فريق تشكيل وتجميع القطع الرياحة في شركة أونجارد يفتخر بناءً على أكثر من عقدين من الخبرة في صب أكثر من عشرة آلاف قطعة من قطع صناعات تصنيع الآلات- صناعة السيارات- صناعة القوالب- النفط والغاز والبتروكيماويات- الصناعات الطاقة- صناعات الأسمنت ومعالجة المواد المعدنية في خدمتكم أيها الصناع المحترمون، حيث يقدمون خدماتهم لكم بأعلى جودة وأفضل سعر.

لاختيار أنسب طريقة للسباكة، يجب مطابقة النقاط التالية مع متطلباتنا:

1- جودة السطح

2- الدقة الأبعادية

3- عدد القطع المسبوكة

4- نوع النموذج والنواة

5- تكلفة تصنيع القالب

6- القيود الموجودة بسبب نوع المادة المختارة

إحدى الطرق الشائعة لتشكيل القوالب في صناعات السباكة هي السباكة في القوالب الرملية، والتي تُستخدم أيضًا في شركة أونجارد، وسنقوم فيما يلي بدراسة هذا الموضوع.

في طريقة السباكة، يتم تسخين المادة الصلبة القابلة للانصهار ثم تُصب في تجويف أو قالب مجوف حتى تأخذ الشكل المطلوب بعد تجمُّدها. ونتيجة لذلك، يمكن في مرحلة واحدة إنتاج أي شكل متنوع أو معقد من أي معدن قابل للانصهار. نطاق وزن وأبعاد القطع القابلة للإنتاج بطريقة السباكة واسع جداً، حيث يشمل من قطعة صغيرة بحجم ميليمتر واحد ووزن أقل من غرام واحد إلى قطع كبيرة تزن عدة أطنان وبأبعاد تصل إلى عدة أمتار.

تتميز عملية السباكة بمزايا كبيرة في تصنيع القطع ذات الأجزاء المجوفة، الأشكال المعقدة، القطع ذات التجاويف الداخلية، القطع كبيرة الحجم، القطع ذات الأسطح المنحنية وغير المنتظمة، والقطع المصنوعة من معادن يصعب تشغيلها ميكانيكياً.

السباكة في الرمل Sand Casting

في هذه الطريقة، يتم خلط حبيبات المواد المقاومة للحرارة (مثل السيليكا) بكميات صغيرة من مواد أخرى مثل الطين، والمادة الرابطة، والماء، ثم تُضغط حول النموذج الذي يحمل شكل القطعة المطلوبة.

في الوقت الحاضر، تُنفذ عملية التصميم في العديد من الصناعات مثل السباكة وتصميم النماذج، وصناعة السيارات، والطيران، والإلكترونيات وغيرها من خلال الحاسوب. تتيح هذه الطريقة لشركات التصميم أن تقوم في بداية المشروع بتصميم النموذج المطلوب، ثم محاكاته وفحصه، وفي حال الموافقة على النموذج، يتم إنتاجه واستخدامه.

خصائص السباكة في الرمل

لا توجد تقريبًا أي قيود على الشكل أو الحجم أو الوزن أو التعقيد، ويمكن صب أي نوع من المعادن.

التسامح والأداء السطحي ليسا بجودة طرق السباكة الأخرى، وغالبًا ما تكون هناك حاجة إلى بعض التشغيل الميكانيكي.

الخصائص الرئيسية للرمل المستخدم في السباكة الرملية

1- القوة في الحالة الجافة (Dry Strength)

2- القوة في الحالة الرطبة (Green Strength): القوة القصّية والانضغاطية في الزوايا

3- القوة في الحالة الحرارية (Hot Strength): يصل القالب بسرعة إلى درجة حرارة عالية، وعند فقدانه للرطوبة يجب ألا يفقد شكله، لأن ذلك يؤدي إلى التشقق، التفتت، الزوائد، الزعانف والخطوط.

4- نفاذية الغازات (Permeability): يجب أن تخرج الغازات الناتجة عن الطلاء والمواد الرابطة والهواء داخل القالب، ويتعلق ذلك بتدرج حبيبات الرمل، وشكلها، ونسبة الرطوبة، والمادة الرابطة، ومدى الدكّ.

5- الثبات الحراري (Thermal Stability): يجب أن يكون معامل التمدد الحراري منخفضًا وأن يحتفظ بأبعاده.

6- مقاومة الحرارة (Refractoriness): يجب أن تكون مواد القالب مقاومة للحرارة وألا تتغير حالتها أو تحترق أو تنصهر.

7- قابلية التشكيل (Flowability): تعتمد على حجم الحبيبات ومقياس المش (mesh).

8- جودة السطح النهائي (Produces Good Casting Finish): تعتمد على الخصائص الفيزيائية لحبيبات الرمل.

9- القابلية للانهيار (Collapsibility): تعتمد على نوع وكمية المادة الرابطة المستخدمة.

10- إمكانية إعادة الاستخدام (Reusable)

11- سهولة التحضير والتحكم

12- قدرة التبريد (Remove Heat)

رمل السيليكا
رمل الكروميت
رمل الأوليفين
رمل الزركون
رمل الشاموت

التركيب الكيميائي لرمل السيليكا هو SiO₂، ويُعد أحد أكثر أنواع الرمال استخدامًا وتوفرًا في صناعة السباكة. يُستخدم عادة الرمل الناعم لإنتاج القطع الصغيرة الحجم، ومع زيادة حجم القالب يُستخدم الرمل الخشن لزيادة قوة الشد وتحمل الضغط العالي وزيادة متانة القوالب. في معظم عمليات السباكة الرملية، يُستخدم رمل السيليكا نظرًا لوجوده الوفير في الطبيعة وسهولة الحصول عليه وتكلفته المنخفضة. لإزالة الرطوبة في القوالب الحساسة، يقوم بعض المسبِكين بوضع القوالب الرملية في فرن تجفيف قبل عملية الصب بساعات، ليتم تجفيفها تمامًا. القوالب الرملية الجافة تكون أكثر متانة من القوالب الرطبة، وتتميز بدقة أبعاد أعلى. الجدير بالذكر أن درجة مقاومة رمل السيليكا للحرارة تصل كحد أقصى إلى 1730 درجة مئوية.

نوع الرمل	التركيب الكيميائي
نوع الرمل	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
رمل السيليكا عالي الجودة	98	1.1	0.05	0.11	0.02	0.65	0.07
رمل السيليكا العادي	85	10	2	1	0.5	0.75	0.5
رمل السيليكا الأحمر منخفض الجودة	78	10	–	2.4	1.8	3.1	0.2

الكروميت بالإنجليزية: (Chromite)، هو أكسيد الكروم والمغنيسيوم والحديد بصيغة كيميائية عامة (Fe,Mg)Cr₂O₄ ويُعتبر الكروميت المعدن الوحيد للكروم في الطبيعة. أهم استخدامات الكروميت تكمن في إنتاج عنصر الكروم لاستخدامه في صناعة سبائك الصلب الخاصة. من الاستخدامات الأخرى للكروميت في صناعة السباكة هو استخدامه على شكل رمل كروميت، الذي يُستخدم بشكل شائع في صب القطع الفولاذية. يتميز رمل الكروميت بخصائص مثل التوصيل الحراري العالي، والتبريد السريع، والمقاومة العالية للحرارة، ومعامل التمدد المنخفض (تغيير الحجم الطفيف عند تغيير درجة الحرارة)، مما يساعد على الحفاظ على شكله. نظرًا لعدم تفاعله الكيميائي وكونه مادة محايدة، يمكن استخدام مجموعة واسعة من المواد الرابطة (الرزن) معه. لهذا السبب، وبفضل مزاياه المذكورة، وكذلك توفره وتقليل المشاكل أثناء عملية السباكة وصناعة القطع، فإنه يحظى بمكانة خاصة بين صانعي السباكة.

تصنيف حبيبات رمل الكروميت

تصنيف حبيبات رمل الكروميت للاستخدام في الصناعات يتراوح بين 0.7-0.2 ملم (رمل ناعم)، 3-0.7 ملم (رمل متوسط الحجم) وأعلى من 3 ملم (رمل خشن)، ويعتمد ذلك على الاستخدام ونعومة السطح. يجب أن تكون حبيبات رمل الكروميت ذات شكل كروي لتمكين خروج الغازات من القالب أثناء الاستخدام. إذا كانت الحبيبات حادة وغير كروية، فإن الالتصاق بين الحبيبات يقل، مما يؤدي إلى ظهور عيوب مختلفة في القطعة المصبوبة.

تصنيف درجات رمل الكروميت

رمل الكروميت يتوفر عادة في ثلاث درجات B ، A و C كما يلي:

الدرجة A تتكون من الكروميت ذو الكروم العالي مع نسبة كروم إلى حديد 2.5 والكروم يحتوي على درجة نقاء أعلى من 64٪.
الدرجة B تتكون من الكروميت مع نسبة كروم إلى حديد تتراوح من 2.5 إلى 1.8، والكروم يحتوي على درجة نقاء من 64٪ إلى 56٪.
الدرجة C تتكون من الكروميت ذو الحديد العالي (High Fe) مع نسبة كروم إلى حديد 1.8، والكروم يحتوي على درجة نقاء من 55٪ إلى 50٪.

أهم خصائص رمال الكروميت هي:

ثبات حراري عالي
خصائص مقاومة عالية للحرارة
عدم التأثر بالمعدن المنصهر
مقاومة عالية لاختراق المعدن المنصهر
ثبات كيميائي جيد
درجة انصهار 2150 درجة مئوية

رمل أوليفين نظرًا لامتلاكه نقطة انصهار وزيتر عاليين، وفقدان حراري منخفض، ومقاومته للصدمات الحرارية، يُستخدم في صناعة الفولاذ والصناعات المقاومة للحرارة. الجزء الرئيسي من هذا الرمل يتكون من Mg₂SiO₄ (فورستريت) وكمية أقل من Fe₂SiO₄ (فايليت). يتم استخدام رمل أوليفين EBT كرمل لقاعدة فتحة فرن القوس الكهربائي. رمل أوليفين مناسب لصب أنواع الفولاذ بما في ذلك الحديد الزهر المرن والحديد الزهر الرمادي، وله مزايا عديدة في صب التركيبات غير المعدنية. هذا النوع من الرمل، بفضل سطحه الأملس، يحظى بمكانة خاصة في إنتاج القطع المصبوبة من فولاذ المنغنيز.

أوليفين

اسم أوليفين مشتق من لونه الأخضر الزيتوني. كان “بريدوت” هو الاسم القديم لأنواع أوليفين. التركيب الكيميائي العام للأوليفين هو Mg₂SiO₄. أوليفين الذي يحتوي على مغنيسيوم يظهر بلون أخضر مائل إلى الأصفر أو الزيتوني، بينما أوليفين الذي يحتوي على الحديد يظهر بلون أخضر مائل إلى البني. تتراوح صلابتها بين 7 و 6.5.

بيئة تكوّن الأوليفين

الأوليفين هو معدن شائع نسبيًا في الصخور النارية الداخلية والخارجية القاعدية والألترا قاعدية مثل الجابرو، البازلت، البيريدوتيت والدونيت. الدونيت هو نوع من الصخور يتكون 95٪ منها من أوليفين. الصخور الدونيتية، وهي الأكثر أهمية من الناحية الاقتصادية لإنتاج الأوليفين، تظهر عادة مع المجمعات الألترا قاعدية مثل مجمع بوشفيلد، اسكارجارد، والدايك الكبرى في زيمبابوي أو مع مجموعات أفوليتية. يُلاحظ الأوليفين أيضًا على شكل حبيبات زجاجية في النيازك. في حال تعرضه للتحول، يتحول الأوليفين إلى معادن مجموعة السربنتين مثل الكريزوتيل، المنيزيت وأكسيد الحديد.

استخدامات الأوليفين

يتم استخدام الأوليفين بشكل واسع في صناعات السيراميك المقاومة للحرارة. نظرًا لنقطة انصهاره العالية (1890 درجة مئوية)، وقدرته الممتازة على التوصيل الحراري، وحرارته العالية، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، يُستخدم كعنصر رئيسي في رمال السباكة. ميزة أخرى للأوليفين هي أنه لا يشكل خطرًا على الصحة مثل الرمال السيليكا، مما يقلل من خطر الإصابة بمرض السيليكا. كما أن الأوليفين يُستخدم في الصناعات التي تتطلب صلابة تتراوح بين 7 و 6.5، مثل صناعات غسل الرمال.

استخدام آخر للأوليفين هو إنتاج الخبث في عملية تصنيع الفولاذ من الحديد بدلاً من استخدام الجير والدولوميت. من بين استخدامات الأوليفين الأخرى يمكن الإشارة إلى صناعة الطوب المقاوم للحرارة. الكثافة العالية للأوليفين هي السبب في استخدامه كقاعدة في منصات النفط في بحر الشمال، وكذلك لتغطية الأنابيب البحرية. القاعدة تتكون من الحجارة ذات الزوايا الحادة التي توضع عليها خطوط السكك الحديدية.

دول منتجة للأوليفين في العالم

إسبانيا والنرويج هما أكبر منتجين للأوليفين في العالم. وتوجد أهم وأكبر احتياطيات من صخور الدونيت ورمال الأوليفين في دول مثل السويد، روسيا، أستراليا، اليابان، نيوزيلندا، زيمبابوي، جنوب أفريقيا، أمريكا، كاليدونيا الجديدة، إيطاليا، اليونان، الهند، البرازيل وكندا.

رمل الزركون يتميز بتركيبه الكيميائي (ZrO2.SiO2) ويستخدم كرمل ذو نقطة انصهار عالية جدًا في بعض القوالب. الزركون يوجد في الطبيعة مع السيليكا. يحتوي رمل الزركون على تركيز يتراوح بين 40 إلى 50 بالمائة.

رمل الزركون يتمتع بخصائص التمدد الحراري، حيث أن معامل التمدد الحراري لرمل الزركون أقل من رمل السيليكا، مما يجعله مناسبًا لصناعة المواد القوالب، الطوب، وهياكل الأفران. القدرة على تحمل درجات الحرارة لرمل الزركون عالية، مما يعطيه خصائص مقاومة للحرارة العالية، وبالتالي فهو يستخدم في صب المعادن ذات درجة انصهار مرتفعة (نقطة انصهاره أعلى من 2400 درجة مئوية ودرجة التلبد حوالي 2000 درجة مئوية). التوصيل الحراري لرمل الزركون حوالي 4 مرات أكثر من رمل السيليكا، مما يجعله يبرد بشكل أسرع. يحتوي على كثافة 4.75 جرام لكل سنتيمتر مكعب، وهي تقريبًا ضعف كثافة رمل السيليكا، وهو ما يعد ميزة لأنه يزيد من وزن القالب ويعادل جزءًا من قوة المعدن المنصهر.

من الخصائص الأخرى لرمل الزركون هو وجود حبيبات منتظمة وكروية وعدم امتصاصه من قبل المعدن المنصهر (عدم احتراق الرمل) وعدم ميله للتفاعل الكيميائي مع معظم المعادن. وإذا كان الخبث أو المعدن المنصهر يحتوي على مواد قد تسبب تآكل في جدار الفرن، فإن هذا الرمل مقاوم ومناسب لذلك.

رمل الشاموت يتكون من التركيبة الكيميائية (3Al2O3.SiO2) ويعد مناسبًا للأجزاء السميكة والكبيرة ويتم الحصول عليه من تكوير الطين. ميزة هذا الرمل مقارنةً بالسيليكا هي اتساقه وقلة تغير حجمه نتيجة تغير درجات الحرارة. ولأنه يدخل في التفاعلات الكيميائية في وقت لاحق ويلتصق بسطح القطعة بشكل طفيف، فإنه يستخدم في صب الفولاذ. يتمتع هذا الرمل بدرجة انصهار تتراوح بين 1750-1670 درجة مئوية، وكلما زادت نسبة Al₂O₃، كان ذلك أفضل. يُستخدم رمل الشاموت في صب الطوب وأجسام الأفران.

من بين الرمال التي تحدثنا عنها، رمل السيليكا ذو النقاء العالي هو الأكثر استخدامًا في عمليات تشكيل القوالب الرملية. بعض الدول مثل ألمانيا وبلجيكا وهولندا وفرنسا لديها رمال عالية الجودة SiO2=99.8%، ولكن دولًا أخرى مثل إيطاليا واليابان، لعملية صب الحديد والفولاذ بجودة عالية، يجب أن تستورد الرمال.

من البديهي أنه عند استخدام الرمال التي تحتوي على كميات أكبر من أكاسيد القلويات (K₂O، CaO، Na₂O، و MgO)، يتطلب الأمر مزيدًا من عوامل الخبز الحمضية.

من مزايا رمال السيليكا المستخدمة في هذه الصناعة: رخص ثمنها، توافرها في درجات مختلفة، توافقها مع أنواع متعددة من المواد اللاصقة الكيميائية، مقاومتها الحرارية والكيميائية الكافية عند تماسها مع المعادن المنصهرة، وإمكانية صنع قوالب ومفاعلات بأبعاد مختلفة.

جميع الراتنجات الفينولية، الفينولية-يورتان، الفوراني وكربونات الصوديوم تُستخدم في صناعات الصب تحت اسم لاصق. يجب أن تتمتع الراتنجات المناسبة كلاصق ومواد لربط الرمال في هذه الصناعة بالخصائص التالية:

– وقت خبز قصير

– سعر مناسب

– استقرار أبعاد عالي

– صلابة وخصائص ميكانيكية مناسبة للمفاعلات

– جودة سطح عالية للصب

– انهيار مناسب للقالب أو المفاعل

يتم تحضير الراتنج الفينولي بناءً على النسبة المولية للفورمالديهايد والفينول، وبناءً على نوع المحفز المستخدم في التفاعل بين هذين الجزيئين، والذي قد يكون قاعديًا أو حمضيًا، على شكلين هما “ريزول” و “نوالاك”. يتم خبز راتنج ريزول بدون وجود عامل خبز، فقط باستخدام الحرارة (على الرغم من أن وجود المحفز يسرع من عملية الخبز). بينما نوالاك هو راتنج لين حراريًا، ويتطلب وجود عامل خبز هكسامينا للتشكل الشبكي.

التركيب الكيميائي للراتنجات الفينولية-يورتان، وكربونات الصوديوم موضح بشكل مختصر في الشكل أدناه.

أنواع المواد اللاصقة المستخدمة بناءً على طبيعتها:

1- المواد اللاصقة العضوية

2- المواد اللاصقة المعدنية

أنواع المواد اللاصقة المستخدمة بناءً على التصلب والتفاعل الذاتي:

1- القابلة للذوبان في الماء أو المائية

2- غير القابلة للذوبان في الماء أو غير المائية

المادة اللاصقة المثلى والجيدة تقوم بربط حبات الرمل مع بعضها البعض وتزيد من قوة القالب واللب في الحالة الجافة والرطبة ويجب أن توفر الشروط التالية:

1- أثناء تحضير خلطات اللب أو القوالب يجب أن تنتشر بشكل متساوٍ على أسطح الرمل الأساسية.

2- توفير قوة مناسبة للخلطة الرملية في الحالة الجافة والرطبة.

3- منح القابلية المثلى والكافية للخلطة بحيث تكون قادرة على ملء جميع أجزاء القالب.

4- الحد الأدنى من الالتصاق اللازم على سطح النموذج وصندوق اللب.

5- القدرة على تجفيف القالب واللب بسرعة وعدم امتصاص الرطوبة بواسطة الخلطة.

6- إنتاج الحد الأدنى من الغاز عند صب السبائك.

7- عدم تقليل قدرة الرمل على تحمل الحرارة العالية.

8- إمكانية تدمير اللب بسهولة بعد الصب.

9- لا تكون ضارة بالأشخاص الذين يقومون بتحضير خلطات القوالب واللب، ولا تولد غازات سامة.

10- يجب أن تكون رخيصة ومتوفرة.

اللاصقات المستخدمة في صناعة اللب متنوعة وواسعة للغاية، وهناك العديد من الأنواع، وكل نوع منها يضاف إلى الرمل للحصول على خصائص معينة. معظم اللاصقات المستخدمة في صناعة اللب (والتي تستخدم في العديد من الحالات أيضًا في صناعة القوالب) تصبح غير قابلة للاستخدام مرة أخرى بعد الاستخدام الأول بسبب التغيرات الهيكلية. يمكن تقسيم اللاصقات المستخدمة في صناعة اللب إلى أربع مجموعات:

1- اللاصقات التي تتصلب عند التجميد:

الماء هو المادة اللاصقة الوحيدة التي تستخدم في عمليات الصب في هذه الفئة. في القطع التي تم صنعها في روسيا باستخدام هذا النوع من اللاصقات، تم الادعاء بأنه يتم إزالة التجاويف الداخلية في القشرة باستخدام لب مجمد.

2- اللاصقات التي تتصلب في درجة حرارة الغرفة:
من هذه النوعية يمكن ذكر سيليكات الصوديوم، وسيليكات الكالسيوم والألومنيوم المزدوجة، أو الأسمنت، وسيتم شرح لاصق سيليكات الصوديوم بشكل مفصل في ما يلي.
من اللاصقات الأسمنتية يمكن ذكر الأسمنت المطاطي، الأسمنت البورتلاندي، والأسمنت الكيميائي، وأهم هذه الأنواع من الأسمنت (كلاصق) هو الأسمنت البورتلاندي.
عيوب اللب الذي يتم إنتاجه باستخدام هذه اللاصقات الأسمنتية هي أن قدرة تفكك القالب المنتج تكون أقل.

3- اللاصقات التي تتصلب بعد الخبز:
تنقسم هذه اللاصقات إلى ثلاث فئات فرعية كما يلي:
1-3- اللاصقات التي تجف بالحرارة (زيت اللب):
في الزيوت، يتم التصلب من خلال طريقة الاستقطاب وتشكيل جزيئات أكبر بمساعدة امتصاص الأوكسجين من الهواء في درجات حرارة تتراوح من 200 إلى 240 درجة مئوية. هذه اللاصقات مكونة من ثلاثة أنواع من الزيوت: زيوت حيوانية بحرية، زيوت نباتية، وزيوت معدنية.
2-3- اللاصقات التي تتصلب بعد التسخين وعند التبريد:
توجد في هذه الفئة أنواع من الراتنجات أو المواد الصمغية. الصمغ ينقسم إلى نوعين: صناعي وطبيعي. من الصمغ الطبيعي يمكن الإشارة إلى صمغ الأشجار.
الراتنجات من نوع اليوريا فورمالديهايد لها أكثر التطبيقات وأفضل الخصائص في صناعة اللب الرقيق والصغير، وكذلك في الحالات التي يتطلب فيها اللب تفككًا كبيرًا بعد صب السائل المعدني. بينما الفورمالديهايد الفينولي لديه قدرة أقل على التفكك ويستخدم في تصنيع قطع فولاذية كبيرة. هذه المواد الصمغية تأتي في صور سائلة وصلبة ويجب ألا يتم تخزينها لفترات طويلة.
3-3- اللاصقات التي تكتسب خصائص لاصقة عند التسخين:
تشمل هذه المجموعة من اللاصقات اللاصقات النشوية (الدكسترين)، اللاصقات الكبريتية، اللاصقات البروتينية، ودبس السكر من بنجر السكر. الدكسترين أو اللاصقات النشوية هي من اللاصقات المستخدمة في صناعة اللب، وعادة ما تستخدم لزيادة الصلابة في خليط رمل اللب. إضافة 0.5 إلى 2% من وزنها يزيد من قوة الضغط للرمل بمقدار 1 إلى 2.5 رطل لكل بوصة مربعة.
دبس السكر من بنجر السكر هو منتج ثانوي من مصانع السكر ويضاف عادة إلى اللب مع اللاصقات الأخرى (باستثناء اللاصقات الزيتية). اللاصقات البروتينية تشمل الكازين، الجيلاتين، والسريشم كأنواع نقية تجارية.

4- اللاصقات الطينية:
تضاف هذه المجموعة من اللاصقات أساسًا لزيادة صلابة الرمل في اللب، وأهمها الطين الحراري (كاولين) والبنتونيت، كما تم الإشارة إليها في لاصقات صناعة القوالب.

إضافة إلى الأجزاء الرئيسية في رمل القوالب (الرمل، الماء، واللاصق)، تُضاف مواد أخرى لتحسين الجودة والتغلب على بعض العيوب الخاصة في الخليط. هناك العديد من هذه المواد، لذا سيتم الإشارة إلى بعض منها التي لها استخدامات أكثر شيوعًا:
1– الفحم:
Fe2O3 الذي يتم إنتاجه في السبيكة خلال عملية إنتاج الحديد (مثل الحديد الزهر والفولاذ…) يتفاعل مع جدران القالب التي غالبًا ما تكون من السيليكا (نوع الرمل)، مما يؤدي إلى تكوين مركب الفايلات الذي يسبب احتراق الرمل ويؤدي إلى حدوث مشاكل في سطح القطعة.
بسبب إضافة مسحوق الفحم، يتم إنشاء بيئة مختزلة نتيجة احتراق الفحم وإطلاق غازات ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والهيدروكربيدات الخفيفة. وبالتالي، فإن هذه العملية تمنع أكسدة السبيكة وتكوين الغاز السريع الذوبان (الفايلات). في النهاية، يؤدي ذلك إلى عدم التصاق الرمل بالقطعة وزيادة نعومة سطح القطع المصبوبة.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال إضافة هذه المادة، يمكن الوقاية من عيوب مثل التمدد الحراري. حيث يمكن تعويض تمدد الرمل بسبب الزيادة في درجة الحرارة من خلال انكماش مسحوق الفحم الناتج عن الحرارة. كما أن هذه المادة تحسن من قابلية تفتت الرمل، حيث يصبح الرمل أقل تكتلًا ويتم تفتته بشكل أسرع أثناء عملية “الشاك أوت”.

الخصائص والميزات لمسحوق الفحم المثالي كما يلي:
أ) يجب أن تكون المواد المتطايرة الموجودة فيه عالية (حوالي 30-26٪).
ب) يجب أن لا يتجاوز محتوى الرماد المتبقي في الفحم 10٪.
ج) المعامل الآخر المهم هو الكبريت في الفحم، حيث أن الكبريت في الحديد الزهر الرمادي يميل إلى تشكيل طبقة صلبة (chilled) ويجب ألا يتجاوز محتوى الكبريت 1٪.
مقدار استخدام الفحم في القطع التي تزن حتى 1000 كيلوجرام يكون من 2 إلى 4٪، أما في القطع الثقيلة التي تحتوي على حرارة انصهار وتصلب عالية وتعمق أكبر في مشاكل الفايلات، فقد يصل استهلاك الفحم إلى 8٪.

2- الحبوب، الحبوب (Cereals):
اللاصق الحبيبي المستخدم في عملية الصب هو النشا الجيلاتيني أو مسحوق الجسيمات الدقيقة المستخلصة من الحبوب. يمكن استخدام النشا في رمال القوالب لزيادة القوة الرطبة أو الجافة أو لزيادة القابلية للتفكك (Collapsibility) حتى 2٪. نظرًا لأن النشا متطاير، فإن الاستخدام غير الصحيح له قد يؤدي إلى حدوث عيوب غازية (Gas Defect) في القطع.

3- مسحوق الخشب (Wood Flour):
يمكن إضافة مسحوق الخشب أو المواد السليلوزية الأخرى مثل مسحوق الذرة أو الحبوب أو قشور الحبوب أو السليلوز بنسبة 0.5 إلى 2٪ إلى رمال القوالب. هذه المواد تتحكم في تمدد الرمل. عند زيادة درجة الحرارة، تشتعل المواد السليلوزية وتخلق مسافات فارغة بعد الاحتراق، مما يساعد في التحكم في تمدد خليط الرمل. كما أن المواد السليلوزية ومسحوق الخشب تحسن قابلية التدفق (Flowability)، مما يسهل عملية استخراج القطعة من القالب.

4- مسحوق السيليكا:
السيليكا المطحونة الناعمة التي يقل حجم شبكتها عن 200 تُسمى مسحوق السيليكا (Silica Flour). يمكن إضافة مسحوق السيليكا بنسبة تصل إلى 35٪ لزيادة القوة الحرارية في الرمل. مسحوق السيليكا يزيد من كثافة الرمل (bulk-density)، وبالتالي يجعل رمل القوالب أكثر مقاومة لاختراق المعدن المنصهر بسبب الكثافة العالية.

5- أكسيد الحديد:
يُستخدم أكسيد الحديد بكميات ضئيلة في بعض رمال القوالب لتحسين القوة الحرارية.

6- المولاس (Molasses)، الدكسترين (Dextrin):
يمكن استخدام مولاس بنجر السكر أو مولاس قصب السكر غير المصفى والذي يحتوي على 60 إلى 70٪ من السكر لزيادة قوة الرمل الجاف وزيادة صلابة حواف القوالب. يمكن استخدام الدكسترين أو صمغ النشا لتحقيق نفس الأهداف.
7- بيرلايت:
البيرلايت (perlite) هو سيليكات الألومنيوم المعدني المتوسع. يُستخدم بكميات صغيرة تتراوح بين 0.5 إلى 1.5٪ لتحسين الاستقرار الحراري (thermal stability) للرمل، ويمكن استخدامه أيضًا كعازل في أنابيب التغذية.

8- الأسفلت (Asphalt):
الأسفلت هو منتج جانبي يتم الحصول عليه من تكسير النفط الخام. يُستخدم الأسفلت مثل القير لتحسين القوة الحرارية وتحسين سطح القطع المصبوبة من الحديد.

9- القير الأرضي:
القير هو منتج ناتج عن عملية كوكسة الفحم. يتم استخراج القير من الفحم عند درجة حرارة 3.5 درجة مئوية أثناء عملية الكوكسة. يستخدم القير بنسبة تصل إلى 3٪ لتحسين القوة الحرارية وزيادة جودة السطح النهائي للقطع في خلطات الرمل لصب القطع الحديدية.

10- الجيلسونيت:
الجيلسونيت هو مادة أسفلتية صلبة يتم استخراجها من بعض المناجم في العالم. هذه المادة متطايرة وتعمل بشكل مشابه للفحم في تحسين الجودة النهائية للقطع.

11- زيت الوقود:
يتم إضافة زيت الوقود أحيانًا بكميات صغيرة تتراوح بين 0.01 إلى 0.1٪ إلى خليط القوالب ويُعتقد أنه يحسن قابلية تشكيل الرمل.

12- أكسيد الحديد الأحمر:
يتم إنتاج أكسيد الحديد الأحمر بقدرة 1500 طن سنويًا للاستخدام في صناعات الطلاء، البرايمر المعدني، المينا، البلاط والسيراميك بحجم شبكة 2500. هذا المنتج منافس تمامًا للنماذج المستوردة ويتميز بالخصائص التالية:

أكسيد الحديد الخاص باللب الصب:
يتم إنتاج أكسيد الحديد الخاص باللب الصب باللون الأسود مع قدرة دقة خاصة وفقًا لمتطلبات العملاء وبشكل مزيج من Feo، Fe2O3، Fe3O4 لاستخدامه في اللب الصب وتحقيق الخصائص المطلوبة في اللب الصب.
استخدام أكسيد الحديد بأنواعه المختلفة الأسود والأحمر، وفقًا لمتخصصين في المواد الإضافية للرمل (Enginered Sand Additive-ESA)، يُعتبر مادة إضافية نشطة ومناسبة وقد تم اختباره في بيئات العمل وظهرت تأثيراته بشكل واضح. تم اختبار أكسيد الحديد المضاف في أنواع مختلفة من خلطات الرمل فيما يتعلق بتأثيره على خصائص الرمل، وتم فحص مقاومته لظهور التجاعيد أو التعرجات على سطح القطع المصبوبة.

أكسيد الحديد الأحمر فعال في منع ظهور التجاعيد أو التعرجات على سطح القطع المصبوبة، لكن نظرًا لأن المسحوق لا يحتوي على تدرج حجمي وقدرته على الأوكسجين، فقد يسبب بعض الآثار الجانبية أو التأثيرات السلبية على السطح النهائي للقطع. أكسيد الحديد الأسود المضاف بنسبة 3٪ في نظام الصندوق الساخن و2٪ في نظام الصندوق البارد يكون فعالًا في إزالة التجاعيد أو التعرجات وله تأثير سلبي أقل على جودة السطح. من الأسباب الأخرى لاستخدام أكسيد الحديد هو تقليل التصاق الكربون بالقطعة ومنع حدوث الثقوب الحريرية أو التكتلات أو التحدب في القطعة، وكذلك زيادة مقاومته لاختراق الحديد في القالب.

بشكل عام، تأثير أكسيد الحديد في عملية اللب الصب وأهداف استخدامه كما يلي:
أ) الهدف من الاستخدام:
يؤدي إلى زيادة البلاستيسية الحرارية وتقليل أو القضاء على عيوب التجاعيد والتعاريق، كما يساعد في تقليل العيوب الغازية.

ب) تأثيرات استخدام أكسيد الحديد في اللب الصب:
1- زيادة قوة اللب الجافة.
2- تقليل تأثيرات الثقوب الحريرية النيتروجينية والهيدروجينية.
3- التحكم بشكل جيد في تمدد اللب الحراري.
4- زيادة القوة الحرارية لللب.
5- منع تسرب السبيكة إلى اللب وتكوين طبقة فايلات صلبة على سطح اللب التي تمنع دخول غاز النيتروجين من الراتنجات في نظام الصندوق الساخن إلى السبيكة.
6- التحكم في جو القالب من خلال تحرير الأوكسجين الذي يحمي جو القالب من الظروف المختزلة، مما يلعب دورًا مهمًا

من بين الطرق الأكثر استخدامًا لصناعة الرمل لصب القوالب في صناعة الصب، يعتبر استخدام اللاصق السيليكاتي وغاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في خليط الرمل أحد الأساليب الشائعة. في هذه الطريقة، يتم استخدام لاصق سيليكات الصوديوم وغاز CO₂ لتصلب جزيئات الرمل، ويُعرف هذا في صناعة الصب باسم رمل CO₂. هذه الطريقة تُعد واحدة من الأكثر استخدامًا في صناعة الصب في إيران لصناعة قوالب الصب وصب القوالب الخاصة. طريقة العمل تتم كالتالي: في مرحلة تحضير خليط الرمل لصب القوالب، يتم إضافة كمية معينة من لاصق سيليكات الصوديوم إلى الرمل وخلطه بشكل كامل باستخدام الخلاط، وأخيرًا يُنقل الرمل المخلوط باللاصق إلى القالب حيث يتم إجراء عملية دك الرمل.

استخدام لاصق سيليكات الصوديوم كلاصق مستخدم في صناعة الصب يعود إلى عام 1930 ميلادي. في عام 1960 ميلادي، أصبح استخدام غاز CO₂ شائعًا. كانت ابتكار هذه الطريقة ثورة في صناعة الصب. يمكن استخدام هذه الطريقة لصب القطع الحديدية، الفولاذية، وأيضًا صب القطع المصنوعة من المعادن غير الحديدية.

لاصق سيليكات الصوديوم يضاف بكمية تتراوح من 3 إلى 5 بالمئة من وزن الرمل السيليسي في الخليط. يتوقف مقدار إضافة لاصق سيليكات الصوديوم على عوامل مثل حجم الرمل، نوعه، شكله، نوع السبيكة المُصَبّة، القوة، درجة حرارة الصب، والقابلية للتفتت للقالب أو للماهيئة، والمقاومة المطلوبة ضد التآكل والكسر. كلما كانت حبيبات الرمل أصغر، زادت كمية اللاصق المستخدم. بعد إضافة اللاصق إلى الرمل، يتم خلطهما حتى يتم توزيع اللاصق بشكل متجانس في الرمل ولا يبقى على شكل كتل. استخدام كمية كبيرة من اللاصق يؤدي إلى زيادة استهلاك الغاز الكربوني وتقليل قوة القالب، خاصة مع مرور الوقت، مما يؤدي إلى تفكك المخلوط وتفتيته.

تحليل لاصق سيليكات الصوديوم

العلامة التجارية	النسبة	Na₂O%	SiO₂%	محتوى المواد الصلبة،%	الكثافة، 25⁰C	المواصفات	اللزوجة (Cps)	الدرجة	المظهر	الإضافة
A.I.T.H 25	2.5	13.52	32.85	46.37	52	1.551	886	خزفي	غامق	إضافة 2% ملاس

تتم عملية خلط وتحضير الرمل ولاصق سيليكات الصوديوم في خلاطات مستمرة أو غير مستمرة (على دفعات). في النوع غير المستمر، يتم إضافة كمية معينة من اللاصق والرمل إلى الخلاط، ثم يتم الخلط ليصبح الرمل جاهزًا للاستخدام. أما في الخلاط المستمر، يعمل الجهاز بشكل متواصل حيث يتم إدخال اللاصق والرمل من خزانات منفصلة إلى الحجرة ومن ثم يتم خلطهم ويخرج الخليط من الطرف الآخر.

بعد من إعداد الرمال، يتم تصنيع قالب الصب أو تشكيل النماذج باستخدام خليط الرمل واللاصق، ثم يجب استخدام الرمل في أقرب وقت ممكن. عادةً ما يتم حقن غاز CO₂ بضغط يتراوح بين 1 إلى 3 بار لمدة 5 إلى 60 ثانية في الرمل. لضمان أن الغاز يصل إلى جميع أجزاء القالب، يتم ثقب القالب باستخدام سيخ، ثم يتم إدخال فوهة خرطوم الغاز في الفتحة لضمان تدفق الغاز بشكل كامل. عند نفخ غاز CO₂ في القالب، يحدث تفاعل فوري بين الغاز وكربونات الصوديوم. نتيجة لهذا التفاعل، يتحول السيليكا إلى هلام السيليكا (السيليكا الجيلاتيني)، مما يربط حبيبات الرمل ببعضها البعض.

الصلابة الأولية للقوالب والنماذج الغازية بعد 5 ثوانٍ تتراوح بين 255 إلى 310 كيلو باسكال. ومع مرور الوقت، بعد 24 ساعة، تصل الصلابة إلى ما بين 670 إلى 1380 كيلو باسكال. السبب في زيادة الصلابة مع مرور الوقت هو إزالة الماء من السيليكات غير المتفاعلة واستمرار عملية تكوين هلام السيليكا. يمكن لغاز ثاني أكسيد الكربون أن يقوي منطقة قطرها 70 ملم حول ثقب النفخ. لذلك، يُفضل أن يكون الحد الأقصى للمسافة بين فتحات التهوية في القالب الرملي 140 ملم.

في البداية، يتم وضع نصف النموذج في درجة منخفضة، ثم يتم تعبئة النموذج بالرمل ويُضغط باستخدام أدوات خاصة حتى يأخذ الشكل المطلوب للنموذج.

بعد من نفخ الغاز لتقوية القالب، يتم عكس الدرجة السفلية، ثم يتم وضع الدرجة العلوية عليها. يتم تركيب النصف الآخر من النموذج فوقه، وبعد وضع النظام التغذوي والطرق، يتم تعبئة الدرجة العلوية بالرمل وضغطها، ثم يتم تكرار عملية نفخ الغاز. في النهاية، يتم فصل الدرجتين عن بعضهما البعض ويتم إزالة النماذج الخشبية أو المعدنية ونماذج الطرق والتغذية من الرمل. يتم صقل مسارات طرق الذوبان باستخدام أدوات خاصة، ثم يتم تسوية سطحها.

المنتج المرتبط: منتجات الريذاذة

ثم يتم تغطية سطح القالب باستخدام مواد مقاومة للحرارة بسمك مناسب للأسباب التالية:

عندما يتم صب المعدن المنصهر بدرجة حرارة عالية داخل قالب رمل الصب، تحدث تفاعلات ضارة بين المعدن المنصهر والرمل أو اللاصق، مما يتسبب في عيوب على سطح القطعة مثل الاحتراق بالرماد، والخشونة، وعدم التساوي. هذه العيوب يمكن أن تجعل القطعة غير صالحة للاستخدام في العديد من الحالات. العيوب مثل الاحتراق بالرماد، والانخفاض، وغسل الرمل، والتفاعلات الكيميائية بين المعدن المنصهر والرمل تندرج ضمن هذه الفئة. الآن، إذا تم استخدام تغطية مناسبة لسطح الرمل الذي يتلامس مع المعدن المنصهر، يمكننا تقليل هذه العيوب بشكل كبير.

الطلاء المقاوم للحرارة هو نوع خاص من الطلاء المستخدم في صناعة صب الرمل. ما يميزها عن الطلاءات العادية هو أنها مصممة لتحمل درجات الحرارة العالية للمعدن المنصهر، بحيث تعمل كحاجز بين المعدن المنصهر وقالب الرمل أو سطح النماذج. من الطرق الشائعة لرش هذا الطلاء على القالب هو باستخدام البخاخ أو الفرشاة.

بعد من جفاف القالب والطلاء تمامًا، يتم وضع النماذج في داخل القالب.

في النهاية، يتم تجميع القالب ويصبح جاهزًا لصب المعدن.

المقالة ذات الصلة: العمليات الحرارية في صب المعادن

السباكة في الرمل Sand Casting

خصائص السباكة في الرمل

الخصائص الرئيسية للرمل المستخدم في السباكة الرملية

توصيل سريع

استشارات فنية

إمكانية التوصيل

دعم على مدار 24 ساعة