قالب صدفي

صب القوالب القشرية ، المعروف أيضًا باسم صب القوالب القشرية ، ^{[ 1 ]} هو عملية صب باستخدام قوالب قابلة للاستهلاك ، حيث يُستخدم الرمل المغطى بالراتنج لتشكيل القالب . بالمقارنة مع صب الرمل ، تتميز هذه العملية بدقة أبعاد أفضل، ومعدل إنتاجية أعلى، ومتطلبات عمالة أقل. تُستخدم هذه العملية للأجزاء الصغيرة والمتوسطة التي تتطلب دقة عالية. ^{[ 2 ]} طُوّرت عملية صب القوالب القشرية كعملية تصنيع خلال منتصف القرن العشرين في ألمانيا، واخترعها المهندس الألماني يوهانس كرونينج. ^{[ 3 ] [ 4 ]} صب القوالب القشرية هو عملية صب معادن مشابهة لصب الرمل، حيث يُصب المعدن المنصهر في قالب قابل للاستهلاك. مع ذلك، في صب القوالب القشرية، يكون القالب عبارة عن قشرة رقيقة الجدران تُصنع من خلال وضع خليط من الرمل والراتنج حول نموذج. يُعاد استخدام النموذج، وهو قطعة معدنية على شكل الجزء المطلوب، لتشكيل قوالب قشرية متعددة. يسمح النموذج القابل لإعادة الاستخدام بمعدلات إنتاج أعلى، بينما تُمكّن القوالب القابلة للاستهلاك من صب أشكال هندسية معقدة. يتطلب صب القوالب الصدفية استخدام نموذج معدني، وفرن، وخليط من الرمل والراتنج، وصندوق تفريغ، ومعدن منصهر.

تتيح عملية صب القوالب استخدام المعادن الحديدية وغير الحديدية، وأكثرها شيوعًا الحديد الزهر، والفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك الألومنيوم، وسبائك النحاس. وتتميز الأجزاء المصنعة عادةً بصغر حجمها ومتوسطه، وتتطلب دقة عالية، مثل علب التروس ، ورؤوس الأسطوانات، وقضبان التوصيل، وأذرع الرافعة.

تتكون عملية صب القوالب من الخطوات التالية:

صناعة النماذج - يتم إنشاء نموذج معدني مكون من قطعتين على شكل الجزء المطلوب، وعادةً ما يكون من الحديد أو الفولاذ. تُستخدم مواد أخرى أحيانًا، مثل الألومنيوم للإنتاج بكميات صغيرة أو الجرافيت لصب المواد التفاعلية.

صنع القالب - أولاً، يُسخّن كل نصف من النموذج إلى درجة حرارة تتراوح بين 175 و370 درجة مئوية (347-698 درجة فهرنهايت) ويُغطى بمادة تشحيم لتسهيل إزالته. بعد ذلك، يُثبّت النموذج المُسخّن على صندوق يحتوي على خليط من الرمل ومادة رابطة راتنجية. يُقلب الصندوق رأسًا على عقب، مما يسمح لخليط الرمل والراتنج بتغطية النموذج. يُصلّب النموذج المُسخّن الخليط جزئيًا، مُشكّلاً غلافًا حوله. يُصلّب كل نصف من النموذج والغلاف المحيط به تمامًا في فرن، ثم يُخرج الغلاف من النموذج.  

تجميع القالب - يتم وصل نصفي الغلاف وتثبيتهما بإحكام لتشكيل قالب الغلاف الكامل. في حال الحاجة إلى أي لبّات، يتم إدخالها قبل إغلاق القالب. ثم يوضع قالب الغلاف في قارورة ويُدعّم بمادة داعمة.

الصب - يتم تثبيت القالب بإحكام بينما يتم صب المعدن المنصهر من مغرفة في نظام الصب ويملأ تجويف القالب.

التبريد - بعد ملء القالب، يُترك المعدن المنصهر ليبرد ويتصلب في شكل المسبوكة النهائية.

إزالة المسبوكة - بعد أن يبرد المعدن المنصهر، يمكن كسر القالب وإزالة المسبوكة. تتطلب العملية تشذيبًا وتنظيفًا لإزالة أي معدن زائد من نظام التغذية وأي رمل من القالب.

تشمل أمثلة المنتجات المصنعة بتقنية التشكيل بالقولبة علب التروس ورؤوس الأسطوانات وقضبان التوصيل. كما تُستخدم هذه التقنية في صناعة قوالب التشكيل عالية الدقة.

تتكون عملية صنع قالب الصدفة من ست خطوات: ^{[ 2 ] [ 5 ]}

1. يُسكب رمل السيليكا الناعم المغطى بطبقة رقيقة (3-6%) من راتنج فينولي حراري ومحفز سائل، أو يُنفخ أو يُرش على قالب ساخن . يُصنع القالب عادةً من الحديد الزهر ويُسخن إلى درجة حرارة تتراوح بين 230 و260 درجة مئوية (446 إلى 500 درجة فهرنهايت) . يُترك الرمل على القالب لبضع دقائق حتى يتصلب جزئيًا.  
2. ثم يُقلب النموذج والرمل بحيث يسقط الرمل الزائد من النموذج، تاركًا فقط "القشرة". وبحسب وقت ودرجة حرارة النموذج، يتراوح سمك القشرة بين 10 و20 ملم (0.4 إلى 0.8 بوصة) .  
3. يُوضع النموذج والقشرة معًا في فرن لإتمام عملية معالجة الرمل. وتبلغ قوة شد القشرة الآن من 350 إلى 450 رطل لكل بوصة مربعة (من 2.4 إلى 3.1 ميجا باسكال) .  
4. ثم يتم إزالة الغلاف الصلب من النموذج.
5. ثم يتم دمج قشرتين أو أكثر، عن طريق التثبيت أو اللصق باستخدام مادة لاصقة حرارية، لتشكيل قالب. ويمكن استخدام هذا القالب الجاهز فورًا أو تخزينه لفترة طويلة جدًا.
6. في عملية الصب، يوضع قالب الصدفة داخل قارورة ويُحاط بالرصاص أو الرمل أو الحصى لتقوية الصدفة. ^{[ 6 ]}

تُسمى الآلة المستخدمة في هذه العملية بآلة تشكيل القوالب . تقوم بتسخين النموذج، ووضع خليط الرمل، وخبز القالب.

يستغرق إعداد وتصنيع قوالب التشكيل أسابيع، وبعدها  يمكن الوصول إلى إنتاجية تتراوح بين 5 و50 قطعة في الساعة لكل قالب. ^{[ 7 ]} تشمل المواد الشائعة الحديد الزهر والألومنيوم وسبائك النحاس . ^{[ 1 ]} يبلغ متوسط ​​وزن منتجات الألومنيوم والمغنيسيوم حوالي 13.5 كجم (30 رطلاً) كحد أقصى، ولكن من الممكن صب قطع يتراوح وزنها بين 45 و90 كجم (100-200 رطل) . الحد الأدنى للوزن المسموح به هو 30 جم (1 أونصة) . اعتمادًا على المادة، يتراوح سُمك المقطع العرضي الأدنى للصب بين 1.5 و6 مم (0.06 إلى 0.24 بوصة) . الحد الأدنى لزاوية السحب هو 0.25 إلى 0.5 درجة. ^{[ 1 ]}        

تتراوح التفاوتات النموذجية بين 0.005  مم/مم أو بوصة/بوصة، وذلك لأن مركب الرمل مصمم لينكمش بشكل طفيف، ويُستخدم نموذج معدني. يبلغ خشونة سطح الصب 0.3-4.0 ميكرومتر (50-150 ميكروبوصة) نظرًا لاستخدام رمل أنعم. كما يُساعد الراتنج في تكوين سطح أملس للغاية. وبشكل عام، تُنتج هذه العملية مصبوبات متجانسة للغاية من عملية صب إلى أخرى. ^{[ 5 ]}  

يمكن إعادة تدوير خليط الرمل والراتنج عن طريق حرق الراتنج في درجات حرارة عالية. ^{[ 6 ]}

المزايا

• أجزاء كبيرة جداً
• أشكال معقدة ودقيقة بتفاصيل دقيقة وتشطيبات سطحية جيدة
• انخفاض تكاليف التشغيل الآلي
• يمكن أتمتة عملية تشكيل القوالب بالكامل للإنتاج الضخم . ^{[ 2 ]}
• معدل إنتاج مرتفع، وتكاليف عمالة منخفضة في حالة التشغيل الآلي.
• إمكانية إنجاز العمل في وقت قصير.
• خيارات مواد متعددة.
• تكلفة منخفضة للأدوات والمعدات.
• لا توجد مشاكل تُذكر بسبب الغازات، وذلك لعدم وجود رطوبة في الغلاف، كما أن الغاز القليل المتبقي يتسرب بسهولة عبر الغلاف الرقيق. عند صب المعدن، يحترق جزء من المادة الرابطة الراتنجية على سطح الغلاف، مما يُسهّل عملية الهز. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

العيوب

• يجب أن يكون نظام البوابات جزءًا من النموذج لأن القالب بأكمله يتكون من النموذج، وهو ما قد يكون مكلفًا.
• الراتنج المستخدم في صناعة الرمل مكلف، على الرغم من أن الكمية المطلوبة ليست كبيرة لأن ما يتم تشكيله هو مجرد غلاف. ^{[ 5 ]}
• ضعف قوة المادة.
• مسامية عالية ممكنة.
• غالباً ما تكون هناك حاجة إلى عمليات تشغيل ثانوية.
• تكلفة العمالة مرتفعة إذا تم العمل يدوياً.

رأس الأسطوانة، ذراع التوصيل، كتل المحرك والمشعبات، قواعد الآلات.