سبك في قوالب

اخترعت السبك في القوالب على يد إليشا روت إليشا روت ‏، ودخل حيز الإنتاج على يد صمويل كولينز Samuel W. Collins لإنتاج الفؤوس في مصنعه في كانتون في ثلاثينيات القرن الثامن عشر.

هنالك أربع خطوات رئيسية في عملية السبك في القوالب:

• الخطوة الأولى: يرش التجويف الداخلي للقالب بمادة التشحيم ثم يغلق، ولتشحيم دور كبير في خفض درجة حرارة القالب والمساعدة على إخراج المسبوك في النهاية.
• الخطوة الثانية: يحقن المعدن المصهور تحت ضغط عالي (10-175 ميغا باسكال)و لحظة امتلاء القالب يظل الضغط حتى يتصلب المسبوك.
• الخطوة الثالثة: يفتح القالب ويقذف المسبوك خارجا بواسطة مسامير القذف بالإنجليزية (ejector pins).
• الخطوة الرابعة: ينظف المسبوك من الزوائد ويتم التاكد من مطابقته للمواصفات والمقايس المطلوبة.

و يجدر الإشارة هنا إلى أن السبك بالضغط العالي تشغل الحيز الأكبر من الإنتاج الكمي المعتمد على هذا الأسلوب.

هنالك نوعان من السبك في القوالب، الأولى تسمى آلة السبك بالمخزن البارد وآلة السبك بالمخزن الساخن. ويمكن التميز بينهما بالقوة التي يمكن لكل منها إنتاجها والتي تتراوح بين 400 إلى 4,000 طن. تزود ماكينات الخزان الساخن بحوض صهر لتغذية القالب، في البداية يتراجع المكبس إلى الوراء ليسمح للمعدن المصهور بالدخول إلى المضخة ثم إلى الرقبة، وثانيًا يزود المكبس بالقدرة من الغاز المضغوط أو من الزيت ليدفع المعدن المصهور خارج الرقبة عبر الفوهة وصولًا إلى التجويف الذي في القالب، والذي يميز هذا النظام هو السرعة (15 دورة في الدقيقة) والتلائم السريع بين المعدن والقالب، والعيوب هو ارتفاع درجة حرارة الانصهار للمعدن لذلك تستخدم هذه الآلات رئيسيًا في الزنك والقصدير وسبائك الرصاص.

• 
  آلة حقن
• 
  قالب مفتوح والرقبة
• 
  خلية عمل كاملة

أما آلات الخزان البارد فتستخدم عندما يكون المسبوك مكونًا من مواد لا تستطيع آلات الخزان الساخن إنتاجها، مثل سبائك الالمنيوم وسبائك المغنيسيوم والنحاس والزنك، وهذا النوع من الآلات يعمل بمصهور المعادن، أولا يصهر المعدن في فرن منفصل، ثم تنقل كمية محدودة خزان الآلة حيث تدخل الشحنة إلى خزان القذف غير الساخن (أسطوانة الحقن) هذه الشحنة تدخل إلى القالب بواسطة مكبس ميكانيكي أو هيدروليكي. وأهم عيوب هذه العملية هو بطء الدورة بالإضافة إلى الحاجة لنقل المعدن المصهور من الفرن إلى الآلة.

تصنع قوالب السباكة عادة من صلب العدة لأن حديد الزهر لا يستطيع تحمل الضغط العالي، لذالك فالقوالب تكون غالية الثمن، ونتيجة ارتفاع تكلفة الإنتاج. وقد يحتوي القلب على تجوف واحد أو على مجموعة من التجاويف من نفس الشكل أو من أشكال مختلفة. ويجب أن يتكون القالب من جزئين على الأقل للسماح بانفصال وقذف المسبوك بعد الانتهاء، وتحتوي القوالب أيضا على نظام تبريد ومسامير القذف وفتحات مسامية تكون عميقة وصغيرة. بالإضافة إلى أن القالب قد يحتوي على دليك ويصنع من المعدن، وليس من الرمل نتيجة وجود الضغط العالي، والذي يسبب تلف الدليك المصنوع من الرمل. وقد يستخدم الدليك المفقود عندما يكون الشكل المطلوب ذو طبيعة خاصة، مثل عمل مجرى لولبي للبرغي مثلا. ويوضع الدليك يدوياً عند كل دورة داخل القالب، ويخرج مع الشغلة عند نهاية الدورة، ويخرج يدويًا من المسبوك. حالة الدليك المفقود أغلى لأنها نساعد على زيادة الإنتاج وتوفير الوقت. حياة القالب تحدد بمعدل التصاق المواد به ومعدل تآكله، والذي يرجع بشكل رئيسي لدرجة حرارة المعدن المصهور، فمثلا قالب سبائك الألمنيوم يعيش حتى 100,000 دورة إذا استخدم بطريقة جيدة على خلاف القالب الذي ينتج المغنيسيوم الذي يعيش أطول لأن المغنيسيوم ينصهر عند درجة حرارة أقل.

المميزات

• دقة عالية في الأبعاد.
• أسطح فائقة التشطيب.
• إمكانية إنتاج المنتجات المعقدة.
• إضافة بعض القطع مثل ثقوب البراغي.
• تقليل أو عدم استخدام عمليات التشغيل الثانوية.
• الإنتاج الكمي والسريع.

العيوب

• كتلة المسبوك يجب أن تكون ما بين 30 غرام حتى 10 كيلو غرام.
• يجب أن يكون المسبوك أصغر من 600 ملم.
• ارتفاع التكلفة المبدئية.
• يجب أن يكون المعدن المصهور عالي السيولة.
• وجود مسامات في القالب.
• سماكة القالب يجب أن لا تتعدى 13 ملم.

تعد سبائك الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم والنحاس والرصاص الخامات الرئيسية المستخدمة في السباكة بالقوالب، ولكل منها مميزاته وعيوبه.

• السبك في القوالب الرملية
• سبك تدويمي

• بوابة هندسة
• بوابة تقانة