طراحی ورفع عیوب قالبهای دائمی

زبری سطوح

ماشینکاری خشن بر روی سطح قطعات، خطوط و تیزیهای بر جای می‌گذارد که باعث تمرکز تنش می‌شوند.

ساختن و تعمیر کردن ابزارها و قالب‌ها به روش‌های ماشینکاری، سنگ زنی، ماشینکاری با تخلیه الکتریکی (EDM) و جوشکاری انجام می‌گیرد. برای یک قالبساز یا طراح قالب، لازم است که بداند این فرایندها چه اثراتی ممکن است بر سختی، ساختار و متالورژی فولاد داشته باشند و چگونه می‌توان بر مشکلات احتمالی غلبه کرد.

قابلیت ماشین‌کاری

قابلیت ماشین‌کاری (Machinability) معیاری برای سنجش آسانی برده‌برداری از یک ماده است که بستگی به خواص اصلی ماده دارد و بعضی شرایط فرایند نیز بر آن تاثیر می‌گذارد. خواص ماده که بر قابلیت ماشین‌کاری آن موثر هستند عبارتند از : سختی، استحکام کششی، ترکیب شیمیایی، ریز ساختار، میزان کار سرد که روی آن انجام شده است فرم، ابعاد و صلبیت.

شرایط فرایند نیز که بر قابلیت ماشینکاری تاثیر دارند عبارتند از: سرعت برشی، عمق براده‌برداری، فرم هندسیع ابزار برشی و دیگر پارامترهای ماشینکاری با توجه به این همه متغیر موثر در قالب‌ ماشینکاری، ارائه ارقامی به عنوان قابلیت ماشین‌کاری برای یک ماده، تقریبی است و فقط برای  مقایسه مواد با یکدیگر به کار می‌رود.

ترکیب شیمیایی ماده

ترکیب شیمیایی ماده بر ساختار، خواص مکانیکی و عملیات حرارتی آن ماده موثر است و بنابراین یک عامل مهم در سنجش قابلیت ماشینکاری محسوب می شود. اگر چه تاثیر هر یک از عناصر موجود در ترکیب شیمیایی، تحت تاثیر عناصر و عوامل دیگر قرار دارد. ولی به طور کلی می‌توان اثرات هر یک از این عناصر را در قابلیت ماشینکاری مواد به شرح زیر برشمرد:

·     عناصر کار بایدساز (Carbide former) نظیر کرم، تنگستن، مولیبدن و وانادیم باعث افزایش سختی ماده و کاهش قابلیت ماشینکاری آن می‌شود.

·     نیکل و منگز، که در فریت حل می‌شوند، باعث افزایش سختی و چقرمگی ماده شده و بنابراین قابلیت ماشینکاری را کاهش می دهند. البته این اثرات را می‌توان با آنیل کردن کاهش داد.

·         آلومینیم و سیلیسیم می‌توانند آخالهای سخت و ساینده‌ای درست کنند و باعث کاهش قابلیت ماشین‌کاری ماده شوند و

·     عناصر شیمیایی گوگرد، سرب، فسفر، سلنیم و تلوریم تشکیل آخالهای نرم در فولاد می‌دهند که قابلیت ماشینکاری را بهبود بخشند.

فرایندهای انجام شده قبلی

فرایندهایی نظیر تغییر شکل گرم (فورجینگ، نورد) تغیر شکل سرد و عملیات حرارتی نیز بر قابلیت ماشینکاری فولادها موثرند. به طور کلی یک ساختار دانه درشت برای انجام عملیات ماشینکاری بر روی فلزات مناسب است. البته در صورتی که لازم باشد به هنگام ماشینکاری، سطح فلز به خوبی پرداخت شود، باید فلز دارای ساختار دانه ریز باشد. ابعاد دانه‌ها را می‌توان با کنترل دمای آخرین عملیات قبل از ماشینکاری، به حد دلخواه رساند.

ساختار دانه درشت در فولادهای کربنی مطلوب است. ولی این ساختار برای فولادهای آلیاژی مناسب نیست، زیرا قابلیت سخت شدن فولاد افزایش یافته و فولاد پس از سرد شدن در عملیات تغییر شکل گرم، سخت خواهد شد. بدین ترتیب قابلیت ماشینکاری فولادهای آلیاژی کاهش خواهد یافت مگر آن که قبل از ماشینکاری فولاد به خوبی آنیل شود.

تغییر شکل سرد در فولادهای آلیاژی باعث کاهش قابلیت ماشینکاری آنها می‌شود. زیرا این فولادها به سرعت کار سخت می‌شوند. همچنین بر روی این فولادها نباید عملیات خشن تراشی سنگین انجام داد. در غیر این صورت کار سخت خواهد شد. به علاوه فرم ابزار برشی نباید به گونه‌ای باشد که سطح ابزار بر روی سطح فولاد مالیده شود، در غیر این صورت می‌توان براده‌برداری ابزار به شدت کاهی می‌یابد.

عملیات حرارتی اثرات قابل توجهی بر قابلیت ماشین‌کاری فلزات دارد. مثلا فولادهای کم کربن (با کربن کمتر از 0.1%) را در صورتی که آستنیته کرده (تا دمای آستنیت گرم کرد) و در آب کوئنچ نمود. می‌توان بهتر ماشینکاری کرد. با این عملیات، نرمی این فولاد کمتر شده و چسبندگی و اصطکاک فولاد بر روری ابزار برشی کاهی می‌یابد. فولادهای با کربن متوسط (با میزان کربن و عناصر آلیاژی تا حد 0.4-0.5%) را معمولا قبل از ماشینکاری آنیل یا نرمالیزه (Normalize) می‌کنند تا زمینه فریتی فولاد (Frrite matrix) که معمولا در این فولادها وجود دارد، تا حد امکان خرد شده و ساختار فولاد نیز دانه درشت شود. فولادهای پر کربن ( با میزان کربن و عناصر آلیاژی تا حد 0.9-1.2% و بالاتر) باید آنیل شوند تا شبکه کار بایدهای آنها شکسته شده و یک ساختار کروی (Spheroidized) در آنها به وجود آید تا قابلیت ماشینکاری مطلوبی پیدا کند.