السباكة

سباكه

Casting - Coulage

السباكة

السباكة casting أو الصب في قوالب، هي عملية الحصول على مسبوكات بسكب المعدن المصهور في تجويف قالب له شكل المنتج المطلوب تصنيعه، وبعد تجمد المعدن يتم استخراج المسبوكة من القالب. فالمسبوكات هي منتجات سباكة المعدن المنجزة بعملية مفردة من معدن مصهور من دون أي عملية من عمليات التشغيل الميكانيكي مثل الدرفلة أو التطريق. تعد السباكة من أسرع طرائق الإنتاج وأكثرها اقتصادية، وهي مهمة جداً في الصناعة. يوضح المخطط الهيكلي المبين في الشكل1 طرائق معالجة المعادن.

لا يزيد وزن أصغر المسبوكات التجارية على بضعة غرامات في حين يصل وزن الأثقل منها، وهي قوالب الصبة ingot إلى 160طن. وتحتاج هذه المسبوكات الكبيرة إلى ما يقارب الثلاثة أسابيع حتى تبرد.

لمحة تاريخية

تعد عملية السباكة من أقدم الحرف الأساسية التي استخدمها الانسان، وتعود إلى نحو 5000سنة قبل الميلاد، إذ استخدمت الأدوات المعدنية المسبوكة سهاماً وسيوفاً وقطع نقود، وبعض الأدوات المنزلية. كذلك أدت اهتمامات الإنسان الدينية إلى استخدام السباكة لصنع تماثيل الآلهة بطريقة السباكة بالشمع المفقود. وكانت معادن الذهب والنحاس والبرونز شائعة الاستخدام في البدء، وهنالك دلائل تبين اكتشاف معدن الحديد وتطويعه نحو 2000سنة قبل الميلاد، إلا أن استخدامه كان محدوداًجداً، وقد استمر استخدام السباكة في صنع الدروع والبنادق والعدد الحربية.

طرائق السباكة

الشكل (1) مخطط طرائق معالجة المعادن

هناك عدد من طرائق السباكة منها:

1 ـ طريقة السباكة بالقوالب الرملية: يُشكّل القالب في هذه الطريقة من رمل خاص بالسباكة يتمتع بخواص مناسبة من أجل سباكة المعدن ضمنه، ويستخدم القالب الرملي لعملية سباكة واحدة، ثم يُشكل قالب جديد من أجل إنتاج مسبوكة ثانية.

تقسم طريقة السباكة بالقوالب الرملية بحسب طريقة تشكيل القالب قسمين:

أ ـ طرائق تشكيل يدوية.

ب ـ طرائق تشكيل آلية.

2ـ طريقة السباكة بالقوالب المعدنية: تستخدم السباكة في القالب المعدني (من معادن مناسبة تتحمل درجات حرارة صب المعدن) من أجل الحصول على عدد كبير من المسبوكات، ويسمى هذا القالب بالقالب الدائم. تقسم طريقة السباكة بالقوالب المعدنية بحسب الضغط المستخدم على المعدن لإملاء تجويف القالب إلى:

أ ـ السباكة بالقوالب المعدنية بالثقالة الأرضية: هذه الطريقة مماثلة لطريقة السباكة بالقوالب الرملية، إذ يملأ تجويف القالب بتأثير وزن المعدن، إلا أن القالب المستخدم قالب معدني.

ب ـ السباكة بالضغط: تتم عملية السباكة هذه بدفع المعدن بقوة إلى داخل تجويف القالب المعدني. وتقسم السباكة بالضغط بحسب نوعية حجرة الضغط إلى:

ـ آلات الضغط ذات الحجرة الساخنة: تكون حجرة الضغط في هذه الآلات مغمورة ضمن المعدن المصهور، لذلك تستخدم هذه الآلات لسباكة المعادن التي لاتتفاعل مع معدن حجرة الضغط.

ـ آلات الضغط ذات الحجرة الباردة: تستخدم هذه الآلات للمعادن التي تتفاعل مع معدن حجرة الضغط، إذ يصب المعدن وهو بحالة عجينية (درجة حرارة المعدن بين التجمد والانصهار) ضمن حجرة الضغط ويدفع مباشرة بقوة إلى داخل تجويف القالب، وبذلك تتعرض حجرة الضغط لدرجة حرارة منخفضة نسبياً ولمدة زمنية قليلة مما يحمي معدن حجرة الضغط من التفاعل مع المعدن المسكوب.

3 ـ السباكة بقوى الطرد المركزي: تستخدم قوى الطرد المركزي الناشئة عن دوران القالب من أجل دفع المعدن بقوة لإملاء تجويف القالب الذي قد يكون رملياً أو معدنياً.

تقسم السباكة بقوى الطرد المركزي بحسب محور دوران القالب قسمين:

أ ـ سباكة بقالب محور دورانه شاقولي: تستخدم لإنتاج التروس (المسننات).

ب ـ سباكة بقالب محور دورانه أفقي: تستخدم لإنتاج الأنابيب وذلك من دون استخدام نواة ضمن القالب.

4 ـ طريقة السباكة المستمرة ونصف المستمرة: يتم بهذه الطريقة سكب المعدن ضمن قالب معدني شاقولي مبرد بالماء ومغلق من الأسفل بسدادة معدنية، فيتجمد المعدن على السدادة وتتجمد قشرة المعدن الملامسة لجدران القالب المبردة. تسحب السدادة والمسبوكة الناتجة بسرعة معينة بوساطة درافيل سحب، ويستمر صب المعدن ضمن القالب بسرعة مناسبة فيتم الحصول من القالب على المسبوكة المطلوبة التي تأخذ شكل قضيب مستمر ذي مقطع دائري أو مربع أو مسدس أو غيره. تقطع المسبوكة الناتجة إلى الطول المطلوب وتستخدم عادة هذه المسبوكات من أجل عمليات التشغيل اللاحقة، وخاصة من أجل الدرفلة. يتم إنتاج الصفائح المعدنية بالطريقة السابقة نفسها، ولكن بالاستعاضة عن القالب المعدني بدرفيلين مبردين يصب المعدن في فراغ مساوٍ لسماكة الصفيح المراد إنتاجه بين الدرفيلين. أما طريقة السباكة النصف مستمرة فمماثلة لطريقة السباكة المستمرة، وإنما يتم إنتاج مسبوكة واحدة بالعملية وتكرر من جديد لإنتاج مسبوكة ثانية. تستخدم هذه الطريقة لإنتاج المواسير ذات الأقطار الكبيرة.

5 ـ طرائق السباكة الدقيقة: ومنها:

أ ـ طريقة السباكة بالقوالب القشرية: يسهم في إنتاج المسبوكات الرملية فقط قشرة رملية رقيقة ملامسة لسطح المسبوكة، لذلك استخدمت هذه الطريقة بتشكيل قشرة من الرمل الجيد النوعية الغالي الثمن حول تجويف المسبوكة (الرمل القشري المستخدم هو رمل حراري من مادة رابطة تتصلب حرارياً)، ويصب المعدن المصهور ضمن التجويف الموجود في القشرة الرملية.

ب ـ طريقة السباكة بالشمع المفقود: وهي طريقة القالب الكامل، إذ يصنع النموذج الخاص بشكل المسبوكة مع نظام صب المعدن من شمع خاص، ويصب فوقه القالب المكوّن من مادة حرارية أو يشكّل حوله قشرة من مادة حرارية سيراميكية، ثم يعرض القالب أو القشرة إلى حرارة، بحيث يذوب الشمع ويسيل خارج القالب، ويصب المعدن في الفراغ المتشكل. تستخدم طريقة السباكة بالشمع المفقود من أجل إنتاج القطع الفنية (التماثيل) ولإنتاج قطع محركات الطائرات النفاثة المصنعة من الخلائط الفائقة المتانة.

ج ـ طريقة السباكة بالنموذج المتبخر: وهي طريقة القالب الكامل أيضاً، ولكن يصنع النموذج الممثل لشكل المسبوكة من مادة البوليسترين، ويطلى بمادة حرارية مناسبة، ويحاط برمل حراري حر (لايحتوي على مادة رابطة)، ويرص الرمل بالاهتزاز. يُصب المعدن فوق النموذج الذي يتبخر ويحل مكانه المعدن المصبوب، وتستخدم التخلية على القالب من أجل سحب نواتج الاحتراق ولضمان حسن امتلاء القالب بالمعدن المصبوب.

مراحل السباكة

الشكل (2) تسلسل عملية السباكة الرملية

تستخدم عمليات الصب في قوالب رملية لإنتاج معظم المسبوكات، لذلك يعد هذا الأسلوب من أوسع أساليب صب المعادن انتشاراً مهما كان نوع المعدن المصبوب في قوالب الرمل، يُمكن تسمية المنتجات الحاصلة بمنتجات الرمل.

يستخدم الصب في قوالب رملية عندما يطلب إنتاج عدد معين متكرر من المصبوبات أو قطعة واحدة معقدة الشكل أو كبيرة الحجم. ويمكن تقسيم المراحل الأساسية لإنتاج المسبوكات بالطريقة التقليدية بالقوالب الرملية خمس مراحل، وتطبق هذه المراحل على معظم طرق السباكة وذلك مع تغييرات طفيفة. يبين (الشكل2) مراحل إنتاج المسبوكات بالطريقة التقليدية بالقوالب الرملية، وإن الإستثناء الكبير هو طريقة السباكة الدائمة بالقوالب المعدنية التي لا يستخدم فيها النموذج ويستعاض عن القالب الرملي بالقالب المعدني الدائم.

المراحل الخمس لإنتاج المسبوكات باستخدام القوالب الرملية هي:

1ـ صنع النموذج وصندوق النواة pattern & core box making: تصمم وتحضر النماذج في قسم تحضير النماذج، وذلك تبعاً لرسومات النموذج الموضوعة في قسم الرسم، وتبعاً لطريقة القولبة المستخدمة، ويمكن أن تختار مادة النموذج من مختلف المواد المتوافرة. يعتمد اختيار مادة النموذج على عدد المسبوكات المطلوب إنتاجها، وعلى إمكانية إعادة الإنتاج، والإنهاء السطحي المرغوب للمسبوكة. كما يصنع في قسم صنع النموذج صناديق النواة وكل الأدوات المساعدة الأخرى.

2ـ إعداد القالب وصنع النواة mould & core making: يتم إعداد القالب بكبس مادة لدنة كالرمل الناعم الرطب حول النموذج الموضوع ضمن الريزك، ومن ثم يرفع النموذج ليتشكل مكانه بالرمل فجوة تماثل شكل المسبوكة المطلوب تصنيعها. تحضر كذلك النوى بشكل منفصل في صناديق النوى وتجفف القوالب والنوى من أجل تحقيق المتانة العظمى لكل منها. توضع النواة بعد ذلك في مكانها ضمن القالب حيث تستند إلى طبعة حمالات النواة الموجودة في رمل القالب، ويتم إنهاء القالب وقفله من أجل الصب، تتم عملية إعداد القالب إما يدوياً أو بمساعدة الآلات وهذا يعتمد على المردود المطلوب. ومن المهم جداً التصميم المناسب للقالب، وكذلك تصميم نظام الصب من أجل الحصول على مسبوكات سليمة مصمتة (لا تحتوي على فجوات داخلية)، ويوضح الشكل3 تفاصيل هذه العمليات.

أـ المسبوكة   ب ـ النموذج   ج ـ الريزك السفلي   د ـ الريزك العلوي   هـ ـ النواة الرملية و ـ القالب مجمع من أجل الصب  عَ ـ نصف النموذج السفلي ع ـ نصف النموذج العلوي الشكل (3) مراحل إنتاج مسبوكة اسطوانية

3ـ الصهر والصبmelting &casting : يتم في هذه المرحلة إعداد المعدن بالتركيب الكيميائي الصحيح وذلك بالاختيار الأمثل لشحنة فرن الصهر من المواد الأولية «الخردة» scrap ومن مساعدات الصهر flux، وتصهر شحنة المعدن في الفرن المناسب ثم ينقل المعدن المنصهر بالبواتق إلى مكان القوالب ويصب فيها ويترك حتى يتجمد ويبرد بعض الشيء ضمنها، ثم ترفع المسبوكة من القالب بتحطيم القالب الرملي. وترسل المسبوكات بعدئذ إلى قسم التنظيف.

4ـ التنظيف fettling: لا تصلح المسبوكات الناتجة من القوالب للاستخدام المباشر إذ يتصل مع هذه المسبوكات نظام الصب إضافة إلى «روايش» (كُسارة) وبعض الرمل الملتصق على سطحها، لذلك فإنها ترسل إلى قسم التنظيف. حيث يقص نظام الصب عن المسبوكة وتزال «الروايش» والرمل الملتصق على سطحها، كذلك تتم المعالجات الحرارية المناسبة على المسبوكات التي قد تحتاج للمعالجة الحرارية وذلك تبعاً للمواصفات المطلوبة من المسبوكة.

5 ـ فحص المسبوكات inspection of casting: تنقل المسبوكات إلى أماكن اختبارها بعد تنظيفها وقبل تسليمها للمستثمرين حيث تُفحص وتختبر جودتها للتأكد من خلوها من العيوب والصدوع وتحقيقها للمواصفات المطلوبة.

التطبيقات الحديثة في السباكة

كانت السباكة طوال مدة طويلة من الزمن تعتمد اعتماداً قد يكون كلياً على العمل اليدوي، إلا أنه في العقدين الأخيرين من القرن العشرين أمكن إجراؤها بالوسائل الميكانيكية بدرجة متزايدة وبكفاءة أعلى، وتطورت طرائق سباكة حديثة منها: طريقة الصب مع التبريد المفاجئ وطريقة استخدام الماء الزجاجي، وثاني أكسيد الكربون، وطرائق الصب بالضغط والشمع المفقود والقوالب القشرية والصب بالتفريغ والنموذج المتبخر وغيرها.

وإضافة إلى ذلك، تطورت طرائق إصلاح الرمال وإعادة استعمالها، باستخدام مراكز تحضير وإصلاح الرمال، وشاع استعمال التجهيزات النصف آلية والآلية في صناعة القوالب الرملية واستخدام الخطوط الإنتاجية في إخراج المسبوكات من القوالب وتنظيفها. كذلك تطورت عمليات صناعة النماذج تطوراًكبيراً باستخدام نظم التصميم والرسم بمساعدة الحاسوب والتصنيع.

وقد أدخلت البرامج الحاسوبية على عمليات التحكم بجميع عمليات السباكة بدءاً من عمليات الصهر والصب والمراقبة وغيرها.

مازن يعقوب

القولبة ـ القولبة بالدوران.

- JOHN CAMPBELL, Casting (Butterwerworths Heinemann Ltd, Great Britain 1993).

- Metals Handbook Forging & Casting (American Socity For Metals, Vol.5, U.S.A. 1990).

- P. R. BEELEY, Foundry Technology (Butterwerworths, Great Britain 1980).

التصنيف : الصناعة

المجلد: المجلد العاشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 666

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية