عملية صب القوالب الدائمة هي إعادة استخدام القوالب لصنع الأجزاء، بينما تستخدم عملية صب القوالب المستهلكة قوالب يمكن التخلص منها. على الرغم من أن الألومنيوم المنصهر هو المادة الأولية للطريقتين، إلا أن الاختلافات في شكل المادة وإعادة تشكيلها وقوة المنتج في النهاية والآثار المترتبة على التكلفة كبيرة. 

ومن بين العديد من الصناعات التي تستخدم الألومنيوم كواحد من أكثر المواد تنوعًا، وتجدر الإشارة إلى أن ذلك يرجع إلى نسبة قوته إلى وزنه، وعدم تآكله وتوصيله. في حالة صنع الألومنيوم على شكل أجزاء ومكونات، هناك عمليتان رئيسيتان يتم استخدامهما، وهما الصب في قوالب دائمة والصب في قوالب قابلة للاستهلاك. ولا تتشابه الإجراءات المتبعة في كلتا العمليتين، كما أن المنتج النهائي له خصائصه الميكانيكية واستخدامه واحتياجات الإنتاج الخاصة به.

يجب أن يستلزم هذا الدليل طلب الفروق في العملية والخصائص الميكانيكية والتكلفة والتطبيقات والتأثيرات البيئية من أجل اتخاذ قرار مستنير بشأن المشروع التالي الذي قد تقوم به.

مقارنة وتباين بين صب القوالب الدائمة وسبك القوالب المستهلكة

ما هي مصبوبات القوالب الدائمة؟

يشير الصب بالقالب الدائم إلى عملية صب الألومنيوم المنصهر في قالب معدني، والذي يمكن استخدامه لصنع العديد من الأجزاء. وهي مناسبة تماماً في تصنيع الأجزاء التي تحتاج إلى قوة عالية ودقة أبعاد عالية. تكون مادة القالب بشكل عام من الحديد الزهر أو الفولاذ بحيث يمكن تعريض المادة لحرارة الألومنيوم المنصهر على مدى عدد كبير من الدورات. هذه العملية مثالية للإنتاج الضخم للمكونات متوسطة إلى كبيرة الحجم.

خاصية صب القالب الدائم هي:

• توجد قوالب قابلة لإعادة الاستخدام: القوالب المعدنية قابلة لإعادة الاستخدام، وبالتالي، فمن الاقتصادي استخدامها للإنتاج بكميات كبيرة.
• الأبعاد الدقيقة: توفر القوالب أبعاداً عالية الجودة.
• القوة: تكون الأجزاء أقوى مقارنة بتلك التي تم إنشاؤها من خلال عمليات الصب الأخرى.
• تشطيب السطح: يؤدي إلى تشطيبات سطحية عالية الجودة، ويتم تقليل العمليات اللاحقة إلى الحد الأدنى.

التطبيقات الشائعة:

• قطع غيار السيارات مثل الكتل والعلب والأقواس.
• الأجزاء الهيكلية للفضاءات الجوية.
• أجزاء صناعية عالية أو متوسطة القوة.

ما هو صب القوالب المستهلكة؟

صب القوالب المستهلكة يستلزم إنتاج قالب يتم تدميره بعد تطبيق واحد فقط. ومن أشهرها الصب بالرمل والصب الاستثماري وصب القوالب الصدفية. يمكن استخدام هذه العملية في كثير من الأحيان في تطوير الأجزاء المعقدة أو المصممة خصيصًا والتي لا تحتاج إلى كميات كبيرة. هناك قدر كبير من حرية التصميم إلى جانب تنوع المواد في القوالب القابلة للاستهلاك.

بعض السمات الرئيسية لصب القوالب المستهلكة:

• القوالب أحادية الاستخدام: يتم إلغاء القوالب بمجرد الانتهاء من الصب، وهذا يزيد من سعر الوحدة.
• هندسة معقدة: وهي مناسبة عندما يتعلق الأمر بتصنيع قطع ذات هندسة معقدة أو داخلية.
• انخفاض النفقات المادية: يمكن تحضير القوالب على شكل أنواع مختلفة من المواد، أي الرمل أو السيراميك.
• تشطيب السطح: قد يحتاج تشطيب السطح إلى مزيد من المعالجة اللاحقة.

التطبيقات الشائعة:

• قطع الغيار الأصلية والمخصصة والنماذج الأولية.
• مكونات مصنوعة للفضاء والدفاع.
• المنحوتات والأعمال الفنية ومواد الزينة.

عمليات التصنيع

عملية الصب الدائم:

• ذوبان الألمنيوم يتم صهر الألومنيوم في فرن ليصبح في حالة سائلة.
• الصب في القوالب: يتم سكب الألومنيوم السائل في القالب المعدني الدائم.
• التبريد والتصلب: يبرد الألومنيوم ويتصلب داخل التجويف.
• إزالة العفن: يتم إزالة القالب وإزالة القالب الذي تم تشكيله بما يتناسب مع متانة الجزء أثناء عملية الصب ولا يتم إزالة أضعف نقطة بأي حال من الأحوال.
• المعالجة اللاحقة للصب: يمكن حرق الصب أو تشكيله آليًا أو صقله حسب الحاجة.

الخصائص الرئيسية:

• مثالية لتلبية التصميمات المعقدة.
• معدل إنتاج عالي.
• توفير المال للكميات الكبيرة.

تأتي عملية صب القوالب مع القوالب القابلة للاستهلاك:

• تحضير القالب: يُصنع القالب الذي يُستخدم لمرة واحدة من بعض المواد مثل الرمل أو السيراميك أو القشرة.
• الحث على الذوبان والصب: يُصب الألومنيوم المنصهر في القالب.
• التبريد والتصلب: تُترك القطعة لتبرد وتتصلب.
• تدمير العفن: لإخراج الجزء النهائي، يتم تدمير القالب.
• ما بعد المعالجة: يمكن أن تكون هناك عملية تصنيع/تشطيب إضافية.

الخصائص الرئيسية:

• مناسب بشكل أفضل لصنع قطع مخصصة أو منخفضة الحجم.
• القدرة على إعطاء تصاميم وميزات معقدة.
• زيادة التكلفة لكل وحدة.

البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية

تعتمد البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية للألومنيوم إلى حد كبير على عملية التصنيع.

هيكل الحبوب

• صب القالب الدائم: تكون الحبيبات في قوالب القوالب الدائمة دقيقة ومنتظمة للغاية، ويعزى ذلك إلى طبيعة التبريد المضبوطة للقوالب المعدنية. وهذا يحسن من القوة والخصائص الميكانيكية.
• صب القوالب المستهلكة: في الصب بالقالب القابل للاستهلاك، يكون الميل الحبيبي أقل انتظامًا، وتكون الحبيبات أكبر، وبالتالي تكون القوة والليونة أقل.

المسامية والعيوب

• صب القوالب الدائمة: تُستخدم القوالب المعدنية لتقليل المسام الداخلية والعيوب الداخلية في الصب، مما يجعلها قوية وموثوقة.
• صب القوالب المستهلكة: فهي تحتوي على قالب قابل للاستهلاك مسامي، وبالتالي قد يسمح بوجود عيوب داخلية مثل مسامية الغاز أو تجويف الانكماش في الجزء، مما يجعل أداءه ضعيفًا تحت الضغط.

الأداء الميكانيكي

الجدول 1: الأداء الميكانيكي

مواد روبوتات الصب بالقالب الدائم

القوالب المعدنية

عادةً ما تعتمد قوالب الصب بالقالب الدائم على الفولاذ أو الحديد الزهر أو سبائك الفولاذ. ويتم اختيارها مع هذه المواد ذات درجة الحرارة العالية والمقاومة للدورة. تُفضل القوالب الفولاذية على وجه التحديد بسبب متانتها وقوتها، في حين أن القوالب المصنوعة من الحديد الزهر تعطي توصيل حراري جيد.

Metals – the casting

المعادن الأكثر استخدامًا لإنتاج الصب في القوالب الدائمة هي:

• ألومنيوم: إنه ناعم وخفيف الوزن ويتميز بخصائص مقاومة للتآكل، وهو مثالي في التطبيقات ذات القوة العالية.
• المغنيسيوم: يُصنَّف كمعدن خفيف الوزن ولكنه قوي، ويحظى بشعبية في صناعة الطيران وحتى في صناعة السيارات.
• الزنك: ويتمتع بقوة/قابلية جيدة للتوصيل، وغالبًا ما يتم استخدامه في الصب بالقالب بكميات كبيرة.
• وتؤدي هذه المعادن، إلى جانب القوالب المتينة، إلى الحصول على مصبوبات قوية ودقيقة ومتسقة.

المواد الخام في الصب بالقالب القابل للاستهلاك

مواد القوالب

في صب القوالب القابلة للاستهلاك، يتم التضحية بالقوالب في كل مرة يتم فيها استخدام القالب. قد تتكون من أنواع عديدة من القوالب، لذلك تختلف تقنية الصب:

• الرمل: الاستخدام الأكثر شيوعًا للرمل هو أثناء الصب بالرمل، حيث يتم استخدام خليط من رمل السيليكا والمواد الرابطة لصنع القالب.
• السيراميك: تطبق في تطبيق الصب الاستثماري، ويتم تصنيع المساحيق الدقيقة من السيراميك في قشور لصب المعدن بدقة عالية.
• الجص والأصداف: يتم تطبيقها على عملية الصب بالشمع المفقود وإجراءات صب القشرة في إنتاج أجزاء ذات تفاصيل دقيقة وتفاوتات دقيقة.

Metals – the casting

يحتوي قالب الصب القابل للاستهلاك على مجموعة واسعة من المعادن القابلة للاستخدام، والتي تشمل:

• ألومنيوم: يشيع استخدام الألومنيوم، المعروف بخفة وزنه وتعدد استخداماته، في المواد الصناعية في أجزاء من صناعة السيارات والمواد الاستهلاكية.
• الفولاذ والحديد: يتم استخدامها على نطاق واسع في عملية الصب بالرمل والاستثمار من حيث الآلات الصناعية والأدوات والقطع الهيكلية.
• نحاس وبرونز: مثالية في صب الأجزاء المعقدة مثل العناصر الزخرفية والصمامات والتجهيزات.
• التيتانيوم: يعتبر التيتانيوم أكثر تكلفة، ولكنه يجد تطبيقات في أغراض خاصة مثل الفضاء والأجهزة الطبية القابلة للزرع، حيث إنه قوي ومقاوم للتآكل.
• المتطلبات: يجب أن تكون القوالب القابلة للاستهلاك مصنوعة من مادة مناسبة لتعقيد الجزء والمعدن الذي يتم صبه، ومتطلبات الإنتاج.

أنواع قوالب الصب بالقالب الدائم

1. صب القالب الدائم بالجاذبية

في الصب بالقالب الدائم بالجاذبية يتم صب المعدن المنصهر في تجويف قالب قابل لإعادة الاستخدام بالرجوع إلى الجاذبية. يتم استخدامه لصنع أجزاء بسيطة وعالية الجودة وذات تشطيب سطحي جيد. وهو مناسب للمعادن مثل الألومنيوم والمغنيسيوم وهو قابل للتطبيق عادةً حيثما كان العمل الذي يتم القيام به متوسط القوة والتفصيل.

2- القالب الدائم منخفض الضغط (LOPRVM)

الضغط المنخفض. يتم حقن المعدن المنصهر في عملية الصب في القالب الدائم منخفض الضغط في قالب بضغط منخفض، مما يؤدي إلى سهولة ملء التجويف للأشكال المعقدة مع تشطيب سطح أملس. يتم تطبيق هذه العملية عادةً على سبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم وهي مناسبة عندما تكون الأجزاء ذات مستوى عالٍ من الخواص الميكانيكية وتفاوتات متقاربة.

3. صب القوالب الدائمة عالية الضغط (HPDC)

يستلزم هذا النهج حقن المعدن المنصهر بالضغط في قالب لتشكيل عملية تعبئة سريعة وعملية عالية الكفاءة. ويتم تطبيقه على نطاق واسع في تصنيع الأجزاء على نطاق واسع مثل قطع غيار السيارات والأجزاء التي تحتاج إلى الدقة والقوة والسطح النهائي الأملس.

4. صب القوالب

الصب بالقالب هو صب دائم بالقالب؛ بعد ملء القالب بالمعدن المنصهر، يتم إخراج هذا المعدن من القالب أو عصره. ويُستخدم بشكل أساسي في تصنيع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة بكميات كبيرة، مثل قطع غيار السيارات، وتشمل المعادن المصبوبة بالقالب عادةً الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم.

أنواع القوالب القابلة للاستهلاك

1. الصب بالرمل

واحدة من أكثر عمليات صب القوالب المستهلكة انتشاراً وعالمية هي الصب بالرمل. وهي تستلزم تشكيل قالب مصنوع من خليط من الرمل والطين والماء. ثم يتم صب المعدن المنصهر في القالب بعد إعداد القالب. تُعد عملية صب الأجزاء الكبيرة باستخدام الصب بالرمل مثالية ويتم تطبيقها على نطاق واسع في المعادن مثل الألومنيوم والحديد والصلب. وهو قابل للتطبيق في الإنتاج منخفض/متوسط الحجم.

2. الصب الاستثماري (الصب بالشمع المفقود)

يتم تطبيق الصب الاستثماري، والذي يتم على شكل قالب من السيراميك على شكل قالب من السيراميك مفصول عن قالب من الشمع. وبمجرد إزالة النمط بعد صهره، يتم صب المعدن المنصهر في القالب. يتم تطبيق هذه الطريقة بشكل أفضل عندما تكون الأجزاء مفصّلة للغاية وتطبق بشكل جيد في الصناعات التي تنتج منتجات الطيران والمعدات الطبية والمجوهرات. الصب الاستثماري قادر على معالجة الأجزاء ذات الدقة العالية والهندسة المعقدة.

3. صب القالب الصدفي

تشير عملية صب القالب الصدفي إلى عملية وضع قالب رقيق الجدران للغاية على غلاف يتم تشكيله من خلال عملية تسمى النمط، وهو عبارة عن طبقة رقيقة من الرمل والمادة اللاصقة. بعد صب القالب، يتم نزع النمط وملء التجويف بالمعدن المنصهر. يتم تطبيقه عادةً على الأجزاء الأصغر حجماً والتفصيلية وله تشطيبات فائقة للمنتج مقارنةً بـ صب الرمل. ويُستخدم في الغالب في سبائك الألومنيوم والنحاس الأصفر والصلب.

4. صب الرغوة المفقودة

عندما يكون نمط الرغوة هو القالب، يُطلق عليه صب الرغوة المفقودة. يكون نمط الرغوة مغلفاً بالسيراميك وعندما يتم صب المعدن المنصهر في القالب، تذوب الرغوة وتتبخر. يتم ذلك في الغالب عندما يتعلق الأمر بالمسبوكات ذات الأشكال المعقدة والصناعات الأكثر شيوعًا التي تستخدم هذا النوع من الصب هي صناعات السيارات والفضاء.

5. الصب بالطرد المركزي

الصب بالطرد المركزي تتكون عملية الصب بالطرد المركزي من صب المعدن المنصهر في قالب دوار. تقوم قوة الطرد المركزي بقذف المعدن إلى الجانب الخارجي من القالب، وهذا يخلق صبًا قويًا متماسكًا. تنطبق هذه التقنية على تصنيع العناصر الأسطوانية مثل الأنابيب والأنابيب والبطانات، خاصة في الحديد الزهر والصلب والبرونز.

التطبيقات

استخدامات صب القالب الدائم:

إن الأجزاء المصنوعة من القوالب الدائمة الصب مناسبة للاستخدام حيثما تكون القوة والدقة والمتانة العالية مطلوبة. وهي مناسبة لعمليات التصنيع المتوسطة والكبيرة الحجم، على سبيل المثال في صناعة السيارات والفضاء وتصنيع الماكينات الصناعية.

التطبيقات الشائعة:

• كتل محرك السيارات:  تصميم كتلة المركبة لمحرك ذي هندسة داخلية معقدة.
• مكونات الفضاء الجوي: الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن وذات قوة متينة.
• المعدات الصناعية: مكونات رائعة الأداء مثل المضخات وأغطية المضخات، بالإضافة إلى الأقواس.

استخدامات صب القوالب المستهلكة:

لقد كان صب القوالب القابلة للاستهلاك خيارًا مثاليًا حيثما يتم تصميم مشاريع منخفضة الحجم أو مخصصة أو نماذج أولية وتكون مرونة التصميم أمرًا حيويًا. وقد أصبحت شائعة في الصناعات بما في ذلك صناعة الطيران والدفاع وتصنيع المنتجات المخصصة.

التطبيقات الشائعة:

• مكونات الفضاء الجوي: الأجزاء المتخصصة التي تشمل شفرات التوربينات وأجزاء المحرك.
• الدفاع: قطع مخصصة وفريدة من نوعها على شكل فريد من نوعها من الدرجة العسكرية.
• الفن والنحت: تصميم المنتجات الفنية وإضفاء الطابع الشخصي عليها أو تطبيقها.

السعر والكفاءة، التكلفة وكفاءة الإنتاج، التكلفة وكفاءة الإنتاج، التكلفة وكفاءة الإنتاج

صب القوالب الدائمة:

• تكاليف بدء التشغيل: أدوات مكلفة للغاية للقوالب المعدنية.
• التكلفة لكل وحدة: تكلفة أقل لكل قطعة في التصنيع بكميات كبيرة.
• سرعة الإنتاج: إنه أسرع في حالة عمليات الإنتاج الكبيرة.
• يدوم طويلاً: يمكن للقوالب المصنوعة من المعدن أن تدوم طويلاً، مما يؤدي إلى خفض التكلفة على المدى الطويل.

قالب مصبوب-معدني-معدني-معدني-قابل للاستهلاك

• تكلفة بدء التشغيل: Low cost of tooling used on expendable moulds.
• Cost Per Unit: It is more expensive with a high cost per part for the manufacturer because of one-time moulds.
• Production speed: The slowing down occurs since production involves the creation of moulds and longer cooling processes.
• المتانة: Moulds only produce a single unit, hence increased cost per piece produced.

الاعتبارات البيئية

Energy Use

• صب القوالب الدائمة: As a rule, it requires less energy than is effective with metal moulds.
• صب القوالب المستهلكة: The input of energy per particular unit is greater, particularly for the intricate moulds.

استخدام المواد

• صب القوالب الدائمة: Material flow is great with little waste.
• صب القوالب المستهلكة: The use of moulds exposes them to more material waste as they are used once.

قابلية إعادة التدوير

• صب القوالب الدائمة: Aluminium is easy to recycle, and money is made after usage.
• Expendable mould casting: The moulds would not be recyclable in most cases, even though aluminium can be recycled. 

When to Prefer Permanent Mold Casting to Expendable Mold Casting

• High-Volume Production: A permanent mould casting is more economical in high volume production since its moulds can be used repeatedly, and it also offers rapid production rates.
• Elements of High Strength: In cases where the final product needs a high strength grade, tight tolerances and low internal defects, then a permanent mould casting is the preferred option.
• Components application: Permanent mould casting is preferable to complex geometries where no complexity has to be achieved internally on the components application, such as in automotive parts and the industries.
• Long run production cycles: Long run production projects that consider the use of the mould and reuse of the moulds in the long term should also use permanent mould casting as it is long-term efficient.

The Situation to Select Expendable Mold Casting Instead of Permanent Mold Casting

• Low-Volume or Made to Order: Low-volume or made to order at a low initial tool cost, which was the weakness of expendable mould casting.
• Geometries and Intricate Designs: In case the piece has complicated interior systems or very detailed designs and shapes that can be hard to accomplish by using permanent moulds, expendable mould casting would be suited.
• High-Temperature Alloys: Expandable mould casting may be included when a metal or alloy which melts at an extremely high temperature,e like steel or titanium, is to be cast, since it is usually only those metals with low melting points, like aluminium or zinc, which can be cast in permanent moulding.
• Prototyping and One-Off Products: In the case where a particular company is testing out a new design in its product or where a one-off custom component is required, then expendable moulds will prove better since the cost of making the moulds is lower.

GC Precision Mold: Mold Making Services of High Quality

The company, GC Precision Mould, provides custom mould design, manufacture, and engineering to respond specifically to the needs of any one of the following industries: automotive, aerospace, electronics, and medical device manufactory industries. We have the best professionals who can create moulds of outstanding quality and level of precision due to the use of modern technologies and the most sophisticated tools. You may need a prototype mould or high production; whatever your need for mould, we are cost-effective and reliable. Quality and customer satisfaction are central to our company, GC Precision Mould, and we will ensure that all projects we undertake are done to high standards that can enable our customers to realise great results.

الخاتمة

Permanent Mold Casting and Expendable Mold Casting have each distinct benefits according to the purpose and creation requirements. It can be noticed that permanent mold casting should be used in medium to high volume production that requires the emphasis on precision and a great level of detail whereas expendable mold casting should be used when more flexibility is required to create complex designs, custom parts, and low quantity production.

In choosing between the two processes, considerations should be made on the nature of the material property needed, volume of the required production, price and complexity of the design. Knowing both the strengths and the shortcomings of all the methods means that the manufacturers have the option of selecting the best casting method to be used in that project, thus guaranteeing an effective production with the final product exhibiting its best performance.

الأسئلة الشائعة

1. Which one is cheaper for casting large-scale productions?

The permanent mould casting becomes cheaper in producing high volumes since the moulds can be used over and over again, hence the shorter production process.

2. Is it possible to use complex designing in expendable mould casting?

Yes, expendable mould casting is the best to manufacture complex and complicated designs, such as parts having internal geometries.

3. Which casting process suits better when it comes to strength reasons?

Permanent-mould casting will normally result in better parts, and expendable mould casting may be utilised in high-strength applications, particularly aerospace and defence.

4. Are there material wastes in the two kinds of casting?

In expendable mould casting, the waste material is more because moulds are used just once, as compared to the use of moulds that are permanent and have less wastage.