السباكة الرملية - تقرير عن ورشة السباكة

ورشة السباكة الرملية

السباكة الرملية sand casting

تعريف السباكة : هي عملية تشكيل معدن عن طريق صهره ثم صبه في قالب به فجوات ذات أشكال وأبعاد ، وعندما يجمد المعدن فإن المنتج يكتسب شكل الفجوة التي صب فيها ، ويسمى المنتج المشكل بالمسبوك .تنقسم الى:

1- تصميم وصناعة النماذج ، وتجهيز رمل المسبك:

2- تشكيل القوالب وتجفيفها

3- صهر وصب المعدن

4- اخراج المسبوكات وتنظيفها وفحصها

السباكة الرملية : تعتبر عملية السباكة الرملية هي عبارة عن العمود الفقري في الصناعة من ناحية صهرالمعادن وتشكيلها بواسطة السباكة في قوالب الرملية بالشكل المطلوب .

معدات السباكة الرملية :

1- القالب

2- الرمل

3- مسطرة التعديل

4- شفرة التنظيف

5- فرشة تعديل الرمل

صناعة النماذج: 

حيث يتم تصميمها وحساب السماحات المحتلفة ، حيث يحتاج الأمر لنموذج يحاكي شكله الخارجي شكل الجزء المراد انتاجه بالسباكة الرملية .

النموذج : هو جسم خشبي او معدني ( حسب كمية الانتاج ) ويستخدم لتشكيل فراغ في رمل القالب يماثل حجم وشكل المنتج ففي حالة انتاج 100 قطعة او اقل نستخدم نماذج خشبية -- وفي حالة انتاج اكثر من 100 قطعة نستخدم نماذج معدنية وقد تكون من الالومنيوم او الحديد الزهر

ويختلف النموذج عن المسبوك فيما يلي:
1- يكون حجم النموذج اكبر بمقدار معين وذلك لانكماش المعدن بعد تجمده ، وتسمي هذه الزيادة بسماحة الانكماش . ويعبر عن مقدار الانكماش كنسبة مئوية من مقاسات النموذج L = Lo ( 1+delta) حيثL الطول اللازم للنموذجLo طول الجزء المسبوكdelta نسبة الانكماش للمسبوك

2- سماحة التشغيل : حيث ان مقدار سماحة التشغيل يضاف علي الابعاد الخارجية ويطرح من الابعاد الداخلية

3- سماحات تكنولوجية : وهي سماحة السلبة وسماحة دوران الاركان ، لسهولة اخراج المسبوك من القالب الرملي دون انهياره ، وهي تتوقف على شكل النموذج وطريقة عمل القالب .. وتتراوح بين 0.25 - 1:

ملحوظة/ يجب تجنب انتاج نماذج بأركان حادة لان ذلك يؤدي الى انهيار الرمل

مزايا السباكة في قوالب السباكة الرملية مع الشرح:

فوائد السباكة

1- سهولة الحصول على مشغولات ذات اشكال هندسية بالغة التعقيد مما يوفر الوقت والجهد في عملية التشغيل بالقطع

2- تبسيط تصنيع المنتجات مجمعة ، وذلك بتشكيلها في قطعة واحدة

3- تناسب عمليات الانتاج الكمي ( وهو انتاج القطعة الواحدة انتاجا متماثلا متكررا بالجملة ) في زمن قصير .

4- امكانية تشكيل الاجسام المعدنية ذات الاحجام الكبيرة مثل : هياكل المضخات الكبيرة - التوربينات المائية.

5- الحصول على خواص ميكانيكية تجعل المعادن المشكلة لها الخواص الآتيةأ - اكثر قابلية للتشكيلب - امتصاص الاهتزازات كما في مسبوكات الزهر

6- يمكن الحصول عى منتجات خفيفة الوزن بصلادة مناسبة كما في سبائك المعادن الغير حديدية

.7- انتاج المعادن المختلفة كالصلب بجميع انواعه والزهر بجميع انواعه ومسبوكات المعادن الغير حديدية مثل الالومنيوم والنحاس وسبائكهما

.8- تجانس المعدن المشكل

9- انخفاض تكاليف الانتاج

عدد السباكة الرملية :

1-الغرابيل (غربيل)
2-المدكات (مدكة )
3-الموالج (مالج )
4-النماذج
5-فرش التنظيف
6-فرش التبليل
7-رشاش الماء
8-مطرقة بلاستيكية
9-شيش تنفيس
10-جاروفة
11-مسطرة التسوية
12-المشعل النفطي
13-مصبات

خواص رمل المسبك :

يجب ان تتوفر فيه الشروط التالية

1- سهل التشكيل : وهي قدرة القالب الذي يحتوي على الرمل على اتخاذ شكل النموذج والاحتفاظ بهذا الشكل عند سحب النموذج

2- نفاذية للغازات : ان يسمح للغازات والأبخرة المتكونة بالتسرب خارج القالب.

3- مقاوم للحرارة : حيث يجب ان يتحمل درجات الحرارة العالية

4- ردئ التوصيل الحراري : وذلك لتفادي التبريد السريع للمعدن المنصهر

5-  ان يحتوي على خليط من المواد المختلفة تعطي الخواص المطلوبة فعند اختيار الرمل يجب مراعاة ما يلي:

أ - نوع المعدن المراد سباكته

ب - نوع الرمل المستخدم .. اخضر أو جاف

ج - صفة الرمل المستخدم

د- قوة التماسك : وهي مقاومة القالب الرملي للضغوط الناتجة عن صب المعدن وهي تتوقف على شكل وحجم حبيباته ونسبة ما يحتوي عليه من المادة الرابطة

هـ - طول مدة الاستعمال : الحصول على اكبر عدد من المنتجات باستخدام نفس القالب

6- اقتصادي وغير مكلف

 أنواع الرمل :

1- رمل السيليكا : وهو عبارة عن الرمل الطبيعي ويحتوي علي كمية قليلة من الطمي التي تقوم بدور المادة الرابطة بين حبيبات الرمل ، ويمتاز بمقاومته للحرارة وتكاليقه القليلة

2- الرمل الصناعي : وهو رمل السيليكا مضاف اليه مادة رابطة بنسبة 4% ، ومن عيوبه انه يسبب المسامية الغازية

3- الرمل السيمنتي : وهو خليط من الرمل الطبيعي والاسمنت والماء ، ويتميز بالصلابة والمقاومة العالية .. ولابد من تجفيف القالب المصنوع من هذا الخليط للتخلص من الرطوبة


فرن صهر المعادن  يتكون من :-

1-الحوض (وهو عبارة عن اسطوانة حديدية مثبتة بالارض ومبطنة بالطابوق الحراري)

2-المنفاخ الكهربائي (مصدر الهواء المدفوع بواسطة محرك كهربائي بواسطة ماطورة )

3-خزان الوقود (ويكون على مرتفع عالي لزيادة شدة دفع الوقود السائل )


رمل السباكة : هناك انواع عديدة من رمل السباكة الرملية من اهمها :

1-الرمل الاخضر

2-الرمل الجاف


الخواص الطبيعية لرمل السباكة الرملية :

1-تحمل درجات الحرارة العالية .

2-قوة التماسك .

3-النفاذية .

4-سهولة التشكيل .

انواع الافران :-

1-الفرن الكبير : وهو الذي يشتغل على الكهرباء ودرجة حرارتة 1600 درجة مئوية .

2-الفرن الصغير : وهو الذي يشغل على الوقود السائل ودرجة حرارته اقل من 500 درجة مئوية .

انواع قوالب السباكه:

القالب تجويف يصنعه المصممون والحرفيون ويشكلونه بحسب شكل المنتج المراد الحصول عليه وأبعاده. تستخدم القوالب في عمليات سكب المعادن بعد صهرها, وكذلك في عمليات تشكيل المواد المعدنية أو اللدائنية (البلاستيكية). ويتكون القالب من جزأين أو أكثر، ويكون سطح الفصل بين جزأي القالب عادة أفقياً أو شاقولياً أو مركباً. تقسم القوالب بحسب الاستخدام إلى:

الشكل (1)

القوالب المستخدمة في السكب die casting 

الغاية منها سكب المعدن المصهور وإيصاله إلى جوف القالب عبر مجموعة تغذية حتى يمتلئ تماماً، وبذلك يأخذ المعدن شكل القالب وأبعاده، و بعد أن يتبرد المعدن ويتصلب يُنزع من القالب لإجراء الأعمال المتممة عليه. ويمكن تقسيم هذه القوالب إلى أنواع عدة لكل منها خصائصه واستخداماته وأهمها:

أـ القوالب الرملية ـ وقد عُرفت منذ زمن بعيد، وهي من القوالب التي لا تستخدم في السباكه إلا مرة واحدة, وبعد انتهاء السكب وتجمد المعدن يتلف القالب لإخراج المسبوكة فيه. تستعمل لتصنيع القوالب من هذا النوع نماذج خشبية أو معدنية. حيث يوضع النموذج ضمن ريزك (علبة محكمة السد) ويرص حوله رمل السباكة في القوالب المستخدمة فى السباكة بعملية تسمى »عملية الرك«. ويوضح الشكل (1) قالب رمل بعد أن سحب منه النموذج المطلوب سبكه، ويظهر في الشكل جزآ النموذج اللذان يشكلان تجويف القالب. يراعى أن يكون المقطع الأكبر للنموذج عند خط الفصل (السطح الفاصل) في القالب ليمكن نزع النموذج من القالب بسهولة من دون تهدم جدرانه أو انهيار جزء منها.

ب ـ القوالب القشرية ـ وهي قوالب رقيقة الجدران مكونة من رمل الكوارتز الناعم مضافاً إليه كمية من مادة رابطة نسبتها 5 ـ 6% وهي من الراتنج الصناعي (البكاليت). وهذه المادة الراتنجية الرابطة قابلة للانصهار عند تعرضها للحرارة, وبالتالي تقوم بتغليف حبيبات الكوارتز مكونةً قشرة متماسكة، وتسمح في الوقت نفسه بنفاذ الغازات جيداً. يضاف إلى الراتنج مواد مبلمرة لإكسابه خواصَّ تجعله قابلاً للتصلب بالحرارة. يستعمل راتنج الفينول ـ فورمالدهيد على نطاق واسع في تشكيل القوالب القشرية لأنه مقاوم للحرارة والرطوبة, وقوة تماسكه حين يتحد مع الرمل عالية، ويمكنه بوساطة إضافات من الهكسامين أن يتصلب بالتسخين تصلباً دائماً. تضاف بعض المواد المزّلقة مثل ستيرات الكالسيوم وستيرات الزنك إلى خليط الرمل والراتنج لتسهيل عملية سحب النموذج من القالب، ولتحسين جودة السطوح تضاف بعض المواد مثل غبار الفحم وكربونات الكالسيوم وغيرها.

الشكل(2)

لصنع القوالب القشرية تتبع الخطوات الموضحة في الشكل (2) يُسخن النموذج المعدني إلى درجة حرارة 200ـ300ْم ثم يرش عليه خليط من رمل الكوارتز والراتنج. تنصهر المواد الرابطة المختلطة بالرمل وتشكل طبقة منتظمة الشكل تراوح سماكتها تبعاً لفترة التسخين بين 4مم إلى 12مم. تقلب اللوحة ليسقط منها الرمل الفائض, ويبقى الغلاف القشري المتماسك. توضع اللوحة وعليها الغلاف القشري في فرن درجة حرارته 450ْم تقريباً مدة 3 إلى 5دقائق حتى يتصلب الغلاف. يتم تصنيع الجزء الثاني من القالب بالطريقة نفسها.
يمكن استخدام هذه القوالب لسكب معادن السباكة كافة, ﻓﻲ سبك سبائك الصلب والحديد الزهر، وسبائك النحاس وغيرها.

ج ـ القوالب المعدنية: وهي السباكة في قوالب دائمة تتحمل آلافاً عدة من عمليات الصب، يوضح الشكل (3) بعض نماذج القوالب المعدنية. يشترط في هذه القوالب أن تتحمل الإجهادات الحرارية الناجمة عن التبدل الحراري خلال عمليات صب المسبوكات مختلف المعادن وأنواعها ومعرفة السباكة؛ لذلك تصنع هذه الأنواع من القوالب من الحديد الزهر، أو من الصلب المتضمن نسبة من الكروم.

تقسم القوالب المعدنية بحسب طريقة الصب إلى:

ـ القوالب المعدنية التي تعمل بالثقالة ـ ويصب فيها المعدن عن طريق قنوات شاقولية ويتم بذلك سريان المعدن نتيجة قوة ثقالته. بعد أن يتجمد المعدن يفصل جزءا القالب وتنزع منه المسبوكة.

ـ القوالب المعدنية التي تعمل بالضغط ـ تصمم هذه القوالب بحيث تتحمل الضغوط العالية إذ، إن المعدن يتدفق إلى جوف القالب عند حقنه بسرعة كبيرة تصل إلى 60م/ثانية، وقد يصل الضغط إلى 500بار. يصنع القالب من نصفين متناظرين يثبت أحدهما على لوحة ثابتة تحمل المصب ويثبت النصف الثاني على لوحة متحركة تعمل بمكبس هدروليكي وتقوم بإبعاد نصفي القالب أحدهما عن الآخر عند مستوى الفصل. وتكون هذه القوالب عادة صغيرة الحجم وتستخدم للحصول على منتجات صغيرة رقيقة الجدران. تصنع مثل هذه القوالب من الفولاذ السبائكي الذي يحتوي على الكروم والتنغستين والكوبالت (s5.25%Cr,s45%W, s5%Co, s0.37%C, s ) وهي تمكن من الحصول على إنتاج كمي كبير، ودقة عالية للمنتج.
                                                                  الشكل (3)


ـ القوالب التي تعمل بالقوة النابذة (بالطرد المركزي) ـ يصمم القالب بطريقة تلائم الأجسام المطلوب إنتاجها،لذلك تعد هذه القوالب لإنتاج الأجسام الدورانية البسيطة والدورانية المجوفة كالمواسير والأسطوانات وإطارات عربات السكك الحديدية. يدور القالب بسرعة دورانية كبيرة، وتؤدي القوة الطاردة المركزية إلى قذف المعدن المنصهر وتوزعه في أرجاء القالب.

ـ القوالب المستخدمة في الحدادة: تتم عمليات التشكيل بوساطة المكابس أو المطارق بشكل حر أو ضمن قوالب معدنية. يتكون قالب الحدادة (الإسطمبة die forming) من جزأين، يثبت الجزء السفلي على السندان السفلي للآلة، ويرتبط الجزء العلوي بالمزلقة, وعند إطباقهما فإن الكتلة الأولية الموجودة ضمن القالب تملأ فراغه وتأخذ شكله متحولة إلى المنتج المطلوب. تستخدم الفجوات التحضيرية في معظم الأحيان لتتم عملية التشكيل بالتسلسل.
تصنع القوالب المعدنية بطرائق عدة بوساطة الفارزات، والحفر بالشرر، وتستخدم اليوم الفارزات المبرمجة التي تعمل بنظام CNC.

تطورت عمليات تشكيل القوالب تطوراً كبيراً، وصارت الشركات تنتج القوالب المعدنية عن طريق تلبيد الأذرة[ر] باستخدام تقنيات تشكيل النماذج السريعة RP الحاسوب وبتطبيق نظم CAD بأشعة ليزر. وقد انبثقت فكرة التشكيل السريع للنماذج في بداية الثمانينات من القرن العشرين وتم إجراء كثير من البحوث بهدف تطويرها. ويوضح الشكل (4) قالباً معدنياً تم تشكيله بطريقة التلبيد الانتقائي باستخدام أشعة ليزر لتلبيد الذرور المعدني. يوضح الشكل (5) مبدأ التلبيد الانتقائي، حيث يقوم الجهاز بفرش طبقة من الذرور على منصة متحركة، تُعرّض هذه الطبقة لأشعة ليزر التي تتبع في مسارها شكل الشريحة من رسم ثلاثي الأبعاد CAD، وعند الانتهاء من تلبيد هذه الشريحة تنخفض المنصة مسافة تساوي سمك الشريحة تقريباً (0.1مم) ويقوم الجهاز بفرش طبقة أخرى، وهكذا تتكرر العملية حتى يتم بناء القالب

الشكل (4)

الشكل (5)

لقد مهد تطور تكنولوجيا السباكة الرملية لعمل قطع الغيار و التصنيع بمساعدة الحاسوب الطريق لاستخدام التشغيل بالتحكم الرقمي وقد أسهمت هذه التقنيات المتطورة في زيادة الإنتاج ودقته وأتمتته، وفتحت آفاقاً واسعة للحصول على بنيات وتراكيب لمواد جديدة يصعب الحصول عليها بالطرائق التقليدية.

طريقة السباكة بالقوالب الرملية :
خطوات صناعة مسبوكة بطريقة السباكة الرملية الادوات المستخدمة فى السباكة الرملية هى مع الشرح

طريقة تجهيز القالب الرملي 

1- يوضع نصف الريزق السفلي على لوحة التشكيل ثم يوضع في منتصفه نصف النموذج السفلي
2- يتم رش ( نخل ) طبقة رقيقة من رمل المواجهة حوالي 2 سم حول نصف النموذج وتكبس باليد من حوله جيدا ثم يستكمل باقي الريزق برمل الساندة الخشن ثم يدك جيدا باستخدام الرملية .
3- يقلب الريزق بحيث يكون النموذج على السطح الى اعلي وتتم تسوية الاسطح والاحرف باستخدام التراولة ، ثم يوضع نصف الريزق العلوي مع التأكد من تركيب المفصلات جيدا ، ثم توضع المصبات ( مجرى الصب - فتحة النفس ) ة
4- يرفع نصفي الريزق ويوضعا بجوار بعضهما علي لوحة التشكيل ويتم رفع خابوري النفس والمصب
5- يتم خلخلة نصفي النموذك باحتراس ثم يرفعا من الرمل بواسطة الشوكة ويتم ترميم ما يهدم من القالب باستخدام المعدات اليدوية
6- يتم بواسطة الادوات اليدوية فتح مجاري التغذية الفرعية من فتحة المصب الرئيسي لفراغ النموذج حسب حجمه
7- يتم تحميص القالب في أفران تحميص خاصة بالقوالب الرملية
8- صهر المعدن وصبه
9- يترك المعدن الى ان يكون تجمد ويبرد القالب ثم يتم تكسير الرمل لاخراج المسبوك ،
10 - فحص المسبوكات : فهناك اختبارات اتلافية واختبارات غير اتلافية

 عيوب المسبوكات وكيفية تفاديها: 

1- الخطأ في التطابق : وهو عدم التطابق بين نصفي المسبوك في حالة المسبوكات المكونة من نصفينالعلاج / التحكم الجيد في صناعة النماذك والاغلاق المحكم لصندوق القالب

2- الانتفاخ : وهو عبارة عن اتساع الفراغ فالقالب الرملي بسبب الضغط من المعدن المنصهر السبب / عدم دك الرمل بشكل جيد او صب المعدن بصورة سريعة

العلاج / دك الرمل جيدا وعدم صب الرمل بسرعة



3- فجوات الانكماش : وهي الفراغ الناتج من تقلص المعدن خلال تجمده

العلاج / التصميم الجيد لفتحة التغذية من حيث الحجم والموضع بالنسبة للقالب



4- البخبخة : وهي عبارة عن ابخرة وغازات محبوسة داخل المعدن وهي ناتجة عن عدم وجود مسامية كافية في الرمل بسبب عدم اختيار عملية الدك المناسبة ، وقد تكون الفجوات داخلية او خارجية وذلك بالنسبة للمسبوكات ذات الاحجام الكبيرة

اسباب الفجوات:

أ - الرطوبة العالية والدك المفرط لرمل القالب

ب - ارتفاع كمية الغازات الناتجة في المعدن المنصهر

ج - عدم توفر التنفيس الجيد للقالب الرملي وعدم وضع فتحات التنفيس في المكان المناسب


5-السطح الخشن : نتيجة استعمال رمل خشن الحبيبات

للأطلاع على مواد الهندسة الميكانيكية بالتفصيل حسب المرحله الدراسية للطلاب يمكنكم التفضل بتحميل تطبيق الطالب الميكانيكي

او بالبحث من داخل سوق بلاي عن ( الطالب الميكانيكي )

.

تعديل المقال