يتفوق الصب بالقالب في الأشكال المعقدة ذات الحجم الكبير ولكن دقته أقل. التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي دقيق ومتعدد الاستخدامات للنماذج الأولية والكميات الأقل. يستخدم الصب بالقالب معدنًا منصهرًا في قوالب، بينما يقوم نظام التحكم الرقمي بطرح المواد من الكتل الصلبة.  اختر الصب بالقالب للإنتاج بكميات كبيرة، ونظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب للدقة والمرونة.

من خلال مقارنة كلا الإجراءين مع معلماتهما الأساسية، يمكنك العثور على الخيار الأفضل. لذلك، تقدم هذه المقالة تفاصيل متعمقة عن عملية الصب بالقالب مقابل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.

صب القوالب: نظرة عامة وفوائدها

تقوم الشركات المصنعة بصهر المعادن المختارة وفقًا لدرجة حرارة انصهارها. على سبيل المثال، يقومون بصهر الزنك عند 385 درجة مئوية والألومنيوم عند 660 درجة مئوية. ثم تحدث الخطوة التالية، وهي الصب بالقالب.

تغذي هذه الطريقة المعدن المنصهر في قالب دائم تحت ضغط 10-175 ميجا باسكال. تتدفق العدّادات هذا المعدن، وتجمع الرافعات مخلفاتها.

يتصلب المعدن المنصهر، ويستغرق ذلك من 5 إلى 30 ثانية ويتيح الطرد عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية. يجب أن تعلم أن كل دورة تكتمل خلال 15-60 ثانية.

وبالنظر إلى قدرتها الإنتاجية السريعة، يمكنك إكمال دفعات كبيرة مع صب القوالب بسرعة تصل إلى 10-100 مرة أسرع من التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.

تطبيقات الصب بالقالب

يساعد الصب بالقالب في إنتاج أجزاء معقدة. على سبيل المثال، يمكن أن تصنع كتل المحرك من الألومنيوم مع جدران 1.5 مم. كما توفر هذه الطريقة المتانة ومقاومة الحرارة.

الأجزاء الإلكترونية مصبوبة بالزنك لجعل غلافها رقيق الجدران أخف وزنًا. وعلاوة على ذلك، تستخدم تطبيقات الفضاء الجوي المغنيسيوم لغرض خفض الوزن حول 30% وزيادة كفاءة استهلاك الوقود.

عمليات الصب بالقالب

1. الصب بالقالب بالضغط العالي (HPDC):

بشكل عام، يعمل HPDC تحت ضغط 10-175 ميجا باسكال. ويحقن المعدن بسرعة 10-50 م/ثانية. تنتج هذه العملية بشكل مثالي قطع الألومنيوم المعلنة للإلكترونيات أو السيارات. يمكنها إضافة جدران رقيقة (1.5-5 مم).

2. الصب بالقالب منخفض الضغط (LPDC):

يستخدم المصنعون ضغط 0.3-1.5 ميجا باسكال أثناء تشغيل LPDC. في هذه العملية، تكون عملية ملء القالب بطيئة جدًا لتجنب العيوب. وهي تعمل بشكل أفضل للأجزاء ذات العمق الكبير حوالي 5-15 مم (محاور العجلات). كما أنها توفر قوة ومتانة معينة.

3. صب القوالب بالجاذبية:

تستخدم هذه الطريقة الجاذبية لملء القالب الذي يتم تسخينه مسبقًا إلى 150-300 درجة مئوية. يمكن أن تنتج قطع ألومنيوم بسيطة للغاية ذات أسطح دقيقة بأسعار معقولة.

أنواع السبائك وخصائصها

عملية أدوات الصب بالقالب

يقوم المصنعون بإنشاء قوالب أقوى 10 مرات باستخدام الفولاذ (درجة H13) لمقاومة تأثير 50,000-1,000,000 دورة. وقد تتراوح تكلفتها من 10,000 إلى 200,000 حسب التصميم أو السبيكة أو عوامل أخرى. إلى جانب ذلك، تشمل جوانبها الرئيسية ما يلي:

• وتستخدم قوة تشبيك تتراوح بين 100 و5000 طن تقريبًا (وفقًا لحجم القطعة).
• تستغرق الدورة الواحدة 15-60 ثانية (حسب تبريد الجزء).
• يمكن أن تبلغ قوة طردها حوالي 5-20% من قوة التثبيت.

حدود الصب بالقالب

• يلزم إجراء فحص بالأشعة السينية للتحقق من المسامية لأن الجيوب الهوائية يمكن أن تتشكل بعمق يصل إلى 1-2 مم.
• استخدم زوايا السحب 1-3° لإزالة القِطع.
• يمكن أن يصل الحد الأقصى لحجم الجزء إلى 600 مم بسبب تكاليف القالب.

التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي: نظرة عامة وفوائدها

استخدامات الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي (CNC) تقنيات بمساعدة الحاسوب. تحصل هذه التقنية على التوجيه من أجهزة الكمبيوتر لقطع الأشكال وتحويل المعدن الخام إلى أجزاء محددة بدقة.

كما تعلم، في عملية الصب بالقالب، يدخل المعدن الساخن ويخرج شكل صلب. وعلى العكس من ذلك، يستخدم التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أدوات القطع لإزالة المواد (المعادن والبلاستيك والمواد المركبة) طبقة تلو الأخرى.

ومع ذلك، فإن هذا الإجراء مناسب لعدد أقل من الأجزاء المخصصة والنماذج الأولية والطلبات منخفضة إلى متوسطة النوع (1-1,000 وحدة)

عملية البرمجة باستخدام الحاسب الآلي الرقمي (CNC)

تستخدم الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي أداة يتم حملها بواسطة مغزل. تقوم هذه الأداة بقطع المواد الخام على طاولة العمل. يحصل محرك الدفع على إشارات وحدة التحكم الآلي MCU ويحرك المغزل وفقًا لذلك. وفي الوقت نفسه، يقوم جهاز التغذية الراجعة بتأكيد صحة التغذية الراجعة.

عمليات التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي الرقمي

تعمل ماكينات CNC ثلاث مهام مشتركة:

• الطحن
• الدوران
• الحفر

الطحن

يستخدم المصنعون أدوات الدوران (500-15,000 دورة في الدقيقة) في الطحن. يقومون بقطع الأشكال المسطحة والمنحنية. على سبيل المثال، يستخدمون ماكينة تفريز طرفية من الكربيد 10 مم. يساعد ذلك على قطع سبائك الألومنيوم بسرعة 2,000 دورة في الدقيقة لصنع أقواس المحرك.

الدوران

يقوم المغزل الدوّار بتثبيت قطعة العمل حيث يقوم بتدويرها حتى 3000 دورة في الدقيقة). وفي الوقت نفسه، تدور أدوات القطع أو الثابتة على طول محور عمود الدوران وتعطي شكلاً أسطوانيًا (لولبيًا أو أنبوبًا) للمادة.

الحفر

تحتاج عملية الحفر إلى عمل ثقوب في الأجزاء. عادة، يستخدم المصنعون لقم الثقب (قطر 1-25 مم) بسرعات تتراوح بين 500 و1500 دورة في الدقيقة. على سبيل المثال، يصنعون ثقوبًا في الغلاف البلاستيكي باستخدام لقمات قطرها 5 مم.

أمثلة على القِطع المُصنَّعة بنظام التحكم الرقمي

يستغرق التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي 3 ساعات لإنتاج نموذج أولي لمفصل روبوت من الألومنيوم مقاس 100 مم. يمكن أن يوفر هذا الجزء دقة تصل إلى 0.02 مم.

في عمليات الزرع الطبية، تقوم الشركات المصنعة بتلميع بدائل الركبة المصنوعة من الكوبالت والكروم حتى 0.4 ميكرومتر Ra. وهذا يسمح لها بالتحرك بسلاسة.

تصمد شفرات التوربينات المصنوعة من التيتانيوم في الفضاء الجوي أمام 800 درجة مئوية. تُصنع هذه الأجزاء باستخدام ماكينات تفريز خماسية المحاور باستخدام الحاسب الآلي بدقة 0.01 مم.

أنواع ماكينات التحكم الرقمي CNC وقدراتها

ماكينات تفريز CNC ذات 3 محاور

تحتوي على ثلاثة محاور أساسية (X، Y، Z). تتحرك من اليسار إلى اليمين ومن الأمام إلى الخلف ومن أعلى إلى أسفل. على الرغم من قدراتها المحدودة في الحركة، يمكنها إدارة القِطع التي يبلغ طولها حوالي 600 مم. 3 محاور تصنع أشكالاً ثلاثية الأبعاد لقطع مثل علب التروس بدقة ± 0.05 مم.

ماكينات التفريز CNC ذات 5 محاور

تقوم هذه الماكينة بإمالة الأدوات وتدويرها. يمكن لهذه الأدوات قطع أشكال صعبة للغاية (مثل شفرات التوربينات) في إعداد واحد. يمكنك الحصول على أجزاء محددة ± 0.02 مم.

مخارط CNC

هذا النوع من ماكينات التحكم الرقمي CNC متخصص في الأجزاء المستديرة. يمكنها إمساك مواد يصل عرضها إلى 300 مم. باستخدامها، يمكنك قطع خيوط دقيقة تصل إلى 0.5 مم.

الأدوات في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بنظام التحكم الرقمي

يصنع المصنعون أدوات القطع باستخدام الحاسب الآلي، وعادةً ما تكون من الكربيد (تدوم 200-400 دقيقة). يمكن أن تكون مادة الأداة الأخرى من الفولاذ عالي السرعة (HSS، 100-200 دقيقة) أو السيراميك (للحرارة العالية).

يمكنك أيضًا زيادة العمر الافتراضي لهذه الأدوات باستخدام العديد من الطلاءات مثل نيتريد التيتانيوم (TiN). تعمل طبقات الطلاء على جعل الأداة 50% أسرع، ولا تجعلها تتآكل. على سبيل المثال، فإن لقم الثقب المغلفة قادرة على عمل 500 ثقب في الفولاذ المقاوم للصدأ بسرعة 0.2 مم في كل دورة.

تستخدم حاملات الأدوات قوة هيدروليكية (تصل إلى 200 بار). هذه القوة تشبك الأدوات بإحكام، مما يقلل من الاهتزازات أثناء القطع.

مواد التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي

حدود التصنيع باستخدام الحاسب الآلي باستخدام الحاسب الآلي:

• تزيل الماكينات بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي المواد ببطء.
• وتتراوح معدلات تغذيتها عادةً من 0.1 إلى 0.5 مم/سن، وهو ما يجعلها غير فعّالة للطلبات الكبيرة.
• يؤدي قطع المواد بسرعة عالية إلى تآكل الأداة.
• يمكن أن يكون من الصعب على الحاسب الآلي الحصول على أشكال هندسية معقدة ذات سمات عميقة (على سبيل المثال، نسب العمق إلى العرض > 5:1).

مقارنة بين الصب باستخدام القوالب والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي

1. مقارنة خواص المواد

كما اكتشفنا، تستخدم كل من تقنية الصب بالقالب والصب باستخدام الحاسب الآلي مواد مختلفة. وهذا يعني أن لها خصائص فريدة من نوعها. على سبيل المثال، سبيكة الألومنيوم A380 هي سبيكة الألومنيوم المصبوب الشائعة. تأتي هذه السبيكة بقوة شد تبلغ حوالي 310 ميجا باسكال وقوة خضوع تصل إلى 159 ميجا باسكال.

وبالمثل، تستخدم ماكينات CNC الألومنيوم 6061. الذي يوفر قوة شد 310 ميجا باسكال وقوة خضوع 276 ميجا باسكال.

2. مقارنة التحمل

يمكنك الحصول على تفاوتات تفاوتات تبلغ حوالي 0.004 بوصة (0.1 مم) للأجزاء الصغيرة عن طريق الصب بالقالب. ومع ذلك، فإن انكماش المواد وتأثيرات التبريد تزيد من التفاوتات المسموح بها مع حجم الجزء.

وعلى العكس من ذلك، توفر الماكينات بنظام التحكم الرقمي تفاوتات تفاوتات ضيقة للغاية، وغالبًا ما تكون أقل من 0.001 بوصة (0.025 مم). وهذا يعني أنها يمكن أن تعمل بشكل جيد عند المطابقة الصارمة للنمط.

ومع ذلك، يتطلب الحصول على مخرجات دقيقة تكاليف أعلى. إذا كنت ترغب في تحقيق تفاوت 0.003 بوصة (0.075 مم)، فقد يكلفك ذلك 100 وحدة. وفي الوقت نفسه، فإن التفاوت المسموح به 0.0005 بوصة (0.012 مم) قد يكلف ثلاثة أضعاف. ويرجع ذلك إلى زيادة وقت التصنيع الآلي وتآكل الأدوات وإجراءات مراقبة الجودة.

3. تحليل التكاليف

يشمل صب القوالب الإعدادات الأولية والأدوات. هذا هو السبب في أنها تكلف حوالي $5،000-1T5T5T50،000. ومع ذلك، فإنه يقلل من تكلفة كل وحدة ($1-$5T5 لكل جزء) للطلبية الكبيرة.

لا تطالب الماكينات بنظام التحكم الرقمي بتكاليف الأدوات. تعتمد تكلفة إنتاجها على اختيار المواد ومستوى تعقيد التصميم.

4. مقارنة المهلة الزمنية

يستغرق إعداد أدوات الصب بالقالب 4-8 أسابيع قبل بدء العملية. ومع ذلك، بمجرد أن تصبح هذه الأدوات جاهزة، يمكنها إنتاج دفعات كبيرة بسرعة.

لا يوجد تأخير في الأدوات في التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي. يمكن أن تصنع هذه العملية نماذج أولية في غضون 1-3 أيام. بالإضافة إلى ذلك، يستغرق إنتاج الدُفعات من 5 إلى 10 أيام وفقًا لمدى تعقيد التصميم.

5. التعقيدات الجزئية

يمكن لقالب الصب أن يتعامل مع مستويات بسيطة إلى متوسطة التعقيد من التصميمات. وهو يدعم الجدران الرقيقة والميزات المدمجة مثل الأضلاع. وتكافح هذه العملية أثناء عمل القطع العميقة والزوايا الداخلية الحادة والأجزاء المعلنة الطويلة.

يمكن لماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي العمل على تصميمات أعمق وأشكال هندسية معقدة. هذه العملية أبطأ، وهذا هو السبب في أنها تزيد من تكلفة الدفعات الكبيرة.

6. مقارنة الأثر البيئي

هناك نفايات مواد أقل أثناء عمليات الصب، ولكن المواد المتبقية ليست دائمًا قابلة لإعادة التدوير 100%. وهذا بسبب الأكسدة والشوائب. كما أن تصنيع القوالب يستهلك طاقة كبيرة.

تنتج عملية التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي المزيد من الخردة. وعلى وجه الخصوص، يمكنك إعادة استخدام البُرادة المعدنية. ومع ذلك، فإن عامل التبريد يؤثر على البيئة. يمكن تقليل ذلك حتى 50% باستخدام أنظمة الترشيح الحديثة.

مصفوفة القرار لاختيار العملية الصحيحة

اعتبارات التصميم للصب بالقالب والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي

قواعد التصميم لصب القوالب

يحتاج الصب بالقالب إلى زوايا سحب. هذه الزوايا تجعل عملية الطرد أكثر سلاسة. يمكنك حساب زاوية السحب باستخدام الصيغ.

تشتمل الصيغ على ثوابت خاصة بالسبائك، وعادةً ما تكون من 1° إلى 3° لكل جانب. يتأثر حسابها أيضًا بتعقيد المادة والجزء.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يختلف سمك الجدار أيضًا. على سبيل المثال، يمكن استخدام الألومنيوم 1-1.5 مم، ويمكن استخدام الزنك 0.5-1 مم. تؤكد السماكة التدفق السليم وتصد العيوب.

وعلاوة على ذلك، فإن الوظيفة الرئيسية للشرائح وأنصاف الأقطار هي تقليل تركيز الضغط وزيادة عمر القالب.

اعتبارات التصميم للتصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي

بشكل عام، لا تحتاج تصميمات الماكينات بنظام التحكم الرقمي إلى زوايا سحب. يمكنها عمل زوايا داخلية حادة وجدران عمودية. يمكن أن يتضمن خيار التصميم الخاص بها فتحات على شكل حرف T، وتوافقات وجيوب عميقة. التي تحتوي على نسب عمق إلى عرض أعلى.

ضع في اعتبارك الوصول إلى الأداة لأن التجاويف العميقة تحتاج إلى تجاويف أطول. يمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى زيادة الاهتزاز وعدم توفير نتائج دقيقة. بالإضافة إلى ذلك، تدعم التجهيزات الاستقرار أثناء التصنيع الآلي.

استخدام برامج المحاكاة

يمكنك استخدام أدوات المحاكاة لصقل أداء التصميم بشكل أكبر. تجعل هذه الأدوات تدفق قالب الصب بالقالب ومسارات أدوات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي عملية قدر الإمكان. كما أنها تساعد أيضًا في تحديد العيوب مثل المسامية في صب القوالب والثرثرة في التشغيل الآلي.

التعاون بين المصممين والمهندسين

حاول التواصل مع المصممين في وقت مبكر. تأكد من متطلباتك لإنتاج أجزاء فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتصنيع. تمنع هذه الخطوة أيضًا إجراء العديد من التعديلات ومشاكل الإنتاج.

الخلاصة:

خيار الصب بالقالب جيد للاستخدام في الإنتاج الكبير. فهو ينتج أجزاء أسرع بمعدل منخفض ولكنه غير فعال لتحقيق نتائج دقيقة. وعلى العكس من ذلك، تستخدم الماكينات بنظام التحكم الرقمي مواد متعددة وتوفر دقة عالية. ومع ذلك، فإن هذه التقنية بطيئة ومكلفة.

لكلتا العمليتين إيجابيات وسلبيات مختلفة. يعتمد الاختيار كلياً على أنواع المواد أو المنتجات التي تنتجها.