عملية صب سبائك الزنك زاماك الألومنيوم المخصصة تحت الضغط العالي
الصب بالقالب عملية تصنيع عالية الكفاءة تُستخدم عادةً لإنتاج مكونات معدنية معقدة بدقة ومتانة فائقتين. بخلاف طرق التصنيع الأخرى، يسمح الصب بالقالب بالإنتاج بكميات كبيرة لقطع تتميز بأشكال هندسية معقدة وتفاصيل دقيقة وتشطيبات سطحية ممتازة، مع الحفاظ على تفاوتات دقيقة.
في هذه المقالة، نستكشف عملية صب الزنك ونتعمق في الفوائد الرئيسية لاستخدام سبائك الزنك في الصب، بما في ذلك مرونة تصميم الأجزاء المحسنة والفعالية من حيث التكلفة والأداء الميكانيكي المتفوق.
ما هو الصب الدقيق؟
الصب بالقالب هو عملية صب معادن باستخدام قوالب معدنية لإنتاج قطع معدنية. يُسكب المعدن المنصهر أو يُحقن في القوالب المعدنية ويُترك ليتصلب. بعد التصلب، تُزال القطع من القالب وتُستخدم بعد عمليات تشطيب بسيطة.
تُستخدم عملية الصب بالقالب في المقام الأول للصبالمعادن غير الحديديةمثل الألومنيوم والمغنيسيوم والزنك وسبائكها، ولكن يمكن استخدامه أيضًا للمعادن الأخرى ذات الخصائص المماثلةنقاط الانصهار.
الصب بالقالب يشبه إلى حد كبير القولبة بالحقن، حيث يكمن الاختلاف الرئيسي في المواد المستخدمة - المعدن المنصهر مقابل البلاستيك المنصهر. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب الصب بالقالب درجات حرارة وضغوطًا أعلى بسببخصائص المعادنويتم تصنيع القوالب عادة من الفولاذ عالي القوة لتحمل هذه الظروف، في حين يمكن لعملية الحقن استخدام قوالب مصنوعة من مجموعة متنوعة من المواد بسبب درجات الحرارة والضغوط المنخفضة المشاركة في معالجة البلاستيك.
تطبيقات الصب بالقالب
يتم استخدام عملية الصب بالقالب على نطاق واسع في مختلف الصناعات لإنتاج أجزاء مثل:
- مكونات السيارات (كتل المحرك، وعلب ناقل الحركة، وحواف العجلات)
- الإلكترونيات الاستهلاكية (الأغطية الخاصة بأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والكاميرات)
- الأجهزة (المقابض والأقواس ومبددات الحرارة)
- مكونات الفضاء الجوي (أجزاء وتجهيزات الطائرات)
- المعدات الصناعية (المضخات وأجسام الصمامات والأغطية)
عملية الصب بالقالب
تختلف آليات عملية الصب بالقالب باختلاف المعدن والتطبيق والعملية المستخدمة. على سبيل المثال، يُمكن صب المعدن المنصهر بالجاذبية أو حقنه في القالب تحت ضغط عالٍ.
دعونا نستكشف عملية الصب النموذجية، والتي تتضمنست مراحل رئيسية:
-
إنشاء القالب
-
تحضير القالب
-
حقن المعادن
-
تبريد
-
إزالة الصب
-
عمليات التشطيب
1. إنشاء القالب
القالب في الصب بالقالب هو قالب معدني بتجويف داخلي بنفس شكل المنتج. في الوقت الحاضر،التصميم بمساعدة الحاسوب/التصنيع بمساعدة الحاسوبوديناميكا الموائع الحسابية (CFD)تُستخدم برامج حاسوبية لتصميم القوالب. تستطيع هذه البرامج محاكاة أدق تفاصيل القالب بدقة، مثل الاحتكاك الداخلي، وتوزيع درجة الحرارة، ومعدلات التدفق، ومعدل تبديد الحرارة، وكفاءة التزييت.
بعد نجاح عمليات المحاكاة، يُشارك المهندسون الرسومات والمواصفات، مثل التفاوت والوزن، مع صانعي الأدوات المتخصصين. يُنشئ هؤلاء صانعو الأدوات المتخصصون القالب من خلالتصنيع باستخدام الحاسب الآليوإجراء التجارب اللازمة لضمان مطابقة المنتج النهائي للمواصفات. بالإضافة إلى التجويف، يحتوي القالب الصناعي أيضًا على قنوات لتدفق المعدن، ونظام تبريد، ودبابيس قذف.
هذه واحدة من المراحل الحرجة في عملية الصب بالقالب.يمكن للقالب عالي الجودة القضاء على العديد من المشكلات في مجرى النهر، مثل عيوب السطح، وإهدار المواد، والانكماش، والانحناء، والحشو غير المكتمل.
2. تحضير القالب
تتضمن مرحلة تحضير القالب إعداد القالب بالطريقة الأكثر ملاءمة للإنتاجصب عالي الجودة.
يتكون القالب من نصفين: نصف القالب الثابت، والذي يكون متصلاً بنظام الحقن، ونصف القالب القابل للإزالة، والذي ينفصل لإزالة الصب.
يقوم المهندسون بتنظيف القالب وتسخينه قبل صب المعدن المنصهر فيه. كما يرشون الأسطح الداخلية للقالب بمادة تشحيم أو مواد مقاومة للحرارة. وبالطبع، يمكن أتمتة هذه العمليات أيضًا.
يخدم زيت التشحيم وظائف متعددة، بما في ذلك تقليل الاحتكاك الداخلي، والمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة القالب،منع التصلب المبكرمن المعدن المنصهر في القالب، وتسهيل إزالة القالب من القالب بمجرد تصلب المعدن.
وأخيرا، يتم إغلاق نصفي القالب وتثبيتهما معًا باستخدام ضغط عالٍ قبل صب المعدن.
3. حقن المعادن
في هذه المرحلة، يملأ المعدن المنصهر القالب بالتساوي. يمكن تنفيذ هذه العملية بطريقتين. إحداهما هيصب الجاذبيةحيث تُستخدم قوة الجاذبية لملء جميع التجاويف الداخلية في القالب. تتضمن هذه العملية صب المعدن المنصهر من مغرفة إلى مجرى هابط يؤدي إلى تجويف القالب.
الطريقة الثانية، والمعروفة أيضًا باسمصب القوالب تحت الضغط العاليتملأ القالب بحقن المعدن المنصهر فيه تحت ضغط عالٍ. تتراوح الضغوط بين 100 بار (1400 رطل/بوصة مربعة) و1800 بار (26000 رطل/بوصة مربعة). تُقدم هذه الطريقة مزايا عديدة مقارنةً بالصب بالجاذبية، مثل ملء القالب بشكل أسرع وأفضل، والقدرة على إنشاء هياكل معقدة بجدران رقيقة، وثبات أبعاد عالٍ، وتشطيب سطح أكثر سلاسة، وتقليل...عمليات التشطيبفي اتجاه مجرى النهر.
4. التبريد
بعد ملء القالب بالمعدن المنصهر بالكامل، تبدأ مرحلة التبريد. من المهم ضمان معدل تبريد موحد ومنضبط للحصول على البنية الدقيقة المطلوبة في المنتج النهائي.
يجب إعطاء المعدن المنصهر وقتًا كافيًا ليبرد لمنع تشكل عيوب سطحية أو داخلية في الجزء.
5. إزالة الصب
بعد تثبيت القالب، يُفكّ نصفا القالب لتسهيل إزالته. يمكن القيام بذلك يدويًا أو آليًا باستخدام دبابيس القذف. تُدمج دبابيس القذف في القالب لفصل القالب تلقائيًا وأمان عند فصل نصفي القالب.
6. عمليات التشطيب
عمليات التشطيب ضرورية لإزالة المصب والمجاري ومكونات نظام البوابة الأخرى من الصب. ثم تُصهر هذه المكونات في الفرن لإعادة استخدامها.
وقد تحتاج عملية الصب أيضًا إلى عمليات تشطيب، مثل طحن السطح والتشغيل الآلي قبل أن تكون جاهزة للتسليم للعميل.
مقارنة الزنك بالألمنيوم والمغنيسيوم في الصب بالقالب
| ملكية | الزنك | الألومنيوم | المغنيسيوم |
| الكثافة (جم/سم³) | 6.6 | 2.7 | 1.8 |
| نقطة الانصهار (°م) | 420 | 660 | 650 |
| قوة الشد (ميجا باسكال) | 280-330 | 230-260 | 220-240 |
| قوة الخضوع (ميجا باسكال) | 210-240 | 150-170 | 130 |
| الاستطالة (%) | 3-6 | 3-6 | 8-13 |
| الموصلية الحرارية | عالي | ممتاز | جيد |
| مقاومة التآكل | ممتاز | جيد | جيد (في البيئات الجافة) |
| قابلية الصب | ممتاز | جيد | جيد |
| عملية الصب بالقالب النموذجية | الغرفة الساخنة | غرفة باردة | الغرفة الباردة (أساسًا) |
| أداة الحياة | أطول | أقصر | معتدل |
| سرعة الإنتاج | أسرع | معتدل | معتدل |
| يكلف | أدنى | معتدل | أعلى |
| وزن | أثقل | ضوء | الأخف وزنا |
| التطبيقات النموذجية | أجزاء صغيرة ومعقدة، مكونات السيارات، والإلكترونيات | السيارات، والفضاء، والسلع الاستهلاكية | السيارات، والفضاء، والإلكترونيات |
مزايا الصب بالقالب
عملية الصب بالقالب هي طريقة صب حديثة ذات مزايا فريدة عديدة. على الرغم من وجودها منذ قرون عديدة، إلا أنها اكتسبت شعبية كبيرة في العقود الأخيرة. دعونا نستكشف مزايا الصب بالقالب لنفهم سبب كونها الخيار المفضل في صناعة الصب اليوم:
الأشكال المعقدة سهلة
يمكن لصناعة الصب بالقالب إنتاج أشكال معقدة للغاية من خلال هذه العملية. وهي من العمليات القليلة التي يمكنها إنتاج قطع عالية الجودة باستمرار وبسرعة عالية مع الحفاظ علىالتسامحات الضيقةإن الضغوط العالية المستخدمة قادرة على دفع المعدن المنصهر إلى أرق القنوات بموثوقية عالية.
ماجستير في الإنتاج الضخم
إن سرعة دورة التصنيع، وإمكانية الأتمتة العالية، وكفاءة المواد العالية، واستخدام المعادن منخفضة درجة الانصهار، تجعلها فعالة للغاية في التصنيع بكميات كبيرة. تستخدم الصناعة هذه العملية في معظمالإنتاج التسلسليالتطبيقات.
صُنع للقرن الحادي والعشرين
يمكن لعملية الصب بالقالب دمج أحدث التقنيات بسلاسة. وهي متوافقة تمامًا مع الأتمتة والتقنيات الداعمة الأخرى، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد والمحاكاة، والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM).برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب.
عملية من الدرجة الأولى منخفضة التكلفة
تنخفض تكلفة القطعة بشكل ملحوظ مع زيادة الحجم. على الرغم من أن الاستثمار الأولي في إنشاء القوالب ودمج الأتمتة قد يكون أعلى من العمليات الأخرى مثلصب الرمل، فهو يعوض عن ذلك أكثر من خلال وجود واحدة من أدنى تكاليف التشغيل بين جميع أنواع عمليات الصب المختلفة.
لمسة نهائية ناعمة زبدانية
يُعدّ الصب بالقالب شائعًا لتوفيره أحد أفضل تشطيبات الأسطح بين عمليات الصب. في كثير من الحالات، قد لا تكون عمليات التشطيب ضرورية، ويمكن استخدام المنتج بعد إزالة المواد الزائدة من مكونات نظام البوابات.
عمليات التشطيب الإضافية مثل الطحن والتشغيل الآلي وطلاء مسحوقلا تكون ضرورية إلا عندما يتطلب التطبيق تلميعًا عالي الجودة أو نسيجًا محددًا.
حدود الصب بالقالب
ومن المهم بنفس القدر أن نكون على دراية بالقيود والعيوب التي قد تطرأ علىعملية التصنيع. حدود الصب بالقالب هي كما يلي:
استثمار أولي مرتفع
تتطلب عملية الصب بالقالب استثمارًا أوليًا أعلى بكثير مقارنةً بالعمليات الأخرى. هذا الجانب من الصب بالقالب قد يُثني المصنّعين المهتمين الذين لا يملكون سوى عدد قليل من القطع لإنتاجها. تكمن الميزة الاقتصادية للصب بالقالب في الإنتاج الضخم. وهو غير مناسب لـتصنيع النماذج الأوليةأو دفعات صغيرة من المنتجات.
يمكن أن تكون الاضطرابات مشكلة
من المرجح أن يُولّد حقن المعدن المنصهر تحت ضغط عالٍ اضطرابًا، مما قد يُؤدي إلى عيوب مثل المسامية. ولمعالجة هذه المشكلة، تستخدم معظم المسابك حاليًا محاكاة التدفق أثناء تصميم القالب. ومن خلال تحسين تصميم القالب ومعايير عملية الصب، يُمكن تقليل الاضطرابات في معظم الحالات.
على سبيل المثال، يتم دفع المعدن في البداية إلى القالب بسرعة أولية بطيئة لتقليل الاضطرابات وتكوين فقاعات الغاز.
حدود الحجم والوزن
الصب بالقالب هو الأنسب لـالتطبيقات الصغيرة والمتوسطة الحجمهناك قيود عملية على وزن القطع المصبوبة بالقالب، إذ تتطلب القطع المصبوبة الأكبر حجمًا قوالب ومعدات أكبر حجمًا. ولا يمكن أن تتجاوز معايير العملية، مثل قوة التثبيت وسعة تبديد الحرارة، حدًا معينًا.
مع ازدياد حجم الصب، تزداد تكلفة العملية أيضًا بمعدل أكبر، مما يجعل العملية غير مجدية بعد نقطة الانعطاف. في مثل هذه الحالات، تُستخدم طرق بديلة مثلالصب بالطرد المركزيقد تكون أكثر ملاءمة، لأنها مناسبة بشكل أفضل للأجزاء الأكبر أو الأسطوانية، حيث يكون التوحيد والدقة أمرًا بالغ الأهمية.