تويت
سباكة المعادن Metal Casting
السباكة (بالإنجليزية: Casting): هي عملية تصنيع يتم فيها صب المادة السائلة (عادة) داخل قالب يحتوي على جوف فارغ وفق الشسكل المرغوب، ثم يترك ليتصلب. وتنتهي العملية بإخراج المسبوك من القالب. يستخدم في عملية السباكة معادن سائلة، أو مواد متنوعة تتصلب بمزج مكوناتها مثل الخرسانة، الإيبوكسي، الجص. تستخدم السباكة لتصنيع قطع ذات أشكال معقدة، يصعب معها اقتصاديًا تصنيعها بطرق أخرى, عرفت عملية السباكة منذ 6000 عام[1]. تعود أقدم مسبوكة وجدت إلى عام 3200 قبل الميلاد[1].
يقول الله عز وجل فى سورة الحديد الأية 25
{ لقد أرسلنا رسلنا بالبينات وأنزلنا معهم الكتاب والميزان ليقوم الناس بالقسط وأنزلنا الحديد فيه بأس شديد ومنافع للناس وليعلم الله من ينصره ورسله بالغيب إن الله قوى عزيز }
تقسم عملية السباكة إلى فرعين مميزين:
* السباكة في القوالب المستهلكة.
* السباكة في القوالب الدائمة.
سباكة الحديد في قالب رملي
السباكة في القوالب المستهلكة :
يشمل هذا التصنيف قوالب الرمل، والقشر، والبلاستيك، والجص، والسباكة الدقيقة (طريقة الشمع الضائع). هذه الطريقة في السباكة تشمل القوالب المؤقتة وغير المجهزة للاستخدام ثانية.
* السباكة في القوالب الرملية:
يعتبر الرمل أحد أهم وأبسط طرق السباكة التي استخدمت على مر العصور. تسمح القوالب الرملية بالحصول على مسبوكات (في الدفعات الصغيرة) تقارن بتلك المصنوعة في القوالب الدائمة وبكلفة معقولة. وليست الكلفة هي العامل الإيجابي الوحيد لهذه الطريقة، بل الحجم الصغير أيضًا للورشة. يسمح الرمل أيضًا لمعظم المعادن أن تسبك وذلك باختيار نوع الرمل المستخدم. [2]. تحتاج عملية السباكة في القوالب الرملية لعدة أيام كفترة انتاجية للحصول على معدل إنتاج عالي (1-20 قطعة/دقيقة لكل قالب)، وهي طريقة فعالة لإنتاج القطع الكبيرة. يتماسك الرمل ببعضه البعض بفضل الغضار (في الرمل الأخضر)، أو باستخدام مواد رابطة، أو زيت المحركات. يمكن استخدام الرمل لعدة مرات، وتتم إضافة بعض المواد (تجديد المواد الرابطة).
السباكة في القوالب الدائمة :
تستخدم هذه الطريقة خصوصًا للمعادن غير الحديدية، تتطلب زمن للتجهيز يمتد لعدة أسابيع لتجهيز القالب الفولاذي. تصل بعدها الإنتاجية إلى (5-50 قطعة/ساعة لكل قالب)، يصل وزن المسبوكات الأعظمي إلى 9 كغ والأصغري بحوالي 0,1 كغ. يتم طلي فراغات القالب الفولاذي بسخام الأسيتلين قبل عملية السباكة وذلك لتسهيل نزع المسبوكة من القالب، و إطالة عمر القالب. إن للقوالب الدائمة فترة حياة محدودة قبل الاهتراء. تتطلب القوالب المهترئة إعادة تشطيب أو استبدال. تبدي الأجزاء المسبوكة في القوالب الدائمة عادة زيادة 20% في مقاومة الشد، و30% في الاستطالة، مقارنة بمسبوكات القالب الرملي. تحتاج هذه القوالب فقط إلى طلاء منتظم. تستخدم هذه الطريقة من السباكة في تشكيل سبائك الحديد، والألمنيوم، والمغنسيوم، والنحاس.
أفران سباكة المعادن
انواع الافران المستخدمة في عملية سباكة المعادن:
1. فرن البوتقة
2. فرن الدست
3. الفرن القلاب
4. الفرن الدوار
5. فرن الحث الكهربى
6. فرن القوس الكهربى
فرن البوتقة :
هو عبارة عن فرن يدفن أكثر من نصفه تحت الأرض ، ويبطن جداره الطوب الحراري الذي يحتوي على نسبة 42% الومينا وتوضع بداخله بوتقة تصنع من مادة الجرافيت او الزركونيوم او السلمندر ويتوزع اللهب من خلال فتحة في الأسفل موصلة بجهاز نفخ (blower) يقوم بالتوزيع الحراري للهب داخل الفرن ويتميز هذا الفرن بالتوزيع الحراري الجيد نتيجة لشكله الدائري . ويعتبر هذا النوع من الأفران بطيئ جدا مقارنة بأنواع اخرى من الأفران ، لذا لا يستخد إلا في المعادن الغير حديدية وفي المسابك الصغيرة ذات الانتاج الضعيف . كما أن هذا النوع من الأفران لا يسمح بالتحكم في عناصر المعدن المنصهر ، ولا في درجات الحرارة
يستخدم هذا النمط من صهر المعادن في صب المسبوكات بعدد محدود ولصب قطع الغيار الغير متوفرة في الاسواق في الدول النامية .. ويستخدمه الفنانون في صب التحف المعدنية الصغيرة .. وفي العادة يكون في البدأ تحضير نموذج شمعي أو من الخشب السهل التشكيل أو من لدائن خاصة ،, ويعمل قالب رملي مخلوط بدبس التمرأو دبس قصب السكر أو مواد لاصقة شبيهه حيث يقوم الدبس بتقوية تماسك القالب ،ويتم تسخين القالب لتجفيف الرطوبة التي قد تفسد العمل ،, ويمكن عمل قالب من الحديد ليمكن استخدامه مرات متعددة .. ولكنه لا يصلح لسبك الحديد ..ويقوم الفنيون برش بودرة الفحم وبودرة الخشب أو زيت السيارات المحروق على القالب ليسهل نزع المسبوكة من داخل القالب .. وتستخدم ورش تشكيل الذهب نفس البوتقة ولكن بشكل صغير في حجم كوب القهوة ولكنهم يحولون السبائك الذهبية إلى أشرطة ذهبية يتم طرقها وسحبها وفردها بمكائن خاصة وبذا يتم تشكيل صفاح الذهب التي يقطعونها إلى الأشكال المطلوبة .. وفي مصر تتركز محال صهر المعادن من هذا النوع في حي السيدة بالقرب من محطة القطار .. ويقومون بسبك كل ما يخطر على بالك من قطع الغيار للسيارت عندهم ويمكن صب أجزاء مهمة من محركات السيارات أيضا ،,, وبهذه الطريقة يصبون قوالب المنتجات البلاستيكية بهذه الطريقة ويتم تشطيبها بشكل دقيق لانتاج السلع البلاستيكية .. ويعد فرن البوتقة هو أبو الصناعات المعدنية والزجاجية أيضا وعنه تطورت جميع الأفران وان كانت كل الأفران الأخرى تقدمت على هذا النمط بأشواط كبيرة.
فرن الدست :
فرن الدست هو اقدم انواع أفران صهر المعادن على الاطلاق، و يتكون فرن الدست من اسطوانه، مبطنة بالطوب الحراري، طويلة(6 – 11 متر )، شبه دائرية مرتكزه على قاعدة من الحديد الزهر باربعة ارجل من الصلب مفتوحا من اعلى و مزود ببابين من اسفل لادخال الفحم و فتحتين احدهما لاخراج المعدن المنصهر و الاخرى لازالة الخبث
ويستخدم عادة في صهر الحديد و المعادن الحديديه
و تحتوي شحنه الفرن على المعدن المراد صهره بالاضافه إلى فحم الكوك(8%-16%) و الحجر الجيري. في شكل طبقات حيث تستقر طبقه الكوك في الاسفل ثم طبقه المعدن ثم الحجر الجيري من اعلى
و يستخدم الهواء الذي يضخ من اسفل الفرن في اشعال الكوك
و تستخدم الحراره المتولده عن احتراق فحم الكوك في صهر المعدن. بينما يستخدم الحجر الجيري ليتفاعل مع الشوائب الموجوده في المعدن مكونا خبث يطفو على سطح المعدن بعد اتمام عمليه الصهر و يمكن ازالته. كما تساعد تلك الطبقه من الخبث على حمايه المعدن من الاكسدة
و يعد فرن الدست من أكثر الافران تلويثا للبيئه حيث ينبعث منه غازي أول اكسيد الكربون و رابع اكسيد الكبريت، و للتغلب على ذلك فان افران الدست تكون عادة مجهزه بانظمة تحكم في العادم لتحبس تلك الانبعاثات و تمريرها على خزانات من المياه لتنقيه العادم او عن طريق فلاتر.
رن القوس الكهربي :
تعتبر تقنية أفران القوس الكهربي من التقنيات الحديثة في انتاج الحديد والصلب حيث بدأ استخدامها في نهاية السبعينات وبداية الثمانينات من القرن الماضي.تعتمد التقنية على استخدام تيار كهربي ذو جهد فائق لصهر الحديد الأسفنجي الناتج من عملية الاختزال المباشر
بالرغم من انتشار هذه التقنية و بالرغم من مميزاتها الكثيرة إلا أن نسبة 32% فقط من مصانع الصلب في العالم هي التي تستخدمها بينما لا تزال نحو 65% من صناعة الصلب في العالم تتم عن طريق تقنية الفرن العالي والمحول الأكسجيني التي تعتمد اعتمادا كبيرا على الفحم وذلك لرخص تكلفته مقارنة بأسعارالكهرباء.
أنواع النماذج :
تستخدم النماذج فى أعداد قوالب السباكة ، وتستعمل المسابك أنواعا عديدة منها تصتع غالبا من الخشب ، كما انها قد تصنع من المعدن أو الجبس أو من اللدائن أو من أيه مادة أخرى مناسبة .
ويتوقف النوع المختار من النماذج على تصميم المسبوك وعدد المسبوكات المطلوب أنتاجها وطرق الانتاج فى المسبك الذى يتم فيه عمل المسبوك .
1- النماذج الخشبية :
ومن الاخشاب الشائعة فى الاستعمال التنوب والنوس والصنوبر الابيض والماهوجينى و أخشاب الاسفنديان والكمثرى والجزر . ويشترط أن تكون الاخشاب المستعملة جافة ومخزونة لمدة طويلة وأليافها مستقيمة ومندمجة ومسامها دقيقة ومعامل تمددها منخفض نسبيا .
تصنع النماذج الكبيرة مثلا من خشب التنوب ، بينما النماذج الصغيرة والدقيقة من خشب النوس والجوز ، كما يستعمل الماهوجينى أو الكريز عند صنع النماذج المتكررة الاستعمال .
2- النماذج المعدنية :
لا تستعمل النماذج المعدنية الا فى الانتاج الكبير ، لانها اكثر تكلفة من النماذج الخشبية .
تصنع النماذج المعدنية من حديد الزهر الابيض والرمادى والنحاس الاصفر والالومنيوم وسبائكه .
فالنحاس الاصفر صقيل ومقاوم للعوامل الطبيعية . لذا تكون نماذج النحاس الاصفر سهلة الاخراج من القوالب ومقاومة للصدأ عند تعرضها لرطوبة رمل المسبك . على حين يكون حديد الزهر قابل للصدأ الا ان معامل تقلصه صغير .
وقد اتسع بتقدم علم الفلزات استخدام الالومنيوم وسبائكه فى صنع النماذج المعدنية فى جميع ميادين انتاج المسبوكات وذلك للصفات المشجعة التالية :
1. خفة الوزن .
2. جودة الصفات الميكانيكية .
3. المقاومة الجيدة للتأكل .
4. قابلية التشغيل .
3- نماذج الجبس :
أدى أكتشاف الاسمنت الجبسى الى استعمال أنواع جديدة من النماذج تسمى نماذج الجبس أو الملاط . والاسمنت الجبسى مادة تتمدد عند تجمدها وتتمتع بمقاومة أنضغاط عالية . ويختلف عامل تمدد الاسمنت الجبسى بأختلاف الانواع المستعملة
