السباكة الرملية

عملية السباكة - Casting : 

 هى إحدى أهم و أقدم عمليات التصنيع حيث يتم فيها صهر المادة المراد سبكها سواء كانت مادة معدنية أو غير معدنية حتى تصل إلى درجة حرارة معينة يتم بعدها صب المصهور فى قالب , هذا القالب به التجويف الذي يمثل شكل المنتج المطلوب و عندما تبرد المادة و تتصلد ثانية يتم فتح القالب لإخراج المنتج و الذي قد أخد نفس شكل الفراغ داخل القالب.

مميزات عملية السباكة - بشكل عام :

1- يمكن استخدام عملية السباكة فى إنتاج الأشكال المعقدة و التى تحتوى على تشكيلات داخلية و خارجية
2- بعض أنواع عملية السباكة يمكنها إنتاج الشكل بأبعاده النهائية أى بالدقة النهائية المطلوبة و بالتالى لا يتم إدخال المنتج لأى مرحلة تشغيل أخرى على أى ماكينة
3- يمكن استخدام عملية السباكة لإنتاج الأشكال الضخمة جدا و التى قد تصل زنتها إلى 100 طن و أكثر
4- يمكن لعملية السباكة أن تستخدم على أى معدن يمكن الوصول به بالتسخين إلى درجة الإنصهار
5- بعض أنواع عملية السباكة تصلح للإنتاج الكميات

عيوب السباكة - بشكل عام :

1- تأثير عملية السباكة على بعض الخواص الميكانيكية للمادة
2- عملية السباكة العادية غير دقيقة نسبيا
3- خشونة الأسطح الناتجة من السباكة كما فى السباكة الرملية
4- ظهور بعض عيوب السباكة مثل وجود فجوات داخل المسبوك و تسمى (البخبخة)
5- درجة الامان فى عملية السباكة أقل نسبيا من باقى أغلب العمليات الصناعية و ذلك بسبب التعامل مع معادن مصهورة ذات درجات حرارة عالية و كذلك التأثيرات البيئية للعملية.

*يوجد أنواع عديدة و مختلفة من عمليات السباكة تختلف فى خواصها و درجة دقة مسبوكاتها الناتجة و معاملات أخرىأما القالب -  Mold  المستخدم فى عملية السباكة  فهو غالبا عبارة عن نصفين سواء كانت السباكة رملية أو باستخدام قالبين معدنيين أو تركيبة متعددة من أكثر من جزء و بها أيضا التجويف المطلوب إنتاج المنتج على شكله و تحتوى القوالب غالبا على طوارد لطرد المسبوك بعد تمام التبريد و كذلك مسارات داخلية لمرور ماء التبريد إن لزم الأمر , هذا و تطلق كلمة mold أيضا على قوالب حقن البلاستيك المصهور لإنتاج المنتجات البلاستيكية*

السباكة الرملية

هي عبارة عن سبك أو صب المعادن أو السبائك المعدنية في قوالب مصنوعة من الرمل تمثل هيئة أو شكل القطعة المراد سباكتها.

خطوات السباكة الرملية:عملية السباكة الرملية تنقسم إلى أربع خطوات رئيسية كما يلي:

أولاً: تصميم وصناعة النموذج وحساب السماحات المختلفة:

ولتجهيز القالب الرملي يحتاج الأمر إلى نموذج يحاكي شكله الخارجي شكل الجزء المراد إنتاجه للسباكة الرملية, وهذا النموذج يصنع عادتاً من الخشب (إذا كان العدد المطلوب إنتاجه أقل من 100 وحدة), أو من المعدن مثل الألمنيوم والحديد وحديد الزهر (إذا كان العدد المطلوب إنتاجه أكثر من 100 وحدة).

 ويختلف النموذج عن المسبوك المنجز بما يلي:

 1) يكون حجم النموذج أكبر من حجم المسبوك بمقدار معين وتسمى هذه الزيادة بـ( سماحة الإنكماش ).

 2) تضاف لحجم النموذج أيضاً سماحة تسمى بـ(سماحة التشغيل) إذا كان سيتبع عملية السباكة عمليات تشغيل اُخرى, ويتم إضافتها على الأبعاد التي سيتم تشغيلها فقط.
3) يجب عمل سلبة إلى جوانب النموذج تسمى بـ( سماح السحب أو السلبية ) ويتوقف مقدار هذه السلبية على شكل النموذج وطريقة عمل القالب. وتتراوح قيمة السلبية من (0.25 - 1) درجة.

 4) تظاف بروزات أو نتؤات إلى النموذج والغرض منها تشكيل تجاويف أو فراغات معينة تستخدم لتثبيت القلوب داخل الفراغ في القالب الرملي تسمى بـ(ركائز الدليك). 

ملاحظة: تستخدم هذه القلوب للمسبوكات المجوفة وتقوم بتشكيل الفراغ والذي يشبه شكل التجويف الموجود في المسبوك المراد سباكته.

 5) يجب مراعات تجنب إنتاج نماذج بأركان حادة, لأن ذلك يؤدي إلى إنهيار الرمل عند رفع النموذج.

ثانياً: إعداد وتشكيل القالب:

وتشمل إختيار الرمل أو مزيج الرمل وإعدادها لصناعة القالب الرملي وذلك بعد عمل الإختبارات اللازمة لمعرفة صلاحيتها, ومن أنواع رمل السباكة حسب الإستخدام:

 1) رمل السليكا:

   وهو عبارة عن رمل طبيعي يحوي على كمية قليلة من الطين الذي يربط حبيبات الرمل مع بعضها وهذا النوع من الرمل يقاوم درجات الحرارة العالية ويتوفر بحجوم حبيبات مختلفة وتكاليفه منخفضة نسبياً.

2) الرمل الصناعي:

  ويتكون من رمل السليكا مضافة إليه مادة رابطة بمقدار حوالي 4%, ومن عيوب هذا النوع من الرمل أنه يسبب المسامية الغازية في المسبوكات.

 3) الرمل الإسمنتي:

 وهو خليط من الرمل الطبيعي والأسمنت والماء ويمتاز بصلادته ومقاومته العاليتين ويستخدم عادةً لسباكة المسبوكات الثقيلة نوعاً ما.وتعتمد جودة المسبوك إلى حد بعيد على مواصفات الرمل المستخدم, لذلك من الضروري إجراء بعض الإختبارات على الرمل قبل إستخدامه مثل (إختبار الخشونة, إختبار المقاومة, إختبار الصلادة, إختبار النفاذية, إختبار الرطوبة, إختبار التقلص, إختبار التمدد, إختبار الإنهيار) وغيرها من الإختبارات الضرورية لرمل السباكة.

 أهم العمليات الضرورية لتشكيل القالب الرملي للمسبوكك:

1) تحضير رمل السباكة (الخليط).2) إعداد النموذج الخشبي أو المعدني ثم يقسم إلى نصفين متناظرين ويكونان مصمتان تماماً ولا يحتويان على تجاويف حتى الموجودة في الشكل الإسطواني, ولسهولة تثبيت النصفين يحفر في أحد الأسطح لأحد النصفين ثقوب وفي الوجه الآخر أقلام وبروزات تستقر في هذه الثقوب.

3) يوضع نصف النموذج المحتوي على الثقوب مقلوباً على لوح المقالبة الخشبي ويوضع حوله النصف السفلي من صندوق المقالب.

  

4) يؤتى بالرمل المعد مسبقاً ويوضع حول نصف النموذج في صندوق المقالبة ويدك بالمدك دكاً خفيفاً حول نصف النموذج. وعادتاً يستخدم الرمل الحديث التحضير والذي لم يستخدم سابقاً حول النموذج مباشرة ويسمى بـ( رمل المواجهة) وذلك ليستنسخ جميع تفاصيل النموذج مثل (الرموز, الشعارات, الكتابات) ومن ثم يوضع باقي الرمل والي يسمى بـ(رمل الحشو)ثم يتم دكه دكاً خفيفاً.وبعد إمتلاء الصندوق بالرمل يتم تسوية سطحه وإزالة الرمل الزائد بواسطة مسطرة التسوية.

5) بعد ذلك يقلب نصف النموذج رأساً على عقب مع لوح المقالبة وترفع اللوحة الخشبية الأولى ثم ينظف سطح النموذج الثاني ثم يرش عليه مسحوق الفحم أو كمية من الرمل الناعم وذلك لمنع إلتصاقه بالنصف العلوي من القالب, ثم يوضع النصف الثاني من النموذج بحيث ينطبق عليه النصف الأول بواسطة أقلام التثبيت, ويوضع صندوق المقالبة على النصف السفلي ثم يتم تثبيت عمود خشبي شبه إسطواني وآخر مخروطي الشكل مفتوح من الأعلى وتسمى هذه الأعمده بفتحة التغذية أو المصعد, ومن ثم يدك 
الرمل كما فعلنا سابقاً.

  

6) تفصل نصفي الصندوق عن بعضهما برفع النصف العلوي وقلبه على لوح المقالبة الخشبية وذلك بعد سحب العمودين الخشبية ثم يفصل نصفي النموذج عن نصفي القالب بحذر شديد دون تشوه للقالب, ثم يحفر مجرى بين النهاية السفلية لقناة الصب وبين الفراغ الذي شكله النموذج.

مقطع جانبي لقالب السباكة الرملية

ثالثاً: صهر المعدن وصبه في القالب الرملي وإخراج المسبوك من القالب الرملي بعد تجمد المعدن:

تصهر المعادن في أفران خاصة ومن ثم صبها داخل القالب مع مراعاة حفر حوض حول فتحة قناة صب المعدن المنصهر في هذا الحوض ومن ثم ينساب بهدوء إلى قناة الصب ومن فوائد قناة الصب: 

1) تسريب الغازات والأبخرة إلى الجو الخارجي.

 2) يعمل على تغذية الفراغ بالمعدن المنصهر لمعادلة الإنكماش الذي يحصل عند تجميد المعدن.

 3) تتجمع فيها المواد غير المرغوب فيها مثل الخبث والشوائب.

  رابعاً: تنظيف المسبوك وإعداده للإستعمال وكشف عيوب المسبوك ومعالجتها:

1) تنظيف المسبوك ويتم كالتالي:

 ‌أ) قطع الأجزاء الإضافية من المسبوك التي تكونت بسبب تصاميم فتحة التغذية والمجرى ويتم القطع بالمنشار أو أقراص الجلخ أو القطع بواسطة الأُوكسي أستلين.

 

    

‌ب) تنظيف سطوح المسبوك الداخلية والخارجية من حبيبات الرمل اللاصقة نتيجة الحرارة ومن طبقة الأُوكسيد التي تتكون عليها.‌

ج) بعض المسبوكات تحتاج إلى إنجاز سطحي أو مظهر خارجي, ويتم ذلك بواسطة المحاليل الكيماوية أو بالتشغيل أو الطلاء. 

2) عيوب المسبوكات: 

 ‌أ) التزحف: وهو عدم التطابق بين نصفي المسبوك أو بين نصفي صندوق القالب.

 ‌ب) الإنتفاخ: وهو إتساع فراغ القالب بسبب الغازات والأبخرة, وذلك بسبب عدم دك الرمل جيداً أو صب المعدن بصورة سريعة, مع ملاحظة أن الدك الشديد للرمل يسبب إنخفاض في قابلية القالب على تسريب الغازات.

 ‌ج) فجوات الإنكماش: وهي الفراغ الناتج عن تقلص المعدن خلال التجمد ويتم التخلص منها بواسطة التصميم الجيد لفتحة التغذية من حيث الحجم والموضع بالنسبة للقالب.أما بالنسبة للمسبوكات الثقيلة فيتم إنتاج أكثر من فتحة للصب وذلك على حسب النموذج وذلك للتخلص من فجوات الإنكماش.

‌

د) الفجوات الغازية وتتكون للأسباب التالية:

 1. الرطوبة العالية والدك المفرط تتسبب في إنخفاض قابلية النفاذ.2. إرتفاع كمية الغازات المذابة في المعدن المنصهر والتي تتحرر أثناء التجمد مسببة الفجوات الغازية. 

3. عدم توفر التنفيس الجيد للقالب الرملي وهي عبارة عن قنوات دقيقة نسبياً يزود بها القالب الرملي لغرض تسريب الغازات.

 4. السطح الخشن: وذلك بسبب إستعمال الرمل الخشن الحبيبات أو الدك الخفيف جداً للرمل.

 3) الكشف على المسبوكات: 

ويتم بطريقتين وهما: 

أ‌) الكشف الإتلافي: ويتضمن إختبار الخواص الميكانيكية مثل (مقاومة الشد والضغط, الصلادة, الممطولية) وما شابهها.

 ب‌) الكشف غير الإتلافي: ويتضمن الكشف عن عيوب معينة مثل الفجوات الغازية وفجوات الإنكماش ومن طرق الكشف عنها:1. الفحص المجهري.

 2. الكشف بالأشعة السينية. 

3. الكشف بالجسيمات المغناطيسية.

 4. الكشف بالموجات فوق الصوتية.

أساليب السباكة الأخرى

إن المجال لا يتسع للخوض في كل هذه التطورات, إلى أن نظرة عامة إلى بعض أساليب السباكة الحديثة نوعاً ما قد تعطي فكرة عن مدى هذه التطورات.
وفيما يلي بعض الأساليب الحديثة للسباكة والتي لكل أسلوب منها مزاياه ومجاله الخاص للإستعمال .

1) السباكة في قوالب دائمة:تصنع القوالب الدائمة المعدنية من حديد الزهر أو من الصلب المتضمن نسبة ضئيلة من الكروم كما تصنع في بعض الأحيان من البرونز, ولإطالة عمر القالب التشغيلي ولتسهيل إخراج المسبوكات منه يغطي سطحه العامل بطلاء أو بدهان خاص أو يرش بمواد مقاومة للحرارة.

ومن مزايا السباكة في قوالب دائمة ما يلي:

  ‌أ) إمكانية إستعمال القالب الدائم لعدد كبير من المسبوكات.‌

ب) إمكانية السيطرة على مقاسات المسبوك بدقة أكبر مما في السباكة الرملية.
‌ج) الإنجاز السطحي للمسبوكات أفضل من مسبوكات السباكة الرملية.

 ‌د) إختفاء عدد من العيوب التي تحدث في مسبوكات السباكة الرملية.

ومن أهم عيوب هذا النوع من السباكة:

أ‌) محدودية أنواع السبائك والمعادن الممكن سباكتها بهذه الطريقة إستناداً على قابلية معدن القالب لتحمل درجات الحرارة العالية.

 ب‌) الإختلاف في سرعة تبريد المعدن المنصهر يسبب بعض المشاكل مثل الجهود الحرارية التي قد تسبب التشققات.

 2) السباكة في قوالب دائمة تحت الضغط:

 وهي شبيهة بالأسلوب المذكور أعلاه مع الإختلاف في أن المعدن المصهور سوف يضغط إلى داخل فراغ القالب بواسطة مكبس يعمل تحت ضغط الهواء أو السوائل.ومن المعادن والسبائك التي تسبك بهذه الطريقة (معدن الخارصين وسبائكة, الألمنيوم, النحاس, الرصاص).

 ومن مزايا هذه الطريقة:‌ 

أ) الدقة العالية في المسبوكات مع سرعة عالية في الإنتاج.

 ‌ب) يمكن سباكة المسبوكات الرقيقة المقطع أو ذات الأشكال المعقدة.‌

ج) تحسن عالي جدا ًفي الإنجاز السطحي للمسبوكات.

 ‌د) إختفاء عدد أكبر من العيوب التي تظهر في السباكة الرملية.

 ه) إرتفاع في مقاومة ومتانة المسبوكات.

 أما عيوب السباكة في القوالب الدائمة تحت الضغط فهي:
أ‌) إرتفاع تكاليف صناعة القوالب وصيانتها.

 ب‌) محدودية السبائك الممكن سباكتها بهذه الطريقة.

 3) السباكة بالطرد المركزي:

وهي عبارة عن صب أو سباكة المعادن في قوالب دوارة, ويتم تجمد المعدن على جدران القالب الدوار أثناء عملية الدوران.

وبالإمكان صناعة القوالب من الرمل أو المعدن أو الجرافيت أو من مزيج هذه المواد. وتستعمل هذه الطريقة لإنتاج المسبوكات الحديدية أو اللا حديدية, وتعتبر الأنابيب ذات الأقطار والأطوال الكبيرة من أهم منتجات هذه الطريقة.ومن أهم مزايا هذه الطريقة إنتاج المسبوكات الخالية من العيوب إلى حد بعيد, ومن عيوبها محدودية الشكل والحجم للمسبوكات المنتجة.

 السباكة بالطرد المركزي (رأسياً)

 السباكة بالطرد المركزي (أُفقياً)

 4) السباكة بالشمع الضائع (المذاب):


وفي هذه العملية يصنع موديل شمعي للقطعة التي تصب أو تغلف بالطين لتشكل قالب, ثم يزال الشمع بالتسخين تاركاً تجويفاً للشكل المطلوب بالضبط.