صب المعادن شبه الصلبة
الصب المعدني شبه الصلب ( SSM ) هو شكل شبه صافٍ من أشكال الصب بالقالب . [1] تُستخدم هذه العملية اليوم مع المعادن غير الحديدية، مثل الألومنيوم والنحاس [ 2] والمغنيسيوم . ويمكن أن تعمل مع سبائك ذات درجات حرارة أعلى تفتقر إلى مواد القالب المناسبة. تجمع هذه العملية بين مزايا الصب والتشكيل . سميت العملية على اسم الخاصية السائلة الثيكسوتروبي ، وهي الظاهرة التي تسمح لهذه العملية بالعمل. تتدفق السوائل الثيكسوتروبي عند القص، ولكنها تتكاثف عند الركود. [3] تم التعرف على إمكانات هذا النوع من العمليات لأول مرة في أوائل سبعينيات القرن العشرين. [3] أشكالها الثلاثة هي الصب الثيكسوتروبي، والصب الريوي، والصب الثيكسوتروبي. يشير SIMA إلى عملية متخصصة لإعداد سبائك الألومنيوم للصب الثيكسوتروبي باستخدام العمل الساخن والبارد. [ بحاجة لتوضيح ]
يتم إجراء SSM عند درجة حرارة تضع المعدن بين درجة سيولته ودرجة تجمده ، ويفضل أن تكون 30 إلى 65% صلبًا. يجب أن يكون الخليط منخفض اللزوجة ليكون صالحًا للاستخدام، وللوصول إلى هذه اللزوجة المنخفضة، تحتاج المادة إلى مادة أولية كروية محاطة بالطور السائل. [2] يعتمد نطاق درجة الحرارة على المادة وبالنسبة لسبائك الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 50 درجة مئوية، ولكن بالنسبة لنطاق الانصهار الضيق، يمكن أن تكون سبائك النحاس بضعة أعشار الدرجة فقط. [4]
تُستخدم SSM عادةً في التطبيقات الراقية. بالنسبة لسبائك الألومنيوم، تشمل الأجزاء النموذجية الأجزاء الطبية والفضائية الهيكلية، والأجزاء التي تحتوي على الضغط، وأجزاء الدفاع، وحوامل المحرك، وحزم مستشعرات مشعب الهواء، وكتل المحرك، وأغطية مرشح مضخة الزيت. [5]
تاريخ
تم اختراع عملية تشكيل الثيكسومولدينج بواسطة شركة Dow Chemical في ثمانينيات القرن العشرين عن طريق تحويل آلة بثق البلاستيك. وقد نقلت الشركة براءة اختراعها التي حصلت عليها عام 1987 إلى شركة Thixomat Inc. في عام 1990. وقامت شركة Japan Steel Works Ltd. وشركة Husky Injection Molding Systems Ltd. بترخيص هذه التقنية. [6]
اعتبارًا من عام 2024، كان أهم جزء مصبوب بالثيكسوم هو حامل الإطار الاحتياطي لسيارة جيب رانجلر . [6]
ومع ذلك، في عام 2024، أطلقت شركة إيدرا آلاتها الخاصة بتشكيل المواد الثيكسوتروبية والتي اعتمدت على حقن المكبس الثيكسوتروبي (TPI). [6]
العمليات
تتضمن أربع تقنيات الصب شبه الصلب. بالنسبة لسبائك الألومنيوم، فإن العمليات الأكثر شيوعًا هي الصب بالثيكسوكاستينج، والصب بالريوكاستينج، والصب بالسيليكون.
مع سبائك المغنيسيوم، فإن العملية الأكثر شيوعًا هي القولبة بالثيكسوم. [7]
صب الثيكسوكاستينج
تستخدم عملية الصب بالثيكسو كتلة مسبقة الصب ذات بنية مجهرية غير شجرية يتم إنتاجها عادة عن طريق تحريك المصهور بقوة أثناء صب القضيب. يستخدم التسخين بالحث عادة لإعادة تسخين الكتل إلى نطاق درجة الحرارة شبه الصلبة، وتستخدم آلات الصب بالقالب لحقن المادة شبه الصلبة في قوالب فولاذية مقواة. يتم استخدام عملية الصب بالثيكسو تجاريًا. يمكن أن تنتج عملية الصب بالثيكسو مكونات عالية الجودة بسبب اتساق المنتج الناتج عن استخدام الكتل مسبقة الصب المصنعة في ظل نفس ظروف المعالجة المستمرة المثالية التي يتم استخدامها لصنع أدوات التشكيل أو الدرفلة. [8] العيب الرئيسي هو أنها باهظة الثمن بسبب الكتل المتخصصة، على الرغم من أن المرافق ذات قدرات الصب المستمر المغناطيسي الهيدروديناميكي الداخلي يمكنها إعادة تدوير 100٪ من العائدات الداخلية. تشمل العيوب الأخرى دعم عدد محدود من السبائك، وقدرة الصب المغناطيسي الهيدروديناميكي الداخلي لإعادة استخدام الخردة مباشرة. [9]
الريوكاستينغ
تنتج عملية الصب بالحقن السائل الملاط شبه الصلب من المعدن المنصهر المنتج في فرن الصب بالقالب النموذجي. [8] وهذا يسمح باستخدام مواد خام أقل تكلفة، في شكل سبائك صب بالقالب النموذجية، ويسمح بإعادة التدوير المباشر. [9] ومع ذلك، فإن عملية الصب بالحقن السائل تفرض أيضًا مشكلات تتعلق بالتحكم في العملية بحيث تتم معالجة القليل جدًا من المواد عن طريق الصب بالحقن السائل بعد زيادة النشاط الأولية. [ بحاجة لمصدر ]
صب الثيكسومولدينج
بالنسبة لسبائك المغنيسيوم، يستخدم تشكيل الثيكسومولدينج آلة مشابهة لقولبة الحقن. في عملية من خطوة واحدة، يتم تغذية رقائق سبائك المغنيسيوم بدرجة حرارة الغرفة في الطرف الخلفي للبرميل الساخن من خلال وحدة تغذية حجمية. يحافظ البرميل على جو الأرجون لمنع الأكسدة. يقوم ناقل لولبي يقع داخل البرميل بتغذية رقائق المغنيسيوم للأمام أثناء تسخينها في نطاق درجة حرارة شبه صلبة. يوفر دوران اللولب قوة القص اللازمة لتوليد الهيكل الكروي اللازم للصب شبه الصلب. بمجرد تراكم الملاط الكافي، يتحرك اللولب للأمام لحقن الملاط في قالب فولاذي. [10] يكون تدفق المادة أقل اضطرابًا، مما يخلق مسامية قريبة من الصفر. تعمل السرعة الأبطأ للمادة في القالب على إطالة عمر القالب بأكثر من 2x.
وحدة الطين
تضيف حقن المكبس الثيكسوتروبي المسمار المكون للطين كوحدة لآلات الصب التقليدية. وهو يحتفظ باستخدام مكبس الحقن الحالي لتوفير الضغط الكافي، مع استخدام المسمار لإعداد (صهر جزئي) المعدن. كما أنه يلغي الحاجة إلى أفران الاحتجاز والصهر (التي تصهر المعدن بخلاف ذلك)، مما يمنع فصل السبائك أثناء الاحتجاز. [6]
الانصهار المحفز بالإجهاد (SIMA)
في طريقة SIMA يتم تسخين المادة أولاً إلى درجة حرارة SMM. ومع اقترابها من درجة حرارة التصلب تتبلور الحبيبات مرة أخرى لتكوين بنية حبيبية دقيقة. بعد تجاوز درجة حرارة التصلب تذوب حدود الحبيبات لتكوين بنية SSM الدقيقة. لكي تنجح هذه الطريقة، يجب بثق المادة أو دحرجتها على البارد في حالة نصف صلبة. تدعم هذه الطريقة أقطار قضبان أصغر من 37 مم (1.5 بوصة) فقط. [11]
المزايا
تُستخدم ضغوط التماسك العالية لإنتاج أجزاء عالية السلامة. تتمثل مزايا الصب شبه الصلب في: [12]
- أجزاء معقدة تنتج شكلًا صافيًا
- خالية من المسام
- انخفاض الانكماش
- الأداء الميكانيكي
- إحكام الضغط
- التسامحات الضيقة
- جدران رقيقة
- قابل للمعالجة بالحرارة (T4/T5/T6)
- تشطيب سطحي جيد
- انخفاض درجة حرارة الصب [3]
- يستخدم مواد الفولاذ التقليدية [3]
- سهولة الأتمتة [3]
- معدلات إنتاج تساوي أو تفوق معدلات الصب بالقالب [3]
- بنية دقيقة موحدة. [3]
- غير حساس نسبيًا لدرجة الحرارة المحيطة نظرًا لأن الخسائر الحرارية الصغيرة تسبب تغييرات طفيفة فقط في الكسر الصلب.
العيوب
تتطلب مرافق الإنتاج درجة أعلى من التحكم في ظروف العملية،
- يتطلب ضغوط حقن نهائية أعلى
- يتطلب سرعات حقن أقل.
- يتطلب قدرات الصب المستمر المغناطيسي الهيدروديناميكي في الموقع من أجل إعادة تدوير المواد المرتجعة داخل الشركة بالكامل.
- يؤدي عدم وجود مواد قوالب ذات درجات حرارة عالية مناسبة إلى الحد من صب المعادن ذات نقطة الانصهار العالية، مثل الفولاذ المستخدم في الأدوات والستالايت ، إلى التطبيقات التجريبية.
انظر أيضا
مراجع
ملحوظات
- ^ "مرحبًا بكم في MyNADCA!". diecasting.org . تم الاسترجاع في 2015-08-20 .
- ^ ab Young 2006، ص 1.
- ^ abcdefg لوي، أنتوني؛ ريدجواي، كيث؛ أتكينسون، هيلين (سبتمبر 1999)، "التشكيل بالثيكسو"، عالم المواد ، 7 (9): 541– 543.
- ^ Vinarcik, Edward J. (2003)، عمليات صب القوالب عالية النزاهة، المجلد 1، Wiley-IEEE، ص 91- 101، ISBN 978-0-471-20131-1.
- ^ كابرانوس، أفلاطون (2008). وقائع المؤتمر الدولي العاشر لمعالجة السبائك والمركبات شبه الصلبة. آخن، ألمانيا ولييج، بلجيكا.
{{cite conference}}: مفقود أو فارغ|title=( مساعدة ) - ^ abcd Zirps, Melissa (2024-01-15). "كيف تعيد عملية تشكيل الثيكسومولدينغ تعريف إنتاج المركبات الكهربائية". مجلة Light Metal Age . تم الاسترجاع في 2024-08-19 .
- ^ LeBeau, S.; Decker, R. (1998). Microstructure Design of Thixomolded Magnesium Alloys . Proc. 5th Inter. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. Golden, Colorado.
- ^ ab Midson, Stephen P. (سبتمبر 2008). "الصب شبه الصلب لسبائك الألومنيوم: تحديث". مهندس الصب بالقالب .
- ^ بواسطة John L., Jorstad (سبتمبر 2006), "تكنولوجيا الألمنيوم المستقبلية في الصب بالقالب" (PDF) ، هندسة الصب بالقالب : 18– 25، مؤرشف (PDF) من الأصل في 2011-06-14.
- ^ ميدسون، ستيفن ب.؛ كيلبرت، روبرت ك.؛ لو بو، ستيفن إي.؛ ديكر، رايموند (2004). إرشادات لإنتاج مكونات شبه صلبة مصبوبة بالثيكسوم من المغنيسيوم تستخدم في التطبيقات الهيكلية . وقائع المؤتمر الدولي الثامن حول معالجة السبائك والمركبات شبه الصلبة. ليماسول، قبرص.
- ^ يونغ 2006، ص 2.
- ^ ميدسون، ستيفن ب. (1996). مؤتمر NADCA للصب شبه الصلب والضغط. روزمونت، إلينوي.
{{cite conference}}: مفقود أو فارغ|title=( مساعدة )
فهرس
- يونغ، كينيث ب. (2006)، صب المعادن شبه الصلبة: خفض تكلفة أجزاء سبائك النحاس (PDF) ، مكتب المساعدة الفنية في ماساتشوستس، محفوظ من الأصل (PDF) في 2006-10-07.
روابط خارجية
- فيديو لخلية التشكيل الأوتوماتيكية لـ SSM
- "TPI Technology". tpi-technology.com . تم الاسترجاع في 2024-08-19 .
