ما هو الصب بالقالب بالجاذبية؟

الصب بالقالب بالجاذبية هي عملية صب المعادن شائعة الاستخدام حيث يتم توفير شكل القالب بواسطة قالب، ويتم دفع المعدن المنصهر إلى القالب عن طريق الجاذبية، بدلاً من موقع القالب الخارجي (تحديد الموقع الإيجابي). وتختلف هذه الطريقة عن الصب بالقالب بالضغط العالي في أن المعدن المنصهر يتم دفعه إلى القالب تحت الضغط، ولكن استخدام الجاذبية هو الطريقة الوحيدة لتغذية المادة في القالب. عادةً ما يكون القالب مصنوعًا من معادن متينة مثل الفولاذ أو الحديد الزهر، ويمكن إعادة استخدامه بدقة أبعاد عالية وتشطيب سطحي عالي. كما أن هذه التقنية مفضلة جدًا في إنتاج الأجزاء المعدنية غير الحديدية مثل الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم وسبائكها. تسخين المعدن إلى الحالة المعدنية ثم صبه بعد ذلك في قالب دائم مسخّن مسبقًا. يتدفق المعدن المنصهر نحو الجاذبية ونزولاً إلى تجويف القالب، مما يؤدي إلى امتلائه. بعد ذلك، يتم فتح القالب وإخراج الصب الذي قد يحتاج إلى التشذيب أو التشكيل أو المعالجة بطريقة أخرى لتحسين السطح.

أحد أكثر التطبيقات شيوعًا لهذه العملية هو صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية لأن الألومنيوم خفيف الوزن ومقاوم للتآكل وله خواص ميكانيكية جيدة. وتستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك صناعة السيارات والفضاء والآلات الصناعية والسلع الاستهلاكية، لصنع أجزاء متينة ومعقدة، مثل أجزاء المحركات، والأغلفة والأقواس وما شابه ذلك. ويتمثل أحد أسباب احترام الصب بالجاذبية في القدرة على صب أحجام متوسطة إلى عالية من الأجزاء ذات الجودة العالية (مسامية منخفضة) للحصول على قوة ميكانيكية جيدة. على الرغم من وجود بعض القيود، مثل ارتفاع تكاليف الأدوات الأولية والمنتجات الأقل تعقيدًا من أنظمة الصب الأخرى، إلا أن مزاياها تجعلها طريقة مناسبة ومنخفضة التكلفة للعديد من احتياجات التصنيع.

من حيث الجوهر، يعتبر الصب بالقالب بالجاذبية مادة دقيقة وقابلة للتكرار وعقلانية، وهو أمر مهم في عملية تشغيل المعادن الحديثة.

كيف تفهم عملية الصب بالقالب بالجاذبية؟

كانت هذه تقنية سهلة وفعالة في جوهر الصب بالقالب بالجاذبية. يتم طلاء القالب المعدني المسخّن مسبقًا من الفولاذ أو الحديد بمادة تحرير جاهزة للصبّ، ويتم إزالة المسبوكات بسهولة. بعد أن يصبح القالب جاهزًا، يتم صب المعدن المنصهر مثل سبائك الألومنيوم أو المغنيسيوم أو النحاس في القالب. ولكي يملأ المعدن التجويف، يبرد القالب ببساطة ويتصلب بالجاذبية وحدها.

بعد ذلك، يتم فتح القالب وإزالة الصب. وإذا لم يتم ذلك، تبقى المواد الزائدة، سواءً كانت البوابة أو نظام العداء أو بعض الأجزاء الأخرى، يتم قطعها، وقد يتم الانتهاء من الصب عن طريق التشغيل الآلي أو بطرق أخرى. بالمقارنة مع الصب بالرمل، يتم استخدام القوالب التي يتم إنتاج القوالب فيها من الرمل مرة واحدة فقط. يتم تحسين المكوّن الذي يتم صبه في قالب الصب بالجاذبية بشكل كبير من حيث كفاءة الإنتاج واتساق المنتج لأنه يمكن إعادة استخدام القوالب المعدنية في الصب بالجاذبية.

خيارات مختلفة لتشطيب السطح لصب القوالب بالجاذبية

ومن المزايا الأخرى للصب بالقالب بالجاذبية أنه يمكن أن يتيح الحصول على أجزاء ذات تشطيبات سطحية ناعمة ومتسقة مباشرةً من القالب. ومع ذلك، يمكن إضافة تقنيات التشطيب السطحي الأخرى، اعتمادًا على المتطلبات الوظيفية والجمالية للمنتج النهائي، إلى عملية التشطيب لتحسين المظهر أو المتانة أو إعداد الجزء لمزيد من العمليات مثل الطلاء أو الطلاء. فيما يلي أكثر التشطيبات السطحية استخدامًا على القِطع المصبوبة بالجاذبية:

1. تشطيب كما هو مصبوب

إنه السطح الطبيعي الناتج مباشرةً عن عملية الصب. ومع ذلك، إذا تم إعداده بشكل صحيح، وكانت ظروف العملية مثالية، يمكن أن ينتج الصب بالجاذبية سطحًا أملس إلى حد ما مقارنةً بالصب بالرمل. عادةً ما تقبل المكونات الداخلية أو الأجزاء التي لا يكون مظهرها حرجًا كأسطح مصبوبة.

2. السفع بالخردق / السفع بالحصى

وهذا يشكل عملية السفع بالخردق (Shot blasting)، حيث يتم دفع حبات صغيرة من الفولاذ أو السيراميك على سطح الصب لإزالة القشور أو الوميض أو أي بقايا. تجعل هذه العملية ملمس السطح غير لامع وموحد، بالإضافة إلى تنظيف السطح بشكل أفضل ومناسب جدًا لمثل هذه الأجزاء التي تمر بمزيد من التشطيبات مثل طلاء المسحوق أو الطلاء. 

3. التلميع

يتم استخدام الإزالة الميكانيكية للعيوب الطفيفة للتلميع لتحسين نعومة السطح ولمعانه. الأجزاء الجمالية بشكل خاص وحيثما تكون هناك حاجة إلى احتكاك أقل. يمكن أن يكون التلميع صقلًا أساسيًا، يدويًا أو آليًا، أو يشمل صقلًا بطبقة نهائية كالمرآة.

4. طلاء المسحوق

في طلاء المسحوق، يتم تطبيق المسحوق على سطح الصب ومعالجته تحت الحرارة، مما يشكل طبقة صلبة وواقية. وقد جعلته المقاومة الممتازة للتآكل والصدمات والأشعة فوق البنفسجية مناسبًا لمكونات السيارات والمكونات الخارجية المنتجة في قوالب الصب بالجاذبية من الألومنيوم.

5. الطلاء بأكسيد الألومنيوم

تتعدد أسباب اختيار أجزاء الصب بالجاذبية من الألومنيوم لاختيار الأنودة. يتم زيادة سماكة السطح بطبقة أكسيد طبيعية كهروكيميائيًا، مما يحسن من مقاومة التآكل ويوفر القدرة على تخصيص اللون. الأسطح المؤكسدة متينة، والألوان لا تتعب، ولها مظهر أنيق واحترافي.

6. التصنيع الآلي للأسطح الدقيقة

في كثير من الحالات، يتم تشكيل الأجزاء المصبوبة بالجاذبية جزئيًا على الأقل بعد الصب خاصةً للتفاوتات الدقيقة أو جعل الأسطح الحرجة ملساء. يتم استخدام التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي لصقل الأوجه المسطحة واللوالب، إلى جانب مناطق الختم حيث تكون الحاجة إلى الدقة خارج قدرة القالب نفسه.

7. الطلاء والطلاء

يمكن تنفيذ الأجزاء التي تتطلب وضع العلامات أو الترميز اللوني أو الحماية بأي من الطرق المستخدمة في الطلاء الرطب التقليدي. وعادةً ما يتم تطبيق الطلاء بالطلاء إما يدويًا أو باستخدام خطوط الرش الآلي، وغالبًا ما يتم ذلك بعد تنظيف السطح أو التجهيز.

8. التكرير / المعالجات الكيميائية

يمكن استخدام الطلاء بالكروم أو طلاءات التحويل الكيميائي لتعزيز الحماية من التآكل بالإضافة إلى تحسين التصاق الطلاء. إن الطبقة الواقية السلبية الناتجة عن هذه المعالجات ليس لها تأثير يذكر على الأبعاد، ولكنها تحمي سطح الألومنيوم.

مزايا الصب بالقالب بالجاذبية

وتعد الخصائص الميكانيكية الفائقة أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل المصنعين يفضلون الصب بالقالب بالجاذبية. ونتيجة لذلك، تميل المصبوبات المنتجة بهذه العملية إلى أن تحتوي على عدد أقل من الجيوب الهوائية، أو المسامات، وبالتالي تكون المكونات أقوى وأكثر موثوقية.

تشمل المزايا الرئيسية الأخرى ما يلي:

• دقة عالية الأبعاد: يحافظ الصب بالجاذبية على التفاوتات الضيقة والتفاصيل الدقيقة في الأجزاء التي يتم تصنيعها.
• تشطيب سطح أملس: ونظراً لأن القوالب المعدنية تؤدي إلى تشطيب أفضل للسطح، يتم تقليل المعالجة اللاحقة.
• التكرار: يمكن إعادة استخدام القوالب، بحيث يمكن للمصنعين إنتاج كميات كبيرة بنفس مستوى الجودة.
• كفاءة المواد: يتم تقليل الهدر المعدني إلى الحد الأدنى طالما تم استخدام تصميمات مناسبة للبوابات والتغذية.

إن صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية هو الخيار المفضل حتى اليوم للصناعة التي تتطلع إلى إنتاج أجزاء خفيفة الوزن وقوية ومقاومة للتآكل.

صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية؟

الصب بالقالب بالجاذبية لسبائك الألومنيوم هي طريقة يتم فيها ملء قالب (أو قالب) معدني من الصب بالجاذبية بسبيكة ألومنيوم منصهرة تحت قوة الجاذبية وحدها. وبشكل عام، تُصنع هذه القوالب بشكل عام من الفولاذ أو الحديد الزهر بسبب مقاومتها للتآكل وقدرتها على تحمل سلسلة من الدورات الحرارية. السمة المميزة لهذه العملية هي بساطتها، فلا يوجد ضغط خارجي يستخدم لدفع المعدن إلى القالب. وبدلاً من ذلك يتم التحكم في التدفق بواسطة الجاذبية وحدها.

يُعد الصب بالقالب بالجاذبية من الألومنيوم إحدى الفوائد التي تقلل من العيوب الداخلية. يتم تقليل انحباس الهواء إلى الحد الأدنى، مما يقلل بدوره من المسامية لأن القالب يمتلئ ببطء شديد وبشكل طبيعي. وتنتج مكونات مصبوبة ذات سلامة وأداء أفضل، بالإضافة إلى قوة أعلى. ولذلك، فإن هذه الطريقة مفضلة على نطاق واسع بين المصنعين لإنتاج أجزاء جيدة ودقيقة التصميم.

سبائك الألومنيوم الشائعة المستخدمة في الصب بالقالب بالجاذبية

يعد اختيار السبيكة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية في صب الألومنيوم بالجاذبية. وقد صُممت كل سبيكة من السبائك المختلفة لخصائص مختلفة اعتمادًا على التطبيق. يمكن تفصيل سبائك الألومنيوم شائعة الاستخدام وفقًا لتركيبها وخصائصها الميكانيكية وتطبيقاتها الصناعية على النحو التالي.

يقدم هذا الجدول مقارنة بسيطة جنبًا إلى جنب بين طرق الصب المختلفة من حيث عدة عوامل مهمة. وهو يعطي المصنعين فكرة عن طريقة الصب الأنسب لتلبية احتياجاتهم.

تطبيقات الصب بالجاذبية

نظرًا لأن الصب بالجاذبية يتميز بكونه قابلاً للتكيف واقتصاديًا، والقدرة على إنتاج أجزاء ذات نوعية جيدة، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في العديد من الصناعات. ويرجع ذلك إلى موثوقيتها وكفاءتها لدرجة أنه يمكن استخدامها بالفعل كوسيلة لتصنيع دفعات صغيرة وكبيرة من المكونات المتينة والدقيقة والمتسقة. فيما يلي بعض التطبيقات الأكثر شيوعًا للصب بالجاذبية.

صناعة السيارات

توجد العديد من تطبيقات الصب بالجاذبية في مجال السيارات، من بينها الصب بالجاذبية لأجزاء المحرك الحرجة مثل كتل المحرك ورؤوس الأسطوانات ومكونات التعليق، وما إلى ذلك، وأغطية ناقل الحركة. يمكن إنشاء مكونات خفيفة الوزن لكنها قوية باستخدام صب الألومنيوم بالجاذبية مع نسبة قوة إلى وزن ممتازة. كما يتم استخدامه في صناعة الأجزاء التي تشمل علب علبة تروس السيارات وأجزاء المكابح ومشعبات السحب في السيارات، لأنها توفر متانة شديدة ومقاومة كيميائية للحرارة والتآكل، وهي أجزاء مهمة في استخدام السيارات.

الفضاء الجوي

تُعد عملية الصب بالقالب بالجاذبية عملية مهمة لصناعة الطيران لإنتاج أجزاء منخفضة الكثافة ولكن سليمة من الناحية الهيكلية والتي يجب أن تكون آمنة وذات أداء يسمح به التصميم والتطبيقات المستقبلية. ويؤكد شيلتون على أن دقة ومتانة المنتج، مثل معظم مصبوبات الجاذبية، مثل أقواس الطائرات وأجزاء معدات الهبوط وأجزاء جسم الطائرة، أمر مهم. ونظرًا لضرورة وجود مادة خفيفة الوزن، ولكن دون فقدان القوة، فإن صب الألومنيوم بالجاذبية مناسب للتطبيقات الفضائية.

الآلات الصناعية

تُستخدم طريقة الصب بالجاذبية في إنتاج مكونات متينة وعالية القوة للآلات الصناعية، على سبيل المثال، في أغطية المضخات أو أغلفة التروس أو الأقواس. ونظرًا لأن هذه الأجزاء يجب أن تقاوم الضغوط العالية والإجهاد الميكانيكي وظروف التشغيل القاسية، فإن الصب بالجاذبية يحقق ذلك من خلال إنتاج مكونات قوية ومنخفضة المسامية. على سبيل المثال، تُستخدم هذه الأجزاء في ماكينات التعدين والمعدات الزراعية، بالإضافة إلى المحركات الثقيلة.

المنتجات الاستهلاكية

ويُعد الصب بالجاذبية مفيدًا أيضًا لقطاع المنتجات الاستهلاكية؛ أي أواني الطهي وتجهيزات الإضاءة وأجهزة الزينة. على سبيل المثال، يُستخدم الصب بالجاذبية لإنتاج عناصر تشمل أواني القلي المصنوعة من الألومنيوم المصبوب، وأحواض المطبخ، وحوامل الإضاءة، حيث يتيح الحصول على تشطيبات سطحية جيدة وثبات شكل الصب.

كما تُصنع الأجزاء الفنية والمكونات المعمارية، مثل التماثيل والألواح الزخرفية وأجهزة الأبواب والنوافذ عن طريق عملية الصب بالجاذبية. إن تعدد استخدامات عملية الصب بالجاذبية يعني أنها عملية أساسية في مجموعة واسعة من الصناعات، حيث تجمع بين الاقتصاد الجيد والأداء الجيد.

المواد المستخدمة في الصب بالقالب بالجاذبية

عملية الصب بالقالب بالجاذبية هي عملية صب متعددة الاستخدامات للغاية، والتي يمكن استخدامها لصب مجموعة متنوعة من المواد. ويتمثل الجزء الحاسم في الاختيار المناسب للمواد لأن قوة وأداء المنتج النهائي يعتمدان بشكل مباشر عليها. سبائك الألومنيوم والزنك والنحاس والمغنيسيوم وسبائك المغنيسيوم هي المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في الصب بالجاذبية، ولكن يمكن استخدام أنواع أخرى من المعادن والسبائك بناءً على متطلبات الجزء المراد إنتاجه.

1. سبائك الألومنيوم

سبائك الألومنيوم هي المواد الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصب بالقالب بالجاذبية بسبب نسبة قوتها/وزنها الممتازة، ومقاومتها الممتازة للتآكل، وخصائص الصب. وعادةً ما يتم استخدامها في صناعات السيارات والفضاء والآلات الصناعية.

تتضمن بعض سبائك الألومنيوم الرئيسية ما يلي:

• A356: يتميّز A356 بقوة وليونة جيدة وقابلية ممتازة للتشغيل الآلي، ويُستخدم على نطاق واسع في كتلة المحرك، والمبيتات والأقواس المستخدمة في مجالات السيارات والفضاء.
• A380: تتميز هذه السبيكة بسيولة ممتازة وضيق ضغط وقوة معتدلة. وبوجه عام، يستخدم الحديد على نطاق واسع في صناعة كتل المحركات، والأغلفة وعناصر ناقل الحركة.
• A413: إذا وجدت، قابلية جيدة للتشغيل الآلي وسبيكة عالية القوة مع إحكام جيد للضغط؛ وهذا يوجد أحيانًا في الأسطوانات الهيدروليكية والصمامات والمضخات.

ترجع الفعالية العالية لقالب الصب بالجاذبية من الألومنيوم بشكل أساسي إلى الجمع بين الخصائص خفيفة الوزن والقوة الميكانيكية.

2. سبائك الزنك

كثيرًا ما تستخدم سبائك الزنك في الصب بالقالب بالجاذبية لأن الأجزاء التي تحتاج إلى قوة وصلابة ومقاومة جيدة للتآكل مع وزن خفيف شائعة. والزنك مادة غير مكلفة نسبيًا، وتتميز بسيولة جيدة جدًا، وتسمح بإجراء تشكيل وتفصيل معقد.

تشمل سبائك الزنك شائعة الاستخدام ما يلي:

• ZA8 يتميز بقوة عالية وليونة معتدلة وثبات جيد في الأبعاد. وغالبًا ما يستخدم في إنتاج الأجزاء المصبوبة في قوالب الصب بتفاوتات متقاربة.
• زماك هذه مجموعة من سبائك الزنك، شائعة الاستخدام بشكل خاص في قطع غيار السيارات، والأجهزة، والمسبوكات الزخرفية لمقاومتها الجيدة للتآكل وقابليتها للصب.

يُستخدم الصب بالزنك بالقالب الثقالي بالزنك بشكل متكرر في التطبيقات المتينة التي تتطلب تفاوتات ضيقة في الأجهزة والأغلفة الإلكترونية والمنتجات الاستهلاكية العامة.

3. سبائك المغنيسيوم

سبائك المغنيسيوم خفيفة الوزن وذات قوة عالية وبالتالي فهي مناسبة للتطبيق مع تقليل الوزن. أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا لصب المغنيسيوم بالقالب بالجاذبية هو في صناعة السيارات والفضاء للأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن.

إن سبائك المغنيسيوم الرئيسية المستخدمة في الصب بالقالب بالجاذبية هي:

• AM60: تتسم سبائك المغنيسيوم هذه بقوة وصلابة عالية، كما أنها سهلة اللحام؛ وقد استخدمت هذه السبائك في المكونات الهيكلية وأجزاء السيارات.
• AZ91D: يُعرف AZ91D بمقاومته الجيدة للتآكل ونسبة القوة إلى الوزن، ويستخدم في التطبيقات الفضائية بما في ذلك الأقواس والأغلفة.

ويُعد المغنيسيوم ذو قيمة خاصة في صناعات مثل صناعة الطيران أو السيارات، نظرًا لارتفاع نسبة قوته إلى وزنه مما يسمح بتخفيض الوزن في سياقات عدم فقدان الأداء.

4. سبائك النحاس

يستخدم الصب بالقالب بالجاذبية لسبائك النحاس ذات القوة العالية ومقاومة التآكل والتوصيل الحراري الممتاز. وغالباً ما تُصنع الأجزاء التي يجب أن تقاوم درجات الحرارة العالية والتآكل من النحاس بأشكال مختلفة من السبائك، مثل سبائك النحاس والنحاس الأصفر والبرونز.

سبائك النحاس الشائعة الاستخدام:

• C356: تُستخدم هذه السبيكة في الأجزاء التي تحتاج إلى قوة عالية ومقاومة للتآكل، مثل حلقات المكبس وأجزاء المحرك والآلات الصناعية.
• C443: وهي سبيكة من النحاس الأصفر، عادةً لمقاومة التآكل والقوة في التطبيقات البحرية أو تطبيقات السيارات.

وقد دفع تقدير قدرة سبائك النحاس على تحمل البيئات المعاكسة للغاية، مثل درجات الحرارة المرتفعة، إلى استخدامها في مجالات مثل المحركات البحرية والمبادلات الحرارية والأجهزة الكهربائية مثل المعلقين.

5. سبائك أخرى

يمكن استخدام السبائك المتخصصة الأخرى، حول الخصائص المرغوبة للمنتج النهائي، في الصب بالقالب بالجاذبية إلى جانب المواد الأكثر شيوعًا. وتشمل بعض هذه المواد ما يلي:

• سبائك الرصاص: في التطبيقات التي تكون فيها الكثافة العالية ضرورية، يتم استخدام الرقائق المعدنية في التطبيقات التي تتضمن أثقالاً مضادة وتدريعًا.
• سبائك القصدير: تستخدم لصنع الأجزاء الصغيرة والصغيرة والدقيقة المستخدمة في صناعة الإلكترونيات وأدوات الزينة.

ويتم اختيار هذه المواد بناءً على خواصها التي تتراوح بين مقاومة التآكل والتوصيل الحراري والكثافة وغيرها. يمكّن استخدام الصب بالقالب بالجاذبية من استخدام مجموعة متنوعة من المواد لتصنيع خواص مصممة خصيصًا في المنتج.

الابتكارات في مجال الصب بالقالب بالجاذبية

يرجع التحسين الإضافي لعملية الصب بالجاذبية إلى التطورات الأخيرة في برامج المحاكاة والأتمتة وتصميم القالب المصبوب. الآن، يمكن للمهندسين محاكاة تدفق المعدن المنصهر والتصلب وبالتالي تحسين تصميم القالب وتجنب العيوب.

كما أنها تعتمد على الأتمتة. ومع ذلك، غالبًا ما يتم استخدام صب المعادن، واستخراج المسبوكات، وكذلك المغامرة في خطوات ما بعد المعالجة الأساسية للأذرع الآلية. وتقلل الابتكارات من تكاليف العمالة وتضمن أيضًا السلامة في مكان العمل. وفي صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية بالألومنيوم، تمكنت التطورات مثل المساعدة في التفريغ والطلاء المحسّن للقوالب من تقليل المسامية وإطالة عمر القالب.

الأثر البيئي والاستدامة

خلال هذه الحقبة التي تكتسب فيها الاستدامة أهمية متزايدة، يتبين أن الصب بالقالب بالجاذبية صديق للبيئة نسبيًا. إذا تمت إعادة استخدام القوالب، فسيؤدي ذلك أيضًا إلى تقليل النفايات، وغالبًا ما يتم إعادة تدوير الخردة المعدنية المستخدمة وإعادة استخدامها في العملية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الألومنيوم، وهو أحد أكثر المواد المستخدمة على نطاق واسع في صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية، قابل لإعادة التدوير بدرجة كبيرة. وأخيرًا، تستخدم هذه العملية طاقة أقل من طرق التصنيع الأخرى، خاصةً عندما يتم تحسين التكنولوجيا من خلال الأفران الحديثة وأنظمة التحكم في العمليات.

الصب بالقالب بالجاذبية مقابل طرق الصب الأخرى

على الرغم من أن الصب بالقالب بالجاذبية هي تقنية مستخدمة على نطاق واسع، إلا أنها ليست الطريقة الوحيدة لصنع الأجزاء المعدنية. تتمتع طرق الصب المختلفة بمزايا مختلفة للشركة المصنعة، اعتمادًا على المتطلبات. بالمقارنة مع طرق الصب الأخرى، والتي تشمل الصب بالرمل، والصب بالقالب بالضغط العالي، والصب الاستثماري، والصب بالضغط المنخفض، فإن الصب بالقالب بالجاذبية يمكّن الشركة المصنعة من اتخاذ قرار مدروس بشأن نوع الصب الأنسب لمتطلباتها الخاصة. 

الصب بالقالب بالجاذبية مقابل الصب بالرمل

هناك فرق كبير بين مادة القالب في الصب بالقالب بالجاذبية والصب بالرمل. ففي الصب بالقالب بالجاذبية، غالبًا ما تكون القوالب الدائمة من الصب أو الفولاذ، أما قوالب الصب بالرمل فتكون قابلة للاستخدام مرة واحدة. ونتيجة لذلك، يؤدي ذلك إلى بعض الاختلافات الرئيسية في تشطيب السطح ودقة الأبعاد.

تكون الطبقة النهائية للسطح أكثر سلاسة من المسبوكات الرملية وأكثر اتساقاً. كما أن تناسق الأبعاد أفضل. ومع ذلك، تكون عملية الصب بالرمل أكثر مرونة إذا كانت الأشكال أكبر أو أكثر تعقيداً. وعلاوة على ذلك، فإن عملية الصب بالرمل لها تكاليف أدوات أولية أقل، وبالتالي فهي أكثر فعالية من حيث التكلفة لتشغيل الكميات الصغيرة أو القطع الكبيرة. أما الصب بالقالب بالجاذبية فهو أقل تكلفة لإنتاج الأجزاء المتوسطة إلى الكبيرة الحجم ويوفر جودة واتساق أفضل للجزء.

صب القوالب بالضغط العالي مقابل صب القوالب بالجاذبية.

إن الطريقة التي يتم بها إدخال المعدن المنصهر في القالب هي أحد الاختلافات الرئيسية بين الصب بالقالب بالضغط العالي والصب بالجاذبية. الصب بالقالب بالجاذبية هو نوع من الحديد المصبوب الذي يسمح للمعدن المنصهر بالدخول إلى تجويف القالب بسبب قوة الجاذبية، وبالتالي عملية ملء أبطأ وأكثر تحكمًا. وهذا يحافظ على انخفاض المسامية وتقوية وتحسين موثوقية الأجزاء.

ومع ذلك، تتطلب عملية الصب بالقالب عالي الضغط ضغطًا هيدروليكيًا لدفع المعدن المنصهر في تجويف القالب بسرعة أعلى بكثير. وفي حين أنه سريع في إنتاج أشكال معقدة، إلا أنه أكثر عرضة لزيادة المسامية في المنتج النهائي. لهذا السبب، يتم استخدام الصب بالقالب بالجاذبية في الغالب إذا كانت القوة الميكانيكية والمسامية المنخفضة ضرورية، على سبيل المثال، مكونات السيارات والأجزاء الهيكلية. على الرغم من أنه أسرع، قد يكون الصب بالقالب بالضغط العالي أكثر ملاءمة للأجزاء التي تكون فيها التفاصيل صغيرة والسرعة حرجة.

الصب بالقالب بالجاذبية مقابل الصب الاستثماري 

هناك طريقة أخرى تتميز عن الصب بالقالب بالجاذبية وهي الصب الاستثماري، أو الصب بالشمع المفقود. تُعد عملية الصب الاستثماري من أكثر العمليات دقة وتتطلب صنع نسخة شمعية من الجزء، وطلاء هذا القالب الشمعي بقشرة من السيراميك، ثم إذابة الشمع وإنشاء قالب. ومع ذلك، لا يمكن تحقيق مثل هذه الأجزاء عالية الجودة والتفصيل إلا من خلال هذه العملية، ولهذا السبب فهي مناسبة جدًا للصناعات التي تعتمد بشكل كبير على الأجزاء، مثل صناعة الطيران والأجهزة الطبية والمجوهرات.

ولكن في حين أن الصب بالقالب الاستثماري معقد للغاية ويستغرق مهلة زمنية أطول، إلا أنه أكثر تكلفة. ومع ذلك، على عكس الصب بالقالب بالجاذبية، فإن الصب بالقالب بالجاذبية أسرع وأقل تكلفة، خاصة بالنسبة للأجزاء التي لا تتطلب نفس المستوى من التفاصيل المعقدة. يشتهر الصب الاستثماري بالدقة والتشطيب السطحي، ولكن الصب بالقالب بالجاذبية يستخدم حلاً أقل تكلفة لإنتاج الأجزاء الوظيفية ذات الخصائص الميكانيكية الجيدة في إنتاج كميات متوسطة إلى كبيرة الحجم.

الصب بالقالب بالضغط المنخفض مقابل الصب بالقالب بالجاذبية

هناك تقنية أخرى تعتمد على الصب بالقالب بالجاذبية وهي الصب بالقالب بالضغط المنخفض، والتي تستخدم ضغطًا متحكمًا فيه لضغط القالب بالمعدن المنصهر. وهذا يؤدي إلى تعبئة أكثر اتساقًا وكثافة أكبر للمواد التي يمكن أن تحسن بعض العيوب التي قد تسبب مشاكل مثل الفراغات والمسامية.

في الصب بالقالب بالجاذبية، تكون تكلفة المعدات والقوالب أقل من الصب بالضغط المنخفض، ومع ذلك تكون الأجزاء الناتجة أقل جودة، مع وجود عيوب وعيوب في المواد المنتجة. إنه أكثر تعقيدًا من نظام الضغط المنخفض الحالي، ولكنه يفسح المجال لإنتاج كميات أكبر وجودة أعلى بتكلفة أقل من جميع أنظمة الضغط المنخفض الحالية. نظرًا لكونه أقل تحكمًا في تدفق المعادن بشكل طفيف، لا يزال الصب بالقالب بالجاذبية (أو الصب بالقالب منخفض الضغط) طريقة تقليدية واقتصادية أكثر لإنتاج مكونات متوسطة التعقيد مثل أجزاء محركات السيارات والمكونات الهيكلية في معظم الصناعات. 

جدول المقارنة: الصب بالقالب بالجاذبية مقابل طرق الصب الأخرى

حدود الصب بالقالب بالجاذبية

الصب بالقالب بالجاذبية له بعض القيود، كما أن له عددًا من المزايا مثل دقة الأبعاد الجيدة، والتشطيب السطحي الجيد، والقوة الميكانيكية الجيدة، وما إلى ذلك. ولتحديد عملية التصنيع المناسبة لتطبيق معين، يجب فهم هذه العيوب.

1. ارتفاع تكلفة الأدوات الأولية

تكلفة القالب (القالب) هي العيب الرئيسي في عملية الصب بالقالب بالجاذبية. قد تكون تكلفة الأدوات كبيرة لأن العملية تستخدم قوالب معدنية دائمة (عادةً ما تكون من الصلب أو الحديد الزهر). وبما أن عملية الصب بالقالب بالجاذبية اقتصادية فقط للإنتاج بكميات متوسطة إلى كبيرة الحجم، فعادةً ما يتم ذلك بهذه الطريقة فقط. قد يكون الصب بالرمل هو العملية الأكثر تكلفة لأحجام الإنتاج المنخفضة.

2. تعقيد التصميم المحدود

ومع ذلك، فإن الأشكال المعقدة للغاية أو ذات السمات الداخلية المعقدة تكون أقل ملاءمة لتصنيعها من خلال عملية الصب بالقالب بالجاذبية. نظرًا لأن المعدن المنصهر لا يتدفق في القالب تحت أي ضغط مطبق عليه بخلاف ضغط الجاذبية، فقد لا يكون قادرًا على ملء التجاويف الرقيقة جدًا أو العميقة في القالب بشكل جيد للغاية. تُعد التجاويف السفلية أو الثقوب الدقيقة أو الجدران الرقيقة للغاية من السمات التي يصعب تحقيقها مقارنةً بالصب الاستثماري أو الصب بالضغط العالي.

3. وقت تبريد أطول

في حين أن أزمنة التبريد والتصلب في الصب بالقالب عالي الضغط قد تكون قصيرة جدًا، فإن أزمنة التبريد والتصلب في الصب بالقالب بالجاذبية قد تكون أطول. وبالتالي، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إبطاء وقت الدورة الإجمالية ومعدل الإنتاج. عندما يتعلق الأمر بتطبيقات التصنيع الأسرع والعالية السرعة، قد لا يكون هذا هو الخيار الأفضل.

4. توافق المواد المحدود

على الرغم من أن الصب بالجاذبية يمكن استخدامه مع جميع المعادن غير الحديدية، إلا أنه أكثر فعالية مع الألومنيوم وأقل فعالية مع سبائك الزنك والمغنيسيوم. ومع ذلك، فإن نقاط الانصهار العالية للمواد الحديدية مثل الفولاذ أو الحديد تجعلها غير مناسبة لها لأن نقطة الانصهار تضعف القالب وتقلل من عمره الافتراضي. ونتيجة لذلك، فإن نطاق تطبيقات الصب بالقالب بالجاذبية محدود.

5. تآكل القوالب وصيانتها

تتآكل القوالب المعدنية المستخدمة في الصب بالقالب بالجاذبية وتتعب حراريًا بمرور الوقت حيث يتم تسخينها وتبريدها بشكل متكرر. يؤدي ذلك إلى تدهور أسطح القوالب وقد يؤدي إلى مكونات معيبة إذا لم تتم الصيانة بشكل صحيح. تأتي تكاليف التشغيل مع الصيانة الدورية للقالب واستبداله في نهاية المطاف.

6. التشغيل اليدوي أو شبه الآلي

ومع ذلك، فإن الصب بالقالب بالجاذبية أقل آلية من طرق الصب الأخرى، مثل الصب بالقالب بالضغط العالي. قد يتم صب المعدن المنصهر يدويًا أو شبه آليًا في القالب على التباين في الجودة وتقليل الاعتماد على العمالة. كما أنها أقل كفاءة في البيئات ذات الحجم الكبير مع الإنتاج المؤتمت بالكامل

الخاتمة 

يُعد الصب بالقالب بالجاذبية عملية تصنيع مهمة. وتتمثل هذه التقنية في استخدام الجاذبية لتحميل القوالب بالمعدن المنصهر، وتحقيق أجزاء عالية الجودة وموثوقة مع تشطيب سطح وخصائص ميكانيكية ممتازة. إنها فريدة من نوعها، خاصةً في صناعة السيارات والفضاء والآلات الصناعية، حيث لا يمكن المساومة على القوة والاتساق والمتانة. يمكن تطبيق هذه العملية لصب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية أو صب الألومنيوم الأساسي بالجاذبية ويمكن توريد الشركة المصنعة مع وسيلة فعالة من حيث التكلفة وفعالة من حيث التكلفة لصب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية لنطاقات حجم الإنتاج من المتوسط إلى العالي. تظل طريقة الصب بالقالب بالجاذبية طريقة بسيطة تُستخدم لسنوات عديدة قادمة بسبب مزيجها بين البساطة والأداء.

ومن النقاط الإيجابية الرئيسية لهذه العملية أنها متعددة الاستخدامات. ويمكنها معالجة جميع أنواع المعادن غير الحديدية، حيث أن صب الألومنيوم بالقالب بالجاذبية هو الأكثر شيوعًا، لأن الألومنيوم خفيف الوزن ومقاوم للتآكل وقابل لإعادة التدوير. دقة الأبعاد وقابلية التكرار بشكل أفضل لأن الصب بالجاذبية يستخدم قوالب معدنية دائمة، مما يساعد أيضًا على ضمان أن كل جزء يفي بمعايير الصناعة. وقد تطورت عملية الصب بالجاذبية اليوم لتلبية حاجة الصناعات المتزايدة إلى حلول جيدة وقوية وخفيفة الوزن. هذه الطريقة مضمونة لتكون متينة وموفرة للتكاليف وتنتج منتجات متناسقة لاستخدامها في إنتاج مكونات المحرك أو أجزاء الماكينات أو العناصر الهيكلية.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو الفرق الكبير بين الصب بالقالب بالجاذبية والصب بالقالب بالضغط العالي؟

يستخدم صب القالب بالجاذبية الجاذبية فقط الجاذبية لملء القالب، ويستخدم الصب بالقالب عالي الضغط الضغط الضغط الهيدروليكي. وعلى الرغم من أنه أبطأ بسبب زيادة عدد الخطوات، إلا أن الصب بالجاذبية يصنع أجزاء أكثر كثافة وموثوقية.

2. لماذا يشيع استخدام الألومنيوم في الصب بالقالب بالجاذبية؟

وفقًا لدليل تطبيق الألومنيوم لتكنولوجيا الصب بالقالب (المعروف أيضًا باسم هذا الدليل)، فإن الألومنيوم خفيف الوزن ومقاوم للتآكل ويتمتع بتوصيل حراري ممتاز، مما يعني أنه مناسب تمامًا لتطبيقات الصب بالقالب بالجاذبية في صناعات السيارات والفضاء.

3. هل الصب بالجاذبية مناسب للإنتاج على دفعات صغيرة؟

الصب بالجاذبية هو الأكثر نجاحًا للإنتاج بكميات متوسطة إلى كبيرة بسبب تكلفة القوالب الدائمة. وعادةً ما يكون الصب بالرمل أكثر اقتصاداً من الصب على دفعات صغيرة.

4. ما هي الحالة البيئية لصب القوالب بالجاذبية؟

إنها قطعة صديقة للبيئة تمامًا، حيث أنها لا تتطلب استخدام مواد ملوثة جدًا، مثل البلاستيك. كما أن العمليات الحديثة تستخدم طاقة أقل بكثير، بالإضافة إلى أنها تقلل من النفايات بفضل قوالبها القابلة لإعادة الاستخدام.