قالب سازی فلزی چیست؟

قالب سازی یک فرایند تولیدی است که در آن با استفاده از مواد مختلف اعم از فولاد، آلومینیوم، برنج، پلیمر و… قالب‌هایی برای تولید قطعات متنوع در صنایع مختلف، ساخته ‌می‌شوند. این قالب‌ها، بسته به نوع قطعه مورد نیاز در شکل‌های مختلفی طراحی و تولید ‌می‌شوند. 

قالب سازی یکی از فرایندهای مهم تولید قطعات صنعتی است که در آن از ماشین آلات و ابزارهای خاصی برای ساخت قالب‌ها استفاده ‌می‌شود. در طی این فرایند، مراحل طراحی، ساخت و تست قالب‌ها با مهارت و دقت کامل انجام ‌می‌شود. در ابتدا، با توجه به نیازهای موجود، قالب‌ها طراحی شده و با استفاده از ماشین آلات و تجهیزات مختلف ساخته ‌می‌شوند. در نهایت، با استفاده از تجهیزات مخصوصی تست شده و اگر با معیارهای مورد نیاز مطابقت داشته باشند، در تولید قطعات صنعتی مورد استفاده قرار ‌می‌گیرند. 

به طور کلی، ‌می‌توان گفت قالب سازی فرایندی مرتبط با تولید قطعات صنعتی است که در آن قالب‌هایی از مواد مختلف ساخته ‌می‌شوند و به عنوان ابزارهای تولیدی در صنایع مختلفی اعم از خودروسازی، صنایع الکترونیک، صنایع لوازم خانگی و… مورد استفاده قرار ‌می‌گیرند. 

قالب سازی فلزی یکی از روش‌های مهم قالب سازی است که در آن‌ قالب‌هایی از جنس فلزات مختلف تولید ‌می‌شوند. اگر ‌می‌خواهید با فرایند قالب سازی فلزی، ویژگی‌ها و کاربردهایش بیشتر آشنا شوید، مطالعه این مقاله از فبرینو را از دست ندهید. 

قالب سازی فلزی

شاید بتوان گفت قالب سازی فلزی یکی از قدیمی‌ترین صنعت‌ها در طول تاریخ قالب سازی است که در آن از فلزهایی با جنس‌های مختلف برای تولید انواع قالب‌ها استفاده ‌می‌شود. در واقع، قالب سازی فلزی یکی از روش‌های اصلی تولید قطعات فلزی محسوب ‌می‌شود. فرایند قالب سازی فلزی غالبا برای تولید دو نوع قالب فلزی سنبه ماتریس و دایکاست مورد استفاده قرار ‌می‌گیرد که از مهم‌ترین انواع قالب‌ها در صنایع مختلف محسوب ‌می‌شوند. 

قالب‌های فلزی از جنس فلزهای مختلف اعم از فولاد ساخته ‌می‌شوند و امکان استفاده از آن‌ها به صورت متعدد وجود دارد. در واقع این قالب‌ها، چند بار مصرف هستند و برای تولید قطعات در تعداد بالا ‌می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. در این میان، پس از هربار تولید قطعه ممکن است نیاز به بازیابی و تعمیر قالب وجود داشته باشد. همچنین قالب‌های فلزی برای تولید قطعات دقیق و با دقت بالا بسیار کاربردی و مفید هستند.

استفاده از قالب سازی فلزات، دقت و سرعت بالایی در تولید قطعات فلزی را شامل ‌می‌شود و با استفاده از قالب‌های فلزی ‌می‌توان تولید محصولات و قطعات در ابعاد و اندازه‌های مختلف  را انجام داد. از طرفی،  قالب‌های فلزی قابلیت بازیافت بالایی داشته و قالب سازی فلزی هدر رفت مواد را کاهش ‌می‌دهد. به همین دلیل در این زمینه نیز از دیدگاه زیست محیطی بسیار مورد توجه قرار ‌می‌گیرد. 

ساخت قالب فلزی

همانطور که گفته شد، قالب سازی فلزی یکی از روش‌های تولید قطعات فلزی با دقت و پیچیدگی بالا است. در واقع، ساخت قالب‌های فلزی یکی از فرایندهای مهم و پیچیده است که باید با دقت بالایی انجام شود؛ زیرا غالبا پس از ساخت قالب فلزی نمی‌توان به سادگی آن را تغییر شکل داد. به همین دلیل، برای این منظور غالبا از ماشین آلات CNC استفاده ‌می‌شود تا قالب‌های فلزی با دقت بالایی ساخته شوند. 

برای ساخت قالب فلزی، ابتدا طرح و نقشه اولیه آن که مطابق با طرح قطعه مورد نیاز است، با استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری طراحی میشود. این طرح اولیه سپس به صورت سه بعدی طراحی ‌می‌شود. در نهایت، با استفاده از طراحی سه بعدی قالب ‌می‌توان آن را با استفاده از دستگاه‌های CNC تولید کرد. پس از ساخت قالب نیز، برای تولید قطعه، ماده فلزی به درون آن ریخته شده و پس از خنک شدن، قطعه فلزی با شکل و ابعاد دقیق ساخته ‌می‌شود. در اغلب موارد نیز، قطعه فلزی تولید شده با استفاده از تجهیزات ویژه برای پردازش سطح و یا عملیاتی مانند حفاری و برش آماده ‌می‌شود. 

ساخت قالب‌های فلزی علاوه بر تولید قطعات فلزی با پیچیدگی و دقت بالا، برای تولید قطعات با کیفیت و با قیمت مناسب نیز بسیار کاربرد دارد. به همین دلیل، امروزه از فرایند قالب سازی فلزی در تولید قطعات صنعتی حوزه‌های مختلف بسیار استفاده ‌می‌شود. 

انواع قالب فلزی

همانطور که در ابتدای مقاله اشاره شد، قالب‌های فلزی دو نوع مختلف، سنبه ماتریس و دایکاست را شامل ‌می‌شوند. در ادامه، ویژگی‌های هر یک از این قالب‌ها تشریح شده است. 

• قالب فلزی سنبه ماتریس

این قالب‌ه نوعی از قالب‌های فرم‌دهی هستند که برای تولید قطعات فلزی مورد استفاده قرار ‌می‌گیرند. قالب‌های سنبه و ماتریس دو بخش نر و مادگی دارند؛ که سنبه، قسمت نر قالب و ماتریس قسمت مادگی آن را شامل ‌می‌شود. این قالب‌ها غالبا از جنس فولاد SPK ساخته شده و استحکام بسیار بالایی دارند. 

برای استفاده از این قالب‌ها در تولید قطعات فلزی، ابتدا قالب به قطعاتی به نام کفشک متصل ‌می‌شود. با استفاده از کفشک‌ها و میله‌های راهنما، امکان حرکت عمودی دقیق و انطباق سنبه و ماتریس روی یکدیگر فراهم ‌می‌شود. 

قالب‌های سنبه ماتریس خود انواع مختلفی دارند: 

• قالب‌های سنبه ماتریس برشی: از این قالب‌ها برای برش ورق‌های فلزی با شکل‌های مشخص استفاده ‌می‌شود. با استفاده از این قالب‌ها، ورق بین سنبه و ماتریس قالب قرار گرفته و با اعمال فشار توسط پرس، در ناحیه میان سنبه و ماتریس، برش مورد نیاز ایجاد ‌می‌شود. 
• قالب‌های سنبه ماتریس کوبشی: در این قالب‌ها، فشار و ضربه مورد نیاز، توسط دستگاه پرس ایجاد شده و سطح فلز شکل قالب را به خود ‌می‌گیرد. فرایند کوبش فلز در دو نوع سرد و گرم انجام ‌می‌شود؛ که کوبش سرد برای مواردی با دقت بالا و عمق کار کم و کوبش گرم برای تغییر شکل کلی قطعه است. 
• قالب‌های سنبه ماتریس خمکاری: با استفاده از این قالب‌ها، ورق بین سنبه و ماتریس قرار گرفته و با اعمال فشار توسط دستگاه پرس، خم مورد نیاز ایجاد ‌می‌شود. 
• قالب‌های سنبه ماتریس کششی: از این  قالب‌ها برای حجم‌دهی و شکل‌دهی به ورق‌های فلزی استفاده می‌شود. این قالب‌ها بسیار حساس هستند و باید با دقت بالایی طراحی شوند تا در حین استفاده از آن‌ها، ورق دچار پارگی نشود. 

بسته به نوع فلز و شرایط استفاده از آن، ممکن است استفاده از قالب‌های سنبه ماتریس برای فلزاتی با خواصی مانند انعطاف‌پذیری مناسب نباشد. اما استفاده از این قالب‌ها برای تولید محصولات با شکل‌های نسبتا پیچیده بسیار مناسب است. همچنین این قالب‌ها برای تولید قطعات با تغییر شکل‌های مختلف یا قطعات با سوراخ و شیارهای پیچیده بسیار کاربرد دارند. 

به طور کلی در انتخاب قالب مناسب برای تولید محصولات پیچیده، باید به خصوصیات فلز، شکل و اندازه قطعات و تجهیزات مورد نیاز توجه کرد. 

• قالب فلزی دایکاست

قالب‌های دایکاست از دیگر انواع قالب‌های فلزی هستند که برای ساخت آن‌ها از فلزات مقاوم مانند فولاد و فلزاتی که ضخامت بسیاری دارند، استفاده ‌می‌شود. قالب‌های دایکاست در ریخته‌گری تحت فشار مورد استفاده قرار ‌می‌گیرند و غالبا با نام قالب‌های با فشار بالا نیز شناخته ‌می‌شوند. 

قالب سازی در روش‌های دایکاست، سرعت بسیار بالایی را شامل ‌می‌شود و غالبا قطعاتی که با استفاده از این قالب‌ها ساخته می‌شوند، نیازی به عملیات ماشین‌کاری بعدی نخواهند داشت. در اینصورت، قالب‌های دایکاست مقرون به صرفه نیز هستند. در واقع، سرمایه‌گذاری در تولید قطعه با استفاده از قالب‌های دایکاست بسیار کمتر است؛ زیرا قبل از فرسوده شدن، می‌توان از آن‌ها در تولید تعداد قطعات زیادی استفاده کرد. 

قالب سازی دایکاست غالبا با روش گرم و سرد انجام ‌می‌شود. در روش سرد، مواد ذوب شده با استفاده از پیمانه و توسط اپراتور در محفظه دستگاه ریخته شده و سپس عمل تزریق انجام ‌می‌شود. در روش گرم نیز، مواد توسط کوره دستگاه ذوب شده و سپس توسط سیلندر دستگاه این مواد به محل تزریق هدایت ‌می‌شوند.

قطعاتی که توسط قالب‌های دایکاست تولید ‌می‌شوند، کیفیت بالایی دارند و در آن‌ها پلیسه و یا مواد زائد مشاهده نمی‌شود. همچنین پس از تولید قطعات در قالب‌های دایکاست، نیازی به سنگ‌زنی نخواهد بود و به طور کلی در هزینه تولید و زمان فرایند صرفه‌جویی ‌می‌شود. از قالب‌های دایکاست، ‌می‌توان برای تولید قطعات با تیراژ بالا استفاده کرد که این مورد یکی از مهم‌ترین مزایای این قالب‌ها محسوب ‌می‌شود.

در ساخت قالب‌های دایکاست غالبا از فولادهای گرمکار با کیفیت استفاده ‌می‌شود؛ زیرا این قالب‌ها تحت حرارت زیاد مواد مذاب قرار گرفته و نیاز است که مقاومت بالایی در برابر حرارت داشته باشند. از طرفی، ضخامت، طول و عرض فولاد نیز نقش مهمی ‌در دوام و طول عمر قالب و همچنین کیفیت قطعات تولید شده دارد. از دیگر عوامل موثر بر کیفیت قطعات تولید شده با استفاده از این قالب‌ها ‌می‌توان به طراحی اصولی قالب، محل ورود مواد به داخل حفره قالب و اندازه آن و سیستم خنک‌کاری قالب اشاره کرد.  

کاربردهای قالب سازی فلزی

قالب‌های فلزی، از فلزاتی مانند فولاد یا آلومینیوم ساخته ‌می‌شوند و در تولید قطعات پیچیده، با کیفیت و قطعات با ساختار یکپارچه و ابعاد دقیق، مقاومت و دقت بالایی دارند. به همین دلیل کاربردهای متعددی در صنایع مختلف دارند. از جمله مهم‌ترین کاربردهای قالب سازی فلزات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 

• صنعت تولید قطعات خودرو برای تولید قطعات مختلفی مانند بدنه خودرو، قطعات موتور و لوازم جانبی خودرو 
• صنعت الکترونیک برای تولید قطعات الکترونیکی مانند بردهای مدار چاپی و سایر قطعات الکترونیکی
• صنعت هوافضا برای تولید قطعات مختلف هواپیما و سایر ابزارهای مورد استفاده در این صنعت
• صنعت ساخت لوازم خانگی برای تولید و ساخت انواع تجهیزات و لوازم خانگی اعم از ظروف دایکاست مانند قابلمه
• صنعت چاپ برای برش کارت‌های تبریک، جعبه‌های کاغذی و تولید سایر محصولات چاپی با استفاده از قالب‌های برش سنبه ماتریس
• صنایع غذایی برای تولید مواد غذایی و بسته‌بندی آن‌ها
• صنایع بسته‌بندی برای برش جعبه‌های کارتنی، بسته‌های پلاستیکی و سایر محصولات بسته‌بندی با استفاده از قالب‌های برش سنبه ماتریس
• صنایع پزشکی برای تولید وسایل پزشکی اعم از ابزارهای جراحی، قطعات پروتزها و ایمپلنت‌ها

مزایا و معایب قالب سازی فلزی

همانند تما‌می ‌فرایندهای صنعتی، قالب سازی فلزی و استفاده از قالب‌های فلزی در صنایع مختلف، ویژگی‌ها و مزایای مختلفی را شامل ‌می‌شود؛ که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• با استفاده از قالب سازی فلزی، امکان تولید قطعات در تعداد بالا و در کمترین زمان ممکن فراهم ‌می‌شود. این مزیت باعث افزایش سرعت تولید و کاهش زمان تولید ‌می‌شود. 
• با استفاده از قالب سازی فلزی، قطعات با دقت بالا و در اندازه‌ها و اشکال کاملا یکسان و مشابه تولید ‌می‌شوند. 
• قالب سازی فلزی باعث تولید قطعات باکیفیت و با تکرارپذیری بالا ‌می‌شود.
• هزینه‌های تولید و مواد اولیه مورد نیاز با استفاده از قالب‌های فلزی کاهش ‌می‌یابند. 
• قالب‌های فلزی غالبا از جنس فلزات سخت مانند فولاد ساخته ‌می‌شوند و دارای مقاومت و سختی بالایی هستند؛ به همین دلیل دوام و عمر طولانی مدتی دارند. 
• با استفاده از قالب‌های فلزی ‌می‌توان قطعات در اندازه و شکل‌های مختلف را تولید کرد. 
• با استفاده از قالب‌های سنبه ماتریس فلزی ‌می‌توان قطعات را به طور دقیق برش داد و این قالب‌ها دقت بالایی را در اندازه‌گیری و برش قطعات فراهم ‌می‌کنند. 
• قالب‌های دایکاست، امکان ساخت قطعات با اشکال پیچیده و دقت بیشتر نسبت به سایر روش‌های تولید به صورت انبوه را فراهم ‌می‌کند. 
• با استفاده از قالب‌های فلزی بخصوص قالب‌های دایکاست، نیاز به ماشین‌کاری پس از تولید قطعات کاهش پیدا ‌می‌کند و قطعات تولید شده ظاهر مناسب و کیفیت نهایی بالایی خواهند داشت. 

در کنار تما‌می‌این مزایا، قالب سازی فلزی یکسری معایب و محدودیت‌هایی را نیز شامل ‌می‌شود که عبارتند از:

• ساخت و تولید قالب‌های فلزی به دلیل استفاده از فلزاتی مانند فولاد، هزینه‌بر است و نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه دارد. 
• در صورت نیاز به تغییر طراحی قطعه، به دلیل عدم امکان ایجاد تغییر و یا اصلاح قالب، نیاز به تغییر و تولید مجدد قالب وجود داشته و در اینصورت بار دیگر برای ساخت قالب جدید هزینه تولید آن باید در نظر گرفته شود. 
• برای استفاده طولانی مدت از قالب سازی فلزی و افزایش عمر مفید این قالب‌ها، نیاز به تعمیر و نگهداری دقیق دارند. 
• قالب‌های دایکاست غالبا برای آلیاژها و فلزات دارای نقطه ذوب بالا مانند فولاد کاربرد ندارند. 
• قالب‌گیری و ساخت قطعات بزرگ در قالب سازی فلزی غالبا مشکل و هزینه‌بر است و یک زمان نسبتا طولانی را در چرخه تولید شامل ‌می‌شود. 
• با استفاده از قالب‌های فلزی دایکاست، احتمال گیر افتادن گازهای ناشی از مواد مذاب و امکان ایجاد حباب درون قطعه افزایش ‌می‌یابد. 
• قالب سازی فلزی برای تولید قطعات در تعداد کم، مقرون به صرفه نمی‌باشد. 

سوالات متداول

جمع بندی

قالب سازی فلزی  یکی از فرایندهای مهم و پرقدمت برای تولید قطعات صنعتی است. این فرایند ویژگی‌های مختلفی را شامل ‌می‌شود که از جمله مهم‌ترین مزایای آن ‌می‌توان به افزایش سرعت تولید و افزایش استحکام و کیفیت قطعات تولید شده توسط این فرایند، اشاره کرد. قالب سازی فلزی برای تولید قطعات با ابعاد دقیق به صورت انبوه و با حجم بالا بسیار کاربرد دارد و به همین دلیل در صنایع متنوعی اعم از خودروسازی، تولید لوازم خانگی، تولید لوازم الکترونیکی و… از آن استفاده می‌شوند.