العربية 
English 
Español 
Français 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Українська 
إذا سبق لك أن رأيت أجزاءً أو معدات يتم تصنيعها على نطاق واسع، فمن المحتمل أنك تساءلت عن كيفية تصنيع كل هذه الأجزاء، والوقت الذي تستغرقه. إن التقنية القياسية المعمول بها هي الصب بالقالب، وهي عملية يتم فيها صب المعدن السائل في قالب لإنشاء الجزء المطلوب. وعلى الرغم من أن هذه العملية مفيدة للغاية وفعالة من حيث التكلفة، إلا أن هناك تقنية جديدة آخذة في الظهور لتحقيق المزيد من التقدم في هذا المجال من علم المعادن: الصب بالقالب المتكامل.
ما هو الصب بالقالب المتكامل؟
عملية الصب بالقالب المتكامل (IDC) هي عملية يتم فيها حقن المعدن السائل في قالب لإنشاء شكل معين، ولكن بمجرد أن يبرد المعدن، يتم تشكيله في مكون كامل، بدلاً من الحاجة إلى لحامه أو تصنيعه مرة أخرى (كما هو الحال مع الصب بالقالب التقليدي).
هذه العملية الجديدة هي فقط بدء طرحها تجارياًولها العديد من الفوائد المختلفة. ونظرًا لأن هذه التقنية جديدة جدًا، سنقوم بدراسة التطوير، والعملية (بما في ذلك المواد المستخدمة)، والفوائد، وأخيرًا، عملية التطبيق في الصناعة لهذه العملية الجديدة.
تطوير الصب بالقالب المتكامل
وبطريقة ما، فإن تتبع تطور IDC يعني بطريقة ما السير على خطى عملية الصب بالقالب نفسها. يعود تاريخ عملية الصب بالقالب إلى القرن التاسع عشر، وكانت تقنية حيوية خلال عصر المطبعة. وفي منتصف القرن الثامن عشر، تم ابتكار آلة الصب بالقالب التي تعمل يدويًا وآلة الصب بالقالب وآلة الطباعة بالقالب المشغلة يدويًا لتسريع عملية النشر باستخدام الحروف المعدنية. ولكن الأمر لم يتوقف عند هذا الحد.
العمليات الجديدة والمواد الجديدة
عادةً ما يكون كل من كان القصدير والرصاص هما المادتان القياسيتان المستخدمة في عملية الصب بالقالب، ولكن في مطلع القرن التاسع عشر، أصبح كل من الألومنيوم والزنك مادتين جديدتين مستخدمتين (ومفضلتين) في صناعة الصب بالقالب. ويرجع ذلك أساسًا إلى عاملين. أولاً، كان هذان المعدنان أكثر أمانًا من الرصاص والقصدير لمن يتعاملون معهما. ثانياً، كانت كلتا هاتين المادتين أقوى من سابقاتها، مما سمح بإبداعات أقوى وتطبيقات جديدة.
اليوم الحاضر
بحلول الثلاثينيات من القرن العشرين، تم إدخال معظم المعادن والسبائك التي نستخدمها في عملية الصب بالقالب, مثل النحاس والمغنيسيوم. وعلاوة على ذلك، بدأت عملية الصب الفعلية في البداية بأنظمة الضغط المنخفض فقط، ولكن مع زيادة التكنولوجيا الجديدة (واستخدام سبائك جديدة) أصبحت أنظمة الحقن بالضغط العالي هي القاعدة الجديدة.
المواد الشائعة المستخدمة في مركز البيانات الدولي
وكما هو مذكور أعلاه، تم استخدام العديد من المعادن المختلفة في عملية الصب بالقالب، ولكن المعادن الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر هي الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم, ولكن يُستخدم كل من النحاس والنحاس الأصفر أيضًا. دعونا نستعرض الخصائص المختلفة لهذه المعادن وكيفية استخدامها في الصناعة.
ألومنيوم
وبسبب كتلته المنخفضة، يعتبر الألومنيوم مادة رائعة للعمل بها نظرًا لأنه لا يقلل من قوة الجزء الذي يتم إنشاؤه على حساب إضافة المزيد من الوزن. وبصفة عامة، يمكن لأجزاء الألومنيوم أن تتحمل درجات حرارة أعلى، وبالتالي لديها خيارات تشطيب أكثر قليلاً من المواد الأخرى. علاوة على ذلك، يُعد الألومنيوم معدنًا سهل الصب نظرًا لخصائصه، وهو خيار رائع إذا كنت تبحث عن معدن مقاوم للتآكل - خاصةً عند دمجه مع الزنك كسبيكة. وفي حين أن للألومنيوم العديد من الفوائد، من المهم أن تتذكر أن الألومنيوم وسبائك الألومنيوم الأخرى ذات الأساس الألومنيومي، إلا أن سعرها أعلى قليلاً من المنتجات الأخرى.
وبسبب المزايا المذكورة أعلاه، يشيع استخدام الألومنيوم في مجال التكنولوجيا. وذلك لأنه مواتٍ للغاية من الناحية المادية للاستخدامات الكهربائية والحرارية على حد سواء.
الزنك
واحدة من أعظم فوائد الزنك هي أن درجة انصهاره منخفضة (787.15 فهرنهايت)، مما يعني أنه يستهلك طاقة أقل بكثير للصهر مقارنةً بالمعادن الأخرى. إن استخدام طاقة أقل لإعداد المعدن للصب يعني أنك لا تتحمل تكاليف عامة أقل فحسب، بل إنك تستخدم أيضًا معدنًا له عمر افتراضي أطول من المعادن الأخرى. وعلاوة على ذلك، فإن الزنك معدن رائع للتخصيص. حيث يمكن طلاؤه أو طلاؤه بسهولة، كما أنه يوفر سطحًا أملس للغاية للعمل عليه، مما يتيح المزيد من الخيارات عند الانتهاء من المنتج الخاص بك. وعلاوةً على ذلك، يتميز الزنك بخصائص مقاومة عالية للتآكل وموصلية حرارية عالية.
فيما يتعلق بالاستخدام، نظرًا لعمر القالب المرتفع بسبب انخفاض درجة انصهاره، فإن الزنك هو المفضل عندما يتعلق الأمر بصب المستلزمات الطبية المختلفة مثل أجزاء أجهزة مراقبة ضغط الدم.
نحاس/نحاس نحاسي
على الرغم من أن النحاس والنحاس الأصفر ليسا شائعين مثل المعادن الأخرى المذكورة، إلا أنهما من المواد القيمة التي يمكن استخدامها في عملية الصب بالقالب. يوفر النحاس العديد من المزايا كمعدن مصبوب، مثل مستويات الصلابة العالية، والمقاومة الجيدة للتآكل، والثبات القوي في الأبعاد، والتوصيل العالي جداً. من ناحية أخرى، يتميز النحاس الأصفر أيضًا بخصائص مشابهة جدًا للنحاس، ولكن مع ميزة إضافية تتمثل في سهولة صقله أو طلائه بسهولة، بالإضافة إلى مقاومته لدرجات الحرارة العالية. وعلاوة على ذلك، يمكن خلط النحاس الأصفر بسهولة مع معادن أو سبائك أخرى أثناء عملية الصب، لجعل المنتج النهائي يفي بأكبر قدر ممكن من المواصفات.
ونظرًا لأن النحاس عالي التوصيل، فإن الاستخدام الرئيسي له في الصناعة هو إنشاء خطوط الكهرباء والأسلاك المنزلية. وعلاوة على ذلك، يُعد النحاس مادة رائعة للاستخدام في صناعة المشتتات الحرارية لأجهزة الكمبيوتر ووحدات البطاريات المختلفة.
وفيما يتعلق باستخدامات منتجات النحاس الأصفر، فإن الاستخدامات الأكثر شيوعًا هي صناعة التجهيزات، وأجزاء أو مكونات مضخات المياه، وأجزاء التجهيزات المختلفة. وبصفة جانبية إلى حدٍ ما، نظرًا لإمكانية صقل النحاس الأصفر بسهولة، يمكن أن يكون للأجزاء التي يتم إنشاؤها قيمة جمالية أكبر بكثير من المعادن الأخرى، مما يضيف قيمة أكبر للمنتج النهائي.
المغنيسيوم
كمعدن يستخدم في صب القوالب، يوفر المغنيسيوم العديد من الفوائد. أولاً، إنه أخف المعادن المستخدمة في الصناعة، مما يجعله المعدن الذي يتمتع بأفضل نسبة قوة إلى الوزن. وثانياً، تتمتع العديد من سبائك المغنيسيوم بسيولة ممتازة وقدرة صب أكبر عند استخدامه مقارنةً بالمعادن الأخرى مثل النحاس والألومنيوم. وأخيرًا، نظرًا لأن المغنيسيوم لديه قدرة تحمل عالية لـ مسامية الهيدروجين (وهو عيب يمكن أن يحدث أثناء عملية الصب حيث تنشأ فراغات في القالب بسبب وجود مستويات عالية من غاز الهيدروجين) إنها مادة رائعة للاستخدام لضمان متانة قطع القوالب المختلفة التي تصنعها لفترة طويلة.
نظرًا لقدرته على الحماية من تداخل الترددات اللاسلكية (RFI) والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، فإن المغنيسيوم يعد خيارًا رائعًا عندما يتعلق الأمر باختيار معدن للمعدات الطبية والمعملية، حيث أنه لا يتأثر بأنواع مختلفة من التداخل.
عملية الصب بالقالب المتكامل
قبل فحص كل خطوة من خطوات عملية الصب بالقالب، من المهم توضيح نوعين مختلفين من الصب: الغرفة الساخنة والغرفة الباردة. في الصب بالغرفة الساخنة، بعد أن يتم صهر المعدن أو السبيكة بشكل كافٍ، يتم حقنها على الفور في القالب (القالب المستخدم لإنشاء الجزء المطلوب) باستخدام نظام هيدروليكي. ومن ناحية أخرى، تتضمن عملية الصب بالغرفة الباردة صب المادة المنصهرة في غرفة باردة قبل الحقن. في حين أن هناك بعض الاختلافات بين الإجراءين، إلا أنهما ينطويان على نفس عملية الحقن ولكن في درجات حرارة مختلفة.
مع الفهم الأساسي لأنواع الصب الصناعي الرئيسية المحددة، دعنا نلقي نظرة على عملية الصب الشاملة. ضع في اعتبارك أن هذه الخطوات قد تختلف اعتمادًا على طريقة الصب التي تقرر استخدامها.
الخطوة 1: تحضير القالب (القالب)
عند التحضير لصنع المنتج المطلوب، سيتم تشحيم القالب أو القالب باستخدام نوع من رذاذ التحرير. وهذا يسمح بتحرير الجزء بسهولة بدلاً من احتمال التصاقه في القالب. يمكن أن يحتوي القالب على تجويف واحد أو أكثر، وهذا يعتمد على طبيعة المنتجات النهائية. عندما تكون تكلفة الحقنة الواحدة ثابتة، فكلما زاد عدد التجاويف كلما انخفض متوسط تكاليف المنتجات النهائية.
الخطوة 2: التثبيت
في هذه المرحلة، يتم ضغط نصفي القالب معًا بواسطة ماكينة تحدد مقدار القوة اللازمة لاستخدامها. يتم تثبيت هذين النصفين على ماكينة صب القالب أثناء هذه العملية.
الخطوة 3: الحقن والتبريد
يتم حقن المعدن المنصهر في القالب باستخدام مضخة هيدروليكية، عند ضغط محدد، وذلك لعدم إتلاف المنتج. بعد ملء القالب، يتم بعد ذلك تبريده إلى درجة حرارة معينة للتحضير للطرد. بمجرد أن يتم تبريد المنتج بشكل كافٍ، سيكون للمعدن المتصلب شكل مماثل (إن لم يكن مطابقًا) للقالب الذي استخدمته.
الخطوة 4: إخراج المنتج
يتم فك القالب، ويتم فصل النصفين. ثم تقوم آلية طرد بدفع القالب للخارج بعناية. يجب مراقبة هذه العملية بشدة لضمان عدم تلف المنتج.
الخطوة 5: التشذيب والتشطيب
في المرحلة النهائية، يتم تقليم المعدن الزائد من القالب وتشذيب المنتج النهائي وتشطيبه لضمان جودة عالية جدًا. وبعد المعالجة السطحية الخاصة مثل طلاء المسحوق ， طلاء البلاستيك والأكسدة والتلميع والطلاء وما إلى ذلك، يصبح الجزء المطلوب جاهزًا للاستخدام!
في هذه المرحلة، قد تتساءل: "كيف تختلف عملية الصب بالقالب المتكامل عن عملية الصب القياسية؟ هذا سؤال وجيه. ببساطة، تنطوي عملية الصب بالقالب المتكامل على إنشاء قطعة كبيرة ومفردة حيث كانت العملية القياسية ستنشئ قطعًا متعددة كان يجب لحامها أو تصنيعها معًا. لننتقل الآن إلى الفوائد المختلفة لهذه العملية.
ما هي الفوائد؟
تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية لاستخدام مركز البيانات الدولي في تخفيف تكاليف التصنيع من خلال تقليل عدد الأجزاء المنفصلة المطلوب تصنيعها، بالإضافة إلى الخطوات المختلفة لربطها لتشكيل المنتج المطلوب.
والنقطة الثانية هي خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وزيادة إنتاجية الطاقة بما لا يقل عن 501 تيرابايت 3 تيرابايت كما هو مذكور في دراسة صادرة عن وزارة الطاقة الأمريكية. ويرجع ذلك في الغالب إلى أن IDC يمكن أن تحل محل الطريقة التقليدية متعددة القطع من خلال إنشاء منتج واحد قوي لا يحتاج إلى اللحام أو الختم.
وكمثال على ذلك اعتمدت تسلا هذه التقنية لتصنيع الإطار الخلفي لمركبتهم من الطراز Y. في الأصل كان يتم ختمه ولحامه باستخدام 70 قطعة مختلفة، الأمر الذي كان يستغرق حوالي ساعة إلى ساعتين لإكماله. باستخدام طريقة IDC، تستغرق هذه العملية الآن ما مجموعه 45 دقيقة فقط، و300 روبوت أقل لإكمال العملية. الحديث عن تخفيض التكاليف!
أين يتم استخدام IDC؟
حتى الآن، كان التطبيق الرئيسي لتقنية الصب بالقالب المتكامل في صناعة السيارات. كبرى شركات تصنيع السيارات مثل تيسلا و NIO استخدمت هذه العملية لابتكار مكونات أخف وزنًا وأقوى لمركباتها، وعلى الأخص مع الهياكل الفرعية والمكونات الأخرى. ويختلف استخدام هذه التقنية في صناعة السيارات اختلافًا كبيرًا عن عملية الختم واللحام التقليدية، وقد حققت العديد من الفوائد المختلفة، مثل تلك المذكورة أعلاه، مع وجود العديد من الفوائد الأخرى في المستقبل.
تُعد تقنية الصب بالقالب المتكامل إجراءً يمكن أن يُحدث ثورة في صناعة السيارات، بالإضافة إلى العديد من القطاعات الأخرى. الأمر يستحق المتابعة.
