عملية صب المعادن

يعتبر الصب من أقدم طرق تشكيل المعادن التي عرفها الإنسان. ويعني بشكل عام صب المعدن المنصهر في قالب مقاوم للحرارة مع تجويف بالشكل المراد تصنيعه، والسماح له بالتصلب. متىبعد تصلبه، يتم إخراج الجسم المعدني المطلوب من القالب المقاوم للحرارة إما عن طريق كسر القالب أو عن طريق تفكيك القالب. يسمى الجسم المتصلب بالصب. وتسمى هذه العملية أيضًا بالتأسيس، ويسمى المصنع الحديث الذي يركز على صب الأجزاء المعدنيةمسبك.

1. تاريخ عملية الصب
ربما تم اكتشاف عملية الصب حوالي عام 3500 قبل الميلاد في بلاد ما بين النهرين. في أجزاء كثيرة من العالم خلال تلك الفترة، تم تصنيع الفؤوس النحاسية وغيرها من الأشياء المسطحة في قوالب مفتوحة مصنوعة من الحجر أو المخبوزات.فخار. وكانت هذه القوالب في الأساس قطعة واحدة. ولكن في فترات لاحقة، عندما كان من الضروري صنع الأجسام المستديرة، تم تقسيم هذه القوالب إلى جزأين أو أكثر لتسهيل سحب الأجسام المستديرةجلب العصر البرونزي (حوالي 2000 قبل الميلاد) مزيدًا من التحسين في عملية الصب. وربما للمرة الأولى، تم اختراع قلب لصنع جيوب مجوفة في الأشياء. كانت هذه النوى مصنوعة من الطين المخبوز.أيضًا، تم استخدام عملية الشمع المفقود أو الشمع المفقود على نطاق واسع لصنع الحلي والأعمال الجميلة.

لقد تم تحسين تقنية الصب بشكل كبير على يد الصينيين منذ حوالي 1500 قبل الميلاد. وقبل ذلك، لم يكن هناك أي دليل على وجود أي نشاط صب في الصين. لا يبدو أنهم كانوا رائعينكان مألوفًا مع عملية cire perdue ولم يستخدمها على نطاق واسع ولكنه بدلاً من ذلك متخصص في قوالب متعددة القطع لصنع وظائف معقدة للغاية. لقد أمضوا الكثير من الوقت في إتقان القالب حتى أدق التفاصيل، لذلك بالكادكانت أي أعمال تشطيب مطلوبة على الصب المصنوع من القوالب. ومن المحتمل أنهم صنعوا قوالب قطع تحتوي على قطع تم تركيبها بعناية يصل عددها إلى ثلاثين أو أكثر. في الواقع، تم اكتشاف العديد من هذه القوالبإجراء التنقيبات الأثرية في مناطق مختلفة من الصين.

تشتهر حضارة وادي السند أيضًا باستخدامها المكثف لصب النحاس والبرونز في صناعة الحلي والأسلحة والأدوات والأواني. ولكن لم يكن هناك الكثير من التحسن في التكنولوجيا. من فاريبالنسبة للأشياء والتماثيل الصغيرة التي تم التنقيب عنها في مواقع وادي السند، يبدو أنهم كانوا على دراية بجميع طرق الصب المعروفة مثل القالب المفتوح، وقوالب القطع، وعملية الحرق.

على الرغم من أنه يمكن أن يُنسب الفضل إلى الهند في اختراع الصلب البوتقي، إلا أنه لم يكن هناك الكثير من الأساس الحديدي الواضح في الهند. هناك أدلة على أن تأسيس الحديد قد بدأ حوالي عام 1000 قبل الميلاد في سوريا وبلاد فارس. يبدوالذي - التيصب الحديدتم استخدام التكنولوجيا في الهند منذ غزو الإسكندر الأكبر، حوالي عام 300 قبل الميلاد.

يعد العمود الحديدي الشهير الموجود حاليًا بالقرب من منار قطب في دلهي مثالاً على المهارات المعدنية للهنود القدماء. يبلغ طوله 7.2 متر، وهو مصنوع من الحديد النقي القابل للطرق. ومن المفترض أن يكون هذا منفترة شاندراغوبتا الثاني (375-413 م) من سلالة غوبتا. معدل صدأ هذا العمود الذي يقف بالخارج في الهواء الطلق هو صفر تقريبًا، وحتى الجزء المدفون يصدأ بمعدل بطيء للغاية. هذايجب أن يكون قد تم صبه أولاً ثم طرقه إلى الشكل النهائي.

2. المزايا والقيود
تستخدم عملية الصب على نطاق واسع في التصنيع بسبب مزاياها العديدة. تتدفق المادة المنصهرة إلى أي قسم صغير في تجويف القالب وبالتالي أي شكل معقد داخليًاأو خارجي – يمكن تصنيعه بعملية الصب. من الممكن عمليا صب أي مادة سواء كانت حديدية أو غير حديدية. علاوة على ذلك، فإن الأدوات اللازمة لصب القوالب بسيطة للغايةغير مكلفة. ونتيجة لذلك، بالنسبة للإنتاج التجريبي أو إنتاج كمية صغيرة، فهي طريقة مثالية. من الممكن في عملية الصب وضع كمية المادة في المكان المطلوب بالضبط. نتيجة ليمكن تحقيق تخفيض الوزن في التصميم.المسبوكاتيتم تبريدها عمومًا بشكل موحد من جميع الجوانب، وبالتالي من المتوقع ألا يكون لها أي خصائص اتجاهية. هناك معادن وسبائك معينةوالتي لا يمكن معالجتها إلا عن طريق الصب وليس بأي عملية أخرى مثل الحدادة بسبب الاعتبارات المعدنية. يمكن تصنيع المسبوكات بأي حجم ووزن، حتى ما يصل إلى 200 طن.

ومع ذلك، يتم تحقيق دقة الأبعاد والانتهاء من السطح بشكل طبيعيعملية صب الرمللن تكون كافية للتطبيق النهائي في كثير من الحالات. ولأخذ هذه الحالات بعين الاعتبار، يجب إجراء بعض عمليات الصب الخاصةتم تطوير عمليات مثل الصب، والتي ترد تفاصيلها في الفصول اللاحقة. كما أن عملية صب الرمل تتطلب عمالة كثيفة إلى حد ما، وبالتالي يتم إجراء العديد من التحسينات عليها،مثل صب الآلات وميكنة المسبك. في بعض المواد، غالبًا ما يكون من الصعب إزالة العيوب الناتجة عن الرطوبة الموجودة فيهاالمسبوكات الرملية.

3. شروط الصب
وسنرى في الفصول التالية تفاصيل عملية الصب بالرمل والتي تمثل عملية الصب الأساسية. قبل الخوض في تفاصيل العملية، سيتم تحديد عدد من مفردات المفرداتملائم.

قارورة– قارورة القولبة هي التي تحافظ على قالب الرمل سليمًا. اعتمادًا على موضع القارورة في هيكل القالب، يُشار إليها بأسماء مختلفة مثل السحب والكوب والخد. وهي مصنوعة من الخشبللتطبيقات المؤقتة أو بشكل عام من المعدن للاستخدام على المدى الطويل.
يجر– دورق صب السفلي
يَتَصدَّى– قارورة صب العلوي
خدّ– قارورة صب متوسطة تستخدم في صب ثلاث قطع.
نمط- النمط هو نسخة طبق الأصل من الكائن النهائي الذي سيتم تصنيعه مع بعض التعديلات. يتم تصنيع تجويف القالب بمساعدة النموذج.
خط فراق– هذا هو الخط الفاصل بين دورقي القولبة الذي يشكل قالب الرمل. في نمط الانقسام هو أيضًا الخط الفاصل بين نصفي النموذج
المجلس السفلي– وهو لوح مصنوع عادة من الخشب، ويستخدم في بداية صناعة القالب. يتم الاحتفاظ بالنمط أولاً على اللوحة السفلية، ويتم رش الرمل عليه ثم تتم عملية الدك في السحب.
مواجهة الرمال– يتم رش كمية صغيرة من المواد الكربونية على السطح الداخلي لتجويف القالب لإعطاء تشطيب سطحي أفضل للمسبوكات
صب الرمل– إنها المادة المقاومة للحرارة الطازجة المستخدمة في صنع تجويف القالب. وهو عبارة عن خليط من طين السيليكا والرطوبة بنسب مناسبة للحصول على النتائج المرغوبة ويحيط بهاالنمط أثناء صنع القالب.
دعم الرمال- وهو ما يشكل معظم المواد المقاومة للحرارة الموجودة في القالب. يتكون هذا من الرمال المستعملة والمحترقة.
جوهر- يستخدم في عمل التجاويف المجوفة في المسبوكات.
حوض الصب– تجويف صغير على شكل قمع في أعلى القالب يسكب فيه المعدن المنصهر.
سبور– الممر الذي يصل من خلاله المعدن المنصهر من حوض الصب إلى تجويف القالب. في كثير من الحالات، يتحكم في تدفق المعدن إلى القالب.
عداء– الممرات الموجودة في سطح الفراق والتي يتم من خلالها تنظيم تدفق المعدن المنصهر قبل وصوله إلى تجويف القالب.
بوابة– نقطة الدخول الفعلية التي يدخل من خلالها المعدن المنصهر إلى تجويف القالب.
سبحة– تستخدم الإكليلات لدعم النوى داخل تجويف القالب للمحافظة على وزنه والتغلب على القوى المعدنية.
برد– القشعريرة عبارة عن أجسام معدنية يتم وضعها في القالب لزيادة معدل تبريد المسبوكات لتوفير معدل تبريد موحد أو مرغوب فيه.
الناهض– عبارة عن خزان من المعدن المنصهر يتم توفيره في عملية الصب بحيث يمكن للمعدن الساخن أن يتدفق مرة أخرى إلى تجويف القالب عندما يكون هناك انخفاض في حجم المعدن بسبب التصلب

4. إجراءات صنع قالب الرمل
يتم وصف الإجراء الخاص بصنع قالب رمل نموذجي في الخطوات التالية:

أولاً، يتم وضع اللوحة السفلية إما على منصة التشكيل أو على الأرض، مما يجعل السطح متساويًا. يتم الاحتفاظ بقارورة صب السحب رأسًا على عقب على اللوحة السفلية جنبًا إلى جنب مع جزء السحب مننمط في وسط القارورة على السبورة. يجب أن يكون هناك مسافة كافية بين النموذج وجدران الدورق والتي يجب أن تكون في حدود 50 إلى 100 ملم. يتم رش الرمل الجافاللوحة والنمط لتوفير طبقة غير لاصقة. يتم الآن صب رمل القالب المحضر حديثًا بالجودة المطلوبة في السحب وعلى النموذج بسمك يتراوح من 30 إلى 50 مم. ما تبقى من قارورة السحب هومملوءة بالكامل بالرمل الاحتياطي ويتم صدمها بشكل موحد لضغط الرمال. يجب أن يتم دك الرمال بشكل صحيح حتى لا يتم ضغطها بقوة مما يصعب خروج الغازات منها.ولا تكون فضفاضة جدًا، بحيث لا يتمتع القالب بالقوة الكافية. بعد انتهاء عملية الدك، يتم كشط الرمل الزائد في الدورق بالكامل باستخدام شريط مسطح حتى مستوى حواف الدورق.

الآن، باستخدام سلك التنفيس، وهو سلك يبلغ قطره من 1 إلى 2 مم مع نهاية مدببة، يتم عمل فتحات تنفيس في السحب إلى عمق القارورة بالكامل وكذلك إلى النمط لتسهيل إزالة الغازات أثناء الصبالتصلب. هذا يكمل إعداد السحب.

يتم الآن تدوير قارورة السحب النهائية إلى اللوحة السفلية لكشف النمط كما هو موضح في الصورة. باستخدام بقعة، يتم إصلاح حواف الرمل حول النموذج ويتم وضع نصف النمط فوقهنمط السحب، ومواءمته بمساعدة دبابيس وتد. يتم وضع دورق التأقلم الموجود أعلى السحب ويتم محاذاته مرة أخرى بمساعدة المسامير. يتم رش رمل الفراق الجاف في جميع أنحاء السحب وعلى النموذج.

يوجد دبوس الذباب لعمل ممر الذباب على مسافة صغيرة تبلغ حوالي 50 مم من النموذج. أيضًا، يتم الاحتفاظ بدبوس الناهض إذا لزم الأمر في مكان مناسب ورمل قالب طازج مشابه لذلكيتم رش السحب مع الرمال الداعمة. يتم صدم الرمال تمامًا، وكشط الرمال الزائدة ويتم عمل فتحات تهوية في كل مكان في المقبض كما في السحب.

يتم سحب دبوس الذباب والدبوس الناهض بعناية من القارورة. في وقت لاحق، يتم قطع حوض الصب بالقرب من الجزء العلوي من الذباب. يتم فصل المواجهة عن السحب وأي رمال سائبة على واجهة المواجهة والسحبيتم تفجير السحب بمساعدة المنفاخ. الآن، يتم سحب نصفي المقبض ونمط السحب باستخدام مسامير السحب وضرب النموذج في كل مكان لتكبير تجويف القالب قليلاً بحيثلا تفسد جدران القالب بنمط السحب. يتم قطع المجاري والبوابات في القالب بعناية دون إفساد القالب. يتم نفخ أي رمل زائد أو سائب موجود في المجاري وتجويف القالببعيدا باستخدام الخوار. الآن، يتم وضع الرمل المواجه على شكل عجينة في جميع أنحاء تجويف القالب والمجاري، مما يمنح الصب النهائي لمسة نهائية جيدة للسطح.

يتم تحضير قلب الرمل الجاف باستخدام صندوق أساسي. بعد الخبز المناسب، يتم وضعها في تجويف القالب كما هو موضح في الصورة. يتم استبدال المقبض على السحب مع مراعاة محاذاة الاثنين عن طريقدبابيس. يتم الاحتفاظ بوزن مناسب على الغطاء للتعامل مع القوة المعدنية التصاعدية أثناء صب المعدن المنصهر. الآن أصبح القالب كما هو موضح في الصورة جاهز للصب.