کاهش سایش قالب پرس با Additive Engineering؛ راهکارهای فنی سال 2025

کاهش سایش قالب پرس با Additive Engineering در ۲۰۲۵؛ از تریبوفیلم تا سودآوری

سایش قالب‌های پرس فلزات یکی از پرهزینه‌ترین چالش‌های تولید در ایران است؛ توقفات ناخواسته، افت کیفیت سطح قطعه و بالا رفتن ضایعات، مستقیماً سود عملیاتی را کاهش می‌دهد. رویکرد Additive Engineering، یعنی طراحی مهندسی‌شده‌ٔ ترکیب افزودنی‌های روانکار، در ۲۰۲۵ به ابزاری مؤثر برای کاهش سایش قالب پرس تبدیل شده است. با شناخت دقیق رفتار روانکار در فشارهای بالا، انتخاب درست مکانیزم‌های AW/EP، و بهبود کیفیت روغن هیدرولیک پرس و روغن‌های شکل‌دهی فلز، می‌توان عمر قالب را افزایش داد و پایداری فرایند را بالا برد. در این مقالهٔ کاربردی، نقش افزودنی‌ها، کیفیت روغن، پاکیزگی ISO 4406، پایش وضعیت و تحلیل اقتصادی کاهش توقفات را به‌صورت گام‌به‌گام مرور می‌کنیم تا تیم‌های نگهداری و تولید در کارخانه‌های ایرانی، نقشهٔ راهی عملی برای ۱۴۰۴–۱۴۰۵ در اختیار داشته باشند.

سایش در قالب پرس؛ رفتار روانکار تحت فشار بالا و مرز تماس

تماس‌های لغزشی و نوردی بین سطح قالب و ورق، به‌ویژه در عملیات‌هایی مانند کشش عمیق، پانچ و خم‌کاری، منجر به گذار پیوسته بین رژیم‌های هیدرودینامیک، EHL و مرزی می‌شود. زمانی که سرعت یا ضخامت فیلم کم می‌شود، نقش افزودنی‌ها برای جلوگیری از جوش سرد، چسبندگی و خراشان‌شدن برجسته می‌گردد. در فشارهای تماس نقطه‌ای بالا، ساختار مولکولی روانکار فشرده شده و ویسکوزیتهٔ مؤثر افزایش می‌یابد؛ اما اگر پاکیزگی و پایداری شیمیایی کافی نباشد، فیلم پایدار شکل نمی‌گیرد و میکروپیتینگ، پولیش‌سایش و خطوط سایشی ظاهر می‌شود.

سه متغیر کلیدی را جدی بگیرید:
۱) ویسکوزیته و شاخص گرانروی مناسب دمای کاری پرس،
۲) قطبیت و توانایی جذب سطحی بستهٔ افزودنی بر فولادهای قالب و ورق (به‌ویژه فولادهای روکش‌دار یا آلیاژهای پرمنگنز)،
۳) پاکیزگی و کنترل ذرات سخت. نتیجهٔ کم‌توجهی به این متغیرها، عبور سریع سیستم از ناحیهٔ تخت منحنی استری‌بک به رژیم مرزی و آغاز سایش چسبنده است. Additive Engineering دقیق، می‌تواند فیلم‌های تریبوشیمیایی مقاوم بسازد و این عبور را به‌تأخیر بیندازد.

مهندسی افزودنی‌ها: AW در برابر EP و نسل‌های جدید بدون کلر

افزودنی‌های ضدسایش (AW) و فشار شدید (EP) با جذب روی سطح فلز و تشکیل لایه‌های فسفیدی، سولفیدی یا ارگانومولیبدمی، اصطکاک و جوش موضعی را کاهش می‌دهند. انتخاب میان AW و EP صرفاً Binary نیست؛ ترکیب بهینه به مادهٔ ورق، زبری قالب، فشار تماس و دمای نقطهٔ تماس بستگی دارد. در ایران، به‌دلیل حساسیت‌های زیست‌محیطی و الزامات ایمنی، جایگزین‌های بدون کلر برای پارافین‌های کلره، و استفاده از استرهای سولفوره، زینک دی‌آلکیل‌دی‌تیوفوسفات (ZDDP) کنترل‌شده و بورت‌استرها رو به افزایش است. در ادامه، مقایسهٔ فنی رایج‌ترین خانواده‌ها را می‌بینید.

نکتهٔ کلیدی: بستهٔ افزودنی موفق معمولاً سینرژی دو یا سه خانواده است؛ مثلاً AW خاکستردار کنترل‌شده + EP بدون کلر + اصطکاک‌کاه مولیبدمی، همراه با آنتی‌اکسیدانت‌های آمینی/فنولی و ضدکف سیلیکونی تنظیم‌شده.

کیفیت روغن صنعتی؛ از روغن هیدرولیک پرس تا روغن برش فلز

روغن هیدرولیک پرس باید مطابق کلاس HLP/HVLP با پایهٔ Group II/III یا PAO انتخاب شود تا پایداری اکسیداسیون، شاخص گرانروی و رهایش هوا بهینه باشد. افزودنی ضدسایش متعادل، آنتی‌اکسیدانت قوی و ضدکف کم‌حساسیت به برشی ضروری است. برای روغن‌های برش و شکل‌دهی، قطبیت پایه (استر، PAG یا نفتنیک کم‌آروماتیک) روی چسبندگی فیلم و کیفیت سطح قطعه اثر مستقیم دارد. در خطوط ایرانی که از فولادهای روکش‌دار (گالوانیزه) و فولادهای پر استحکام استفاده می‌شود، انتخاب ترکیب EP بدون کلر به‌همراه پاک‌کنندگی مناسب، از ایجاد لکهٔ سطحی جلوگیری می‌کند.

به مشخصه‌های زیر توجه کنید:
۱) رهایش هوا طبق آزمون‌های مرجع،
۲) پایداری در برابر امولسیون ناخواسته با آب خنک‌کاری،
۳) فیلترپذیری و عدم انسداد زودهنگام مدیا،
۴) سازگاری با الاستومرهای سیستم سروو. کیفیت روغن، فقط عدد ویسکوزیته نیست؛ انتخاب برند معتبر و بستهٔ افزودنی به‌روز، در کنار تأمین مطمئن روغن صنعتی، ثبات تولید را تضمین می‌کند.

پاکیزگی، فیلتراسیون و کنترل ذرات؛ معیار ISO 4406 در پرس‌ها

حتی بهترین بستهٔ افزودنی بدون پاکیزگی مناسب به نتیجه نمی‌رسد. ذرات بزرگ‌تر از ۴–۶ میکرون می‌توانند در ناحیهٔ تماس قالب/ورق به‌عنوان «سوهان» عمل کرده و فیلم مرزی را تخریب کنند. هدف‌گذاری کد پاکیزگی ISO 4406 در سیستم هیدرولیک پرس (مثلاً 16/14/11 یا بهتر، متناسب با سازندهٔ سروو) و اجرای فیلتراسیون چندمرحله‌ای (Pressure line + Return + Offline kidney loop) ضروری است.

• پایش ذرات به‌صورت هفتگی در فاز راه‌اندازی و سپس ماهانه؛ ثبت روند.
• استفاده از فیلتر با β≥200 در ردهٔ 6–10 میکرون برای سروو و 10–25 میکرون برای مدار برگشت.
• کنترل هوا و کف: هوابندی مکش، Deaeration در تانک، ضدکف بهینه برای جلوگیری از کاویتاسیون.
• مدیریت آب: تخلیهٔ ته‌نشینی، گرم‌کردن ملایم و انتخاب روغن با دمولسی‌بیلیتی مناسب.

اجرای فنی این اقدامات، احتمال عبور سیستم از فیلم سیال به تماس مرزی پرریسک را کاهش می‌دهد و بار افزودنی‌ها را سبک‌تر می‌کند؛ نتیجه، کاهش سایش و ثبات ابعادی قطعه است.

پایش وضعیت و آنالیز روغن در ۲۰۲۵؛ از شیمی تا حسگر

برنامهٔ پایش مؤثر ترکیبی از آنالیز آزمایشگاهی و سنجش‌های درخط است. تست‌های کلیدی عبارت‌اند از: شمارش ذرات و کد ISO 4406، ویسکوزیته در دمای سرویس، عدد اسیدی/باز (TAN/TBN برای روغن‌های خاص)، فلزات سایش (Fe, Cu, Zn, Mo)، FTIR برای اکسیداسیون/نیتره‌سازی و شاخص آلودگی آب. برای پرس‌هایی که توقف هر ساعت آن‌ها هزینه‌ساز است، افزودن حسگرهای آنلاین ذرات و رطوبت، به‌همراه نمونه‌برداری منظم از نقطهٔ نماینده، تصمیم‌گیری را دقیق‌تر می‌کند.

• فرکانس نمونه‌گیری پیشنهادی: ماهانه برای سیستم‌های پایدار؛ هفتگی پس از تعویض روغن یا تغییر افزودنی.
• آستانهٔ اقدام: عبور دو پله‌ای کد ISO 4406 نسبت‌به خط پایه، یا افزایش ویسکوزیته بیش از ۱۰٪.
• ثبت دیجیتال داده‌ها و همبستگی با کیفیت سطح قطعه و سایش قالب برای تحلیل علت‌ریشه‌ای.

به‌کارگیری الگوریتم‌های سادهٔ روندیابی و هشدارگذاری، حتی در قالب داشبورد اکسل یا سامانه‌های سبک، می‌تواند «پیش‌آگاهی» از خرابی را ممکن کند. ارتباط بین جهش ذرات آهنی و تغییرات ضریب اصطکاک عملیاتی، سرنخ اصلی به‌سوی اصلاح بستهٔ افزودنی یا شرایط فرایند است.

تحلیل اقتصادی: کاهش توقفات و مدل محاسبهٔ بازگشت سرمایه

اثر اقتصادی Additive Engineering زمانی دیده می‌شود که به زبان توقفات و ضایعات ترجمه گردد. یک مدل عملی سه‌گامه: ۱) خط پایه را تعیین کنید (میانگین زمان بین تعویض/سنگ‌زنی قالب، نرخ ضایعات سطحی، ساعات توقف). ۲) بستهٔ افزودنی و روغن باکیفیت را اجرا کنید و هم‌زمان پاکیزگی روغن را بهبود دهید. ۳) پس از یک دورهٔ ۸–۱۲ هفته‌ای، تفاوت‌ها را بسنجید: افزایش MTBF قالب، کاهش ضایعات و کاهش مصرف روغن/فیلتر.

• سود مستقیم: کاهش ساعات توقف × هزینهٔ ساعتی خط + کاهش ضایعات × حاشیهٔ سود قطعه.
• سود غیرمستقیم: بهبود کیفیت سطح و کاهش برگشتی مشتری، کاهش مصرف ابزار و انرژی.
• هزینهٔ پروژه: مابه‌التفاوت قیمت روغن/افزودنی + فیلتر و خدمات پایش.

در بسیاری از پروژه‌های صنعتی، حتی بهبود‌های کوچک در عمر قالب (مثلاً یک شیفت اضافه بین دو سنگ‌زنی) به‌دلیل هزینهٔ بالای توقف، بازگشت سرمایهٔ مناسبی ایجاد می‌کند. کلید موفقیت، مستندسازی اعداد و تثبیت شرایط فرایندی است.

چک‌لیست اجرایی ۹۰ روزه و نکات کلیدی برای کارخانه‌های ایران

چک‌لیست ۹۰ روزه

1. هفتهٔ ۱–۲: نمونه‌برداری مبنا، ثبت کد ISO 4406، ویسکوزیته، فلزات سایش؛ ممیزی نشتی/هواگیری.
2. هفتهٔ ۳–۴: انتخاب روغن هیدرولیک HLP/HVLP با AW متعادل؛ تعیین روغن برش/کشش با EP بدون کلر.
3. هفتهٔ ۵–۶: ارتقای فیلتراسیون برگشت و آفلاین؛ هدف‌گذاری 16/14/11 یا بهتر.
4. هفتهٔ ۷–۱۰: اجرای بستهٔ افزودنی منتخب (سینرژی AW+EP+Mo) در خط پایلوت؛ تنظیم ضدکف.
5. هفتهٔ ۱۱–۱۲: مقایسهٔ کیفیت سطح، صدای قالب، دمای موضعی و مصرف انرژی؛ بازتنظیم دوز.

نکات برجسته

• انتخاب افزودنی بدون درنظرگرفتن پاکیزگی روغن، نتیجه نمی‌دهد؛ فیلتراسیون و Deaeration را موازی اجرا کنید.
• برای ورق‌های روکش‌دار، از EP بدون کلر و ترکیبات مولیبدمی با دوز کنترل‌شده استفاده کنید.
• در پرس‌های سروویی با تلرانس تنگ، AW بدون خاکستر و روغن با رهایش هوای سریع، ارجح است.
• پایش روندی آزمایش‌ها مهم‌تر از یک عدد منفرد است؛ به الگوها توجه کنید.
• برای خرید پایدار، از تأمین‌کننده‌ای با شناسنامهٔ کیفی و امکان آنالیز مستقل بهره ببرید.

برای انتخاب دقیق روغن هیدرولیک پرس و روغن‌های برش/فرمینگ و نیز طراحی بستهٔ افزودنی متناسب با آلیاژ و سختی قالب، می‌توانید از مشاورهٔ تخصصی موتورازین بهره بگیرید؛ هماهنگی بین انتخاب محصول، فیلتراسیون و پایش وضعیت، همان چیزی است که به کاهش قطعی سایش منجر می‌شود.

جمع‌بندی

رویکرد Additive Engineering در کاهش سایش قالب پرس، زمانی مؤثر است که سه ضلع مثلث را همزمان بپوشاند: ۱) انتخاب فنی افزودنی‌ها (AW/EP/اصطکاک‌کاه) متناسب با مادهٔ ورق و فشار تماس، ۲) کیفیت روغن صنعتی با پایهٔ پایدار، رهایش هوا، ضدکف کنترل‌شده و دمولسی‌بیلیتی مناسب، ۳) پاکیزگی و پایش وضعیت طبق ISO 4406 و تحلیل‌های دوره‌ای. با این چارچوب و یک چک‌لیست ۹۰ روزه، می‌توان MTBF قالب را افزایش داد، کیفیت سطح قطعه را پایدار کرد و هزینهٔ توقفات را کاهش داد. هدف، ساخت تریبوفیلم هوشمند و پایدار است؛ فیلمی که حتی در رژیم مرزی، از تماس فلز با فلز جلوگیری کرده و ثبات تولید را برای خطوط ایرانی در ۱۴۰۵ تضمین کند.

پرسش‌های متداول

AW بهتر است یا EP برای قالب‌های پرس؟

AW و EP رقیب هم نیستند؛ در بیشتر پروژه‌ها ترکیب بهینه جواب می‌دهد. AW لایهٔ محافظ پایدار در تماس‌های مرزی می‌سازد، EP در بارهای شوکی و نقاط داغ از جوش موضعی جلوگیری می‌کند. برای ورق‌های روکش‌دار یا عملیات‌های پرسرعت، افزودن اصطکاک‌کاه مولیبدمی در کنار EP بدون کلر، تعادل مطلوبی ایجاد می‌کند. دوز دقیق باید با آزمون میدانی کوتاه‌مدت و پایش کیفیت سطح تعیین شود.

چرا با وجود افزودنی مناسب، هنوز سایش بالاست؟

اغلب به‌دلیل پاکیزگی پایین و وجود ذرات سایش‌زا است. فیلتراسیون ناکافی، هوادهی و کف، و رطوبت، فیلم مرزی را تخریب می‌کنند. ابتدا کد ISO 4406 را بهبود دهید، هواگیری و ضدکف را تنظیم کنید و سپس بستهٔ افزودنی را بازتنظیم کنید. همچنین زبری سطح قالب و تراز بودن خط، روی تشکیل فیلم تریبوشیمیایی اثرگذار است.

آیا روغن هیدرولیک می‌تواند بر کیفیت سطح قطعهٔ پرس اثر بگذارد؟

به‌طور غیرمستقیم بله. روغن هیدرولیک با رهایش هوای سریع و ضدکف بهینه، پایداری نیروی پرس و تکرارپذیری کورس را بهبود می‌دهد و از کاویتاسیون و شوک‌لود جلوگیری می‌کند. این ثبات مکانیکی، همراه با روغن برش/فرمینگ مناسب، کیفیت سطح را یکنواخت‌تر می‌کند. در پرس‌های سروویی، حساسیت به کیفیت روغن هیدرولیک بیشتر است.

بهترین شاخص برای زمان تعویض روغن کدام است؟

یک شاخص واحد کافی نیست. ترکیب کد ISO 4406، ویسکوزیته، عدد اسیدی (TAN) و روند فلزات سایش تصویر دقیقی می‌دهد. اگر دو پله افزایش در ISO 4406 یا بیش از ۱۰٪ تغییر ویسکوزیته و روند رو‌به‌بالای آهن مشاهده شد، زمان اقدام فرارسیده است. در خطوط حساس، پایش آنلاین ذرات و رطوبت به تصمیم‌گیری سریع کمک می‌کند.

در ایران چه جایگزینی برای پارافین‌های کلره پیشنهاد می‌شود؟

استرهای سولفورهٔ با کیفیت، بسته‌های فسفر/سولفور بهینه و ترکیبات ارگانومولیبدم از گزینه‌های رایج هستند. این ترکیبات در صورت تنظیم دوز و کنترل دما، کارایی EP مناسبی ارائه می‌دهند و نگرانی‌های زیست‌محیطی و لکه‌گذاری سطحی را کاهش می‌دهند. انتخاب دقیق باید با توجه به آلیاژ ورق، نوع عملیات (پانچ، کشش عمیق، خم) و کیفیت سطح موردنیاز انجام شود.