قالب ها کاربرد زیادی برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی، قطعات ریختگی تحت فشار، قطعات فلزی نازک، قطعات شکل دهی و فورج شده دارند. موقعیت کلیدی قالب ها در تولید انبوه بسیار مهم است و این به دلیل جهانی سازی و تقاضا برای بهبود پیوسته و افزایش پیچیدگی و کاهش در هزینه قالب است. استراتژی صرف جویی در زمان برای تولید انبوه به دلیل دوره زمانی کوتاه تولید، کاهش زمان انتقال تا بازار مصرف و مخصوصا یک نوع تولید خالص در اولویت است. نیاز به تعمیر قالب ها ناشی از خطاهای طراحی و/یا تولید، عیوب ماده، تغییرشکل پلاستیک و سایش است. طراحی، عیوب تولید و ماده در اوایل عمر کارکرد قالب نمایان می شود، این به دلیل تغییرشکل، سایش یا هر دو آن ها است. ترکیب تغییرشکل پلاستیک و سایش باعث عیوب سطحی مختلف مثل ترک ها سطحی، خراش، حفره، شکست و لب پریدگی می شود. تکرار و میزان تعمیر اصولا تحت تاثیر دقت ابعادی محصول است. با توجه به این که صنایع قالب سازی بیش از 100 سال قدمت دارد، تلاش های زیادی برای تعمیر این ابزارهای تولیدی انجام شده است. دسترسی به ماشین های پرتوان (مثل پرتو لیزر، پرتو الکترونی، منابع پلاسما و ... ) با اجراء کنندگان دقیق (مثل ربات ها، دستگاه های چند محور و ...) مباحث اصلی تعمیر قالب ها را تغییر داده است.

عمر قالب های صنعتی را می توان با روش های تعمیر سطح افزایش داد. میزان و شدت آسیب این ابزارهای تولیدی به شرایط سرویس و دقت مورد نیاز در شکل و اندازه قالب بستگی دارد. آنالیز آسیب این سطوح آسیب دیده برای انتخاب مناسب ترین فرایند و به تبع آن پارامترهای فرایند به منظور افزایش طول عمر قطعات بسیار مهم است. در ادامه جزئیات کامل از روش تعمیر این قالب ها، مواد مختلف مورد استفاده برای تولید و تعمیر این قالب ها و حالت های آسیب تحت شرایط مختلف و همچنین روش ها و مواردی که برای تعمیر و بازسازی قالب ها باید در نظر گرفته شود ارائه می گردد. بازار جهانی قالب ها با بیش از چند ده میلیون دلار با گستردگی جهانی روبه رو است. از فولادهای ابزار مختلف با/بدون عملیات سطحی و آلیاژ ها آلومینیوم برای تولید قالب ها استفاده می شود. عوامل اصلی آسیب در حین عملیات به دلیل شک های حرارتی زیادی، کرنش های مکانیکی، بارگذاری چرخه ای و خوردگی باعث ترک خوردن حرارتی، سایش، تغییرشکل پلاستیک و خستگی می شود. سایر عوامل آسیب معمولا ناشی از طراحی نامناسب، انتخاب نامعقول ماده و نیروهای زیاد ناشی از شرایط ناگهانی است. این عیوب با استفاده از جوشکاری قوسی تنگستن-گاز، جرقه الکتریکی و روش های پاشش حرارتی تعمیر می شود. اخیرا از لیزر، پرتو الکترونی و میکروجوشکاری نیز برای تعمیر قالب ها استفاده می شود، زیرا حرارت ورودی کمی به قطعه کار اعمال می شود و رسوب ماده قابل کنترل تر است.

مقدمه

فرایندهای کار گرم مثل فورج گرم، نورد گرم، اکستروژن گرم، منگنه گرم، ریخته گری تحت فشار و ... به طور گسترده برای تولید قطعات فلزی و غیرفلزی در مقیاس انبوه استفاده می شود. کیفیت ابزارهای گرم کار بر دقت ابعادی و خواص محصولات نهایی تاثیر می گذارد[6 و 5]. هزینه های ابزارسازی تقریبا شامل %30-5 کل هزینه تولید است. در تولید انبوه، هزینه تعمیر ابزارها تقریبا هزینه حاکم بر کل فرایند تولید است. علاوه بر این، مواد و انرژی مورد استفاده در تولید و تعمیر ابزارها می تواند از طریق بهبود عمر سرویس ابزارها افزایش یابد. ابزارهای گرم کار تحت شرایط کاری سختی هستند: الف)دما کاری زیاد (بیشتر از ̊C 500)، ب)بارگذاری شکل دهی زیاد، پ)لغزش متناوب ابزار گرم کار و ث)بارگذاری های حرارتی و مکانیکی متناوب. این شرایط شدید موجب آسیب زودهنگام قالب ها می شود. از این رو، عمر سرویس ابزارهای گرم کار کوتاه تر از قالب های کارسرد است. آسیب های متداول ابزارهای شکل دهی گرم عبارت است از: سایش، خستگی مکانیکی، تغییرشکل پلاستیک و خستگی حرارتی (شکل 1) Lange و همکارانش گزارش کردند که دلیل آسیب قالب های فورج گرم سایش سطوح ابزار است. علاوه بر این، آن ها عنوان کردند که اسیب سایش تقریبا %70 آسیب های متداول را به خود اختصاص می دهد. آسیب های اصلی ابزارهای ریخته گری تحت فشار سایش رُفتگی، ترک خوردگی گرمایی، نرم شدن حرارتی و خوردگی است. Venkatesan و همکارانش گزارش کردند که الگوی اصلی آسیب ابزارهای ریخته گری تحت فشار سایش سطوح ابزار است. تحقیقات زیادی درباره سایش ابزار های گرم کار در مورد نرم شدن حرارتی ابزار و اتصال دهی موضعی بین قالب و قطعه کار گزارش شده است.

شکل 1: آسیب­ های متداول ابزارهای شکل ­دهی گرم و داغ و میزان تکرار آن­ ها