أنواع مختلفة من الأنماط في الصب

1. مقدمة

يعد الصب أحد أقدم عمليات التصنيع البشرية وأكثرها تنوعًا.

في قلب هذه العملية يكمن نمط الصب: قالب مادي يحدد هندسة الجزء الأخير.

النمط المصمم جيدًا يقلل من الخردة, يقصر المهلة, يقلل من الآلات ويحسن التكرار; الفقير يفرض إصلاحات باهظة الثمن, إعادة صياغة أو حتى إعادة تصميم الأدوات.

2. ما هو نمط الصب وسبب أهميته

أ نمط الصب هو نموذج ثلاثي الأبعاد مصمم بدقة من المكون المطلوب, تستخدم لتشكيل تجويف القالب الذي يصب فيه المعدن المنصهر.

على عكس نسخة طبق الأصل بسيطة, النمط عمدا تم تعديلها لتشمل البدلات للانكماش, الآلات, والتشويه, إلى جانب الميزات الوظيفية مثل أنظمة البوابات, الناهضون, والمطبوعات الأساسية.

بمجرد أن يتصلب المعدن داخل القالب, فهو يفترض الهندسة والأبعاد التي يحددها النموذج، مما يجعل النموذج أساس دقة الأبعاد وقابلية التكرار في الصب.

لماذا الأنماط لا غنى عنها

في ممارسة المسبك الحديثة, النمط ليس مجرد "قالب" بل هو عنصر التحكم الهندسي التي تحدد جودة الصب, يكلف, وكفاءة العملية.

ويمكن قياس تأثيرها عبر ثلاثة أبعاد أساسية:

• التحكم الهندسي: تضمن الأنماط مطابقة الأجزاء لمواصفات التصميم. يمكن أن يؤدي النمط المصمم بشكل سيء إلى أخطاء في الأبعاد, أي سبب 35% من عيوب الصب.
• كفاءة التكلفة: تمثل مواد النقش والتصميم ما بين 10 إلى 25% من إجمالي تكاليف الصب.
  اختيار النمط الصحيح (على سبيل المثال, الخشب لحجم منخفض مقابل. معدن لحجم كبير) يمكن أن يقلل تكاليف الجزء الواحد بنسبة 40-60%.
• توافق العملية: لا يوجد نمط واحد يعمل مع جميع طرق الصب، فالصب الاستثماري يتطلب أنماطًا شمعية, بينما يستخدم صب الرمل الخشب أو المعدن. أنماط غير متطابقة تؤدي إلى 20% ارتفاع معدلات الخردة.

الأنماط مقابل. يموت: التمييز الفني

بينما أنماط و يموت تخدم أغراض النسخ الهندسي مماثلة, تختلف أدوارهم التشغيلية بشكل أساسي:

3. معلمات التصميم الرئيسية التي تنطبق على جميع الأنماط

بغض النظر عن المواد, عملية, أو التعقيد, يجب أن يتضمن كل نمط صب مجموعة من معلمات التصميم الأساسية لضمان دقة الأبعاد, التصنيع, ومسبوكات خالية من العيوب.

وتسترشد هذه المبادئ ASTM A802 – المواصفات القياسية لأنماط الصب والصناديق الأساسية ويتم تعديلها حسب المعدن الأساسي, عملية الصب, وهندسة الجزء.

4. مواد النمط - الاختيار والمقايضات

5. الأنواع الشائعة من الأنماط في الصب

أنماط الصب هي حجر الزاوية في خلق القالب. اختيار الصحيح نوع النمط الأرصدة تعقيد, مقدار, يكلف, والدقة.

يتم استخدام الأنماط العشرة التالية على نطاق واسع في الصب الصناعي, مع إرشادات حول متى ولماذا تختار كل منها.

قطعة واحدة (صلب) نمط

• تعريف: واحد, نسخة طبق الأصل الصلبة من الجزء الأخير, تمثل هندستها الخارجية الدقيقة.
  تستخدم عادة للمكونات الصغيرة أو البسيطة, ليس لديه أقسام قابلة للفصل, ويجب أن تتكون جميع تجاويف العفن حول هذه القطعة الواحدة.
  غالبا ما يستخدم للشقة, الأشكال المنشورية حيث تكون الأجزاء السفلية أو الميزات المعقدة في حدها الأدنى.

  

• استخدام الحالة: صغير, هندسة بسيطة أو أجزاء النموذج.
• المزايا: تكلفة منخفضة, من السهل افتعالها, مهلة سريعة.
• القيود: غير مناسب للهندسة المعقدة أو القطع السفلية; قد يتطلب مشروعًا مفرطًا أو نوى إضافية.

قطعتين (ينقسم) نمط

• تعريف: نمط مقسم على طول أ طائرة فراق واحدة إلى نصفين - يشار إليهم عادة باسم التأقلم (قمة) واسحب (قاع).
  يسمح ذلك بإزالة النموذج من الرمل أو مواد العفن الأخرى دون الإضرار بالتجويف.
  يستوعب الانقسام القطع السفلية المعتدلة ويسهل وضع البوابات والناهض.
• استخدام الحالة: معظم المسبوكات الرملية القياسية ذات التعقيد المعتدل.
• المزايا: يدعم القطع السفلية, يسمح بإزالة العفن بسهولة.
• القيود: يتطلب تصميمًا ومحاذاة دقيقين لمستوى الفراق (دبابيس وتد تستخدم في كثير من الأحيان).

نمط متعدد القطع

• تعريف: نمط يتكون من ثلاثة أقسام أو أكثر لالتقاطه تجاويف معقدة أو عميقة, أو لاستيعاب طائرات فراق متعددة.
  تتضمن المكونات عادةً الجزء العلوي, قاع, والأقسام المتوسطة. يسمح هذا التصميم بإنتاج أشكال معقدة لا يمكن تشكيلها بنمط قطعة واحدة أو قطعتين.

  

• استخدام الحالة: مكونات صناعية معقدة ذات سمات داخلية.
• المزايا: يتيح صب الميزات العميقة أو متعددة الاتجاهات بدون مراكز متعددة.
• القيود: التجميع يستغرق وقتًا طويلاً; قد تؤدي أخطاء المحاذاة إلى زيادة الخردة.

نمط لوحة المباراة

• تعريف: أنماط (مفردة أو متعددة) يتم تركيبها على لوحة معدنية صلبة, مع ترتيب جوانب المواجهة والسحب على وجوه متقابلة.
  تم تصميم هذا التكوين للقولبة الآلية أو ذات الحجم الكبير, مما يسمح بالتعامل التلقائي مع القارورة وتشكيل التجويف السريع.
• استخدام الحالة: إنتاج متوسط ​​إلى مرتفع الحجم في خطوط صب الرمل الآلية.
• المزايا: التكرار العالي, صب سريع, مناسبة للإنتاج الميكانيكي.
• القيود: ارتفاع تكلفة الأدوات الأولية; يجب تشكيل اللوحة بدقة.

بوابات / نمط متعدد التجويف

• تعريف: يجمع أنماط أجزاء متعددة في جمعية واحدة, مع براعم متكاملة, المتسابقين, والبوابات.
  مصممة لملء عدة تجاويف في وقت واحد بالمعدن المنصهر. غالبًا ما يتم استخدامه عند الحاجة إلى أجزاء متطابقة بكميات كبيرة.

  

• استخدام الحالة: المسبوكات الصغيرة المنتجة بكميات كبيرة, على سبيل المثال, مكونات السيارات.
• المزايا: إنتاج فعال, ملء متسق, انخفاض العمالة لكل جزء.
• القيود: تصميم البوابات المعقدة; يجب إعادة تدوير خردة العداء.

نمط الهيكل العظمي

• تعريف: مبسطة, نسخة مفتوحة الإطار للمكون النهائي, تحديد السمات الهندسية الرئيسية مع ترك أجزاء كبيرة من التجويف تتشكل بالرمل أو مادة القولبة.
  هذا التصميم فعال بشكل خاص بالنسبة للكبيرة, أشكال بسيطة نسبيًا حيث يكون توفير المواد وكفاءة إزالة الرمال أمرًا مهمًا.
• استخدام الحالة: كبير, هندسة بسيطة مثل قواعد الآلة أو المسبوكات الهيكلية.
• المزايا: يحفظ المواد والوزن, يبسط عملية إزالة الرمال.
• القيود: غير مناسب للتفاصيل الدقيقة أو الصغيرة, أجزاء معقدة.

نمط الاجتياح

• تعريف: النمط الذي يشكل تجويفا تدوير قالب الملف الشخصي (اكتساح) حول محور مركزي, تتبع الكفاف المطلوب في مادة القالب.
  مثالية للمكونات والأشكال المتماثلة دورانيًا التي يمكن إنشاؤها بواسطة ملف تعريف منحني واحد.
• استخدام الحالة: الأجزاء المتماثلة دورانيًا مثل المخاريط, أجراس, أو بكرات كبيرة.
• المزايا: تشكيل تجويف سريع للهندسة المحورية.
• القيود: يقتصر على الملفات الشخصية القابلة للمسح; غير مناسب للميزات ثلاثية الأبعاد المعقدة.

نمط قطعة فضفاضة

• تعريف: نمط ذو أقسام قابلة للفصل مصممة خصيصًا للتشكيل تقف, التوقعات, أو الميزات الداخلية.
  تتم إزالة القطع السائبة بشكل فردي أثناء تشكيل القالب لمنع تلف القالب وضمان إنشاء تجويف دقيق.
• استخدام الحالة: أجزاء مع الزعماء, ثقوب, أو نتوءات معقدة تحبس نمطًا من قطعة واحدة.
• المزايا: يسهل عملية الإزالة ويقلل من خطر تلف العفن.
• القيود: يتطلب عمالة ماهرة للتجميع والمحاذاة الدقيقة.

يَتَصدَّى & يجر (قارورة) نمط

• تعريف: نمط معياري مصمم للاستخدام في قوالب الرمل على أساس قارورة, فصل الجزء العلوي (يَتَصدَّى) والقاع (يجر) لتسهيل تعبئة القالب, الضغط, وصب المعادن. شائع للمسبوكات الكبيرة أو الثقيلة.
• استخدام الحالة: مصبوبات رملية كبيرة مثل كتل المحرك أو أغلفة المضخات.
• المزايا: وحدات; يدعم القوالب الثقيلة والأجزاء الكبيرة.
• القيود: يمكن أن يكون التعامل مع القوارير الثقيلة ومواءمتها أمرًا صعبًا.

نمط شل

• تعريف: تستخدم في عمليات صب القشرة, في كثير من الأحيان معدنية أو ساخنة, لإنتاج رقيقة, جامد, قذائف رملية مرتبطة بالراتنج حول النموذج.
  هذا النوع من النمط يسمح دقة عالية, تفاصيل معقدة, وإنهاء السطح الممتاز بسبب التسخين المتحكم فيه وترسب القشرة بشكل موحد.

  

• استخدام الحالة: تتطلب المكونات الدقيقة جدرانًا رقيقة, الانتهاء من سطح ممتازة, أو التفاصيل الدقيقة (على سبيل المثال, المساكن الفضائية, علب التروس).
• المزايا: دقة أبعاد عالية (±0.1 ملم ممكن), الانتهاء من السطح الأملس (RA 0.8-3.2 ميكرون), تبريد فعال.
• القيود: يتطلب التحكم في العملية وتسخين النمط بعناية; تكلفة أولية أعلى من أنماط الرمال.

رؤى هندسية

• يتم تحديد اختيار النمط بواسطة: جزء هندسة, حجم الإنتاج, متطلبات التسامح, والمواد.
• تكلفة مقابل. مقايضة التعقيد: الأنماط البسيطة المكونة من قطعة واحدة هي الأرخص, في حين أن الأنماط متعددة القطع أو الألواح المتطابقة لها تكلفة أولية أعلى ولكنها تتيح حجمًا كبيرًا, إنتاج دقيق.
• صيانة النمط: أنماط قابلة لإعادة الاستخدام (معدن) تتطلب الفحص الدوري; أنماط مستهلكة (خشب, الشمع) يجب استبدالها بشكل متكرر للحفاظ على التفاوتات.

6. ملاحظات خاصة بالعملية: أنماط طرق صب المفاتيح

تفرض عمليات الصب المختلفة متطلبات فريدة على الأنماط. فهم هذه الفروق يضمن تشكيل القالب الأمثل, الحد الأدنى من العيوب, والإنتاج الفعال من حيث التكلفة.

توضح الملاحظات التالية بالتفصيل كيفية تكييف الأنماط لصب الرمل, صب قذيفة, صب الاستثمار, و يموت الصب.

صب الرمال

• متطلبات النمط: يجب أن تكون الأنماط قوية ولكنها خفيفة الوزن, حيث يتم تعبئتها يدويًا أو ميكانيكيًا بالرمل.
  زوايا مسودة, بدلات الانكماش, تعتبر ميزات البوابات ضرورية للتعويض عن ضغط الرمال وانكماش المعدن.
• أنواع الأنماط الشائعة: قطعة واحدة, قطعتين, متعددة القطع, هيكل عظمي, والتعامل & تُستخدم أنماط السحب على نطاق واسع.
• اعتبارات:

• • الأنماط الخشبية شائعة في الأجزاء ذات الحجم المنخفض; تُفضل الأنماط المعدنية للمكونات كبيرة الحجم أو الدقيقة.
  • تتراوح زوايا السحب عادةً من 1-3 درجات للأسطح الرأسية.
  • يعد الموضع الأساسي والقطع القابلة للإزالة أمرًا مهمًا للجزء السفلي.

• التطبيقات: كتل المحرك, مضخة العلب, المكونات الهيكلية, والآلات الصناعية.

صب قذيفة صب

• متطلبات النمط: يجب أن تتحمل الأنماط الحرارة تشكيل قذيفة الرمل المغلفة بالراتنج. غالبًا ما تُستخدم الأنماط المعدنية أو الساخنة لضمان سماكة وتفاصيل موحدة للصدفة.
• أنواع الأنماط الشائعة: أنماط القشرة, أنماط لوحة المباراة, والأنماط المسورة/متعددة التجاويف مثالية.
• اعتبارات:

• • تسمح الأصداف الرقيقة بالتسامح الدقيق (± 0.1 مم) والتشطيبات السطحية الناعمة (RA 0.8-3.2 ميكرون).
  • يمكن أن تكون زوايا المسودة أصغر (0.5-1°) بسبب مرونة الراتنج.
  • غالبًا ما تكون الأنماط مغلفة لمنع الالتصاق وتسهيل التحرير.

• التطبيقات: مكونات الفضاء, قطع غيار السيارات الدقيقة, والمسبوكات الصناعية المعقدة الصغيرة إلى المتوسطة.

صب الاستثمار

• متطلبات النمط: الأنماط عادة النسخ المتماثلة الشمع من الجزء الأخير. يجب أن تكون أنماط الشمع دقيقة من حيث الأبعاد وقادرة على تحمل دورات الطلاء والإرهاق المتعددة.
• أنواع الأنماط الشائعة: قطعة واحدة, بوابات/متعددة التجاويف, ويتم استخدام أنماط القطع الفضفاضة في أغلب الأحيان.
• اعتبارات:

• • يمكن تحقيق دقة الأبعاد العالية والتفاصيل المعقدة (± 0.05-0.2 مم).
  • يجب أن تأخذ الأنماط في الاعتبار انكماش الغلاف المعدني والسيراميك.
  • يمكن تجميع أنماط الشمع في الأشجار لصب أجزاء متعددة في وقت واحد.

• التطبيقات: شفرات التوربينات, الأجهزة الطبية, مجوهرات, ومكونات فضائية عالية الدقة.

يموت الصب

• متطلبات النمط: استخدامات الصب بالقالب يموت المعدن الدائم, أنماط غير مستهلكة, لكن القوالب تؤدي وظيفة النمط لتحديد هندسة الأجزاء.
  يجب أن يأخذ تصميم القالب بعين الاعتبار إخراج الجزء, قنوات التبريد, وأنظمة البوابات.
• أنواع الأنماط الشائعة: يتم تكييف مفاهيم لوحة المطابقة أو البوابات/التجويفات المتعددة في أدوات القالب.
• اعتبارات:

• • يتم تعويض التكلفة الأولية العالية بالسرعة, إنتاج كبير الحجم.
  • التسامح ضيق (± 0.1 مم), مع الحد الأدنى من التشطيب المطلوب.
  • قد تتطلب الأشكال الهندسية المعقدة نوى شرائح أو إدخالات.

• التطبيقات: مكونات السيارات, العلب الكهربائية, إلكترونيات المستهلك, والأجزاء الصناعية الدقيقة الصغيرة.

7. خاتمة

يعد اختيار النوع المناسب من النموذج والمواد بمثابة مقايضة جودة التكلفة التي يجب حلها في مرحلة التصميم.

يستخدم أنماط بسيطة للنماذج الأولية وأحجام منخفضة, لوحة المباراة أو أنظمة بوابات للكميات المتوسطة, و أنماط أداة الصلب للتشغيلات العالية جدًا.

الجمع بين أساسيات النمط الصلب (مسودة, انكماش, بدل الآلات) بالأدوات الحديثة (CAD, محاكاة, 3الطباعة د) لتقليل التكرارات وزيادة الإنتاج بشكل أسرع.

النهج المنهجي لاختيار الأنماط يقلل من الخردة, يقصر المهلة, ويقدم جودة جزء يمكن التنبؤ بها.

 

الأسئلة الشائعة

ما حجم زاوية المسودة التي يجب أن أستخدمها؟?

يستخدم 1°–3° لمعظم الأسطح المصقولة. زيادة الى 2°–5° للرمال المزخرفة أو الخشنة, وحتى 7° للقوام الثقيل.

ما هو بدل الانكماش الذي أستخدمه للفولاذ المقاوم للصدأ?

البدل الخطي النموذجي هو 1.9%-2.5 ٪; تأكيد مع مسبك وضبط بعد المسبوكات التجريبية.

متى يكون نمط لوحة المطابقة مبررًا?

أ: عندما تكون هناك حاجة إلى الأتمتة والتكرار العالي - عادةً مئات إلى عشرات الآلاف من الأجزاء سنويًا. يعتمد التعادل على تكلفة الأدوات مقابل تكلفة الأدوات. الحجم المتوقع.

ما هو العمر الافتراضي للنمط المعدني?

تدوم أنماط الألومنيوم ما بين 10.000 إلى 100.000 دورة (حجم متوسط), بينما تتحمل الأنماط الفولاذية ما بين 100000 إلى 1000000 دورة (حجم كبير, على سبيل المثال, الإنتاج الضخم للسيارات).

هل يمكن للأنماط المطبوعة ثلاثية الأبعاد أن تحل محل الأنماط المعدنية التقليدية؟?

للحجم المنخفض إلى المتوسط (<10,000 أجزاء), نعم - تعمل الأنماط المطبوعة ثلاثية الأبعاد على تقليل المهلة الزمنية بنسبة 70-90%.

للحجم العالي (>100أجزاء ك), تظل الأنماط المعدنية متفوقة نظرًا لمتانتها وانخفاض تكلفة الجزء الواحد.