في صناعة السيارات، ما نحتاجه في صناعة السيارات هو قطع غير ثقيلة ويمكنها تحمل الظروف الصعبة ودقيقة للغاية ومع ذلك فهي معقولة التكلفة. ويضمن الصب بالقالب الزنك هذه المزايا. وعلى وجه الخصوص، أصبح صب الزنك في قوالب الزنك للسيارات عملية تصنيع مفضلة لإنتاج أجزاء معقدة بكميات كبيرة ومعقدة بدقة أبعاد وجودة سطح ممتازة. ويدعم استخدام هذه الطريقة العديد من التطبيقات في مقابض الأبواب، وأجزاء التوجيه، والعلب الإلكترونية المستخدمة في السيارات اليوم.

تكمن قوة قطع غيار السيارات المصبوبة بالزنك في استخدام سبائك الزنك، وهي عائلة من المواد القائمة على الزنك المعروفة بقابليتها للصب وقوتها ومقاومتها للتآكل والتآكل. ولهذا السبب تبدو هذه الأجزاء معقدة وتحقق معايير الجودة الصارمة ومعايير السيارات. علاوة على ذلك، تسمح عمليات صب قوالب الزنك للسيارات بإنتاج عالي السرعة، حيث تقل مدة الدورة في كثير من الأحيان عن 30 ثانية ويتجاوز عمر القالب مليون دورة. ولهذا السبب، يتم الحفاظ على انخفاض التكاليف، ويتطابق كل جزء مع الجودة المتوقعة، وهو أمر حيوي لمورّدي السيارات.

في السنوات الأخيرة، أدى التوجه نحو السيارات خفيفة الوزن والمركبات الكهربائية إلى زيادة الطلب على حلول صب قوالب الزاماك للسيارات بفضل قدرتها على دمج وظائف متعددة في جزء واحد مع الحفاظ على قابليتها لإعادة التدوير وكفاءتها.

تاريخ صب الزنك في قوالب الزنك للسيارات

بدأ صب قوالب الزنك منذ أكثر من قرن من الزمان في أوائل القرن العشرين. في البداية، استُخدمت سبائك الزنك في الطباعة والسلع الاستهلاكية في البداية، لكنها دخلت في صناعة السيارات في ثلاثينيات القرن العشرين. ونظراً لتطور السيارات إلى آلات أكثر تفصيلاً، فقد احتاجت أيضاً إلى أجزاء معدنية أخف وزناً وأكثر قوة.

لقد تغير مجال الصب بشكل كبير عندما تم إدخال سبائك الزماك - المصنوعة من الزنك مع عناصر أخرى - بشكل كبير. يتكون معنى الزماك من الكلمات الألمانية التي تعني الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس. وفرت هذه السبائك خصائص صب فائقة وسرعان ما اكتسبت رواجًا في مجال صب قوالب الزنك للسيارات.

بحلول خمسينيات وستينيات القرن العشرين، كان يتم إنتاج العديد من قطع غيار السيارات - من مقابض الأبواب إلى علب المكربن - على نطاق واسع باستخدام تقنيات صب السيارات بالزنك. وبسبب تحسن ماكينات الصب بالقالب وتحسن تكنولوجيا القوالب، فقد لعبت دوراً أكبر.

ما هو الزنك يموت الصب بالقالب؟

في عملية صب الزنك بالقالب، يتم ضغط سبائك الزنك المنصهر من خلال فوهة في قالب صب محكم. يتم تصنيع آلاف أو في بعض الأحيان ملايين الأجزاء الصغيرة المتشابهة تمامًا باستخدام فولاذ الأدوات المشكل في قوالب. بالنسبة لقالب الصب بالزنك الآلي، تكمن الفوائد الرئيسية في نقطة انصهار السبيكة المنخفضة (حوالي 380 درجة مئوية)، والسيولة الممتازة، ونسبة القوة إلى الوزن العالية. 
في معظم الأحيان، ترى العملية الناس:

• يتراوح الضغط داخل الحقن من 30 إلى 150 ميجا باسكال (أي من 300 إلى 1500 بار).
• يتم تحسين الكفاءة مع أزمنة دورات تتراوح من 10 إلى 30 ثانية لكل جزء تمت معالجته.
• التفاوتات المسموح بها ممكنة بحد أقصى ± 0.02 ملليمتر.
• صُممت بعض أجزاء OAL بسماكة جدار 0.5 مم فقط

ما الذي يجعل الزنك مهماً لقطع غيار المركبات؟

ينبع استخدام قطع غيار السيارات المصبوبة بالزنك لقطع غيار السيارات من التوازن بين المزايا الميكانيكية والمزايا المتعلقة بالتكلفة التي يوفرها الزنك:

• تتميز سبائك الزنك Zamak 3 و Zamak 5 بقوة شد تتراوح بين 280-400 ميجا باسكال ويمكن أن تمتد حتى 10%.
• وتعني قوة الزنك أن الدراجات المصنوعة منه أقل وزناً، على الرغم من أنها أكثر إحكاماً من تلك المصنوعة من الألومنيوم.
• لا يصدأ الزنك بسهولة، فهو يشكل غطاءً من الأكسيد يحميه بشكل طبيعي.
• يمكن استخدام الطلاء بالكروم والطلاء بالبودرة للتشطيبات لأن الزنك يتقبلها بشكل جيد.
• تدوم أدوات الصب بالقالب الزنك عدة مرات أطول من تلك الخاصة بمسبوكات الألومنيوم.

استخدم زماك كمحور تركيزك

بالنسبة لمعظم عمليات صب قوالب الزنك في السيارات، تهيمن سبائك الزنك على اختيار المواد. وفيما يلي ملخص سريع لأنواع الشعر الأكثر شيوعًا.

في صب قوالب الزماك الأوتوماتيكية، يُستخدم الزماك 3 على نطاق واسع نظرًا لتوازنه بين الأداء وقابلية الصب.

عملية الصب بالقالب في تصميم منتجات السيارات

تتكون عملية الصب بالقالب من مراحل حيوية مختلفة.

1. تحضير القالب

يتم تسخين القوالب قبل الحقن إلى حوالي 200 درجة مئوية ثم يتم رشها بمادة تشحيم متخصصة لتسهيل الفصل.

2. الحقن

تُدفع سبيكة الزنك (الزماك المنصهر) في قالب بسرعة تتراوح بين 0.5 و4 أمتار في الثانية بضغط يتراوح بين 500 و1500 بار.

3. التصلب

يتصلب الزنك على الفور تقريبًا في القالب، لذلك يتم تشكيله وإخراجه بشكل عام في أقل من 5 ثوانٍ.

4. في هذه الخطوة، نتحدث عن الطرد والتشذيب

بعد وقت قصير، يتم إخراج النيزك بواسطة دبابيس قاذفة. تتم إزالة أي معلومات إضافية، مثل الوميض.

5. المعالجة اللاحقة

يتم تحقيق المواصفات المطلوبة باستخدام التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي أو إزالة الأزيز الاهتزازي أو الطلاء.

يتم تحسين كل خطوة لضمان إمكانية التكرار، وهو أمر بالغ الأهمية خاصةً في صب قوالب الزنك لقطع غيار السيارات.

الجوانب المهمة والحقائق الفنية

دعونا نلقي نظرة على المواصفات الفنية التي تظهر عادةً في السيارات المصبوبة بالزنك:

تسمح الموصلية الحرارية الفائقة للزنك (حوالي 120 واط/م كلفن) بالتبريد السريع، مما يتيح إنتاجية عالية - مثالية للإنتاج بكميات كبيرة في مجال صب الزنك للسيارات.

استخدامات صب الزنك بالقالب في السيارات

وبفضل موثوقيتها واتساقها واقتصادها، فإن صب الزنك بالقالب مهم في صناعة السيارات. وتدعم هذه الطريقة العديد من جوانب أنظمة السيارات المختلفة. فيما يلي المجالات الرئيسية التي يتم فيها استخدام صب الزنك في قوالب الزنك في السيارات بشكل شائع.

1. مكونات السيارات الداخلية

ستجد الزنك في العديد من المناطق الداخلية التي تتطلب تصميمًا مفصلاً وثباتًا. كما توجد الأشكال في أبازيم أحزمة المقاعد، وعلى أزرار التحكم في لوحة القيادة، ورافعة فتحة التهوية، ومبيت الإشعال. تساعد اللمسة النهائية والدقة الاستثنائية التي يتم تحقيقها من خلال صب الزنك في قوالب السيارات على تلبية المعايير البصرية ومعايير السلامة داخل المقصورة.

2. الأجزاء الخارجية للسيارات

وبفضل مقاومته للتآكل وقدرته على التصفيح، يمكن استخدام الزنك في الهياكل الخارجية. وكثيرًا ما يتم تصنيع مقابض الأبواب والشعارات وأقواس المرايا وأجزاء ماسحات الزجاج الأمامي باستخدام قطع غيار السيارات المصبوبة بالزنك. حتى في الظروف الصعبة، تحتاج هذه المكونات إلى الحفاظ على تصميمها خلال فترة خدمتها.

3. ميكانيكا السيارات وقطع غيار السيارات

المناطق تحت غطاء محرك السيارة ساخنة وزيتية ومليئة بالاهتزازات. الزنك مناسب جدًا للمقاعد وأغطية مضخات الزيت والملفات اللولبية والمكونات داخل ناقل الحركة. توفر حلول السيارات المصبوبة بالزنك للسيارات قوة عالية وثباتاً في الأبعاد، وهو أمر ضروري لهذه التطبيقات الصعبة.

4. العلب الرقمية وأجهزة الاستشعار

يتم تصميم المركبات اليوم بالاعتماد بشكل كبير على المستشعرات وأنظمة التحكم. وتعني الموصلية الحرارية والوقاية من التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي (EMI) للزنك أنه مثالي للاستخدام في موصلات البطاريات وأغطية وحدات التحكم وأغطية المستشعرات. هذه العوامل تجعل من قالب الزماك الأوتوماتيكي طريقة رئيسية لإنتاج حاويات إلكترونية دقيقة وواقية.

5. زخرفة في الأنماط الزخرفية

نظرًا لأن سبائك الزنك تبدو رائعة، يحب المصممون استخدامها للوحات الأسماء والشعارات والأجزاء المطلية بالكروم. ويكاد يكون من المستحيل العثور على معدات قادرة على إنتاج خطوط وأسطح سلسة ودقيقة مثل هذه المعدات. على الرغم من أنها مجرد أجزاء صغيرة، إلا أن هذه الخيارات يمكن أن تؤثر على كيفية رؤية العلامة التجارية وشعور المستخدمين تجاه السيارة.

فوائد صب الزنك بالقالب للسيارات

• دقة عالية في صنع مكونات على شكل شبكة يصعب تشكيلها باستخدام طرق أخرى
• المواد لا تتشقق أو تبلى بسهولة.
• اقتصادية - الخردة منخفضة، ويستغرق الأمر وقتًا أطول حتى يتآكل قالب معدن الأمازون.
• تشطيب السطح - على عكس الطحن والطلاء بالكروم والطلاء والطلاء بالمسحوق.
• غالباً ما يستغرق التعامل مع الألومنيوم وقتاً أطول من العمليات على اللدائن الحرارية خفيفة الوزن.

وهذا يجعل صب الزاماك التلقائي بالقالب طريقة مفضلة على الألومنيوم أو المغنيسيوم في الأجزاء الصغيرة إلى المتوسطة الحجم.

إدارة المشاكل والجودة

على الرغم من المزايا، يجب مواجهة بعض المشكلات الكبيرة في صب قوالب الزنك.

• قد تحدث المسامية بسبب ترك الهواء محبوساً أو انكماش الجسم.
• اهتزاز الأدوات - على الرغم من أنه أبطأ، إلا أنه بعد بعض الاستخدام، تصبح الأدوات أقل دقة
• يؤدي التقطير الخام إلى التشقق الحراري، مما يؤدي إلى إجهاد القوالب.

طرق مراقبة الجودة هي:

• اختبار الأشعة السينية لاكتشاف المشكلات الداخلية
• التحقق من القياسات باستخدام ماكينة قياس الإحداثيات (CMM)
• عادةً ما تتسبب الشقوق الحادة على السطح في تسرب الصبغة إليها.
• من الممكن اكتشاف تغيرات الوزن بمقدار ±2%.

تضمن هذه الطرق الموثوقية في صب قوالب الزنك لقطع غيار السيارات.

أشياء عن البيئة وإعادة التدوير

• يمكننا إعادة تدوير الزنك بسهولة. يتم إعادة تدوير الغالبية العظمى من الزنك في صناعة السيارات التي يتم تشكيلها عن طريق الصب بالقالب وإعادة استخدامها.
• يتم إذابة المعيب والعدائين والوميض مرة أخرى ثم تصفيتها. بالإضافة إلى ذلك:
• عند الصهر، يتطلب الزنك طاقة أقل من الألومنيوم فقط، لأن درجة انصهار الزنك أقل بكثير (419.5 درجة مئوية مقابل 660 درجة مئوية).
• من خلال اختيار المنتجات المصنوعة من الزنك المعاد تدويره، تكون هذه المنتجات 60% أقل احتمالاً للمساهمة في الاحتباس الحراري.

يتوافق الصب المستدام لقالب الزنك للسيارات بشكل جيد مع أهداف الاقتصاد الدائري في تصنيع السيارات الحديثة.

التطورات المتوقعة في مجال صب الزنك بالقالب في السيارات

تشمل العناصر الموجودة في تصميم السيارة الكهربائية علب البطاريات وأنظمة التبريد والحاويات الكهربائية.

• تعد المستشعرات المدمجة جزءًا قيمًا من تصميم الصب.
• العمل بقطع مصنوعة من الزنك ومادة ElastoMerc® من الزنك
• تصميم ملغم: مصبوبات مصنوعة لتكون متعددة الوظائف لتقليل التجميع

يتضمن الطريق إلى الأمام لصب قوالب الزنك في مجال السيارات الابتكار في المواد والأتمتة وأنظمة ضمان الجودة القائمة على الذكاء الاصطناعي.

مقارنة بين الزنك والألومنيوم في صب قوالب السيارات

على الرغم من أن الألومنيوم يتم اختياره على نطاق واسع لإطارات المركبات الرئيسية، ويفضل الزنك لأشكاله الدقيقة المعقدة، وتركيب جداره الرقيق، ودرجات حرارة انصهاره المنخفضة في الأجزاء الأخرى.

وهذا هو السبب في أن قالب الصب بالزنك للسيارات لا يزال الخيار المفضل لقطع مثل الشعارات وأذرع التروس والعلب والمثبتات، حيث تكون الدقة واللمسات النهائية وعمر الأدوات أمرًا بالغ الأهمية.

تصميم الأدوات لقالب الصب بالزنك

تعتمد عملية الصب بالقالب الناجحة إلى حد كبير على الأدوات الجيدة. ويؤدي تصميم القوالب الصحيحة إلى تقليل المشاكل وإطالة العمر الافتراضي وتحسين الإنتاجية.

العناصر الرئيسية التي يجب التفكير فيها عند التصميم

• طريقة للتخلص من الهواء أثناء الحقن.
• معدات تحكم حرارية كهربائية خفيفة الوزن (خطوط تبريد) لضبط درجة حرارة القالب
• بوابات مصممة للنقل السريع للأجزاء الرقيقة
• تستخدم للأجزاء ذات أكثر من شكل واحد

يتم تقسية المواد H13 أو SKD61 لقوالب الزنك لتتحمل درجات حرارة تتراوح بين 400-450 درجة مئوية وضغوط تصل إلى 1500 بار.

قد يكلف القالب النموذجي لقالب الزاماك الأوتوماتيكي $8,000-$25,000 ولكنه يمكن أن ينتج أكثر من مليون قطعة مع تدهور بسيط.

الأعطال والمشاكل في صب الزنك بالقالب

حتى مع الأتمتة ومراقبة الجودة، يمكن أن تحدث عيوب في عمليات صب الزنك في قوالب السيارات. يؤدي فهم هذه العوامل إلى تحسين طريقة العمل.

تشتمل ماكينات الصب بالقالب الحديثة على مستشعرات في الوقت الحقيقي لضغط الطلقة ودرجة الحرارة ووقت ملء التجويف، مما يسمح بالكشف المبكر عن المشكلات المحتملة في صب قوالب الزنك لقطع غيار السيارات.

استخدام الأتمتة في صب قوالب الزنك بالقالب في السيارات

اليوم، يتم دمج الأتمتة في كل مرحلة تقريبًا من مراحل صب قوالب الزنك للسيارات:

• توفر الرشاشات الآلية مواد تشحيم القوالب للمعادن المطلية.
• مغارف على الخط تصب الزنك السائل من تلقاء نفسها.
• يتم التحكم في توقيت اللقطة والضغط عن طريق وضع المادة تحت الضغط باستخدام وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLCs).
• تقوم الأذرع الروبوتية بنقل المسبوكات إلى محطات التشذيب التي تعمل بالسير.
• تضمن هذه العمليات بقاء درجات حرارة منطقة العمل كما هي، وتحمي الموجودين فيها، وتمنع حدوث العديد من الأخطاء.
• يستغرق وقت دورة الخلية المؤتمتة النموذجية ما بين 18 و25 ثانية لكل جزء.
• يستغرق الجزء من 30 إلى 40 ثانية لتشغيله يدوياً في هذا النظام.
• تتيح الأتمتة زيادة أحجام الأجزاء، وهو أمر بالغ الأهمية عند إنتاج مكونات مثل البطانات في إطار المقعد أو أذرع التحكم في ناقل الحركة في خطوط صب الزنك في قوالب السيارات.

دراسة حالة: الزنك المصبوب بالقالب لمبيت عمود التوجيه

أحد الأمثلة العملية لصب قطع غيار السيارات بالزنك هو مبيت عمود التوجيه الموجود في سيارات السيدان متوسطة الحجم.

• هذه المادة مدمجة: زاماك 5
• يبلغ مقاس الاختراع 180 مم في 70 مم في 40 مم.
• يبلغ سمك الجدار المشكل بالحرارة 1.5 ملليمتر.
• يزن هذا المنتج 0.92 كجم.
• كان ضغط الحقن المستخدم 1200 بار.
• يُقاس زمن الدورة بـ 21 ثانية
• تنتج الشركة كل عام 1.2 مليون وحدة.

تطلب الفرق الصغير المسموح به (± 0.03 مم) في التصميم إنتاج الجزء عن طريق الصب بالقالب المفرغ من الهواء لتقليل المسامية. وقد تم الحصول على هذا التأثير الخالي من التآكل لأن الأجزاء تم تشطيبها بطبقة من الكروم. وقد اجتاز الهيكل جميع اختبارات الاهتزازات ورذاذ الملح (بعد 240 ساعة) وأكثر من 100,000 صدمة على الطريق.

كيف يعمل الصب بالقالب الزنك في السيارات الكهربائية؟

يؤدي ظهور السيارات الكهربائية إلى تغيير الطلب في صناعة قوالب صب الزنك للسيارات:

الأجزاء المعتادة في EV Zinc تشمل:

• العلب المصنوعة للمستشعرات
• يتضمن النظام أدوات للتحكم في البطارية.
• يتم توريدها مع مكونات محطة الطاقة
• تُستخدم هياكل المشتتات الحرارية لوحدات التحكم.

من المهم جداً للإلكترونيات الكهربائية أن يتمكن الزنك من تبديد الحرارة بسرعة. وتعمل هذه المواد أيضاً على حماية الإلكترونيات المهمة من التداخل. تجعل هذه السمات من مكونات السيارات المصبوبة بالزنك جزءًا حيويًا من مكونات السيارات الكهربائية.

الخاتمة

السيارات صب الزنك بالقالب تظل واحدة من أكثر الطرق فعالية لإنتاج مكونات السيارات ذات الحجم الكبير والدقة العالية. ويسمح الاستخدام الأمثل للزماك والمعدات المتطورة والوقت المناسب للدورة الزمنية باحتفاظ أجزاء الزنك بمكانتها العالية في صناعة السيارات. وسواءً كانت قطع غيار السيارات، أو صب الزنك في قوالب الزنك للتحكم الداخلي، أو صب الزنك في قوالب الزنك للسيارات للحاويات الميكانيكية، أو صب الزماك للسيارات للتشطيبات الخارجية، فإن هذه العملية تدفع الأداء والكفاءة. كما أن جذورها الضاربة في التاريخ ومستقبلها المدفوع بالابتكارات تحافظ على مكانة صب الزنك في وسط صناعة السيارات.

الأسئلة الشائعة 

1. ما هي التطبيقات الموجودة لصب قوالب الزنك للسيارات؟

تُعد عملية إنتاج مسحوق المعدن الأكثر شيوعًا في مقابض الأبواب وآليات أحزمة الأمان ومبيت التروس والحاويات الإلكترونية. ويفيد التصنيع بهذه العملية في إنتاج المركبات على نطاق واسع لمركبات الديزل والبنزين والمركبات الكهربائية.

2. لماذا تستخدم بعض قطع غيار السيارات الزنك بدلاً من الألومنيوم؟

يجعل الزنك المصبوب العملية أسهل، كما أن الأجزاء الأقل سمكًا أقوى، ويجب أن تدوم أدواتك لفترة أطول. نظرًا لأنه يمكن أن يعطي تشطيبات سطحية متينة ومواصفات أكثر إحكامًا، فهو الأنسب لعناصر السيارات التي تحتوي على العديد من المكونات الصغيرة.

3. ما هي سبائك الزماك المستخدمة في صب قوالب الزماك للسيارات؟

تتكون سبائك الزماك من الزنك، بالإضافة إلى الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس. تُصنع هذه السبائك لصب القوالب وتوفر قوة جيدة، ولا تصدأ بسهولة، وتحتفظ بثبات الحجم.

4. ما مدى صلابة الأجزاء المصبوبة بالزنك للسيارات؟

يشتهر الزنك بصناعة أجزاء قوية، وتتمتع بقوة شد قوية، ومقاومة للتآكل، ولا تنكسر تحت الصدمات. يمكن لهذه المكثفات تحمل بيئات العمل القاسية، مع الاهتزاز والحرارة والرطوبة.