ما هو الصب بالقالب
الصب بالقالب عملية تصنيع تُستخدم لإنتاج قطع معدنية بدقة أبعاد عالية وتشطيب سطحي دقيق. تتضمن هذه العملية إدخال المعدن المنصهر في تجويف قالب تحت ضغط عالٍ. يُصنع تجويف القالب بواسطة قالبين فولاذيين مُقوَّيين يُشَكَّلان آليًا بالشكل المطلوب.
تبدأ العملية بصهر المعدن، عادةً الألومنيوم أو الزنك أو المغنيسيوم، في فرن. ثم يُحقن المعدن المنصهر في القالب تحت ضغط عالٍ باستخدام مكبس هيدروليكي. يتصلب المعدن بسرعة داخل القالب، ويُفتح نصفا القالب لإخراج القطعة النهائية.
يُستخدم الصب بالقالب على نطاق واسع لإنتاج قطع ذات أشكال معقدة وجدران رقيقة، مثل كتل المحركات، وعلب ناقل الحركة، ومختلف مكونات السيارات والطائرات. كما تُستخدم هذه العملية في إنتاج السلع الاستهلاكية، مثل الألعاب، وأدوات المطبخ، والإلكترونيات.
صب القوالب تحت الضغط
الصب بالقالب عملية متخصصة نوعًا ما، تطورت بشكل كبير خلال القرن العشرين. تتكون العملية الأساسية من: صب/حقن المعدن المنصهر في قالب فولاذي، ومن خلال سرعة عالية وضغط ثابت ومكثف (في الصب بالقالب تحت الضغط) وتبريد المعدن المنصهر، يتصلب المعدن ليشكل مسبوكات صلبة. عادةً، لا تستغرق العملية نفسها سوى بضع ثوانٍ، وهي طريقة سريعة لتشكيل منتج معدني من المواد الخام. يناسب الصب بالقالب مواد مثل القصدير والرصاص والزنك والألمنيوم والمغنيسيوم وسبائك النحاس، وحتى سبائك الحديد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ. السبائك الرئيسية المستخدمة اليوم في الصب بالقالب تحت الضغط هي الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم. من آلات الصب بالقالب المبكرة التي كانت توجه أدوات الصب في الاتجاه الرأسي إلى المعيار الشائع الآن للتوجيه والتشغيل الأفقي، وأربعة شدات ربط ومراحل عملية يتم التحكم فيها بالكامل بواسطة الكمبيوتر، تطورت العملية على مر السنين.
لقد تطورت الصناعة لتصبح آلة تصنيع عالمية، تصنع مكونات لمجموعة متنوعة من التطبيقات، والتي سيكون العديد منها في متناول اليد من قبل المستخدم حيث أن تطبيق المنتج من القوالب المصبوبة متنوع للغاية.
فوائد الصب تحت الضغط
بعض فوائد الصب تحت الضغط العالي:
• هذه العملية مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة.
• إنتاج مصبوبات معقدة إلى حد ما بسرعة مقارنة بعمليات تشكيل المعادن الأخرى (على سبيل المثال، التصنيع).
• مكونات عالية القوة تم إنتاجها في حالة الصب (وفقًا لتصميم المكونات).
• إمكانية التكرار الأبعادي.
• إمكانية استخدام أقسام جدار رقيقة (على سبيل المثال 1-2.5 مم).
• التسامح الخطي جيد (على سبيل المثال 2 مم / م).
• تشطيب سطحي جيد (على سبيل المثال 0.5-3 ميكرومتر).
تتضمن عملية صب القوالب تحت ضغط الغرفة الساخنة صهر سبيكة معدنية داخل فرن يقع بالقرب من نصف الأسطوانة الثابتة لآلة صب القوالب، وحقن المعدن المنصهر عبر مكبس مغمور مباشرةً عبر عنق الإوزة والفوهة إلى أداة صب القالب. يتطلب عنق الإوزة والفوهة تسخينًا لمنع تجمد المعدن قبل وصوله إلى تجويف القالب، ومن هنا جاءت تسمية الغرفة الساخنة. يتحدد وزن طلقة الصب بناءً على شوط المكبس وطوله وقطره، بالإضافة إلى حجم الغلاف/الغرفة، كما تلعب الفوهة دورًا يجب مراعاته عند تصميم القالب. بمجرد تصلب المعدن في تجويف القالب (لا يستغرق الأمر سوى بضع ثوانٍ)، ينفتح نصف الأسطوانة المتحركة للآلة، الذي ثُبّت عليه نصف القالب المتحرك، وتُقذف المادة المصبوبة من سطح القالب وتُزال من الأداة. بعد ذلك، تُزيّت أسطح القالب عبر نظام رش، ويُغلق القالب، وتعود دورة العملية مرة أخرى.
بفضل نظام الصهر/الحقن المعدني "المغلق" هذا، وحركة ميكانيكية بسيطة، يُمكن أن يُوفر صب القوالب في الحجرة الساخنة وفورات إنتاج أفضل. تُستخدم سبائك الزنك المعدنية بشكل أساسي في صب القوالب تحت ضغط الحجرة الساخنة، وتتميز بدرجة انصهار منخفضة نسبيًا، مما يُوفر مزايا إضافية تتمثل في انخفاض تآكل الآلات (الوعاء، عنق الإوزة، الغلاف، المكبس، الفوهة)، وانخفاض تآكل أدوات صب القوالب (مما يعني عمرًا أطول للأداة مقارنةً بأدوات صب القوالب المصنوعة من الألومنيوم - رهنًا بجودة الصب).
يُشتق اسم "الغرفة الباردة" من عملية صب المعدن المنصهر في غرفة باردة/كمّ طلقات، مُثبّتة عبر أسطوانة نصف القالب الثابتة بالجزء الخلفي من أداة نصف القالب الثابتة. عادةً ما تُوضع أفران صهر/احتجاز المعدن المنصهر بالقرب العملي من طرف القذف في آلة الصب بالقالب، بحيث يتمكن مُشغّل يدوي أو مغرفة صب آلية من استخراج المعدن المنصهر المطلوب لكل قذفة/دورة باستخدام مغرفة، وصب المعدن المنصهر في فتحة صب داخل الكم/غرفة القذف. يدفع طرف مكبس (وهو جزء قابل للارتداء والاستبدال، مُشَكَّل بدقة على القطر الداخلي لكمّ القذف مع مراعاة التمدد الحراري) متصل بمكبس الآلة المعدن المنصهر عبر غرفة القذف إلى تجويف القالب. عند الطلب، تُجري آلة الصب بالقالب المرحلة الأولى لدفع المعدن المنصهر عبر فتحة الصب في الكم. تُجرى المراحل التالية تحت ضغوط هيدروليكية متزايدة من المكبس لحقن المعدن المنصهر في تجويف القالب. تستغرق العملية بأكملها ثوانٍ، ويؤدي الضغط السريع والمكثف، بالإضافة إلى انخفاض درجة حرارة المعدن، إلى تصلب المعدن في تجويف القالب. ينفتح نصف الأسطوانة المتحركة لآلة الصب بالقالب (المثبت عليه النصف المتحرك لأداة الصب) ويقذف المصبوب المتصلب من سطح القالب. يُزال المصبوب، وتُزيّت أسطح القالب بنظام رش، ثم تُكرر الدورة.
آلات الغرف الباردة مناسبة لصب الألومنيوم بالقالب، ويمكن استبدال أجزاء الآلة (مثل غلاف القذف، وطرف المكبس) بمرور الوقت، كما يمكن معالجة الأكمام بالمعادن لزيادة متانتها. تُصهر سبائك الألومنيوم في بوتقة خزفية نظرًا لارتفاع درجة انصهارها نسبيًا، وللحد من خطر التقاط الحديد، وهو خطر شائع في البوتقات الحديدية. ولأن الألومنيوم سبيكة معدنية خفيفة نسبيًا، فإنه يُتيح صب مسبوكات كبيرة وثقيلة، أو حيثما يتطلب الأمر زيادة القوة والخفة في المسبوكات.
