صب الألومنيوم بالقالب للصناعة الكهربائية

يعتمد المجتمع الحديث اعتمادًا كبيرًا على الصناعة الكهربائية التي تعمل كأحد عناصره الأساسية. ويعتمد نمو الصناعة في كلٍ من أنظمة الطاقة الصناعية والإلكترونيات الاستهلاكية على الأداء إلى جانب الدقة إلى جانب الابتكار. ويتضمن التحول الواسع النطاق في تصنيع المكونات صب الألومنيوم بالقالب كتقنية رئيسية.تعمل قوالب الألومنيوم المصبوبة بالقالب كتقنية تصنيع وعامل تكنولوجي يتيح للتطبيقات الكهربائية الحصول على مكونات خفيفة الوزن مع الاحتفاظ بالأداء الحراري الكهربائي، إلى جانب مقاومة التآكل والمتانة الممتدة.

يتناول المقال تحليلاً عميقًا لصب قوالب الألومنيوم لفهم كيفية مساعدة الصناعات الكهربائية من خلال دراسة عملية التنفيذ وطرق الحل، إلى جانب مجالات التطبيق والمعايير الفنية.

 

ما هو صب الألومنيوم بالقالب؟

تستخدم عملية الصب المعدني المعروفة باسم الصب بالقالب ضغطًا قويًا لحقن المعدن المنصهر في تجاويف القالب. وعادةً ما يتم تصنيع قوالب الإنتاج المعروفة باسم القوالب من فولاذ الأدوات المقوى لتسهيل التصنيع الدقيق للقطع المعقدة من خلال إعداد كميات كبيرة.

المعادن المفضلة لتطبيقات الصب بالقالب من الألومنيوم هي سبائك الألومنيوم 380 (A380) وكذلك سبائك الألومنيوم 383 (A383) أو سبائك الألومنيوم 413 لأنها تُظهر سيولة ممتازة إلى جانب القوة المتميزة إلى جانب خصائص مقاومة التآكل.

ضغط الحقن: 1,500-25,000 رطل/بوصة مربعة (103-1,724 بار)

وقت التعبئة: أقل من 0.1 - 0.2 ثانية

درجة حرارة الصب (ألومنيوم):  660 درجة مئوية (1,220 درجة فهرنهايت)

التفاوتات التي يمكن تحقيقها:  ± 0.001″ لكل بوصة (± 0.025 مم لكل 25.4 مم)

ينتج عن الحقن السريع إلى جانب نظام التبريد السريع مكونات ذات دقة أبعاد فائقة، إلى جانب تشطيبات من الدرجة الأولى تعمل بشكل جيد للتطبيقات الكهربائية.

 

لماذا يستخدم الألمنيوم في التطبيقات الكهربائية؟                            

خصائص الألومنيوم المناسبة للصناعة الكهربائية:

الممتلكات	القيمة
الكثافة	2.7 جم/سم مكعب (خفيف الوزن)
التوصيل الحراري	205 واط/م كلفن (تبديد ممتاز للحرارة)
التوصيل الكهربائي	35-38 مللي أمبير/متر مكعب (62% من النحاس)
مقاومة التآكل	تشكل طبقة من الأكسيد بشكل طبيعي
قوة الشد (سبيكة A380)	حتى 345 ميجا باسكال
قوة المردود	160-170 ميجا باسكال
نقطة الانصهار	660.3 درجة مئوية (1220.5 درجة فهرنهايت)
قابلية إعادة التدوير	100% بدون خسارة في الممتلكات

عملية صب الألومنيوم بالقالب: خطوة بخطوة

ألومنيوم مصبوب بالقالب الأجزاء هي أجزاء عالية الكفاءة ومتعددة الاستخدامات يتم تصنيعها باستخدام عملية صب الألومنيوم بالقالب عن طريق صب معدن الألومنيوم المنصهر في قالب. في هذه العملية، يتم حقن الألومنيوم المصهور في قالب فولاذي تحت ضغط عالٍ بحيث يمكن للشركات صنع مكونات عالية الجودة ومتينة. وفيما يلي وصف تفصيلي لعملية صب الألومنيوم بالقالب.

1. التصميم والتصنيع

القالب هو أول شيء يتم تصميمه وصنعه في عملية الصب بالقالب. يُصنع القالب من فولاذ الأدوات عالي الجودة ويتكون من نصفين، النصف الأساسي (مع التجويف) والنصف القاذف (لمنع قذف الجزء بعد الصب). ويتم تصميم القالب بحيث يمكن سكب الألومنيوم المنصهر بالتساوي في التجويف للحصول على الشكل المطلوب في الحالة المنصهرة.

تكلفة الأدوات: يمكن أن تتراوح تكلفة إنشاء القالب من $10,000 إلى $100,000 أو أكثر إذا لم يكن من الممكن صنع الجزء بجزء مضغوط.

المواد المستخدمة:  تُستخدم درجات H13 أو P20 لأنها ممتازة في مقاومة الحرارة والتآكل.

2. صهر الألومنيوم

بعد ذلك، يتم صهر سبيكة الألومنيوم. في الفرن، يتم تسخين الألومنيوم إلى درجات حرارة تتراوح بين 660 درجة مئوية و700 درجة مئوية (1220 درجة فهرنهايت - 1292 درجة فهرنهايت). وتتميز درجة انصهار الألومنيوم بدرجة انصهاره بحيث يصبح منصهرًا وبالتالي يمكن تشكيله بسهولة في تجويف القالب.

سبائك الألومنيوم:  A380 و A383 و A413 سبائك شائعة بسبب سيولتها وقوتها.

وقت الذوبان: يجب أن يستغرق ذوبان السبيكة حوالي 20-30 دقيقة، اعتمادًا على نوع الفرن المستخدم وسبيكة السبيكة.

3. حقن الألومنيوم المصهور في القالب

وبعد ذلك يتم صهر الألومنيوم، ثم يتم نقل الألومنيوم المنصهر إلى ماكينة الصب بالقالب في غرفة باردة أو ساخنة وفقًا للعملية. وفي إطار عملية الغرفة الباردة، يتم صب الألومنيوم المصهور في الغرفة وحقن القالب تحت ضغط عالٍ (من 1500 رطل إلى 25000 رطل لكل بوصة مربعة).

ضغط الحقن:  1,500-25,000 رطل/بوصة مربعة (103-1,724 بار)

زمن الدورة:  تتم خطوة الحقن في 0.1 - 0.2 ثانية، وبالتالي يتم ضمان الإنتاجية.

4. التبريد والتصلب

بمجرد أن يتم إدخال الألومنيوم في القالب، يبدأ في التبريد والتجميد على الفور تقريبًا. وتعد هذه الفترة مهمة للغاية لأن معدل التبريد يؤثر على صلابة الصب وجودة تشطيب السطح. قد يستغرق وقت التبريد من 5 إلى 30 ثانية حسب سُمك الجزء ومدى تعقيده.

معدل التبريد:  يتبين هنا أنه في حالة التبريد الأسرع، تكون هناك قوة وتشطيب سطحي أفضل للجزء.

وقت التصلب:  ويلاحظ أيضًا أنه عندما يكون سمك المقطع أكثر سمكًا، قد يستغرق وقتًا أطول بكثير للتصلب مقارنةً بالوقت الذي يكون فيه سمك المقطع أقل سمكًا.

5. الطرد والتشذيب

بمجرد أن يبرد الجزء ويصبح صلبًا، يتم طرده من القالب. ويتم تحقيق ذلك من خلال نظام القاذف الذي يدفع القالب خارج القالب. وأخيرًا، تتم إزالة أي مواد زائدة تشمل البوابات، والعدائيات، والوميض.

قوة الطرد: يُقدَّر أن هذه العملية تستخدم حوالي 1000 إلى 5000 رطل من القوة، اعتمادًا على الجزء المراد تصنيعه.

عملية التشذيب: يتم استخدام أدوات القطع أو أي عمليات تصنيع آلي أخرى لإزالة اللهب وكذلك المواد الإضافية الأخرى.

6. المعالجة اللاحقة

العملية الأخيرة التي قد تكون مطلوبة هي التشطيب، والتي قد تتضمن المعالجة الآلية، والمعالجة السطحية وهي تشطيب تقني للسطح مثل الطلاء بالأكسيد أو الطلاء بالمسحوق أو الطلاء الرطب وفحص مراقبة الجودة على الصب المحدد.

التصنيع الآلي:  قد يلزم أن يكون لبعض الأجزاء تفاوتًا محددًا يمكن تحقيقه من خلال استخدام التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي.

تشطيب السطح: تشتهر الأنودة بتعزيز القدرة على التآكل، من ناحية، بينما يعطي طلاء المسحوق سطحًا مصقولًا وقويًا من ناحية أخرى.

 

السبائك المستخدمة في صب الألومنيوم بالقالب

تُعد سبائك الألومنيوم وسبائك الزنك من المواد الشائعة في صناعة القوالب لأنها تحدد أداء المنتجات الإلكترونية وقوتها وعمرها الافتراضي. فيما يلي بعض المواد المستخدمة في صناعة الإلكترونيات، مع قيمها:

 

1. سبائك الألومنيوم (على سبيل المثال، A380، A383، A413)

التوصيل الحراري: 205 واط/م-كلفن - ممتاز لتبديد الحرارة في المكونات مثل المشتتات الحرارية ووحدات الإمداد بالطاقة.

التوصيل الكهربائي:  35-38 مللي أمبير/متر مكعب - كافية للعديد من الأجزاء الإلكترونية، خاصة في الموصلات والمرفقات.

قوة الشد:  345 ميجا باسكال (A380) - إجهاد ميكانيكي مسجل يضمن أن الأجزاء المستخدمة قوية بما يكفي لتتحمل الضغط الميكانيكي.

الكثافة:  2.7 جم/سم مكعب - خفيف الوزن، مثالي للأجهزة المحمولة.

التطبيقات:  نظام التبريد الإلكتروني والمبيت والمحولات وخزانات التوزيع.

2. سبائك الزنك (مثل الزنك 3، الزنك 5)

التوصيل الحراري: 116 واط/م-ك - مناسبة للإلكترونيات ذات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة.

التوصيل الكهربائي: أقل من تلك الموجودة في الألومنيوم ولكنها تتراوح عادةً لحوالي 30% من الموصلية النحاسية- مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي لا تتطلب تدفق تيار عالٍ.

قوة الشد: 230 ميجا باسكال (Zamak 3) - يوفر قوة ميكانيكية جيدة للأجزاء الأصغر حجماً.

الكثافة:  6.5 جم/سم مكعب - أثقل من الألومنيوم ولكنه لا يزال خفيف الوزن نسبياً بالنسبة للحاويات المختلفة.

التطبيقات: ومن أمثلة الأجزاء المصنوعة من الألومنيوم المصبوب علب التلفزيون، وإطارات الهواتف المحمولة، والأشياء الإلكترونية الصغيرة، على سبيل المثال، المفاتيح الكهربائية، وأقواس التثبيت.

3. سبائك المغنيسيوم

التوصيل الحراري: 156 واط/م-ك - أقل من الألومنيوم ولكنه لا يزال كافياً للإلكترونيات الخفيفة.

التوصيل الكهربائي: منخفضة - غير مناسبة للتطبيقات ذات التيار العالي، ولكنها جيدة للمباني خفيفة الوزن.

قوة الشد: 230 ميجا باسكال (AZ91D) - قوة كافية للعديد من المكونات خفيفة الوزن.

الكثافة: 1.8 غم/سم مكعب - الأخف وزناً من المواد المصبوبة، مما يسمح بتخفيض وزنه الإجمالي.

التطبيقات:  الأجهزة الإلكترونية المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والمكونات الهيكلية الخفيفة والتركيبات الفرعية.

4. سبائك النحاس (مثل البرونز)

التوصيل الحراري: 390 واط/م-كلفن - وهذا مفيد بشكل خاص لأجهزة الطاقة التي يجب أن تطلق طاقة حرارية بكميات كبيرة.

التوصيل الكهربائي: 59 MS/m (للنحاس) - موصلية كهربائية فائقة، مثالية للمكونات ذات التيار العالي.

قوة الشد: 450 ميجا باسكال (برونز) - قوة عالية للأجزاء المقاومة للإجهاد.

الكثافة: 8.9 جم/سم مكعب - كثافته أعلى من كثافة الألومنيوم ولكنه يوفر قوة كبيرة وموصلية كهربائية عالية.

التطبيقات: أنظمة توزيع الطاقة، والموصلات الكهربائية، والمفاتيح الكهربائية، وقضبان التوصيل.

5. سبائك القصدير الخالية من الرصاص

نقطة الانصهار: 183 درجة مئوية (لسبائك القصدير والفضة) - وهي مناسبة أكثر للاستخدام عند الحاجة إلى اللحام.

التوصيل الكهربائي:  منخفض - مناسب لعملية اللحام وليس لحمل التيار.

مقاومة التآكل:  تتميز مادة الصمام هذه بخاصية الأداء الجيد في الأجواء منخفضة ومتوسطة التآكل والمحتوى المتوسط من الفضة.

التطبيقات:  توصيل المكونات المختلفة على PCBS، وتجميع الأدوات والأجهزة الإلكترونية الصغيرة، وتغليف الأجهزة الإلكترونية الدقيقة مجانًا.

6. سبائك القصدير والفضة

نقطة الانصهار: 217 درجة مئوية - مناسبة للحام عالي الأداء.

التوصيل الكهربائي: منخفض - يستخدم في لحام الدوائر وكذلك اتحاد المكونات الإلكترونية.

الاستقرار الحراري:  عالية - تحافظ على ثباتها حتى في ظل الإجهاد الحراري العالي.

التطبيقات:  التطبيقات التي ترتبط باللحام في الأنظمة الإلكترونية عالية الموثوقية والأجهزة الإلكترونية التي تحتاج إلى دقة متناهية من حيث نقل الحرارة.

 

كل شيء عن صب الألومنيوم بالقالب

هناك العديد من القيم المميزة التي توفرها قوالب الألمنيوم المصبوبة من الألومنيوم للصناعة الكهربائية والتي تجعلها مناسبة بشكل خاص لهذه الصناعة. وتمثل الخواص الفيزيائية والميكانيكية والكهربائية التي تشملها هذه القيم طيفاً واسعاً من الخواص الفيزيائية والميكانيكية والمادية والكهربائية التي تسمح باستخدام مكونات الألمنيوم المصبوب في التطبيقات الحرجة. تابع معنا تفصيلاً لكل منها.

1. الموصلية الحرارية: 205 وات/م كلفن

تُعد الموصلية الحرارية واحدة من أهم القيم عندما يتعلق الأمر بقالب صب الألومنيوم للاستخدامات الكهربائية. تقيس الموصلية الحرارية مدى جودة توصيل المادة للحرارة. ومن الأهمية بمكان في المكونات الكهربائية، وخاصةً إلكترونيات الطاقة والمحركات، تبديد الحرارة بكفاءة كوسيلة لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان موثوقية التشغيل.

الموصلية الحرارية للألومنيوم:  وهو أعلى بكثير من المعادن الأخرى المستخدمة في صب القوالب، مثل الفولاذ (50 واط/م-ك) أو النحاس (390 واط/م-ك).

الفائدة:  بالنسبة للمشتتات الحرارية وأغلفة العاكس وأنواع المكونات المماثلة، فإن صب الألومنيوم بالقالب مثالي لهذا السبب.

التطبيق: على سبيل المثال، تُستخدم المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المصبوب لتبريد محركات LED والمحولات ووحدات إمداد الطاقة من خلال توفير إدارة حرارية، مما يجنب تدهور الأداء أو تعطل الوحدة.

2. الموصلية الكهربائية: 35-38 مللي أمبير/متر

يشير مصطلح التوصيل الكهربائي إلى (مدى) سهولة توصيل مادة موصلة للكهرباء تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها. تبلغ الموصلية الكهربائية للألومنيوم 62% فقط من الموصلية الكهربائية للنحاس؛ ومع ذلك، بالنسبة لمعظم الناس، يعتبر الألومنيوم بديلاً قابلاً للتطبيق عندما تكون هناك حاجة إلى موصلية كهربائية عالية، ولكن توجد قيود على التكلفة والوزن.

موصلية الألومنيوم وهذا ممتاز لمعظم التطبيقات ذات التيار المنخفض إلى المتوسط، أي 35-38 مللي أمبير/متر.

الفائدة:  تُستخدم مصبوبات الألومنيوم المصبوبة بالقالب في الموصلات والأطراف وقضبان التوصيل في الأنظمة الكهربائية وتحتاج إلى موصل موثوق به، ولكنه غير مكلف.

التطبيق: الألومنيوم أخف وزناً وأكثر فعالية من حيث التكلفة للمكونات الكهربائية عالية الأداء، مثل موصلات الطاقة الشمسية أو أطراف البطاريات أو وحدات توزيع الطاقة، وهو أقل توصيلاً للكهرباء ولكنه أكثر من النحاس بما فيه الكفاية.

3. التكوين الطبيعي لطبقة الأكسيد (مقاومة التآكل).

تُعد مقاومة الألمنيوم الفائقة للتآكل إحدى المزايا الرئيسية التي يوفرها الألمنيوم. فالألمنيوم محمي بشكل طبيعي بطبقة أكسيد واقية تتشكل عند تعرضه للهواء، والتي تحميه من العوامل البيئية مثل الرطوبة والملح والمواد الكيميائية. والسبب في كونه مرشحاً جيداً للاستخدام في الهواء الطلق والأجهزة التي تتعرض للعوامل الجوية القاسية هو نتيجة لهذه الخاصية الطبيعية.

الفائدة: بالإضافة إلى ذلك، تعتبر مقاومة الألومنيوم للتآكل مهمة بشكل خاص للحاويات الخارجية ومعدات الطاقة الشمسية والصناديق الكهربائية التي تتعرض للأمطار والرطوبة وغيرها من الظروف المسببة للتآكل.

التطبيق: في حالة التصادم المستمر مع البيئة، يُستخدم الألومنيوم في صناديق التوصيل المصبوبة ووحدات التحكم الخارجية لإضاءة الشوارع أو أنظمة إدارة حركة المرور.

4. الكثافة: 2.7 جم/سم مكعب

وبالتالي، تؤثر كثافة المادة على كل من وزن المادة وقوتها، وهي مقياس للكتلة لكل وحدة حجم من المادة. يُعدّ الألمنيوم الذي تبلغ كثافته 2.7 جم/سم مكعب معدنًا خفيف الوزن. يساوي وزنه ثلث وزن الفولاذ تقريباً (7.85 جم/سم مكعب)، مما يجعله

الفائدة: ولأن الألومنيوم خفيف الوزن، فإنه يقلل من وزن الأنظمة الكهربائية ككل، مما يعني أن الأجزاء تصبح أسهل في اليد والنقل والتركيب. وهذا مفيد بشكل خاص في المحركات، وحاوية البطارية وفي الإلكترونيات الاستهلاكية.

التطبيق:  غالبًا ما تُستخدم الأجزاء المصبوبة بالقالب من الألومنيوم في محركات السيارات الكهربائية (EV) وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والمعدات الكهربائية المحمولة لتحسين الكفاءة وسهولة الاستخدام.

5. قوة الشد: 345 ميجا باسكال (سبيكة A380)

قوة الشد هي قوة المادة على تحمل قوى الشد أو التمدد. إن قوة الشد التي تصل إلى 345 ميجا باسكال لمسبوكات الألومنيوم المصبوبة من الألومنيوم، خاصةً مع استخدام سبيكة A380، تجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات الهيكلية والميكانيكية في الصناعة الكهربائية.

الفائدة: تتمتع هذه المكونات المصبوبة بالقالب المصنوعة من الألومنيوم بقوة كافية لتغطية الضغوط الميكانيكية، مع الحفاظ على خفة الوزن. في حالة الأجزاء مثل إطارات الجزء الثابت أو أغطية المحركات أو الأغطية الطرفية للمحركات الكهربائية، من المهم أن تكون ذات قوة ووزن منخفض.

التطبيق: وتشمل نقاط القوة هذه شفرات المروحة، ومرفقات المحركات، وأجزاء الماكينات الميكانيكية المتهالكة، وكلها يمكن أن تستفيد من قوة الألومنيوم بالنسبة إلى الوزن.

6. قوة الخضوع: 160-170 ميجا باسكال (سبيكة A380)

قوة الخضوع هي مقدار الإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل حدوث التشوه بشكل دائم. عادةً ما تتراوح قوة الخضوع لسبائك A380 لأجزاء الألومنيوم المصبوبة بالقالب من 160 إلى 170 ميجا باسكال. وهي تمنح الجزء السلامة الهيكلية المناسبة، بدون وزن زائد، مما يسمح للجزء بالحفاظ على شكله بمرور الوقت.

الفائدة:  الأحمال الميكانيكية تجعل المكونات مثل علب قواطع الدارة الكهربائية ولوحات التحكم ومرفقات البطاريات تحتاج إلى أن تكون قادرة على تحمل مثل هذه الأحمال مع الحفاظ على ثبات الأبعاد. وهذا يعطي الألومنيوم قوة الخضوع لمنع تشوه هذه الأجزاء بشكل لا رجعة فيه.

التطبيق:  بالنسبة لمعدات توزيع الطاقة التي يجب أن تتحمل فيها المكونات ضغوطًا عالية جدًا، تضمن قوة الخضوع العالية لقالب الألومنيوم المصبوب أن تظل مكونات هذه المعدات سليمة وموثوقة.

7. درجة الانصهار: 660 درجة مئوية (1220 درجة فهرنهايت)

تعتبر درجة انصهار الألومنيوم منخفضة نسبياً مقارنةً بالمعادن الأخرى مثل النحاس أو الفولاذ، حيث تبلغ درجة انصهاره 660 درجة مئوية (1220 درجة فهرنهايت). يتيح ذلك إمكانية صهر الألمنيوم وتشكيله في أشكال فريدة من نوعها في عملية الصب بالقالب.

الفائدة:  كما أن انخفاض درجة انصهار الألومنيوم يحول دون انصهار الألومنيوم تقريبًا ويؤدي إلى سهولة صبّه وفقدانه بسرعة. وهذا يقلل من وقت الإنتاج، وبالتالي يمكن تحقيق خفض التكاليف وتحسين كفاءة التصنيع.

التطبيق:  هذه الزوايا مناسبة لإنتاج مكونات المحركات، وقواطع الدوائر، والمشتتات الحرارية ذات التصميمات المعقدة والأشكال الهندسية المعقدة، مع الحفاظ على تكاليف إنتاج منخفضة.

8. قابلية إعادة التدوير: 100% دون فقدان الخصائص

تُعد قابلية إعادة التدوير 100% واحدة من أكبر المزايا في عالم الألومنيوم. فعند إعادة تدويره، يحتفظ الألومنيوم بجميع خواصه الفيزيائية والميكانيكية دون تدهور. ويساعد ذلك على تحقيق عملية تصنيع أكثر استدامة.

الفائدة: تعد إعادة تدوير الألومنيوم أكثر كفاءة بنسبة 95% من إنتاج المادة الجديدة، وبالتالي فهي صديقة للبيئة بالنسبة للصناعة الكهربائية.

التطبيق: يُستخدم الألومنيوم المعاد تدويره في العديد من المنتجات الكهربائية مثل حاوية البطاريات وأغطية المحركات والألواح الشمسية للمساهمة في الاقتصاد الدائري.

9. سُمك الجدار: 1.5-4 مم

يتيح قالب الصب بالقالب المصنوع من الألومنيوم تصنيع أجزاء ذات أشكال هندسية دقيقة مع سمك جدار يتراوح من 1.5 مم إلى 4 مم. وهذا يسمح بتصميم مكونات خفيفة الوزن وقوية من الناحية الهيكلية للتطبيقات المحددة في التطبيقات الكهربائية.

الفائدة: وبفضل قدرة الجدار الرقيق الذي يقل عن 1.5 مم، يمكن إنتاج أجزاء كهربائية ذات تفاصيل عالية ودقة أبعاد عالية. تتطلب مكونات صغيرة مثل الموصلات والمرحلات وصناديق الصمامات.

التطبيق: كما تقلل الجدران الرقيقة من وزن الجزء في علب المحركات مع الحفاظ على القوة والوظيفة.

10. تكلفة الأدوات مقابل كفاءة الإنتاج

في الوقت الحالي صب الألومنيوم بالقالب يمكن أن يكون عرض الأدوات باهظ التكلفة ($10,000 إلى $100,000 حسب درجة التعقيد) ولكنه يوفر على المدى الطويل مع ارتفاع الإنتاج ووفورات الحجم. بعد صنع القوالب، يتيح لك الصب بالقالب تصنيعها بأحجام كبيرة بتكلفة إضافية منخفضة جدًا لكل وحدة.

الفائدة: تتمتع الشركات الكهربائية بقدرات إنتاجية عالية الحجم لتلبية احتياجات العالم من المكونات الكهربائية من حيث أنها آمنة وموثوقة بما يكفي لإخراجها من المنتج.

التطبيق: وهذا يجعلها مفيدة بشكل خاص لإنتاج الأجزاء الكهربائية عالية الطلب مثل قضيب الناقلات، وحاوية اللوحة الكهربائية، وقواطع الدوائر الكهربائية.

 

الجدول 1: الخواص الرئيسية للألمنيوم في التطبيقات الكهربائية

الممتلكات	القيمة	الأهمية في التطبيقات الكهربائية
الكثافة	2.7 جم/سم مكعب	خفيف الوزن، مما يسهل التعامل مع المكونات ويقلل من الوزن الإجمالي للنظام.
التوصيل الحراري	205 واط/م/ك	تبديد ممتاز للحرارة، مثالي للاستخدامات مثل المشتتات الحرارية والمحولات ومزودات الطاقة.
التوصيل الكهربائي	35-38 مللي أمبير/متر	مناسبة للعديد من المكونات الإلكترونية، بما في ذلك الموصلات، والأطراف، وقضبان التوصيل.
مقاومة التآكل	تشكل طبقة أكسيد طبيعية	يعزز متانة المكونات، خاصة في البيئات الخارجية أو القاسية.
قوة الشد (سبيكة A380)	حتى 345 ميجا باسكال	يضمن قدرة الأجزاء على تحمل الضغط الميكانيكي دون أن تنكسر.
قوة الخضوع (سبيكة A380)	160-170 ميجا باسكال	يوفر السلامة الهيكلية دون تشوه دائم.
نقطة الانصهار	660 درجة مئوية (1220 درجة فهرنهايت)	تتيح سهولة صب الأجزاء المعقدة، مما يقلل من وقت الإنتاج والتكلفة.
قابلية إعادة التدوير	100% بدون فقدان الخصائص	صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة بسبب توفير الطاقة في إعادة التدوير.
سُمك الجدار	1.5-4 مم	يسمح بمكونات دقيقة وخفيفة الوزن مع سلامة هيكلية ممتازة.

الجدول 2: مواد الصب بالقالب لصناعة الإلكترونيات

المواد	التوصيل الحراري	التوصيل الكهربائي	قوة الشد	الكثافة	التطبيقات
سبائك الألومنيوم (على سبيل المثال، A380، A383، A413)	205 واط/م/ك	35-38 مللي أمبير/متر	345 ميجا باسكال	2.7 جم/سم مكعب	المشتتات الحرارية، والحاويات، ومحركات LED، وصناديق توزيع الطاقة
سبائك الزنك (على سبيل المثال، زاماك 3، زاماك 5)	116 واط/م-ك	~30% من الموصلية النحاسية	230 ميجا باسكال	6.5 جم/سم مكعب	علب التلفزيون، وإطارات الهواتف المحمولة، والمكونات الإلكترونية الصغيرة
سبائك المغنيسيوم	156 وات/م-ك	منخفضة	230 ميجا باسكال	1.8 جم/سم مكعب	الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجزاء خفيفة الوزن
سبائك النحاس (مثل البرونز)	390 وات/م-ك	59 م/م MS/م	450 ميجا باسكال	8.9 جم/سم مكعب	توزيع الطاقة، والموصلات الكهربائية، والمفاتيح الكهربائية
سبائك القصدير الخالية من الرصاص	غير متاح	منخفضة	غير متاح	غير متاح	اللحام والتغليف الإلكتروني الدقيق
سبائك القصدير والفضة	غير متاح	منخفضة	غير متاح	غير متاح	لحام عالي الموثوقية في الإلكترونيات

التطبيقات في الصناعة الكهربائية

1. العبوات والعلب

الإلكترونيات الحساسة محمية من الغبار والماء (تصميم IP) وتداخل التداخل الكهرومغناطيسي/الترددات الراديوية الكهرومغناطيسية والصدمات المادية في حاويات من الألومنيوم المصبوب.

مثال على ذلك: صناديق الوصلات، وأغطية العاكس، ووحدات التحكم الخارجية.

الفائدة: مقاومة التآكل والتبديد الحراري الممتاز في البيئات القاسية.

2. وحدات الإدارة الحرارية والمشتتات الحرارية

بالنسبة لإمدادات الطاقة، تعتبر الموصلية الحرارية العالية للألمنيوم مناسبة تماماً لإدارة الحرارة في محاليل الألمنيوم.

مثال على ذلك: المحولات، وحزم البطاريات، وقواطع الدائرة، والمشتتات الحرارية.

التوصيل الحراري:  205 واط/م-كلفن مقابل 45-60 واط/م-كلفن من الفولاذ.

3. مكونات المحرك

النوع الشائع من أجزاء المحرك الكهربائي المصبوبة بالقالب هي تلك التي تتكون من مبيت الدوار وإطارات الجزء الثابت والأغطية الطرفية والمراوح.

الميزة:  يقلل الهيكل الخفيف من استخدام الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والأنظمة الصناعية.

4. الموصلات والكتل الطرفية

مكونات دقيقة عالية التحمّل ومستقرة الأبعاد.

المتطلبات: ± 0.05 مم تفاوت محكم لتحقيق سلامة التلامس الكهربائي.

5. قواطع الدوائر الكهربائية وأجزاء المفاتيح الكهربائية

غالبًا ما يتم استخدام مكونات مصبوبة بالقالب مثل المشغلات والأذرع والأذرع والحاويات لتوفير مكونات داخلية أكثر اتساقًا وأمانًا.

مزايا صب الألومنيوم بالقالب في الأنظمة الكهربائية

الدقة والتكرار

توفر التفاوتات المسموح بها حتى ± 0.001 بوصة جودة متسقة للمكونات باهظة الثمن في الأشكال المعقدة لدعم مستويات التعقيد.

الإنتاج الضخم

يمكن تحقيق زمن دورة لا يتجاوز 30 ثانية لكل جزء لإنتاج ملايين الوحدات.

قوة الوزن الخفيف

وبالتالي يتم تقليل العبوات والأجهزة الخفيفة والمدمجة وخفيفة الوزن.

مقاومة التآكل

تشكّل طبقة أكسيد واقية تلقائياً.

الأداء الحراري والكهربائي

يوفر تبديدًا سريعًا وجيدًا للحرارة وتوصيلًا كهربائيًا مستقرًا في الأنظمة عالية التحميل.

كفاءة التكلفة

عندما يتم إعداد الأدوات، تكون تكلفة الوحدة الواحدة أقل بكثير من التصنيع الآلي أو التشكيل.

التحديات في مجال صب الألومنيوم بالقالب

تتمتع هذه العملية بالكثير من المزايا، ولكن هناك بعض القيود على العملية، والتي يجب أخذها في الاعتبار في التصميم والخطة.

التحدي	التفاصيل
تكلفة الأدوات الأولية	يمكن أن تكلف القوالب $10,000-$100,00,00،0 حسب التعقيد والحجم.
مشكلات المسامية	يمكن أن يتسبب الغاز المحتبس في حدوث مسامية، مما يؤثر على الخواص الميكانيكية والكهربائية.
الموصلية مقابل النحاس	إن الألومنيوم موصل للطاقة مثل النحاس فقط ~60%، مما يجعله غير مناسب للأسلاك ذات الأحمال العالية.
حدود سُمك الجزء	يقتصر سُمك الجدار عادةً على 1.5 إلى 4 مم؛ وتتطلب الجدران الأقل سمكًا تقنيات متقدمة.

معايير الصناعة والامتثال

يجب اتباع المعايير الكهربائية لاستخدام هذه المكونات في الأنظمة.

IEC 60529:  درجات الحماية (تصنيفات IP) للحاويات.

ul 508 / ul 94:  بالنسبة للوحات التحكم وتصنيفات القابلية للاشتعال.

روهز / ريتش:  ضمان السلامة البيئية والصحية.

ISO 9001 / IATF 16949:  أنظمة الجودة في التصنيع.

معظم موردي قوالب الألومنيوم المسبوكة بالقالب من الألومنيوم بأسعار معقولة يلبون هذه المعايير أو يتجاوزونها، وبالتالي يمكن استخدام منتجاتهم في الأسواق المحلية والدولية.

الاتجاهات والتوقعات المستقبلية

مع تحول العالم إلى الكهرباء، تزداد أهمية الصب بقوالب الألومنيوم. وفيما يلي بعض محركات النمو:

السيارات الكهربائية (EVS)

يتميز الألومنيوم بخفة وزنه وخصائصه الحرارية المتأصلة التي تناسب احتياجات حاويات البطاريات والألواح الحرارية وأغلفة العاكسات وغيرها.

الطاقة المتجددة

تُصنع جميع علب عاكسات الطاقة الشمسية وموصلات توربينات الرياح ووحدات تخزين الطاقة من مصبوبات الألومنيوم.

الشبكات الذكية وإنترنت الأشياء

ومع ذلك، يزداد كل هذا مع ازدياد الحاجة إلى أنظمة أكثر اتصالاً، كما أن هناك حاجة إلى حاويات مدمجة مصبوبة مع هوائيات مدمجة ودرع EMI.

الاستدامة

واليوم، لا يزال أكثر من 75% من الألومنيوم المنتج قيد الاستخدام.

الخاتمة

في الصناعة الكهربائية، أصبحت قوالب الألومنيوم المصبوبة من الألومنيوم شركة فرعية أساسية. وألياف الكربون هي الوحيدة التي ثبتت قدرتها على توفير الطاقة بأمان وكفاءة وبأسعار معقولة في الحياة العصرية مع مزيج لا مثيل له من القوة والتوصيل والأداء الحراري ومرونة التصميم. يمكن ملاحظة المشاركة المستمرة لقالب الصب بالقالب من الألومنيوم بدءًا من علب التحكم المدمجة وصولاً إلى الموصلات عالية الدقة. وقد استمرت هذه العملية التي تم اختبارها على مر الزمن في تقديم منتجاتها لأولئك الذين يعملون بها، حيث تواصل التكنولوجيا ابتكار التصميم الكهربائي، قالبًا واحدًا في كل مرة.

الأسئلة الشائعة: 

1. ما هو الألومنيوم الصب بالقالب؟

صب الألومنيوم بالقالب هو عملية تصنيع يتم فيها حقن الألومنيوم المنصهر في القوالب لإنتاج قطع دقيقة ومتينة.

2. لماذا يستخدم الألمنيوم في الصناعات الكهربائية؟

الألومنيوم خفيف الوزن وموصل ومتين ومقاوم للتآكل ومثالي للاستخدام كمكون كهربائي مثل العبوات والمشتتات الحرارية والموصلات.

3. لماذا يفيد صب الألومنيوم في التطبيقات الكهربائية؟

نظرًا لأنها يمكن أن توفر دقة عالية وقابلية للتكرار وقوة خفيفة الوزن وأداء حراري وكهربائي ممتاز، فهي فعالة جدًا من حيث التكلفة للإنتاج بكميات كبيرة.

4. ما مدى صعوبة صب الألومنيوم باستخدام القالب؟

وتشمل بعض التحديات ارتفاع تكاليف الأدوات الأولية، ومشاكل المسامية، والقيود المفروضة على سمك جدران الصب (معظمها يتراوح بين 1.5 و4 مم).