ما الفرق بين الألومنيوم والألومنيوم المصبوب بالقالب؟

يستخدم التصنيع الحديث الألومنيوم في جميع التطبيقات تقريبًا. فهو يُستخدم في صناعة السيارات، والإلكترونيات، وقطع غيار الآلات، وإطارات النوافذ، والمبددات الحرارية، والإسكان، وأواني الطهي، وغيرها. وهذا غالبًا ما يطرح سؤالًا بسيطًا: ما الفرق بين الألومنيوم والألومنيوم المصبوب بالقالب؟ الجواب هو أن الألومنيوم هو المعدن نفسه، أما الألومنيوم المصبوب بالقالب فهو الألومنيوم الذي يتم تشكيله من خلال عملية صب محددة.

لا تتمتع جميع منتجات الألمنيوم بنفس التركيب أو الخصائص. يقوم المصنعون بخلط عناصر مختلفة مع الألمنيوم النقي لتصنيع سبائك متنوعة، وذلك لأن الألمنيوم مادة لينة. ثم يخضع المصنعون هذه السبائك لعمليات تصنيع متنوعة مثل الدرفلة، والبثق، والحدادة، والتشغيل الآلي، والصب بالرمل، و صب القوالب.

وبالتالي، إذا كان أحد الأجزاء مصنوعًا من الألومنيوم، فإن معرفة هذه المعلومة وحدها لا تكفي لتحديد كيفية تشكيله. ولذلك، فإن المقارنة تتم عادةً بين الألومنيوم المطروق والألومنيوم المصبوب بالقالب. والألومنيوم المطروق هو ألومنيوم صلب يتم تشكيله بوسائل ميكانيكية. الألمنيوم المصبوب بالقالب يتم إنتاجه عن طريق حقن سبيكة منصهرة بضغط عالٍ في قالب معدني. وتؤثر هذه الاختلافات على القوة، والشكل، ونوعية السطح، وتكلفة التصنيع، والتفاوتات المسموح بها، ومدى ملاءمته للتطبيقات المختلفة.

ما هو الألومنيوم؟

يتميز الألومنيوم بخفة وزنه ومقاومته الجيدة للتآكل، بالإضافة إلى الموصلية الحرارية والكهربائية الجيدة. وتستخدم معظم المنتجات الهندسية سبائك الألومنيوم لأن الألومنيوم النقي ناعم نسبيًا. والسبائك هي خليط من الألومنيوم مع عناصر أخرى، مما يؤدي إلى تغيير خصائص المعدن.

على سبيل المثال، تحتوي سبيكة 6061 على المغنيسيوم والسيليكون، وتُستخدم في الأجزاء الهيكلية، والإطارات، والآلات، والأجزاء المُشكلة آليًّا. أما سبيكة 6063 فتُستخدم في المقاطع المبثوقة والمنتجات المعمارية، ويرجع ذلك جزئيًّا إلى جودة تشطيب سطحها. أما سبيكة 7075 فهي سبيكة عالية القوة تحتوي على الزنك والمغنيسيوم والنحاس.

كما تؤثر طريقة التصنيع على الخصائص النهائية

قد تكون قطعة الألمنيوم المصبوبة الجيدة كما يلي:

• مُلفوف على شكل صفائح أو ألواح
• مُقذوف في شكل مقطع جانبي
• مصنوع من خلال عملية تشكيل إلى مكون عالي القوة
• تم تصنيعه ليصبح قطعة دقيقة
• صب في قالب

تبدأ جميع هذه العمليات بالألمنيوم، لكن المنتجات تختلف.

·      ألومنيوم مشغول

الألمنيوم المطروق هو سبيكة يتم تشكيلها كمواد صلبة. وتشمل العمليات الشائعة الدرفلة، والبثق، والحدادة. وفي هذه العمليات، يخضع المعدن لتشوه خاضع للرقابة. ومع تشكل المادة، يتغير بنية حبيباتها، مما قد يؤدي إلى تحسين القوة والليونة في السبائك المطروقة.

يُستخدم الألمنيوم المبثوق في تصنيع المنتجات الطويلة ذات المقاطع العرضية الموحدة، بما في ذلك إطارات النوافذ، والمقاطع الهيكلية، والقنوات، والأنابيب، والقضبان. أما الألمنيوم المطروق فيتميز بالقوة والمقاومة للأحمال المتكررة. الطرق الساخن للألمنيوم, ، على سبيل المثال، تعتمد هذه الطريقة على تسخين المادة الخام الساخنة وضغطها بقوة كبيرة بدلاً من صبها في قالب لتشكيلها.

·      ألومنيوم مصبوب

منتجات الألمنيوم المصبوبة هي قطع مصنوعة من سبائك الألمنيوم يتم تشكيلها عن طريق صب أو حقن سبائك الألمنيوم المنصهرة. وهناك عدة طرق للصب. وتشمل طرق صب الألمنيوم: الصب بالرمل، والصب بالجاذبية، والصب بالقالب الدائم، والصب بالاستثمار، والصب بالضغط صب القوالب.

يعتمد الاختيار على الشكل الهندسي للقطعة، وحجم الإنتاج، والخصائص المطلوبة، وتكلفة الأدوات، ومواصفات السطح. ويُعد الصب بالقالب أحد أنواع الصب. ففي ظل ضغط عالٍ، تُضخ سبيكة الألومنيوم المنصهرة إلى تجويف قالب معدني وتملأه بسرعة. وعندما يبرد المعدن، يُفتح القالب، ويقوم العمال بإخراج القطعة.

ما هو الألومنيوم المصبوب بالقالب؟

الألمنيوم المصبوب بالقالب هو سبيكة ألمنيوم يتم إنتاجها عن طريق الضغط العالي صب القوالب. تبدأ العملية بسبائك الألومنيوم أو أي مواد خام أخرى مناسبة. تُصهر السبائك وتُحافظ على درجة حرارتها ضمن نطاق محدد. ثم تقوم آلة الصب بحقن المعدن المنصهر في قالب فولاذي بسرعة وضغط عاليين. ويحتوي القالب على التجويف المخصص للقطعة النهائية.

بعد أن يملأ المعدن التجويف، تبدأ القطعة في التصلب. ثم يُفتح القالب، ويقوم العمال بإزالة القطعة المصبوبة. ويقوم العمال بقص المواد الزائدة من القنوات، ومداخل الصب، والنتوءات.

A قالب الصب بالضغط يتم تصميمه بناءً على الشكل الهندسي للقطعة، وتدفق المواد، ومتطلبات التبريد، ونظام إخراج القطع، وحجم الإنتاج المتوقع. وتُعد هذه العملية مفيدة بشكل خاص لإنتاج كميات كبيرة من القطع ذات الأبعاد المتكررة والأشكال المعقدة.

تشمل سبائك الصب بالقالب الشائعة ADC12 وA380 وA360 والعديد من السبائك الأخرى القائمة على الألومنيوم. تحتوي هذه السبائك على عناصر مضافة أكثر من العديد من درجات الألومنيوم المطروق الشائعة. ويُعد السيليكون مفيدًا بشكل خاص لأنه يحسّن السيولة ويساعد المعدن المنصهر على ملء الأجزاء الرقيقة والمفصلة.

الألومنيوم مقابل الألومنيوم المصبوب: ما هو الفرق الرئيسي؟

الفرق الأكبر لا يكمن في كلمة “الألومنيوم” فحسب. بل إن الفرق الحقيقي يكمن في طريقة معالجة سبائك الألومنيوم وتشكيلها. يبدأ الألومنيوم المطروق كقطعة صلبة ثم يتم تشكيله ميكانيكيًا. أما الألومنيوم المصبوب بالقالب فيبدأ كسبائك منصهرة ثم يتم ضغطه داخل تجويف معدني.

يؤثر هذا الاختلاف على بنية الحبيبات، والأشكال المتاحة، والخصائص الميكانيكية، وسرعة الإنتاج، والتكلفة.

لماذا يُستخدم الصب بالقالب المعدني في تصنيع القطع المعقدة

تتمثل الميزة الرئيسية للصب بالقالب في قدرته على إنتاج أشكال معقدة. فقد يتطلب تصنيع القطعة من كتلة ألومنيوم صلبة عدة عمليات تصنيع، مثل إضافة نتوءات وأضلاع ووحدات تثبيت وأسطح منحنية وجدران رقيقة.

يمكن لدورة إنتاج واحدة أن تنتج نفس الشكل الهندسي الأساسي على آلة الصب بالقالب. وهذا يوفر المواد ويقصر وقت المعالجة.

كما يتميز القولبة بالضغط بتكرار جيد. فبمجرد تحديد القالب والعملية، يمكن للمصنع إنتاج عدد كبير من المكونات المتشابهة ذات الحجم المماثل. وهذا ما يجعلها مفيدة في صناعة السيارات لتصنيع المكونات، وعلب الأجهزة الإلكترونية، وأجسام الإضاءة، وعلب المحركات، والمعدات الصناعية، والمنتجات الاستهلاكية.

·      وهنا يأتي دور الأدوات

تعد الأدوات الفولاذية من أعلى التكاليف الأولية في عملية الصب بالقالب. ويتألف قالب الصب بالقالب من تجويف، وقنوات توزيع، ومداخل، وقنوات تبريد، ومنزلقات، ونظام طرد، بالإضافة إلى المكونات الأخرى اللازمة لتصنيع القطعة.

قبل البدء في التصنيع، يجب تصميم القالب بعناية لضمان ملاءمته. وينبغي تصميم القالب بعناية قبل البدء في التصنيع. حيث تؤثر سماكة الجدران، وخطوط الفصل، والأضلاع، والنتوءات، والتجاويف، وتدفق المعدن، وزوايا الانحدار على المنتج النهائي. وقد يؤدي سوء تصميم القالب إلى نقص في الملء، والمسامية، والنتوءات الزائدة، والتشوه، وتآكل القالب، وصعوبات في إخراج المنتج.

غالبًا ما تجري الشركات المصنعة مراجعة لتصميم المنتج من منظور التصنيع قبل تصنيع القوالب، وذلك للتأكد من قدرتها على إنتاج المنتج.

ما مدى متانة الألومنيوم المصبوب بالقالب؟

يتطلب هذا السؤال بعض الدقة، حيث يشير مصطلح “الألومنيوم” إلى العديد من السبائك والعمليات. فليست جميع قطع الألومنيوم المصبوبة بالقالب أضعف بالضرورة من جميع قطع الألومنيوم المطروقة. وتعتمد هذه المقارنة على السبيكة، ودرجة الصلابة، وعملية الصب، والمعالجة الحرارية، وشكل القطعة، وظروف التحميل.

قد تتجاوز قوة الخضوع والاستطالة في السبائك المطروقة مثل 6061-T6 تلك الموجودة في بعض السبائك الشائعة المستخدمة في الصب بالقالب تحت الضغط، مثل ADC12 أو A380. ومع ذلك، فإن السبائك المصبوبة بالقالب مناسبة لصناعة العلب، والأقواس، والأغطية، وأجزاء المحركات، والمبددات الحرارية، والعديد من الأجزاء الأخرى بفضل قوتها العالية.

·      ما هي المسامية؟

المسامية هي الثقوب الصغيرة الموجودة داخل قطعة الصب. وقد ينحصر الهواء أو الغاز في المعدن المنصهر أثناء عملية الحقن السريع والتصلب. كما أن الانكماش الذي يحدث أثناء التصلب قد يتسبب أيضًا في ظهور فراغات داخلية.

ليست جميع القطع المسامية غير صالحة للاستخدام بالضرورة. فمن الممكن تقليل هذه المسامية إلى الحد الأدنى من خلال التحكم في العملية، واختيار السبائك المناسبة، والصب بمساعدة الفراغ، وسمك الجدران المناسب، والتصميم الجيد للأدوات. وإذا كانت القطع يجب أن تكون مانعة لتسرب الضغط أو تتمتع بأداء هيكلي عالٍ، فيجب اختيار طريقة صب تفي بهذه المتطلبات.

أحد التطبيقات التي يُعد فيها تقليل الغاز المحبوس أمرًا مهمًا هو الصب بالقالب تحت التفريغ.

كيف يمكن مقارنة التشطيبات السطحية؟

تتميز أسطح الألومنيوم المصبوب بالقالب بأنها ناعمة نسبيًا، وذلك لأن المعدن المنصهر يتخذ شكل القالب الفولاذي. ويعتمد المظهر النهائي على سطح القالب، والسبائك المستخدمة، ومعايير الصب، وعملية القطع، وأي عمليات تشطيب أخرى.

ومن المزايا الأخرى للألمنيوم جودة التشطيبات السطحية، لا سيما عند بثقه وتصنيعه آليًّا. وتتوفر خيارات تشطيب متنوعة لكلا النوعين من منتجات الألمنيوم. وتشمل الخيارات الشائعة ما يلي:

• الطلاء بأكسيد الألومنيوم
• طلاء المسحوق
• الطلاء
• التلميع
• التفجير بالرصاص
• التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي
• التصفيح

سيختلف سلوك كل سبيكة مصبوبة بالقالب باختلاف طرق معالجتها النهائية. ويُعد تكوين السبيكة عاملاً مهمًا في هذا الصدد.

أيهما أرخص؟

لا توجد إجابة واحدة، لأن الحساب يختلف باختلاف حجم الإنتاج. أما بالنسبة للنماذج الأولية، والكميات الصغيرة، والأشكال البسيطة، والأجزاء المتوفرة بالفعل في شكل مقاطع قياسية أو صفائح، فغالبًا ما يكون الألومنيوم خيارًا جيدًا.

تتسم عملية الصب بالقالب بارتفاع تكاليف القوالب الأولية. ومع ذلك، تنخفض تكلفة القطعة الواحدة عمومًا مع زيادة حجم الإنتاج بمجرد أن تصبح القالب جاهزة. وعند إنتاج آلاف أو مئات الآلاف من القطع المتشابهة، يمكن أن تكون عملية الصب بالقالب أكثر فعالية من حيث التكلفة.

يجب أن يستند الاختيار إلى القطعة نفسها، وليس إلى اسم المادة فحسب.

التطبيقات الشائعة للألمنيوم

يُستخدم الألمنيوم المطروق في المنتجات التي تتطلب القوة، أو الوزن الخفيف، أو مقاومة التآكل، أو شكلاً معيناً.

ومن الأمثلة النموذجية على ذلك:

• إطارات النوافذ والأبواب
• المقاطع الهيكلية
• مكونات الطائرات
• إطارات الدراجات الهوائية
• المبادلات الحرارية
• أجزاء الماكينة
• مكونات نظام التعليق في السيارات
• الأعمدة والدعامات
• الألواح واللوحات

يختلف نوع السبيكة بالضبط باختلاف الاستخدام.

على سبيل المثال، يُستخدم النوع 6061 في الأجزاء الهيكلية العامة والأجزاء المُشغَّلة، بينما يُستخدم النوع 7075 في التطبيقات التي تتطلب قوة أعلى.

التطبيقات الشائعة للألمنيوم المصبوب بالقالب

عادةً ما تُصنع المنتجات ذات الأشكال الهندسية المعقدة والتي يتم إنتاجها بكميات كبيرة من الألومنيوم المصبوب بالقالب.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• أغلفة مخصصة لقطاع السيارات
• أغطية علبة التروس
• علب المحرك
• علب التروس
• أغلفة مصابيح LED
• العلب الإلكترونية
• المشتتات الحرارية
• أغلفة المعدات الصناعية
• أجسام المضخات
• الأقواس
• مكونات الأجهزة المنزلية

وتنطبق هذه العملية أيضًا عندما يتم دمج عدة ميزات في قطعة واحدة.

على سبيل المثال، يمكن أن يحتوي الغلاف على نتوءات تثبيت، وأضلاع، وفتحات مسامير، وفتحات للكابلات، وريش تبريد، كلها مصبوبة في قطعة واحدة.

ما الذي ينبغي على الشركات المصنعة اختياره؟

أولاً، حدد متطلبات القطعة.

عندما يكون الجزء بسيطًا ويتطلب شكلًا طويلًا وموحدًا، فقد يكون البثق هو الخيار الأنسب. أما إذا كان الجزء يجب أن يتحمل أحمالًا متكررة ويتطلب قوة عالية، فقد تكون السبيكة المطاوعة أو القطعة المطروقة هي الخيار الأنسب.

كلما زاد عدد الميزات التي يتضمنها التصميم وزاد حجم الإنتاج، زادت جاذبية عملية الصب بالقالب.

تساعد الأسئلة التالية في تضييق نطاق العملية:

·      ما مدى تعقيد هذا الجزء؟

غالبًا ما يكون من الأسهل تشكيل الألومنيوم على شكل صفائح وقضبان وأنابيب ومقاطع بسيطة. أما العلب والحوامل المعقدة، فهي مناسبة للصب بالقالب.

·      كم عدد القطع المطلوبة؟

في بعض الأحيان، لا تبرر بضع عشرات من القطع الاستثمار في أدوات الصب بالقالب. وعند إنتاج كميات كبيرة، يكون من الأسهل توزيع تكلفة القالب على المكونات الفردية.

·      ما مقدار القوة المطلوبة؟

فيما يتعلق بالتطبيقات التي تنطوي على أحمال عالية أو صدمات أو إجهاد أو تلك المتعلقة بالسلامة، ينبغي على المهندسين استخدام البيانات الفعلية الخاصة بالسبائك والعمليات بدلاً من المصطلح العام “الألومنيوم”.”

·      هل يتطلب هذا الجزء مقاومة التسرب؟

إذا كان المكون يحتوي على سائل أو غاز، فيجب الانتباه جيدًا إلى درجة المسامية. وقد يكون من الضروري اللجوء إلى الصب بالقالب تحت الفراغ، واختيار السبائك المناسبة، واختبار التسرب.

·      ما هو الحد المقبول من التآكل الناتج عن المعالجة الآلية؟

ينتج عن عملية الصب بالقالب منتج شبه نهائي، لكن الثقوب وأسطح الإحكام واللولبات والتفاوتات الضيقة تتطلب عادةً إجراء معالجة آلية باستخدام الحاسب (CNC) بعد ذلك. وعند استخدام لوح أو قضيب أو قطعة خام من الألومنيوم، فإنك تحتاج أيضًا إلى معالجة المادة آليًّا.

الخاتمة

الألومنيوم والألومنيوم المصبوب بالقالب ليسا معادن مختلفين تمامًا. فالألومنيوم هو المعدن الأساسي واسم يُطلق على عائلة كبيرة من السبائك. أما الألومنيوم المصبوب بالقالب فيشير إلى سبائك الألومنيوم التي تُصب تحت ضغط عالٍ. وعندما تكون القوة والليونة من العوامل المهمة، يُعد الألومنيوم مادة جيدة لصناعة المقاطع والألواح والأجزاء المُشغَّلة والمكونات. يُستخدم الألومنيوم المصبوب في الأشكال المعقدة، والجدران الرقيقة، والميزات المدمجة، والإنتاج بكميات كبيرة.

بالنسبة للمصنعين، فإن الأمر يتعلق باختيار القطع، وليس بأسماء المواد. قد يكون البثق أفضل طريقة لتصنيع مقطع جانبي بسيط. أما المكونات المعرضة لأحمال عالية، فقد يكون التشكيل بالضغط أو غيره من عمليات التشكيل اليدوي أكثر ملاءمة لها. قد يكون الصب بالقالب خيارًا أفضل لعلبة إلكترونية معقدة. قبل البدء في الإنتاج، يجب مراجعة التصميم للتأكد من سماكة الجدران، وزاوية الانحدار، وخطوط الفصل، ومتطلبات المعالجة الآلية، واختيار السبائك، والتفاوتات المسموح بها، وكميات الإنتاج. التصميم الجيد قالب الصب بالضغط ثم تساعد في تحويل التصميم المعتمد إلى قطع إنتاج متسقة.

تشمل الخطوات المعتادة التي تتبعها الشركات عند الانتقال من ملفات CAD أو العينات المادية إلى مرحلة الإنتاج ما يلي: مراجعة تصميم التصنيع (DFM)، وتصميم القوالب، وتصنيع القوالب، والموافقة على العينات، والإنتاج، والتشطيب، والفحص، والتجميع. إن اتخاذ القرارات الصحيحة قبل البدء في تصنيع القوالب سيوفر تكلفة التغييرات التي قد تترتب لاحقًا.