مسبك

تُجرى عملية الصهر في فرن . وتُستخدم مواد خام، وخردة خارجية، وخردة داخلية، وعناصر سبائك لتغذية الفرن. تشير المواد الخام إلى الأشكال النقية تجاريًا للمعدن الأساسي المستخدم في تكوين سبيكة معينة . أما عناصر السبائك فهي إما أشكال نقية لعنصر السبائك، مثل النيكل الإلكتروليتي ، أو سبائك ذات تركيب محدود، مثل السبائك الحديدية أو السبائك الرئيسية. والخردة الخارجية هي مواد من عمليات تشكيل أخرى مثل التثقيب أو الحدادة أو التشغيل الآلي . وتتكون الخردة الداخلية من البوابات ، والأنابيب الصاعدة ، والمسبوكات المعيبة، وغيرها من بقايا المعادن الخارجية التي تُنتج داخل المنشأة.

تتضمن العملية صهر الشحنة، وتكرير المصهور، وضبط تركيبه الكيميائي، ثم سكبه في وعاء النقل. يُجرى التكرير لإزالة الغازات والعناصر الضارة من المعدن المنصهر لتجنب عيوب الصب. تُضاف مواد أثناء عملية الصهر لضبط التركيب الكيميائي النهائي ضمن نطاق محدد وفقًا للمعايير الصناعية و/أو المعايير الداخلية. قد تُستخدم بعض المواد المساعدة على الصهر لفصل المعدن عن الخبث و/أو الشوائب، وتُستخدم أجهزة إزالة الغازات لإزالة الغازات المذابة من المعادن التي تذوب بسهولة في الغازات. أثناء السكب، تُجرى التعديلات النهائية على التركيب الكيميائي. ^{[ 3 ]}

تُعدّ عملية إزالة الغازات ^{[ 4 ]} عمليةً قد تكون ضروريةً لتقليل كمية الهيدروجين الموجودة في دفعة من المعدن المنصهر. يمكن أن تتشكل الغازات في مصبوبات المعادن بإحدى طريقتين:

1. عن طريق الانحصار المادي أثناء عملية الصب أو
2. عن طريق التفاعل الكيميائي في مادة الصب.

يُعدّ الهيدروجين من الملوثات الشائعة في معظم المعادن المصبوبة. ويتكوّن نتيجةً لتفاعلات المواد أو من بخار الماء أو مواد تشحيم الآلات. إذا كان تركيز الهيدروجين في المصهور مرتفعًا جدًا، فسيكون المسبوك الناتج مساميًا؛ إذ يتسرب الهيدروجين من المحلول المنصهر، تاركًا جيوبًا هوائية دقيقة، أثناء تبريد المعدن وتصلبه. غالبًا ما تؤدي المسامية إلى تدهور كبير في الخواص الميكانيكية للمعدن.

إحدى الطرق الفعّالة لإزالة الهيدروجين من المصهور هي تمرير غاز جاف غير قابل للذوبان عبره عن طريق التطهير أو التحريك. عندما تصعد الفقاعات في المصهور، فإنها تحمل الهيدروجين المذاب إلى السطح. غالبًا ما تُستخدم غازات الكلور والنيتروجين والهيليوم والأرجون لإزالة الغازات من المعادن غير الحديدية. أما أول أكسيد الكربون فيُستخدم عادةً لإزالة الغازات من الحديد والصلب.

توجد أنواع مختلفة من الأجهزة التي يمكنها قياس وجود الهيدروجين. وبدلاً من ذلك، يمكن قياس وجود الهيدروجين عن طريق تحديد كثافة عينة معدنية.

في الحالات التي لا تزال فيها المسامية موجودة بعد عملية إزالة الغازات، يمكن تحقيق إغلاق المسامية من خلال عملية تسمى تشريب المعادن .

مخططات لنوعين من الأنماط

رسم تخطيطي للنموذج

في عملية الصب، يُصنع نموذج على شكل الجزء المطلوب. يمكن صنع التصاميم البسيطة من قطعة واحدة أو نموذج مصمت. أما التصاميم الأكثر تعقيدًا فتُصنع من جزأين، وتُسمى نماذج مقسمة. يتكون النموذج المقسم من قسم علوي يُسمى "الغطاء"، وقسم سفلي يُسمى "القاعدة". يمكن إدخال لبّات في كل من النماذج المصمتة والمقسمة لإكمال شكل الجزء النهائي. تُستخدم اللبّات لإنشاء تجاويف في القالب يصعب الوصول إليها بطريقة أخرى. يُطلق على نقطة انفصال الغطاء والقاعدة اسم " خط الفصل" .

عند صنع نموذج، يُفضّل تضييق حوافه بحيث يُمكن إزالته دون كسر القالب. يُسمى هذا " التسوية" . أما عكس التسوية فهو "التقويض"، حيث يكون جزء من النموذج أسفل مادة القالب، مما يجعل إزالته مستحيلة دون إتلاف القالب.

يُصنع النموذج من الشمع أو الخشب أو البلاستيك أو المعدن. وتُصنع القوالب عبر عدة عمليات مختلفة، وذلك تبعًا لنوع المسبك، ونوع المعدن المراد صبه، وكمية القطع المراد إنتاجها، وحجم المسبوكة، ومدى تعقيدها. وتشمل عمليات صناعة القوالب ما يلي:

• صب الرمل – قالب رمل أخضر أو ​​قالب رمل مرتبط بالراتنج. 
• صب الرغوة المفقودة – نموذج من البوليسترين مع مزيج من قالب السيراميك والرمل. 
• صب الاستثمار – نموذج تضحية شمعي أو ما شابه مع قالب خزفي. 
• صب القوالب الخزفية – قوالب الجبس. 
• عملية الصب على شكل حرف V - يتم استخدام الفراغ مع البلاستيك المُشكّل حرارياً لتشكيل قوالب رملية. لا حاجة للرطوبة أو الطين أو الراتنج. 
• صب القوالب المعدنية. 
• صب السبائك (السبائك) - قالب بسيط لإنتاج سبائك معدنية، عادة ما تستخدم في مصانع الصب الأخرى. 
• صب الطين - قالب مُركب يستخدم لصب الأشياء الكبيرة، مثل المدافع وأسطوانات محركات البخار والأجراس. 

في مصانع الصب، يُصب المعدن المنصهر في قوالب . ويمكن أن يتم الصب بفعل الجاذبية، أو بمساعدة الفراغ أو الغاز المضغوط. وتستخدم العديد من مصانع الصب الحديثة الروبوتات أو آلات الصب الآلية. أما في الماضي، فكانت القوالب تُصب يدويًا باستخدام المغارف .

ثم يُزال المكون المعدني المتصلب من قالبه. وفي حال كان القالب مصنوعًا من الرمل، يُمكن القيام بذلك عن طريق هزّه أو تقليبه. يُحرر هذا الإجراء القطعة المصبوبة من الرمل، الذي لا يزال مُلتصقًا بقنوات الصب المعدنية - وهي القنوات التي يمر عبرها المعدن المنصهر ليصل إلى المكون نفسه.

عملية إزالة البوابات هي فصل رؤوس الصب، وقنوات التغذية، والبوابات، والمصبات عن المسبوكة. يمكن إزالة قنوات التغذية والبوابات والمصبات باستخدام مشاعل القطع ، أو مناشير الشريط ، أو شفرات القطع الخزفية. بالنسبة لبعض أنواع المعادن، ومع بعض تصميمات أنظمة التغذية، يمكن إزالة قنوات التغذية والبوابات عن طريق كسرها من المسبوكة باستخدام مطرقة ثقيلة أو آلات خاصة مصممة خصيصًا لهذا الغرض. عادةً ما يجب إزالة المصبات باستخدام طريقة القطع (انظر أعلاه)، ولكن بعض الطرق الحديثة لإزالة المصبات تستخدم آلات خاصة ذات تصميمات مدمجة في شكل عنق المصب، مما يسمح بكسر المصب في المكان المناسب.

ينتج عن نظام الصب اللازم لإنتاج المسبوكات في القالب كمية من المعدن المتبقي - بما في ذلك الرؤوس والأنابيب الصاعدة وقنوات الصب (التي تُسمى أحيانًا مجتمعةً قنوات الصب) - قد تتجاوز 50% من المعدن المطلوب لصب قالب كامل. ونظرًا لضرورة إعادة صهر هذا المعدن كمعادن قابلة لإعادة التدوير، يصبح مردود نظام الصب المحدد عاملًا اقتصاديًا هامًا عند تصميم أنظمة الصب المختلفة، وذلك لتقليل تكلفة قنوات الصب الزائدة، وبالتالي تقليل تكاليف الصهر الإجمالية.

المعالجة الحرارية هي مجموعة من العمليات الصناعية وعمليات تشكيل المعادن المستخدمة لتغيير الخصائص الفيزيائية، وأحيانًا الكيميائية، للمادة. يُعدّ المجال المعدني التطبيق الأكثر شيوعًا لها. كما تُستخدم المعالجات الحرارية في تصنيع العديد من المواد الأخرى، مثل الزجاج. تتضمن المعالجة الحرارية استخدام التسخين أو التبريد، عادةً إلى درجات حرارة عالية جدًا، لتحقيق نتيجة مرغوبة مثل تقوية المادة أو تليينها. تشمل تقنيات المعالجة الحرارية التلدين ، والتصليد السطحي ، والتقوية بالترسيب ، والتطبيع ، والتبريد السريع . على الرغم من أن مصطلح "المعالجة الحرارية" ينطبق فقط على العمليات التي يتم فيها التسخين والتبريد لغرض محدد هو تغيير الخصائص عمدًا، إلا أن التسخين والتبريد غالبًا ما يحدثان بشكل عرضي أثناء عمليات تصنيع أخرى مثل التشكيل الساخن أو اللحام.

بعد إزالة القوالب والمعالجة الحرارية، قد تبقى بعض المواد، كالرمل أو مواد التشكيل الأخرى، ملتصقة بالقطعة المصبوبة. ولإزالة أي بقايا من القالب، يُنظف السطح باستخدام عملية السفع الرملي. وتعني هذه العملية قذف مادة حبيبية على سطح القطعة المصبوبة لإزالة الرمل الملتصق ميكانيكيًا. ويمكن نفخ هذه المادة بالهواء المضغوط، أو قذفها باستخدام عجلة قذف. تصطدم مادة التنظيف بسطح القطعة المصبوبة بسرعة عالية لفصل بقايا القالب (كالرمل والخبث) عنها. ويمكن استخدام مواد عديدة لتنظيف أسطح القطع المصبوبة، بما في ذلك الفولاذ والحديد وسبائك معدنية أخرى وأكاسيد الألومنيوم وخرز الزجاج وقشور الجوز ومسحوق الخبز وغيرها. ويتم اختيار مادة السفع الرملي لتحسين لون سطح القطعة المصبوبة وانعكاس الضوء عليه. ومن المصطلحات المستخدمة لوصف هذه العملية: التنظيف، والسفع بالخرز، والسفع بالرمل . ويمكن استخدام عملية التشكيل بالقذف لزيادة صلابة السطح وتنعيمه.

تتضمن الخطوة الأخيرة في عملية الصب عادةً طحن أو صنفرة أو تشكيل المكون لتحقيق الدقة المطلوبة في الأبعاد والشكل المادي والتشطيب السطحي.

تتم إزالة ما تبقى من مادة البوابة، والتي تُسمى بقايا البوابة، عادةً باستخدام آلة تجليخ أو صنفرة . تُستخدم هذه العمليات لأن معدلات إزالة المواد فيها بطيئة بما يكفي للتحكم في كمية المادة المُزالة. تُنفذ هذه الخطوات قبل أي عملية تشغيل نهائية.

بعد عملية التجليخ، تُشَكَّل أي أسطح تتطلب دقة عالية في الأبعاد. تُشَكَّل العديد من المسبوكات في مراكز طحن CNC ، وذلك لأن هذه العمليات تتميز بقدرة أفضل على ضبط الأبعاد وتكرارها مقارنةً بالعديد من عمليات الصب. مع ذلك، لا يزال من الشائع اليوم استخدام المسبوكات دون تشغيلها آليًا.

تقدم بعض مصانع الصب خدمات إضافية قبل شحن المنتجات المصبوبة إلى عملائها. ومن الشائع طلاء المسبوكات لمنع التآكل وتحسين مظهرها. تقوم بعض المصانع بتجميع المسبوكات في آلات كاملة أو أجزاء فرعية. بينما تقوم مصانع أخرى بلحام عدة مسبوكات أو معادن مشغولة معًا لتشكيل منتج نهائي. ^{[ 3 ]}

تتزايد عمليات التشطيب التي تُنفذ بواسطة آلات روبوتية، مما يُغني عن الحاجة إلى تدخل بشري لطحن أو كسر خطوط الفصل، أو توجيه المواد، أو تشغيل المغذيات. تُقلل هذه الآلات من مخاطر إصابة العمال وتُخفض تكاليف المواد الاستهلاكية، مع زيادة الإنتاجية في الوقت نفسه. كما أنها تُحد من احتمالية الخطأ البشري وتُحسّن من دقة التكرار في جودة الطحن. ^{[ 5 ]}