يستخدم كلٌّ من قولبة حقن المعادن (MIM) والصب بالقالب ضغطًا عاليًا لملء تجويف القالب بالمواد. يتكون نظاما القالب فيهما من جزأين ويعملان بمبدأ مشابه.
ما هو الفرق الرئيسي بينهما؟
تستخدم عملية الصب بالقالب المعدن المنصهر كمواد خام، في حين تستخدم عملية حقن المعادن مساحيق المعادن والمواد الرابطة.
المحتويات
ما هو صب حقن المعادن؟
عملية صب حقن المعادن
(أراضي البوديساتفا) عملية صب حقن المعادن كما هو موضح في الشكل أدناه.
خلط
في هذه العملية، يُخلط مسحوق المعدن مع المواد الرابطة لتكوين "المادة الخام". تُقلل إضافة المواد الرابطة الاحتكاك بين مساحيق المعدن وتجعلها مرنة. عادةً ما تكون نسبة مسحوق المعدن إلى المواد الرابطة حوالي 60:40.
عن طريق الحقن
بعد عملية الخلط، آلة حقن المعادن يحقن المادة الخام في تجويف القالب. بعد تبريد وتشكيل القالب الأخضر، يُفتح القالب ويقذفه دبوس الحقن. يشبه هذا إلى حد كبير عملية حقن البلاستيك.
التنحي
إزالة الروابط هي إزالة المواد الرابطة لمنعها من التأثير على جودة المنتج النهائي. تُسمى الأجزاء الخضراء بعد عملية إزالة الروابط بالأجزاء البنية.
ربما تعرف طريقة إزالة الروابط الحرارية، وهي رخيصة جدًا، لكنها بطيئة جدًا. إذا كنت ترغب في سرعة أكبر، فإن إزالة الروابط بالمذيبات وإزالة الروابط التحفيزية ضرورية.
تلبد
الكثافة الخضراء لقوالب الحقن منخفضة جدًا ولا يمكنها تلبية متطلبات المنتجات النهائية.
التلبيد هو إعطاء الأجزاء البنية خصائص ميكانيكية وفيزيائية. في هذه العملية، تُرسل المنتجات غير المكتملة إلى فرن التلبيد لتسخينها إلى ما دون درجة انصهارها. تعمل هذه العملية مثل عملية التلبيد التقليدية.
تجدر الإشارة إلى أن انكماش التلبيد لأجزاء حقن المعادن كبير جدًا، حوالي 15٪.
تطبيقات حقن المعادن
سيارات
يُعدّ حقن المعادن أمرًا لا غنى عنه في صناعة السيارات نظرًا لقدرته الإنتاجية الكبيرة، وكثافته العالية، ودقته الفائقة. من بين قطع غيار السيارات التي ربما شاهدتها، مكونات حقن الوقود، وأذرع ناقل الحركة، والموصلات الكهربائية، ومُشغلات الوسائد الهوائية.
خدمات الطبية
كما ساهمت عملية حقن المعادن في تطوير الصناعة الطبية.
تُعدُّ أقواس تقويم الأسنان من منتجات MIM النموذجية. وتشمل المنتجات الأخرى الأدوات الجراحية، والغرسات المتوافقة حيويًا، والأجهزة الطبية.
فضاء
يُفضّل المهندسون قطع غيار الطائرات خفيفة الوزن وعالية المتانة. هذا يضمن سلامة الطيران ويوفر الوقود. تتميز عملية حقن المعادن بقدرتها على إنتاج منتجات متميزة، مثل محركات الطائرات ومكونات أحزمة الأمان. كما تُمكّنها من إنتاج مكونات ذات هندسة معقدة.
الإلكترونيات
تتميز منتجات MIM بخشونة سطح جيدة، وهي ميزة شائعة في الإلكترونيات الاستهلاكية. على سبيل المثال، تُصنع إطارات الهواتف الذكية، وحاملات الكاميرا، وعلبة البطاقات باستخدام تقنية MIM.
مميزات وعيوب عملية حقن المعادن
المزايا
- أجزاء صغيرة
- أشكال معقدة
- جودة متسقة
- استخدام المواد
- كثافة المنتج وقوته
- مرونة التصميم
عيوب
- انكماش كبير
- تكلفة
- حجم محدود
ما هو Die Casting؟
يموت الصب هي عملية تصنيع معادن، يُحقن فيها المعدن المنصهر في قالب فولاذي تحت ضغط عالٍ. تُنتج هذه العملية قطعًا ذات تحمّلات دقيقة، وأسطح ناعمة، وكفاءة إنتاج ممتازة. قد تحتاج إلى إزالة النتوءات والوميض من المسبوكات بالقالب عن طريق التشذيب.
أنواع عملية الصب بالقالب
صب القوالب في حجرة باردة، مثالي للمعادن عالية درجة الانصهار، ويُستخدم عادةً لمواد مثل النحاس والألومنيوم وسبائك الزنك. يفصل هذا الصب مكونات البوتقة والحاقن لتجنب التآكل.
يمكنك صب المعدن السائل في حجرة الحقن من خلال فتحة الصب أو استخراجه يدويًا.
على النقيض من ذلك، يُعدّ صبّ القوالب في الحجرة الساخنة مناسبًا للمعادن ذات درجات الانصهار المنخفضة، مثل المغنيسيوم والزنك. يُغذّى المعدن المنصهر في القالب عبر أنبوب ذي عنق إوزة باستخدام آلة.
تقوم عملية الصب بالجاذبية بتحويل المعدن المنصهر إلى القالب عن طريق الجاذبية.
تطبيقات الصب يموت
سيارات
يتم تطبيق عملية الصب بالقالب في صناعة السيارات للمنتجات مثل كتل المحرك، ورؤوس الأسطوانات، والتروس، وعجلات السيارات، وما إلى ذلك.
فضاء
يمكن أن يؤدي الصب بالقالب إلى تقليل وزن الطائرة باستخدام مواد خفيفة الوزن، مما يقلل من استهلاك الوقود. الأجزاء النموذجية هي جسم الطائرة، ورؤوس مكابس المحرك، ومعدات الهبوط.
الإلكترونيات
يمكنك استخدام عملية الصب بالقالب لإنشاء أغلفة إلكترونية ومبددات حرارية وموصلات من مواد الألومنيوم والزنك.
مزايا وعيوب الصب بالقالب
المزايا
- إمكانية كبيرة للإنتاج الضخم
- انخفاض تكلفة الإنتاج
- يمكن أن تشكل أجزاء ذات جدران رقيقة
عيوب
- اختيار المواد منخفض
- قوالب باهظة الثمن
- ارتفاع الاستثمار الأولي
مقارنة بين MIM والصب بالقالب
وزن المنتج
يتراوح الوزن النموذجي لأجزاء المعدن المصبوبة بالحقن بين 15 و20 جرامًا. يصعب تصنيع أجزاء كبيرة (أكثر من 50 جرامًا) باستخدام تقنية MIM نظرًا لقيود ماكينة حقن القالب.
تتمكن عملية الصب بالقالب من تصنيع منتجات أصغر حجمًا (30 جرامًا) ومنتجات كبيرة جدًا (أكثر من 10 كجم).
الانتهاء من السطح
يمكن أن تصل خشونة سطح قوالب الحقن المعدنية إلى Ra 1 ميكرومتر. أما سطح الصب بالقالب، فيكون أكثر خشونة بحوالي Ra 1.6-3.2 ميكرومتر، وقد تحتاج إلى تقليم سطحه.
اختيار المواد
في معظم الحالات، يتم تصنيع القوالب المصبوبة في المقام الأول من المعادن غير الحديدية.
هذه بعض المواد الشائعة المستخدمة في الصب.
- الامونيوم
- زنك
- نحاس
- النحاس
- قصدير
- المغنيسيوم
- قيادة
ومن ناحية أخرى، تسمح عملية حقن المعادن باستخدام مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن الحديدية وغير الحديدية.
وهنا بعض المشتركة مواد MIM.
- ستانلس ستيل
- أداة الصلب
- سبائك الألومنيوم
- سبائك التيتانيوم
- سبائك النيكل
- سبائك التنجستن
- معدن متوافق حيوياً
التكلفة
نظراً لارتفاع تكلفة إنتاج قوالب الصب بالقالب وقوالب MIM نسبياً، فإن إنتاج القطع بكميات كبيرة يُعدّ اقتصادياً. وعادةً ما يكون الصب أرخص من حقن المعادن، لأنه يُغني عن عمليات إزالة الشحوم والتلبيد.
كثافة
تتميز عمليات الصب بالقالب بكثافة كاملة، في حين أن أجزاء القالب بالحقن المعدنية لها كثافة تتراوح بين 95% إلى 99%.
الأشكال
تتمتع شركة MIM بالقدرة على إنتاج أجزاء صغيرة ومعقدة ذات ميزات دقيقة يصعب استخدامها باستخدام الصب بالقالب.
قوالب
تتميز قوالب الصب بالقالب بعمر افتراضي أطول من قوالب MIM، لكنها أغلى ثمنًا. عادةً، تتراوح تكلفة أدوات حقن المعادن بين 1,400 و2,800 دولار أمريكي، بينما تتراوح تكلفة أدوات الصب بالقالب بين 1,200 و4,200 دولار أمريكي.
دورة الإنتاج
بشكل عام، سرعة إنتاج قالب MIM الأخضر أسرع من الصب بالقالب. ومع ذلك، لا تزال أجزاء القالب المعدني بالحقن تحتاج إلى معالجة لاحقة، تشمل إزالة الروابط والتلبيد. لذلك، تكون دورة الصب بالقالب أقصر. وبشكل عام، تتراوح دورة إنتاجها، بما في ذلك وقت صنع القالب، بين 25 و30 يومًا.
دقة الأبعاد
يمكن لكل من MIM والصب بالقالب تحقيق دقة أبعاد تبلغ ±0.05 ملم.
الأسئلة الشائعة
1. لماذا يعتبر مسحوق المعدن المستخدم في MIM ناعمًا جدًا؟
جزيئات المسحوق المستخدمة في MIM دقيقة للغاية، تتراوح بين 1 و20 ميكرومتر. يُسهّل المسحوق الدقيق إنتاج منتجات عالية الكثافة. يمكن أن تصل خشونة سطح المنتجات المصنوعة من مسحوق حديد الهيدروكسيل إلى 0.35 ميكرومتر (Ra).