صب الرمل

تُصنع هذه المسبوكات باستخدام قوالب رملية مصنوعة من رمل "رطب" يحتوي على الماء ومركبات عضوية رابطة، ويُشار إليه عادةً بالطين. يُشتق اسم "الرمل الأخضر" من حقيقة أن قالب الرمل لا يكون "متصلبًا"، بل يبقى في حالته "الخضراء" أو غير المتصلبة حتى عند صب المعدن فيه. الرمل الأخضر ليس أخضر اللون، ولكنه "أخضر" بمعنى أنه يُستخدم في حالة رطبة (كحال الخشب الأخضر). وعلى عكس ما يوحي به الاسم ، فإن "الرمل الأخضر" ليس نوعًا من الرمل بحد ذاته (أي ليس رملًا أخضر بالمعنى الجيولوجي)، بل هو بالأحرى خليط من:

• رمل السيليكا (SiO ₂ )، أو رمل الكروميت (FeCr ₂ O ₄ )، أو رمل الزركون (ZrSiO ₄ )، بنسبة 75 إلى 85%، وأحيانًا مع نسبة من الأوليفين أو الستوروليت أو الجرافيت .
• البنتونيت ( الطين )، من 5 إلى 11%
• الماء، من 2 إلى 4%
• الحمأة الخاملة من 3 إلى 5%
• أنثراسيت (من 0 إلى 1٪)

توجد العديد من الوصفات لتحديد نسبة الطين، لكنها جميعًا تُحقق توازنات مختلفة بين سهولة التشكيل، ونعومة السطح، وقدرة المعدن المنصهر الساخن على التخلص من الغازات . الفحم، الذي يُشار إليه عادةً في المسابك باسم فحم البحر ، والذي يوجد بنسبة أقل من 5%، يحترق جزئيًا بوجود المعدن المنصهر، مما يؤدي إلى انبعاث أبخرة عضوية. لا تستخدم عملية صب الرمل الأخضر للمعادن غير الحديدية إضافات الفحم، لأن ثاني أكسيد الكربون الناتج لا يمنع الأكسدة. أما الرمل الأخضر المستخدم في صب الألومنيوم، فيُستخدم فيه عادةً رمل الأوليفين (مزيج من معدني الفورستريت والفاياليت ، ويُصنع عن طريق سحق صخر الدونيت ).

يعتمد اختيار الرمل بشكل كبير على درجة حرارة صب المعدن. عند درجات الحرارة المستخدمة في صب النحاس والحديد، يُعطَّل الطين بفعل الحرارة، حيث يتحول المونتموريلونيت إلى الإيليت ، وهو طين غير قابل للتمدد. لا تمتلك معظم مصانع الصب المعدات باهظة الثمن لإزالة الطين المحترق واستبداله بطين جديد، لذا، عادةً ما تستخدم مصانع صب الحديد رمل السيليكا، وهو أقل تكلفة من أنواع الرمل الأخرى. عند احتراق الطين، يُضاف رمل مخلوط حديثًا، ويُتخلص من بعض الرمل القديم أو يُعاد تدويره. يُعد رمل السيليكا أقل أنواع الرمل تفضيلًا، لأن حبيباته المتحولة تميل إلى الانفجار لتكوين جزيئات دقيقة جدًا عند تعرضها لصدمة حرارية أثناء صب القوالب. تنتشر هذه الجزيئات في هواء منطقة العمل، مما قد يُسبب داء السيليكوز لدى العمال. تبذل مصانع صب الحديد جهودًا كبيرة في جمع الغبار بكفاءة عالية لالتقاط جزيئات السيليكا الدقيقة. كما تُستخدم أنواع مختلفة من معدات حماية الجهاز التنفسي في مصانع الصب. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

يُعاني الرمل أيضًا من عدم استقرار الأبعاد المرتبط بتحوّل الكوارتز من نوع ألفا إلى نوع بيتا عند درجة حرارة 680  درجة مئوية (1250  درجة فهرنهايت). غالبًا ما تُضاف مواد قابلة للاحتراق، مثل دقيق الخشب، لتوفير مساحات تسمح بتمدد الحبيبات دون تشويه القالب. ولذلك ، تُستخدم معادن مثل الأوليفين والكروميت ، لأنها لا تخضع لتحوّل طوري يُسبب تمددًا سريعًا للحبيبات. كما يتميز الأوليفين والكروميت بكثافة أعلى، مما يُسرّع تبريد المعدن، وبالتالي يُنتج بنية حبيبية أدق. ولأنها ليست معادن متحولة ، فهي لا تحتوي على البلورات المتعددة الموجودة في السيليكا ، وبالتالي لا تُشكّل جزيئات خطرة دون الميكرون.

تعتمد طريقة التصلب الهوائي على استخدام رمل جاف مرتبط بمواد أخرى غير الطين، باستخدام مادة لاصقة سريعة التصلب . ويُشار إلى هذه الطريقة أيضًا باسم صب القوالب بدون خبز . وعند استخدامها، تُسمى هذه المنتجات مجتمعةً "صب الرمل بالتصلب الهوائي" لتمييزها عن صب "الرمل الأخضر". يوجد نوعان من رمل القوالب: الرمل الطبيعي (رمل الضفاف) والرمل الصناعي (رمل البحيرات)؛ ويُفضل النوع الصناعي عمومًا نظرًا لتركيبه الأكثر تجانسًا.

في كلتا الطريقتين، يُعبأ خليط الرمل حول نموذج ، مُشكِّلاً تجويف القالب. عند الضرورة، تُوضع سدادة مؤقتة في الرمل تلامس النموذج لتشكيل قناة يُصب فيها سائل الصب لاحقًا. غالبًا ما تُشكَّل قوالب التصلب الهوائي باستخدام قارورة صب ذات جزأين علوي وسفلي، يُطلق عليهما غطاء وقاعدة القالب . يُضغط خليط الرمل أثناء إضافته حول النموذج، ويُرجّ القالب النهائي أحيانًا لضغط الرمل وملء أي فراغات غير مرغوب فيها. ثم يُزال النموذج مع سدادة القناة، تاركًا تجويف القالب. بعد ذلك، يُصب سائل الصب (عادةً معدن منصهر) في تجويف القالب. بعد أن يتصلب المعدن ويبرد، يُفصل المسبوك عن قالب الرمل. عادةً لا يُستخدم عامل فصل القالب، ويُتلف القالب عمومًا أثناء عملية الإزالة. ^{[ 6 ]}

تعتمد دقة الصب على نوع الرمل المستخدم وعملية التشكيل. تُضفي المسبوكات الرملية المصنوعة من الرمل الأخضر الخشن ملمسًا خشنًا على السطح، مما يُسهّل تمييزها. أما المسبوكات المصنوعة من الرمل الأخضر الناعم، فيمكن أن تلمع فور صبها، لكن دقتها محدودة بنسبة عمق التجاويف في النموذج إلى عرضها. تُنتج القوالب المُعالجة بالهواء مسبوكات ذات أسطح أكثر نعومة من تلك المصنوعة من الرمل الأخضر الخشن، ولكن يُفضّل استخدام هذه الطريقة عند الحاجة إلى تجاويف عميقة وضيقة في النموذج، نظرًا لتكلفة البلاستيك المستخدم في هذه العملية. عادةً ما يُمكن تمييز المسبوكات المُعالجة بالهواء بسهولة من خلال اللون المحروق على سطحها. تُزال هذه الألوان عادةً بالرمل المضغوط لإزالة هذا اللون. كما يُمكن صقل الأسطح وتلميعها لاحقًا، كما هو الحال عند صنع جرس كبير . بعد التشكيل، تُغطى المسبوكة ببقايا من الأكاسيد والسيليكات ومركبات أخرى. يُمكن إزالة هذه البقايا بوسائل مختلفة، مثل الصقل أو الرمل المضغوط.

أثناء عملية الصب، تُفقد بعض مكونات خليط الرمل في عملية الصب الحراري. ويمكن إعادة استخدام الرمل الأخضر بعد تعديل تركيبه لتعويض الرطوبة والمواد المضافة المفقودة. كما يمكن إعادة استخدام النموذج نفسه إلى ما لا نهاية لإنتاج قوالب رملية جديدة. وقد استُخدمت عملية صب الرمل لقرون عديدة لإنتاج المسبوكات يدويًا. ومنذ عام ١٩٥٠، طُوّرت عمليات صب آلية جزئيًا لخطوط الإنتاج.

تستخدم قوالب التشكيل البارد مواد رابطة عضوية وغير عضوية لتقوية القالب من خلال الالتصاق الكيميائي بالرمل. سُميت هذه القوالب بهذا الاسم لأنها لا تُخبز في فرن مثل أنواع قوالب الرمل الأخرى. يتميز هذا النوع من القوالب بدقة أبعاد أعلى من قوالب الرمل الأخضر، ولكنه أغلى ثمناً، لذا يُستخدم فقط في التطبيقات التي تتطلب ذلك.

قوالب التشكيل بدون خبز هي قوالب رملية للاستخدام لمرة واحدة، تشبه قوالب الرمل التقليدية، إلا أنها تحتوي على راتنج سائل سريع التصلب ومحفز. بدلاً من دك الرمل، يُصب في القالب ويُترك حتى يتصلب الراتنج، وهو ما يحدث في درجة حرارة الغرفة. يُنتج هذا النوع من القوالب سطحًا نهائيًا أفضل من أنواع قوالب الرمل الأخرى. ^{[ 7 ]} ولأنه لا يستخدم الحرارة، يُطلق عليه اسم عملية التصلب البارد. تشمل المواد الشائعة المستخدمة في صناعة القوالب الخشب والمعادن والبلاستيك. أما المعادن الشائعة التي تُصب في قوالب التشكيل بدون خبز فهي النحاس الأصفر والحديد ( الحديدوز ) وسبائك الألومنيوم.

التشكيل الفراغي ( عملية V ) هو شكل من أشكال عملية صب الرمل لمعظم المعادن الحديدية وغير الحديدية، ^{[ 8 ]} حيث يُحفظ الرمل غير المتماسك في القالب تحت ضغط فراغي . يُزوّد ​​النموذج بفتحات تهوية خاصة تسمح بسحب الهواء من خلاله. تُغطى القالب بطبقة رقيقة من غشاء بلاستيكي ( 0.076 إلى 0.203 مم ) مُليّنة بالحرارة ، ويُسحب الهواء ( 200 إلى 400 مم زئبق، 27 إلى 53 كيلو باسكال ). يُوضع قالب تشكيل فراغي خاص فوق النموذج البلاستيكي ويُملأ برمل انسيابي. يُهتز الرمل لضغطه، ويتشكل في الجزء العلوي من القالب قناة صب وكأس صب. تُوضع طبقة أخرى من البلاستيك فوق الرمل في القالب، ويُسحب الهواء من خلال القالب الخاص؛ مما يُصلّب الرمل غير المتماسك ويُقوّيه. يُفرغ الهواء من النموذج، ثم يُزال الغطاء العلوي. ويُصنع القالب السفلي بنفس الطريقة (بدون قناة الصب وكأس الصب). تُوضع أي قوالب داخلية في مكانها، ويُغلق القالب. يُصب المعدن المنصهر بينما لا يزال الغطاء العلوي والسفلي تحت ضغط التفريغ، لأن البلاستيك يتبخر بينما يحافظ التفريغ على شكل الرمل أثناء تصلب المعدن. عند تصلب المعدن، يُفصل التفريغ ويتدفق الرمل بحرية، مما يُحرر المسبوكة. ^{[ 9 ] [ 10 ]}    

تُعرف عملية V بأنها لا تتطلب سحبًا مسبقًا، نظرًا لأن الغشاء البلاستيكي يتمتع بدرجة معينة من الانزلاق ويتمدد قليلًا عند سحب الفراغ في القالب. تتميز هذه العملية بدقة أبعاد عالية، حيث يبلغ التفاوت المسموح به ±0.010  بوصة للبوصة الأولى و±0.002 بوصة/بوصة بعد ذلك. ويمكن الحصول على  مقاطع عرضية صغيرة تصل إلى 0.090 بوصة (2.3 مم) . يتميز سطحها بنعومة فائقة، تتراوح عادةً بين 150 و125 rms . تشمل المزايا الأخرى عدم وجود عيوب ناتجة عن الرطوبة، وانعدام تكلفة المواد الرابطة، ونفاذية ممتازة للرمل، وعدم انبعاث أبخرة سامة من احتراق المواد الرابطة. وأخيرًا، لا يتآكل النموذج لأن الرمل لا يلامسه. أما العيب الرئيسي فهو أن هذه العملية أبطأ من صب الرمل التقليدي، لذا فهي مناسبة فقط لأحجام الإنتاج المنخفضة إلى المتوسطة؛ حوالي 10 إلى 15000 قطعة سنويًا. ومع ذلك، يجعلها هذا مثالية لأعمال النماذج الأولية، لأنه يمكن تعديل النموذج بسهولة نظرًا لأنه مصنوع من البلاستيك. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}  

مع التطور السريع لصناعة السيارات والآلات، تطلبت مجالات استهلاك المسبوكات زيادة مطردة في الإنتاجية . تتشابه المراحل الأساسية لعملية التشكيل والصب الميكانيكي مع تلك الموصوفة في عملية الصب الرملي اليدوي. إلا أن التطور التقني والفكري كان سريعًا وعميقًا لدرجة أنه غيّر طبيعة عملية الصب الرملي جذريًا.

خطوط قولبة الرمل الأوتوماتيكية عالية الضغط

أدت متطلبات الجودة المتزايدة إلى ضرورة تعزيز استقرار القوالب من خلال تطبيق ضغط ضغط متزايد باستمرار واستخدام أساليب ضغط حديثة للرمل داخل القوارير. في أوائل الخمسينيات، طُوِّرت تقنية التشكيل بالضغط العالي وطُبِّقت في خطوط إنتاج القوارير الميكانيكية، ثم لاحقًا في خطوط الإنتاج الآلية. اعتمدت الخطوط الأولى على الاهتزازات والرجّ لضغط الرمل مسبقًا داخل القوارير، ومكابس تعمل بالهواء المضغوط لضغط القوالب.

قالب قارورة رمل أفقي

في خطوط إنتاج القوالب الأفقية الآلية الأولى، كان الرمل يُقذف أو يُدفع لأسفل على النموذج داخل القالب ويُضغط بضغط هيدروليكي يصل إلى 140 بارًا . وكانت عمليات مناولة القوالب اللاحقة، بما في ذلك قلبها وتجميعها ودفعها للخارج على سير ناقل، تتم إما يدويًا أو آليًا. في أواخر الخمسينيات، استُخدمت مكابس تعمل بالطاقة الهيدروليكية أو أنظمة متعددة المكابس لضغط الرمل في القوالب. وقد أنتجت هذه الطريقة قوالب أكثر استقرارًا ودقة مما كان ممكنًا يدويًا أو هوائيًا . في أواخر الستينيات، طُوّرت تقنية ضغط القوالب عن طريق ضغط الهواء السريع أو انخفاض ضغط الغاز فوق قالب الرمل المضغوط مسبقًا (ضغط الرمل وضغط الغاز). يوضح الرسم التخطيطي أدناه مبدأ العمل العام لمعظم أنظمة خطوط إنتاج القوالب الأفقية.

يوجد اليوم العديد من مصنعي خطوط تشكيل القوارير الأفقية الأوتوماتيكية. وتتمثل أبرز عيوب هذه الأنظمة في ارتفاع استهلاك قطع الغيار نتيجة لكثرة الأجزاء المتحركة، والحاجة إلى تخزين القوارير ونقلها وصيانتها، بالإضافة إلى محدودية الإنتاجية التي تتراوح بين 90 و120  قالبًا في الساعة.

التشكيل العمودي بدون قوالب رملية

في عام ١٩٦٢، ابتكرت شركة Dansk Industri Syndikat A/S (DISA- DISAMATIC ) عملية صب بدون قوالب تقليدية باستخدام قوالب مصبوبة ومفصولة عموديًا. كان بإمكان الخط الأول إنتاج ما يصل إلى ٢٤٠ قالبًا رمليًا كاملًا في الساعة. أما اليوم، فتستطيع خطوط الصب الوصول إلى معدل إنتاج ٥٥٠ قالبًا رمليًا في الساعة، ولا تتطلب سوى مشغل مراقبة واحد. الحد الأقصى لعدم تطابق نصفي القالب هو ٠٫١ مم (٠٫٠٠٣٩ بوصة) . على الرغم من سرعة هذه العملية، إلا أن القوالب المفصولة عموديًا لا تُستخدم عادةً في مصانع الصب الصغيرة نظرًا للأدوات المتخصصة اللازمة لتشغيل هذه الآلات. يجب تثبيت النوى باستخدام قناع خاص بدلاً من التثبيت اليدوي، ويجب تعليقها داخل القالب بدلاً من تثبيتها على سطح الفصل.  

قالب رملي من صفائح الكبريت

طُوِّر مبدأ لوحة التطابق، أي لوحات النقش التي تحمل نقشين على كل جانب من جوانب اللوحة نفسها، وحصل على براءة اختراع عام 1910، مما فتح آفاقًا لتحسينات مستقبلية في قولبة الرمل. مع ذلك، في أوائل الستينيات، أطلقت شركة هانتر أوتوماتيد ماشينري الأمريكية أول خط قولبة أفقي أوتوماتيكي بدون قوالب، معتمدًا على تقنية لوحة التطابق.

تُشبه هذه الطريقة طريقة التشكيل العمودي في نظام DISA (DISAMATIC)، ولكنها أفقية ولا تتطلب استخدام قوالب. تُستخدم تقنية التشكيل بالقوالب المتطابقة على نطاق واسع اليوم، وتتمثل ميزتها الكبرى في انخفاض تكلفة أدوات التشكيل، وسهولة تغييرها، مما يجعلها مناسبة لتصنيع المسبوكات بكميات صغيرة، وهو أمر شائع في مصانع الصب الصغيرة. تتميز آلات التشكيل الحديثة بالقوالب المتطابقة بجودة تشكيل عالية، وتقليل انحراف المسبوكات الناتج عن عدم تطابق الآلة مع القالب (في بعض الحالات أقل من 0.15 مم (0.0059 بوصة) )، وقوالب ثابتة باستمرار لتقليل الحاجة إلى التجليخ وتحسين وضوح خط الفصل. إضافةً إلى ذلك، فإن الآلات مغلقة لتوفير بيئة عمل أنظف وأكثر هدوءًا، مع تقليل تعرض المشغل لمخاطر السلامة أو مشاكل الصيانة.  

معايير السلامة

مع ظهور التصنيع الآلي للقوالب، ظهرت متطلبات إضافية لسلامة مكان العمل. وتختلف المعايير الفنية الطوعية المطبقة تبعاً للظروف الجغرافية السياسية التي سيتم فيها استخدام الآلات.

كندا

لا يوجد في كندا معيار فني طوعي خاص بآلات تصنيع قوالب الرمل. ويخضع هذا النوع من الآلات لما يلي:

حماية الآلات، CSA Z432. جمعية المعايير الكندية. 2016.

بالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات السلامة الكهربائية مشمولة بما يلي:

الآلات الكهربائية الصناعية، CSA C22.2 رقم 301. 2016.

الاتحاد الأوروبي

المعيار الأساسي لمعدات تصنيع قوالب الرمل في الاتحاد الأوروبي هو: متطلبات السلامة لآلات صب القوالب وصنع اللب والمعدات المرتبطة بالمصنع، EN 710. اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي (CEN).

يجب استخدام معيار EN 710 بالتزامن مع معيار EN 60204-1 للسلامة الكهربائية، ومع معياري EN ISO 13849-1 و EN ISO 13849-2 أو معيار EN 62061 للسلامة الوظيفية. وقد تكون هناك حاجة إلى معايير إضافية من النوع C للناقلات أو الروبوتات أو غيرها من المعدات اللازمة لدعم تشغيل معدات صناعة القوالب.

الولايات المتحدة

لا يوجد معيار خاص بآلات تصنيع قوالب الرمل. تتضمن مجموعة معايير ANSI B11 بعض معايير أدوات الآلات العامة التي يمكن تطبيقها على هذا النوع من الآلات، بما في ذلك:

• سلامة الآلات، ANSI B11.0. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2020. ^{[ 12 ]}
• متطلبات الأداء لتدابير الحد من المخاطر: الحماية وغيرها من وسائل الحد من المخاطر، ANSI B11.19. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2019.
• متطلبات السلامة لدمج الآلات في نظام، ANSI B11.20. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2017.
• متطلبات السلامة لآلات النقل، ANSI B11.24. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2002 (R2020).
• السلامة الوظيفية للمعدات (أنظمة التحكم في الطاقة الكهربائية/السائلة): المبادئ العامة لتصميم أنظمة التحكم في السلامة باستخدام معيار ISO 13849-1، ومعيار ANSI B11.26. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2018.
• إرشادات قياس مستوى الصوت، ANSI B11.TR5. المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). 2006 (R2017).

تُعرف رمال القوالب ، والمعروفة أيضًا باسم رمال المسابك ، بثماني خصائص: مقاومة الحرارة، والخمول الكيميائي، والنفاذية، ونعومة السطح، والتماسك، والسيولة، وقابلية الانهيار، والتوافر/التكلفة. ^{[ 13 ]}

مقاومة الحرارة - تشير هذه الخاصية إلى قدرة الرمل على تحمل درجة حرارة المعدن السائل المراد صبه دون أن يتحلل. على سبيل المثال، يكفي أن يتحمل بعض الرمل درجة حرارة 650 درجة مئوية (1202 درجة فهرنهايت) عند صب سبائك الألومنيوم، بينما يحتاج الفولاذ إلى رمل يتحمل درجة حرارة 1500 درجة مئوية (2730 درجة فهرنهايت) . الرمل ذو مقاومة الحرارة المنخفضة جدًا سينصهر ويلتصق بالصبة. ^{[ 13 ]}    

الخمول الكيميائي - يجب ألا يتفاعل الرمل مع المعدن المراد صبه. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً مع المعادن شديدة التفاعل، ^مثل المغنيسيوم والتيتانيوم . ^{[ 13} ]

النفاذية - تشير هذه الخاصية إلى قدرة الرمل على تصريف الغازات. وهذا أمر بالغ الأهمية لأنه أثناء عملية الصب، تُنتج غازات عديدة، مثل الهيدروجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، والتي يجب أن تخرج من القالب وإلا ستظهر عيوب في المسبوكة، مثل الثقوب الهوائية وثقوب الغاز. لكل سنتيمتر مكعب من الماء المضاف إلى القالب، يُنتج 1600 سم مكعب من البخار. ^{[ 13 ]}

تشطيب السطح — يحدد حجم وشكل جزيئات الرمل أفضل تشطيب سطح يمكن تحقيقه، حيث تنتج الجزيئات الدقيقة تشطيبًا أفضل. ومع ذلك، كلما أصبحت الجزيئات أدق (وتحسن تشطيب السطح)، تراجعت النفاذية. ^{[ 13 ]}

التماسك (أو الترابط ) - وهي قدرة الرمل على الاحتفاظ بشكل معين بعد إزالة النمط. ^{[ 14 ]}

قابلية التدفق - قدرة الرمل على التدفق إلى التفاصيل المعقدة والزوايا الضيقة دون عمليات أو معدات خاصة. ^{[ 15 ]}

قابلية الانهيار - وهي قدرة الرمل على الانفصال بسهولة عن المسبوكة بعد تصلبها. تلتصق الرمال ذات قابلية الانهيار الضعيفة بقوة بالمسدس. عند صب المعادن التي تنكمش بشكل ملحوظ أثناء التبريد أو في نطاقات درجات حرارة تجمد طويلة، فإن الرمل ذو قابلية الانهيار الضعيفة سيتسبب في تشققات وتمزقات ساخنة في المسبوكة. يمكن استخدام إضافات خاصة لتحسين قابلية الانهيار. ^{[ 15 ]}

التوافر/التكلفة — يُعدّ توافر الرمل وتكلفته من العوامل بالغة الأهمية، إذ يتطلب صبّ كل طن من المعدن ما بين ثلاثة إلى ستة أطنان من الرمل. ^{[ 15 ]} ورغم إمكانية غربلة الرمل وإعادة استخدامه، إلا أن جزيئاته تصبح في نهاية المطاف دقيقة للغاية، ما يستدعي استبدالها دوريًا برمل جديد. ^{[ 16 ]}

في عمليات الصب الكبيرة، يُعدّ استخدام نوعين مختلفين من الرمل اقتصاديًا، لأنّ معظم الرمل لا يلامس المسبوكة، وبالتالي لا يحتاج إلى خصائص خاصة. يُطلق على الرمل الملامس للمسبوكة اسم رمل التغطية ، وهو مُصمّم خصيصًا لهذه المسبوكة. يُضاف هذا الرمل حول النموذج بسماكة تتراوح بين 30 و100 ملم (1.2 إلى 3.9 بوصة) . أما الرمل الذي يملأ الفراغات حول رمل التغطية فيُسمى رمل الدعم . وهو ببساطة رمل سيليكا مع كمية قليلة من المادة الرابطة، دون أي إضافات خاصة. ^{[ 17 ]}  

أنواع رمال الأساس

الرمل الأساسي هو النوع المستخدم في صنع القالب أو اللب بدون أي مادة رابطة. ولأنه لا يحتوي على مادة رابطة، فإنه لا يتماسك مع المكونات الأخرى، وبالتالي لا يمكن استخدامه في هذه الحالة. ^{[ 15 ]}

رمل السيليكا

رمل السيليكا (SiO₂ ₎ هو الرمل الموجود على الشواطئ، وهو الأكثر شيوعًا في الاستخدام. يُصنع إما بتكسير الحجر الرملي أو يُستخرج من مواقع طبيعية، كالشواطئ ومجاري الأنهار. تبلغ درجة انصهار السيليكا النقية 1760 درجة مئوية (3200 درجة فهرنهايت) ، إلا أن الرمال المستخدمة تتميز بانخفاض درجة انصهارها بسبب الشوائب. في عمليات الصب التي تتطلب درجة انصهار عالية، كالصلب، يجب استخدام رمل سيليكا نقي بنسبة 98% على الأقل؛ أما في المعادن التي تتطلب درجة انصهار منخفضة، كالحديد الزهر والمعادن غير الحديدية ، فيمكن استخدام رمل أقل نقاءً (بين 94 و98%). ^{[ 15 ]}  

يُعدّ رمل السيليكا أكثر أنواع الرمل استخدامًا نظرًا لوفرته الكبيرة وانخفاض تكلفته. ومن عيوبه تمدده الحراري العالي ، مما قد يُسبب عيوبًا في الصب مع المعادن ذات درجة الانصهار العالية، وانخفاض موصليته الحرارية ، مما قد يؤدي إلى صب غير سليم. كما أنه لا يُمكن استخدامه مع بعض المعادن لأنه يتفاعل كيميائيًا معها، مُسببًا عيوبًا سطحية. وأخيرًا، يُطلق جزيئات السيليكا أثناء الصب، مما يُعرّض عمال المسابك لخطر الإصابة بداء السيليكا . ^{[ 18 ]}

رمال أوليفين

الأوليفين هو خليط من أورثوسيليكات الحديد والمغنيسيوم المستخرجة من معدن الدونيت . ميزته الرئيسية هي خلوه من السيليكا، مما يجعله مناسبًا للاستخدام مع المعادن الأساسية، مثل فولاذ المنغنيز. تشمل مزاياه الأخرى انخفاض معامل التمدد الحراري، وارتفاع الموصلية الحرارية، وارتفاع درجة الانصهار. ^{[ 18 ]}

رمل الكروميت

رمل الكروميت هو محلول صلب من معادن الإسبينيل . من مزاياه انخفاض نسبة السيليكا فيه، وارتفاع درجة انصهاره ( 1850 درجة مئوية (3360 درجة فهرنهايت) )، وموصليته الحرارية العالية جدًا. أما عيبه فهو تكلفته، ولذلك يُستخدم فقط في صب سبائك الصلب باهظة الثمن وفي صناعة النوى. ^{[ 18 ]}  

رمل الزركون

رمل الزركون مركب يتكون من ثلثي أكسيد الزركونيوم (ZrO₂ ₎ وثلث السيليكا. يتميز بأعلى درجة انصهار بين جميع أنواع الرمال الأساسية، حيث تبلغ 2600 درجة مئوية (4710 درجة فهرنهايت) ، ومعامل تمدد حراري منخفض للغاية، وموصلية حرارية عالية. وبسبب هذه الخصائص، يُستخدم بشكل شائع في صب سبائك الصلب وغيرها من السبائك باهظة الثمن. كما يُستخدم كطلاء للقوالب (طبقة تُوضع على تجويف القالب) لتحسين جودة السطح. مع ذلك، فهو باهظ الثمن وغير متوفر بسهولة. ^{[ 18 ]}  

رمل الشاموت

يُصنع رمل الشاموت عن طريق تكليس الطين الناري (Al₂O₃ _- SiO₂ ₎ عند درجة حرارة أعلى من ₁₁₀₀ درجة مئوية (2010 درجة فهرنهايت) . تبلغ درجة انصهاره 1750 درجة مئوية (3180 درجة فهرنهايت)، ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض. يُعد ثاني أرخص أنواع الرمل، إلا أنه لا يزال أغلى من السيليكا بمرتين. من عيوبه حبيباته الخشنة جدًا، مما ينتج عنه سطح غير مصقول، ويقتصر استخدامه على صب الرمل الجاف . تُستخدم مواد غسل القوالب للتغلب على مشاكل السطح. يُستخدم هذا الرمل عادةً عند صب قطع العمل الفولاذية الكبيرة. ^{[ 18 ] [ 19 ]}    

تُضاف المواد الرابطة إلى الرمل الأساسي لربط جزيئات الرمل معًا (أي أنها بمثابة الغراء الذي يربط القالب معًا).

تُضاف المواد المضافة إلى مكونات القوالب لتحسين: تشطيب السطح، والقوة الجافة، ومقاومة الحرارة، و"خصائص التوسيد".

يمكن إضافة ما يصل إلى 5% من عوامل الاختزال ، مثل مسحوق الفحم والقطران والكريوزوت وزيت الوقود ، إلى مادة القالب لمنع التبلل (منع التصاق المعدن السائل بجزيئات الرمل، وبالتالي تركها على سطح المسبوكة)، وتحسين جودة السطح، وتقليل اختراق المعدن، والحد من عيوب الاحتراق . تحقق هذه الإضافات ذلك من خلال تكوين غازات على سطح تجويف القالب، مما يمنع المعدن السائل من الالتصاق بالرمل. لا تُستخدم عوامل الاختزال في صب الصلب، لأنها قد تُكربن المعدن أثناء عملية الصب. ^{[ 23 ]}

يمكن إضافة ما يصل إلى 3% من "مواد التبطين"، مثل دقيق الخشب ونشارة الخشب وقشور الحبوب المطحونة والخث والقش ، للحد من عيوب الصب مثل التقشر والتمزق والتشقق عند صب المعادن ذات درجات الحرارة العالية. وتُعد هذه المواد مفيدة لأن احتراقها أثناء صب المعدن يُحدث فراغات صغيرة في القالب، مما يسمح لجزيئات الرمل بالتمدد. كما أنها تزيد من قابلية القالب للانهيار وتقلل من وقت التخلص من المعدن. ^{[ 23 ]}

يمكن استخدام ما يصل إلى 2% من المواد الرابطة المصنوعة من الحبوب ، مثل الدكسترين والنشا والكبريتيت القلوي والدبس ، لزيادة قوة القالب بعد التصلب وتحسين ملمسه. كما تُحسّن هذه المواد من قابلية القالب للانهيار وتقلل من وقت التخلص من المعدن بالهز ، لأنها تحترق عند صب المعدن. لكن من عيوبها ارتفاع تكلفتها. ^{[ 23 ]}

يمكن استخدام ما يصل إلى 2% من مسحوق أكسيد الحديد لمنع تشقق القوالب واختراق المعدن، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من مقاومة الحرارة. كما يُحسّن دقيق السيليكا (السيليكا الناعمة) ودقيق الزركون من مقاومة الحرارة، خاصةً في المسبوكات الحديدية. لكن من عيوب هذه الإضافات أنها تُقلّل النفاذية بشكل كبير. ^{[ 23 ]}

لإخراج النموذج من القالب قبل الصب، يُوضع عليه مركب فصل لتسهيل إزالته. قد يكون هذا المركب سائلاً أو مسحوقاً ناعماً (بأقطار جسيمات تتراوح بين 75 و150 ميكرومتر (0.0030 و0.0059 بوصة) ). تشمل المساحيق الشائعة التلك والجرافيت والسيليكا الجافة؛ أما السوائل الشائعة فتشمل الزيوت المعدنية ومحاليل السيليكون المائية. وتُستخدم الأخيرة بشكل أكثر شيوعاً مع النماذج المعدنية والخشبية الكبيرة. ^{[ 24 ]} 

• ديغارمو، إي. بول؛ بلاك، جيه تي؛ كوهسر، رونالد أ. (2003)، المواد والعمليات في التصنيع (  الطبعة التاسعة)، وايلي، ISBN 0-471-65653-4.
• تود، روبرت هـ.؛ ألين، ديل ك.؛ ألتينغ، ليو (1994)، دليل مرجعي لعمليات التصنيع ، دار النشر الصناعية، رقم ISBN 0-8311-3049-0.
• راو، تي في (2003)، صب المعادن: المبادئ والتطبيق ، نيو إيج إنترناشونال، رقم ISBN 978-81-224-0843-0.