النموذج (الصب)
في عملية الصب ، يُعدّ النموذج نسخة طبق الأصل من الجسم المراد صبه، ويُستخدم لتشكيل تجويف قالب الرمل الذي يُصب فيه المعدن المنصهر أثناء عملية الصب. بعد استخدام النموذج لتشكيل تجويف قالب الرمل، يُزال النموذج، ثم يُصب المعدن المنصهر في تجويف قالب الرمل لإنتاج المسبوكة. النموذج غير قابل للاستهلاك ويمكن إعادة استخدامه لإنتاج قوالب رمل أخرى بشكل شبه دائم.
نظراً لأن معظم المعادن تنكمش أو تتقلص مع انخفاض درجة حرارتها، يجب أن تكون قوالب الصب أكبر حجماً من القطعة المصبوبة الفعلية. فعلى سبيل المثال، يبلغ انكماش صب الألومنيوم حوالي 1.3%، لذا يجب أن يكون قالب صب قطعة من الألومنيوم أكبر بنسبة 1.3% من القطعة المصبوبة نفسها. [ 1 ] [ 2 ]
قد تُصنع القوالب المستخدمة في صب الرمل من الخشب أو المعدن أو البلاستيك أو مواد أخرى. وتُصنع هذه القوالب وفقًا لمعايير بناء دقيقة، بحيث تدوم لفترة زمنية معقولة، وذلك بحسب جودة القالب المستخدم، وتضمن الحصول على مصبوبات ذات أبعاد مقبولة بشكل متكرر. [ 3 ]
تصميم النماذج
صناعة النماذج، أو ما يُعرف بصناعة النماذج ( أو صناعة النماذج المزخرفة )، هي حرفة ماهرة ترتبط بصناعة الأدوات والقوالب ، ولكنها غالبًا ما تتضمن عناصر من النجارة الدقيقة . يكتسب صانعو النماذج مهاراتهم من خلال التدريب المهني والمدارس المتخصصة على مدار سنوات عديدة من الخبرة. ورغم أن المهندس قد يُساعد في تصميم النموذج، إلا أن صانع النماذج هو من يُنفذ التصميم عادةً . [ 4 ]
المواد المستخدمة
تُستخدم عادةً مواد مثل الخشب والمعادن والبلاستيك في صناعة النماذج. كما يُستخدم الشمع والجص ، ولكن فقط في تطبيقات متخصصة. يُعد خشب الصنوبر السكري أكثر المواد شيوعًا في صناعة النماذج، وذلك لكونه لينًا وخفيفًا وسهل التشكيل. كان خشب الماهوجني الهندوراسي يُستخدم في العديد من قطع الإنتاج لصلابته ومتانته التي تفوق متانة الصنوبر. بعد معالجته بشكل صحيح، يصبح مستقرًا كأي نوع آخر من الخشب، فلا يتعرض للتشوه أو الانحناء. بعد بناء النموذج، لا ترغب المسبكة في تغيير شكله. أصبح العثور على خشب الماهوجني الهندوراسي الأصلي أكثر صعوبة الآن بسبب تدمير الغابات المطيرة، لذا يُسوّق اليوم أنواع مختلفة من الأخشاب تحت اسم الماهوجني . اكتسبت نماذج الألياف الزجاجية والبلاستيك شعبية في السنوات الأخيرة لمقاومتها للماء ومتانتها العالية. تتميز النماذج المعدنية بطول عمرها ومقاومتها للرطوبة، ولكنها أثقل وزنًا وأكثر تكلفة وأصعب إصلاحًا في حال تلفها. [ 5 ]
تُستخدم نماذج الشمع في عملية صب بديلة تُسمى الصب الاستثماري . ويُستخدم لهذا الغرض مزيج من شمع البارافين وشمع العسل وشمع الكرنوبا . في هذه الحالة، يُذاب نموذج الشمع من تجويف القالب، الذي يكون عادةً مادة صلبة تشبه الجص بدلاً من الرمل، لذا لا يمكن استخدام نموذج الشمع إلا مرة واحدة. [ 5 ]
يُستخدم الجبس عادةً في صنع القوالب الرئيسية، لأنه يكتسب صلابة بسرعة، مع مرونة كبيرة أثناء مرحلة التصلب. [ 5 ]
تصميم
قنوات الصب، والبوابات، والرافعات، واللب، والمبردات
يُحدد صانع النماذج أو مهندس المسبك مواقع قنوات الصب وأنظمة التغذية والمغذيات بالنسبة للنموذج. عند الرغبة في وجود ثقب في المسبوكة، يُستخدم قلب معدني يُحدد حجمًا أو موقعًا في المسبوكة لا يتدفق فيه المعدن. أحيانًا، تُوضع مُبردات حرارية على سطح النموذج قبل التشكيل، ثم تُدمج في قالب الرمل. تعمل هذه المبردات كمشتتات حرارية تُتيح التبريد السريع الموضعي. قد يكون التبريد السريع مطلوبًا لتحسين بنية الحبيبات أو لتحديد تسلسل تجمد المعدن المنصهر الذي يُصب في القالب. نظرًا لأنها تكون عند درجة حرارة أقل بكثير، وغالبًا ما تكون مصنوعة من معدن مختلف عن المعدن المصبوب، فإنها لا تلتصق بالمسبوكة عند تبريدها. يمكن بعد ذلك استعادة المبردات الحرارية وإعادة استخدامها.
يُشار عادةً إلى تصميم نظام التغذية والبوابات باسم تصميم المنهجية أو تصميم المنهجية . ويمكن تنفيذه يدويًا، أو تفاعليًا باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب العامة، أو شبه آليًا باستخدام برامج متخصصة (مثل AutoCAST ).
أنواع الأنماط
تُصنع الأنماط من الخشب أو المعدن أو السيراميك أو البلاستيك الصلب وتختلف في درجة تعقيدها.
يُعدّ النموذج الأحادي، أو النموذج المنفصل، أبسط أنواع النماذج. وهو نسخة طبق الأصل من المسبوكة المطلوبة، وعادةً ما يكون أكبر قليلاً لتعويض انكماش المعدن المراد صبه. أما النماذج ذات البوابات، فتربط عدداً من النماذج المنفصلة معاً بواسطة سلسلة من قنوات التوصيل التي تُفصل بعد عملية الصب. بينما تُنتج النماذج المجزأة أو متعددة القطع مسبوكة من عدة أجزاء تُجمع في مراحل لاحقة من المعالجة.
تُعرف قوالب الألواح المتطابقة بأنها قوالب تُثبّت أجزاؤها العلوية والسفلية، والمعروفة أيضًا باسمي "الغطاء" و"القاعدة"، على جانبين متقابلين من لوحة. يتيح هذا التعديل تشكيل القوالب بسرعة من مادة القالب. تُستخدم تقنية مشابهة تُسمى "قالب الغطاء والقاعدة" غالبًا في عمليات الصب الكبيرة أو الإنتاج بكميات كبيرة: في هذا النوع، يُثبّت جانبا القالب على لوحتي قالب منفصلتين يمكن توصيلهما بآلات أفقية أو رأسية وتشكيلهما باستخدام مادة القالب. عندما تكون خطوط الفصل بين الغطاء والقاعدة غير منتظمة، يمكن استخدام لوحة داعمة لدعم القوالب غير المنتظمة الشكل والفضفاضة.
تُستخدم أنماط المسح في القوالب المتناظرة، وهي عبارة عن أشكال محيطية تدور حول محور مركزي أو عمود عبر مادة التشكيل. يُعد نمط المسح أحد أشكال النمط الهيكلي: أي نمط هندسي يُستخدم لإنشاء قالب عن طريق تحريكه عبر مادة التشكيل.
يُستخدم النمط الهيكلي عندما تكون تكلفة التركيب الكامل المصنوع من الخشب أو المعدن مرتفعة. يُصنع عادةً كجزءٍ مع ترك بعض الفراغات غير مملوءة، وتُملأ هذه الفراغات أو تُغطى بالرمل الطميي أو الطين. تُستخدم لوحة التسوية لكشط الطين الزائد إذا وُضع في الفراغات. مثال: غلاف التوربينات، وانحناءات أنابيب الصرف الصحي والمياه، وأجسام الصمامات وصناديقها.
البدلات
وللتعويض عن أي تغييرات في الأبعاد التي ستحدث أثناء عملية التبريد (الصلب)، يتم عادةً مراعاة هذه التغييرات في النموذج. [ 6 ]
انكماش السوائل
تنكمش معظم المعادن حجميًا أثناء التصلب، وتُعرف هذه الظاهرة بانكماش السائل. بعبارة أخرى، تزداد أحجام معظم المعادن عند انصهارها، أو عند درجة حرارة السيولة. يتراوح انكماش الحجم عادةً بين 3.5% و10.0% حسب السبيكة. قد تُظهر بعض أنواع حديد الزهر الجرافيتي، عند صبها في مقاطع أثقل، وفي ظل ظروف مضبوطة بدقة، انكماشًا طفيفًا. يُعرف معدن النوع أيضًا بقدرته على الحفاظ على شكل مصبوب دقيق وحاد، والاحتفاظ بالأبعاد الصحيحة بعد التبريد. عند تصنيع أجزاء الصب الهندسية، تُصمم "طريقة" الصب بالتزامن مع النموذج، وتشمل حجم المصب، وعدد المصبات، وموقعها. بالإضافة إلى ذلك، تُصمم قنوات الصب السفلية، وقضبان التغذية، وبوابات الإدخال ضمن "طريقة الصب". تضمن "طريقة الصب" بالتالي وصول المعدن المنصهر، وملء القالب بشكل صحيح، وملء المصبات لتغذية المصبوب بالحجم المتناقص من السائل أثناء التصلب. تُنفَّذ هذه "الطريقة" بواسطة "مهندس طرق"، والذي قد يكون صانع نماذج (مع تدريب إضافي)، أو مهندس تأسيس، أو خبير معادن مُلِمًّا بمفهوم زيادة/نقصان الحجم المرتبط بالصهر والصب/التصلب. مثال: لنفترض أن كثافة الفولاذ 7.85 (صلب) وانكماشه 6%، أو بعبارة أدق، زيادة حجمه 6% عند انصهاره. صُنع قالب لصب كتلة وزنها 100 كجم، بناءً على كثافة الفولاذ في حالته الصلبة. تبلغ كثافة الفولاذ في حالته السائلة 94% فقط من كثافته في حالته الصلبة - حوالي 7.38 في الحالة السائلة. وبالتالي، عندما تُملأ الكتلة التي وزنها 100 كجم (المحسوبة في الحالة الصلبة) بالفولاذ السائل، فإنها تحتوي على كتلة 94 كجم فقط. يجب توفير الـ 6 كجم المتبقية من "مُغذٍّ" أو "مُغذٍّ" أثناء التصلب - وبالتالي، تصبح كتلة الجسم الصلب 100 كجم. هذه الطريقة هي نظام للتعامل مع نقصان الحجم أثناء التصلب. وهذا (من الناحية الفنية) ليس بدلًا.
يُطلق على هذا الحجم الإضافي المُضاف إلى النموذج لمراعاة انكماش المعدن اسم "بدل الانكماش". تتراوح هذه القيم عادةً بين 0.6% و2.5%. ويتم احتساب هذا البدل باستخدام قاعدة الانكماش ، وهي قاعدة ذات أبعاد أكبر من اللازم . تتوفر قواعد الانكماش عمومًا لسبائك الصب الصناعية الشائعة. بدلاً من ذلك، يُضيف صانع النماذج نسبة مئوية مُحددة إلى جميع الأبعاد. مثال على هذا البدل: إذا كان المطلوب جلبة بقطر خارجي 1500 مم، وقطر داخلي 1000 مم، وارتفاع 300 مم باستخدام قاعدة انكماش 2%، فسيصنع صانع النماذج النموذج بقطر خارجي 1530 مم (لأنه سينكمش)، وقطر داخلي 1020 مم (لأن المادة تميل إلى الانكماش نحو المركز أو مركز الثقل) - من المهم ملاحظة أن البدل يُضاف حتى إلى القطر الداخلي لأن المادة تميل إلى الانكماش نحو المركز. [ 7 ] يتكون القلب المستخدم إما من رمل قابل للانضغاط أو يُترك فيه فراغ كافٍ في مركزه للسماح للمعدن بالتمدد. وأخيراً، سيكون بُعد الارتفاع 306 ملم.
يمكن تعديل مقدار الانكماش قليلاً حسب نظام الرمل المستخدم في القالب وأي نوى، مثل الرمل المُرتبط بالطين، أو الرمل المُرتبط كيميائياً، أو مواد الربط الأخرى المستخدمة في الرمل. وقد تختلف القيم الدقيقة بين المسابك المختلفة تبعاً لأنظمة الرمل المستخدمة. ويمكن لكل مسبك، من خلال معايرة نماذجه ومسبوكاته، تحسين بدلات الانكماش الخاصة به.
يمكن تصنيف الانكماش والتقلص إلى انكماش سائل وانكماش صلب . الانكماش السائل هو انخفاض الحجم أثناء عملية التصلب (من الحالة السائلة إلى الصلبة)، ويُؤخذ في الحسبان عند استخدام أنابيب التغذية. أما التقلص الصلب فهو انخفاض الأبعاد أثناء تبريد المعدن المصبوب (الصلب). ويُؤخذ في الحسبان عند حساب الانكماش التقلص الصلب فقط.
بدل التجنيد
عند إخراج النموذج من قالب الرمل، قد تتعرض الحواف الأمامية للكسر أو التلف أثناء العملية. لتجنب ذلك، يُصمم النموذج بزاوية ميل لتسهيل إخراجه من القالب، وبالتالي تقليل تلف الحواف. تُسمى زاوية الميل بزاوية السحب . وتعتمد قيمتها على مدى تعقيد النموذج، ونوع عملية التشكيل (يدوي أو آلي)، وارتفاع السطح، وما إلى ذلك. تتراوح زاوية السحب في المسبوكات عادةً بين 1 و3 درجات على الأسطح الخارجية (و5 إلى 8 درجات على الأسطح الداخلية). [ 7 ]
بدل التشطيب أو التشغيل الآلي
تكون جودة سطح المسبوكات الرملية رديئة عمومًا (غير دقيقة الأبعاد)، ولذا يُخضع المنتج المصبوب في كثير من الأحيان لعمليات تشغيلية كالخراطة أو التجليخ لتحسين جودة السطح. خلال هذه العمليات، يُزال جزء من المعدن من القطعة. وللتعويض عن ذلك، يُضاف هامش تشغيلي (مادة إضافية تُسمى أحيانًا "المادة الخام") إلى المسبوكة. [ 7 ] وتعتمد قيمة هذا الهامش على مادة المسبوكة، وحجمها، وكمية الإنتاج، وطريقة التشكيل، وغيرها.
بدل رج
عادةً، أثناء إزالة النموذج من تجويف القالب، يُلفّ النموذج حول جميع جوانبه لتسهيل إزالته. في هذه العملية، يتسع التجويف النهائي. وللتعويض عن ذلك، يجب تقليل أبعاد النموذج. لا توجد قيم قياسية لهذا التفاوت، إذ يعتمد بشكل كبير على العاملين. هذا التفاوت هو تفاوت سلبي، ومن الطرق الشائعة لتجاوزه زيادة تفاوت السحب. يؤدي هزّ النموذج إلى توسيع تجويف القالب، مما ينتج عنه مسبوك أكبر. [ 7 ]
بدل تشويه الصورة
أثناء تبريد القالب، قد تتسبب الإجهادات المتولدة في المعدن الصلب في حدوث تشوهات في المسبوكة. ويتضح هذا الأمر بشكل أكبر عندما يكون عرض القالب أقل من طوله. ويمكن التخلص من هذه المشكلة عن طريق تشويه النموذج في البداية في الاتجاه المعاكس. [ 8 ]
يطلب
لا تزال القوالب ضرورية في صب المعادن بالرمل. بالنسبة لإنتاج مصبوبات الحديد الزهر الرمادي، والحديد الزهر المطاوع، والصلب، يبقى صب الرمل العملية الأكثر استخدامًا. بالنسبة لمصبوبات الألومنيوم، يمثل صب الرمل حوالي 12% من إجمالي الوزن (يتفوق عليه فقط صب القوالب بنسبة 57%، والقوالب شبه الدائمة والدائمة بنسبة 19%؛ استنادًا إلى شحنات عام 2006). يتم تحديد العملية الدقيقة ومعدات القوالب دائمًا بناءً على كميات الطلب وتصميم المسبوكات. يمكن لصب الرمل إنتاج قطعة واحدة فقط، أو ما يصل إلى مليون نسخة.
على الرغم من أن تقنيات التصنيع الإضافي مثل SLS و SLM لديها القدرة على استبدال الصب في بعض عمليات الإنتاج، إلا أن الصب لا يزال بعيدًا عن الاختفاء التام. وسيظل الطلب قائمًا حيثما توفر هذه التقنيات خصائص مواد مناسبة بتكلفة وحدة تنافسية.
مراجع
- ↑ باوا، إتش إس (2004). عمليات التصنيع - الجزء الأول . تاتا ماكجرو هيل. الصفحات 1-12 . ISBN 978-0-07-058372-6.
- ↑ أمين، سي دبليو (1999). صب المعادن . ماكجرو هيل بروفيشنال. الصفحات 159-176 . ISBN 978-0-07-134246-9.
- ↑ "أنواع النماذج المستخدمة في عملية الصب - الهندسة الميكانيكية" .
- ↑ شيلي، جوزيف أتكينسون (1920). صناعة النماذج: دراسة في بناء النماذج وتطبيقها، بما في ذلك استخدام أدوات النجارة، وفن التوصيل، والخراطة الخشبية، وطرق بناء النماذج وصناديق القوالب المختلفة . نيويورك: دار النشر الصناعية. الصفحات 2-5 وما يليها .
من أنواع النماذج الشائعة:
1) نمط قطعة واحدة 2) نمط قطعة مقسمة 3) نمط قطعة منفصلة 4) نمط بوابة 5) نمط مطابقة 6) نمط مسح 7) نمط تغليف وسحب 8) نمط هيكلي 9) نمط صدفي 10) نمط لوحة تتبع 11) نمط قطاعي
- 1 2 3 راداكريشنا، ك (2011). عملية التصنيع - 1 . بنغالور: دار كتاب سابنا. ص. 20. رقم ISBN 978-81-280-0207-6.
- ↑ برافين، كستور (2011). عملية التصنيع - 1. بنغالور: ستار - التعليم التقني. ص 16.
- 1 2 3 4 راو، بي إن (2003). تكنولوجيا التصنيع . نيودلهي: تاتا ماكجرو هيل. ص 68. ISBN 0-07-463180-2.
- ↑
M.Neerajخطأ في الاستشهاد: تم استدعاء المرجع المسمى ولكن لم يتم تعريفه مطلقًا (انظر صفحة المساعدة ).
- صب