پروژه کارآموزی مطالعه و بررسی مراحل تولید قطعات صنعتی

مدیریت صنعتی

مقدمه

1- قالب‌ های برش

1-1- اصطلاحات

به کمک قالب‌های برش، قطعات از نوار، تسمه‌ های فلزی، صفحات یا پروفیل‌های از مواد مصنوعی، کاغذ، چرم، پارچه و مواد آب‌بندی ساخته می‌شود. قالب‌های دوتکه غالباً در پرس بسته شده و در نتیجه حرکت مستقیم‌الخط ماشین به هم نزدیک و دور می‌شوند. از روش‌های ساخت و تولید طبق DIN 8580 غالباً فرآیندهای شکل دادن، قطع کردن و اتصال به کار می‌رود. مطابق با روش تولید قالب‌های به کار رفته با عنوان قالب‌های شکل دادن، قالب‌های برش و قالب‌های اتصال مشخص می‌شود. قالب‌هایی که عملیات برش و شکل دادن و گاهی اتصال را انجام می‌دهند

1-1-1- قطع کردن

طبق DIN 8588 منظور از قطع کردن برش مکانیکی قطعات بدون ایجاد مواد زاید بی‌شکل و نیز بدون براده است. بنابراین روش برش یک فرآیند ساخت بدون براده‌برداری است و غالباً برای تولید قطعات نازک و با سطح مشخص به کار می‌رود.

روش‌های اصلی کاربردی قطع کردن برش قیچی و برش گوه‌ای است. قالب‌های برش به قالب‌های برش گوه‌ای و مخصوص تقسیم می‌شوند.

1-1-2- شکل دادن

طبق DIN 8582 منظور از شکل دادن، یک فرآیند تولید است که باعث می‌شود روی قطعه جامدی تغییر شکل ماندگاری ایجاد شود.

نام‌گذاری دقیق قالب غالباً با بیان دقیق فرآیند ساخت و تولید و بسته به نحوه گرفته شدن قطعه خام و بیرون انداخته شدن آن از قالب، مثلاً قالب‌های کشش عمیق، قالب‌های خم‌کاری رولینگ و غیره می‌باشد.

1-1-3- متصل کردن

طبق DIN 8593 منظور از متصل کردن، کنار هم قرار دادن دو یا چند قطعه کار به شکل ثابت و مشخص می‌باشد. در قالب‌های برش این نوع اتصال غالباً با در هم پرس کردن، سجاف یا پرچ‌کاری ایجاد می‌شود. بدین ترتیب به قالب‌های پرس‌کاری، سجاف یا پرچ‌کاری موسوم هستند.

1-1-4- قالب‌های مرکب

به کمک قالب‌های مرکب از فرآیندهای ساخت قطع کردن، شکل دادن و متصل کردن دو یا بیش از دو فرآیند اجرا می‌شود، مثلاً برش مازاد خارج و کشش عمیق.

هرگاه تولید قطعه‌ای، کورس‌های متعدد پرس انجام گیرد، قالب مربوطه قالب مرکب سری نامیده می‌شود. قالب مرکب یک مرحله‌ای قالبی است که با یک کورس پرس فرآیندهای مختلف ساخت انجام می‌شود.

1-2- برش قیچی

برش قیچی قطع کردن قطعه کار بین دو لبه برش می‌باشد که از کنار هم می‌گذرند.

خط لبه برش روی قالب و روی قطعه کار ممکن است باز و یا بسته باشد.

1-2-1- واژه‌های پایه

اصطلاحاتی که مربوط به قالب می‌باشد با پسوند «قالب» مانند سنبه قالب، ماتریس قالب و غیره مشخص می‌شود.

اصطلاحاتی که مربوط به قطعه کار می‌باشد با پسوند «قطعه» مانند سطح برش قطعه، گوشه قطعه و غیره مشخص می‌شود.

1-2-2- مراحل برش

برش قیچی با قالب‌های برش مانند عمل قیچی می‌باشد، که قطع شدن قطعه کار با سنبه و ماتریس انجام می‌گیرد.

عمل برش طی مراحل زیر صورت می‌گیرد:

مرحله 1:

مواد در نتیجه نفوذ سنبه ابتدا به صورت الاستیک تغییر شکل می‌دهد.

مرحله 2:

با ادامه نفوذ سنبه در قطعه کار، الیاف مواد باز هم کشیده می‌شود، به طوری که از حد الاستیک تجاوز و تغییر شکل ماندگار ایجاد می‌شود. مواد از خارج به داخل لبه برش کشیده می‌شود و در این منطقه قوس توکشیدگی روی می‌دهد.

مرحله 3:

با نفوذ عمیق سنبه، الیاف مواد باز هم کشیده شده، به طوری که در نهایت بر استحکام برشی (قیچی) غلبه می‌شود. مواد در لبه برش قیچی می‌شود. ترک‌های ایجاد شده از گوشه لبه‌های سنبه و ماتریس به طرف هم حرکت می‌کنند.

مرحله 4:

استحکام سطح باقی‌مانده اکنون آنقدر کوک است که با ادامه نفوذ سنبه، ترک ادامه و شکست مواد روی می‌دهد. سطوح شکست عمودی نیست بلکه نسبت به سطح نوار و سطح بالای قطعه کار مایل است.

مرحله 5:

هنگام نفوذ سنبه در مواد نیروی الاستیک Fe ظاهر می‌شود که به صورت تغییر شکل برگشت فنری مواد عمل می‌کند. بدین جهت سنبه تحت فشار زیاد قرار می‌گیرد. نوار روی سنبه که در حال برگشت به وضعیت اولیه است چسبیده و برای جدا کردن آن باید بیرون‌انداز قرار داده شود.

مرحله 6:

بعد از برگشت کامل سنبه، مواد به خاطر خاصیت برگشت فنری دچار تغییر شکل می‌شود. برگشت فنری منجر به این می‌شود که سوراخ‌ها کمی کوچکتر و قطعات برش خورده کمی بزرگتر از قطر سنبه یا محفظه خالی ماتریس گردد.

1-3- قالب‌های برش

طبق DIN 8588 قالب‌های برش قیچی به طور اختصار قالب‌های برش نامیده می‌شود. برای نام‌گذاری این قالب‌ها می‌توان آنها را با توجه به نقطه نظرات زیر تقسیم‌بندی کرد:

* برش مازاد خارج (blanking)    * برش دقیق                    * برش بدون مازاد

* برش گوشه‌زنی                      * برش فاق                      * برش فرم پانچی

* سوراخ‌کاری (punching)         * دوره‌بری قطعات کشش  * دوره‌بری تکمیلی

* برش موضعی                         * دوره‌بری قطعات فورج

بنابراین قالب‌ها با توجه به موارد فوق قالب‌های برش مازاد خارج، قالب‌های برش گوشه‌زنی، قالب‌های سوراخ‌کاری و غیره نامیده می‌شوند.

برش مازاد خارج (blanking)

برش مواد در امتداد یک خط برش بسته جهت ایجاد شکل خارجی قطعه کار می‌باشد.

برش گوشه‌زنی

برش مواد در امتداد یک خط برش باز می‌باشد که طی آن قطعه نهایی یا نیمه تمام تهیه می‌شود.

سوراخ‌کاری (برش مازاد داخل) (punching)

برش در طول یک خط برش بسته جهت ایجاد شکل داخلی مطلوب است.

برش فاق

جدا کردن و برش موضعی در قطعه کار در امتداد یک خط برش آزاد است.

دوره‌بری

برش مواد در حاشیه قطعه کار و یا برش اضافات ماشین‌کاری در طول خط برش بسته یا باز می‌باشد. برای برش پلیسه یا مازاد یک قطعه ریختگی، آهنگری یا پرس شده از قالب دوره‌بری استفاده می‌شود.

برش موضعی

برای برش موضعی داخل یا حاشیه قطعه کار و در امتداد خط برش بار به کار می‌رود.

دوره‌بری تکمیلی

برای جدا کردن حاشیه باریک در امتداد خط باز یا بسته روی قطعه کار برش‌کاری اولیه شده برای به دست آوردن سطح برش براق و عمودی به کار می‌رود.

در این فرآیند مازاد به شکل براده است. بدین جهت جزو فرآیندهای براده‌برداری می‌باشد. به خاطر این که ابزار لازم همان قالب برش می‌باشد در اینجا مطرح شده است.

برش دقیق

برش مواد جهت ایجاد شکل داخلی یا خارجی با سطح برش عمود بر سطح قطعه کار می‌باشد، ضمناً سطح برش آن زبری کمتری دارد. در برش دقیق باید قطعه کار به طور خاصی گرفته شود، این روش دیگر نیازی به قالب برش تکمیلی ندارد.

برش فرم پانچی

برای جدا کردن تکه تکه ذرات مواد در امتداد خط برش باز با مسیر دلخواه به کار می‌رود.

برش بدون مازاد

برای برش مواد در امتداد خط برش باز و بسته به کار می‌رود، به طوری که هیچ‌گونه مازادی در آن به وجود نمی‌آید. بنابراین از یک قطعه خام یا نیمه تمام چندین قطعه کار به دست می‌آید.

1-3-2- تقسیم‌بندی طبق جریان تولید

در این تقسیم‌بندی، قالب‌های برش از نظر تعداد فرآیندهای به کار رفته و نیز ترتیب آنها بررسی می‌شود.

1-3-2-1- قالب‌های ساده

در قالب‌های ساده همواره فقط یک فرآیند مثلاً برش گوشه‌زنی، سوراخ‌کاری یا دوره‌بری و غیره به کار می‌رود.

برای تولید قطعه کار نشان داده شده با قالب یک مرحله‌ای باید ابتدا با قالب برش مازاد خارج قطعه خام تهیه شود. سپس قطعه تهیه شده با قالب مثلاً به طور دستی در قالب سوراخ‌‌کاری قرار داده می‌شود.

در اینجا برای هر مرحله کاری یک ضربه و یک قالب لازم است. دقت فرم داخل به فرم خارج بستگی به کیفیت گرفتن قطعه کار و نیز راهنمای سنبه دارد. وقتی یک فرآیند به کار می‌رود، دقت فقط بستگی به راهنمای سنبه دارد.

ملاحظات ویژه در قالب‌های ساده

برای تعیین دقیق وضعیت قطعه خام میانی نیاز به قطعه‌گیر است که به عنوان قطعه لایی نیز عمل می‌کند. این قطعه ضمناً فاصله لازم بین بیرون‌انداز و ماتریس را ایجاد می‌کند.

هرگاه مثلاً فقط برش مازاد خارج انجام می‌گیرد، بهتر است که ماتریس در یک صفحه گیرنده چدنی نصب شود. ضمناً ماتریس دارای مخروط خارج و حلقه گیرنده دارای مخروط داخل است. حلقه گیرنده با رزوه ظریف و یا توسط 4 تا 6 پیچ به طرف صفحه گیرنده بسته می‌شود. به واسطه دو سطح مخروط، ماتریس در مرکز قرار می‌گیرد. در این طرح می‌توان ماتریس را به راحتی تعویض و صفحه گیرنده را برای قالب‌های با اندازه تقریباً یکسان به کار برد.

برای این که قالب به راحتی و به خوبی روی میز پرس بسته شود، منطقی است از یک صفحه پایه استفاده شود. وقتی تعداد قطعات کمتر و دقت مطلوب پایین باشد، بدون نیاز به طراحی ویژه می‌توان سنبه را به سینه پرس بست. اگر برخلاف خواسته قبل تعداد قطعات و نیز دقت مطلوب بالا باشد، باید سنبه مجهز به تجهیزات راهنمای خاصی باشد.

برای جدا کردن قطعه کار سوراخ شده از روی سنبه بیرون‌انداز و نیز برای بیرون انداختن قطعه کار از قالب پران استفاده می‌شود. هرگاه چنین راه‌حلی ممکن نباشد پنس، انبر و غیره و یا هوای فشرده به کار می‌رود. بیرون‌انداز می‌تواند روی قالب بوده و یا به طور قابل تنظیم روی پرس بسته شود.

هرگاه به دلایل معینی خواسته شود که پلیسه ایجاد شده در یک سمت قرار گیرد، می‌توان در ادامه کار، سمت پلیسه‌دار قطعه خام میانی را به طرف بالا یا به طرف پایین قرار داد.

قالب‌های ساده غالباً برای تولید قطعات ساده در تیراژ بالا به کار می‌رود.

1-3-2-2- قالب‌های مرکب

در قالب‌های مرکب، بیش از یک فرآیند برش به کار می‌رود، مثلاً سوراخ‌کاری و برش مازاد خارج. این قالب‌ها با توجه به ترتیب در نظر گرفته شده به قالب‌های برش مرکب سری و قالب‌های برش مرکب یک مرحله‌ای تقسیم‌بندی می‌شود.

قالب‌های برش مرکب سری

در قالب برش مرکب سری فرآیندهای مختلف برش پشت سر هم انجام می‌گیرد.

برای ساخت قطعه کار نشان داده شده، در یک کورس پرس نوار سوراخ‌کاری شده و نیز قسمت سوراخ شده قبلی برش مازاد خارج می‌شود. سپس نوار دقیقاً به اندازه پیشروی V به جلو رفته، به طوری که وضعیت سوراخ نسبت به حفره ماتریس سنبه مازاد خارج در موقعیت تعیین شده قرار گیرد. هر قدر نوار به دقت پیشروی کند به همان میزان قطعه کار دقیق می‌باشد.

برای ساخت یک قطعه کار با این روش چندین کورس لازم است. تعداد آن بستگی به مراحل کار تعیین شده است. حداقل تعداد کورس درست برابر با تعداد فرآیندهای برش است. برای قطعه کار دو کورس لازم است: یک کورس برای سوراخ‌کاری و یک کورس برای برش مازاد خارج. تقسیم تولید به مراحل زیاد هم ممکن است، این کار در قطعات پیچیده که دقت ابعادی بالا است به کار می‌رود. با این همه هزینه بالای تولید فقط در تیراژ بالا مقرون به صرفه است. مزیت دیگر در این است که فرآیندهای مختلف در یک قالب قابل اجرا است.

علی‌رغم موارد فوق توجه شود که قطعات برش خورده در هر دو سمت پلیسه دارد. این پلیسه‌ها را می‌توان در بشکه‌های پرداخت یا به روش‌های الکتروشیمیایی برطرف نمود.

ملاحظات ویژه در قالب‌های برش مرکب سری

تقسیم‌بندی تولید به مراحل زیاد عملاً منجر به لاغر شدن سنبه می‌شود که باید با قطعات اضافی آن را تقویت کرد. خود این قطعات از پایه یا صفحاتی عبور کرده و حمایت می‌شود. این کار دقت لازم وضعی و پایداری سنبه را تعیین می‌کند. با افزایش تعداد سنبه تعداد حفره در ماتریس هم افزایش می‌یابد، که در نتیجه قالب برش مرکب سری از نظر طول بزرگتر می‌شود. هرگاه سوراخ‌های چهارگوش در قطعه کار لازم باشد، این خطر وجود خواهد داشت که فاصله بین لبه‌های برش در نقاط “a”  کوچک و به هنگام سخت‌کاری ماتریس، در این محدوده ترک ایجاد می‌شود. هرگاه حفره دو مرحله پشت سر هم تنگ هم قرار گیرند، می‌توان یک ایستگاه خالی (هرز) در نظر گرفت.

دیواره کانال به همراه صفحه راهنما و ماتریس کانالی را درست می‌کنند که نوار به هنگام پیشروی تا حداکثر امکان وضعیت ثابت و یکنواختی نسبت به سنبه داشته باشد. این تجهیزات به همراه پین استوپ (محدودکننده پیشروی) دقت اندازه وضعیت فرم داخل به خارج را تعیین می‌کنند. برای محدود کردن پیشروی مثلاً پین نصب شده است. بدین ترتیب که بعد از آزاد شدن نوار از سنبه، ابتدا نوار را بلند کرده و از طریق پین نوار به اولین کانال بعدی منتقل می‌شود. این نحوه انتقال در مورد ورق‌های نازک این خطر را دارد که لبه‌های ورق پیچیده و وضعیت آن در قالب درست نباشد. به علاوه هنگام برش هم ورق توسط نیروهای عرضی دچار تغییر شکل اضافی می‌شود. در این موارد باید از تجهیزات پیشروی دیگر و یا از ورق‌گیرهای مطمئن در هنگام برش استفاده شود.

قالب‌های برش مرکب سری برای قطعات کوچک و پیچیده در تیراژ بالا به کار می‌رود.

قالب‌ های برش مرکب یک مرحله‌ای

در قالب برش مرکب چند فرآیند برش مختلف به طور همزمان انجام می‌گیرد.

در قالب برش مرکب یک مرحله‌ای، سنبه مازاد خارج در قسمت پایین قالب بسته می‌شود، ضمناً به عنوان ماتریس فرم داخل هم عمل می‌کند. وقتی سنبه سوراخ‌کاری و ماتریس مازاد خارج در نتیجه نیروی پرس به طرف پایین حرکت می‌کند، ابتدا با نوار تغذیه درگیر می‌شود. سپس سنبه سوارخ‌کاری وارد حفره ماتریس خود شده و بعد از برش، مازاد سوراخ‌کاری را به طرف پایین می‌راند. همزمان ماتریس مازاد خارج نوار و بیرون‌انداز فنری را به پایین فشار می‌دهد.