبیعیست که از ابزارهای مناسب برای زاویه و یا فرزکاری‌های ظریف‌ترِ میلی‌متری استفاده شود تا نتیجه مطلوب و کاملا دقیق بر حسب نقشه‌ای که کشیده شده است حاصل شود.
مرحله مونتاژ کردن قطعات قالب
در بالا به این موضوع اشاره کردیم که یک قالب از قطعات مجزایی تشکیل شده است که ساخت هر کدام نیاز به محاسبات و دقت بسیار بالایی دارد. حالا تمامی فرایندی که در بالا توضیح دادیم روی قطعات متعدد قالب انجام می‌شود. یعنی بحث قالب سازی تزریق پلاستیک با قالب سازی جواهرات و… کاملا متفاوت است که در آن‌ها ما یک قالب واحد و یک‌تکه داریم که فلزات مختلف پس از آب شدن داخل قالب ریخته شده و سپس از آن خارج می‌شوند. بلکه در این نوع قالب، قطعات متعددی که از توسط دستگاه CNC ساخته می‌شوند باید ابتدا به خوبی پولیش شده و سپس روی هم سوار شده و تبدیل به یک محصول واحد گردند. در نهایت، قالب مونتاژ شده می‌تواند پس از تست نهایی تحویل و مورد بهره‌برداری قرار بگیرد.
مرحله نهایی، تست آخر
معمولا به ندرت پیش میآید قطعه‌ای که با دقت طراحی شده باشد و از آن پرینت سه‌بعدی در اختیار مشتری و طراحان قرار گرفته، دچار ایراد شده و لازم شود که از نو قالب درست طراحی گردد. چرا که در بالا هم توضیح دادیم فرایند ساخت قالب کار ساده و یا ارزان‌قیمتی نبوده و باید با دقت و حساسیت بالایی انجام شود. اما باز هم پس از مونتاژ کردن قطعات مختلف قالب روی یکدیگر محض اطمینان روی قالب بازرسی‌های تخصصی انجام می‌شود تا قطعه بدون کوچک‌ترین مشکلی به مشتری تحویل داده شود. در چنین شرایطی ممکن است تغییرات کوچکی در مونتاژ کردن و یا تغییر جایگاه قالب در دستگاه انجام شود تا بتوان به نتیجه دلخواه رسید. یعنی تست کردن نهایی مبنی بر رد کردن قطعه و یا بازسازی آن نیست. بلکه به نوعی تنظیم نهایی آن برای نتیجه بهتر و عالی‌تر است.
کلام آخر
ما در این مقاله به مراحل مختلف قالبسازی برای تزریق پلاستیک اشاره کردیم تا بتوانید با مراحل مختلف آن آشنا شوید. همانطور که توضیح دادیم این موضوع کاملا تخصصی بوده و هرگز کسی نمی‌تواند چنین فرایندی که نیاز به دانش مهندسی و محاسبات بسیار دقیق و پیچیده دارد را به صورت تجربی یاد بگیرد. در نتیجه قالب‌هایی که ساخته می‌شوند توسط بهترین و زبده‌ترین افراد انجام می‌شوند تا بالاترین بازده و پایین‌ترین ایراد را داشته باشند. در نهایت باید بگوییم که تمام قطعات پلاستیکی که ما در جهان پیرامونمان می‌بینیم با دقت و زحمت بسیار زیادی ساخته شده‌اند. برای تولید یک صندلی پلاستیکی ساده، ساعت‌ها زمان برای طراحی قالب آن صرف شده و هزینه و زحمت بسیاری برای ساخت قالب آن شکل گرفته است تا مورد استفاده‌ی ما قرار بگیرد.
دستگاه سنگ مغناطیس در ساخت قالب
