القوالب (صناعة ـ)

القالب تجويف يصنعه المصممون والحرفيون ويشكلونه بحسب شكل المنتج المراد الحصول عليه وأبعاده. تستخدم القوالب في عمليات سكب المعادن بعد صهرها, وكذلك في عمليات تشكيل المواد المعدنية أو اللدائنية (البلاستيكية). ويتكون القالب من جزأين أو أكثر، ويكون سطح الفصل بين جزأي القالب عادة أفقياً أو شاقولياً أو مركباً. تقسم القوالب بحسب الاستخدام إلى:الشكل (1)1ـ القوالب المستخدمة في السكب die casting والغاية منها سكب المعدن المصهور وإيصاله إلى جوف القالب عبر مجموعة تغذية حتى يمتلئ تماماً، وبذلك يأخذ المعدن شكل القالب وأبعاده، و بعد أن يتبرد المعدن ويتصلب يُنزع من القالب لإجراء الأعمال المتممة عليه. يمكن تقسيم هذه القوالب إلى أنواع عدة لكل منها خصائصه واستخداماته وأهمها:أـ القوالب الرملية ـ وقد عُرفت منذ زمن بعيد، وهي من القوالب التي لا تستخدم في السباكة إلا مرة واحدة, وبعد انتهاء السكب وتجمد المعدن يتلف القالب لإخراج المسبوكة فيه. تستعمل لتصنيع القوالب من هذا النوع نماذج خشبية أو معدنية. حيث يوضع النموذج ضمن ريزك (علبة محكمة السد) ويرص حوله رمل السباكة بعملية تسمى »عملية الرك«. ويوضح الشكل (1) قالب رمل بعد أن سحب منه النموذج المطلوب سبكه، ويظهر في الشكل جزآ النموذج اللذان يشكلان تجويف القالب. يراعى أن يكون المقطع الأكبر للنموذج عند خط الفصل (السطح الفاصل) في القالب ليمكن نزع النموذج من القالب بسهولة من دون تهدم جدرانه أو انهيار جزء منها.ب ـ القوالب القشرية ـ وهي قوالب رقيقة الجدران مكونة من رمل الكوارتز الناعم مضافاً إليه كمية من مادة رابطة نسبتها 5 ـ 6% وهي من الراتنج الصناعي (البكاليت). وهذه المادة الراتنجية الرابطة قابلة للانصهار عند تعرضها للحرارة, وبالتالي تقوم بتغليف حبيبات الكوارتز مكونةً قشرة متماسكة، وتسمح في الوقت نفسه بنفاذ الغازات جيداً. يضاف إلى الراتنج مواد مبلمرة لإكسابه خواصَّ تجعله قابلاً للتصلب بالحرارة. يستعمل راتنج الفينول ـ فورمالدهيد على نطاق واسع في تشكيل القوالب القشرية لأنه مقاوم للحرارة والرطوبة, وقوة تماسكه حين يتحد مع الرمل عالية، ويمكنه بوساطة إضافات من الهكسامين أن يتصلب بالتسخين تصلباً دائماً. تضاف بعض المواد المزّلقة مثل ستيرات الكالسيوم وستيرات الزنك إلى خليط الرمل والراتنج لتسهيل عملية سحب النموذج من القالب، ولتحسين جودة السطوح تضاف بعض المواد مثل غبار الفحم وكربونات الكالسيوم وغيرها.الشكل (2)لصنع القوالب القشرية تتبع الخطوات الموضحة في الشكل (2) يُسخن النموذج المعدني إلى درجة حرارة 200ـ300 ْم ثم يرش عليه خليط من رمل الكوارتز والراتنج. تنصهر المواد الرابطة المختلطة بالرمل وتشكل طبقة منتظمة الشكل تراوح سماكتها تبعاً لفترة التسخين بين 4مم إلى 12مم. تقلب اللوحة ليسقط منها الرمل الفائض, ويبقى الغلاف القشري المتماسك. توضع اللوحة وعليها الغلاف القشري في فرن درجة حرارته 450 ْم تقريباً مدة 3 إلى 5دقائق حتى يتصلب الغلاف. يتم تصنيع الجزء الثاني من القالب بالطريقة نفسها.يمكن استخدام هذه القوالب لسكب معادن السباكة كافة, مثل سبائك الصلب والحديد الزهر، وسبائك النحاس وغيرها.ج ـ القوالب المعدنية: وهي قوالب دائمة تتحمل آلافاً عدة من عمليات الصب، يوضح الشكل (3) بعض نماذج القوالب المعدنية. يشترط في هذه القوالب أن تتحمل الإجهادات الحرارية الناجمة عن التبدل الحراري خلال عمليات صب المسبوكات؛ لذلك تصنع هذه الأنواع من القوالب من الحديد الزهر، أو من الصلب المتضمن نسبة من الكروم.تقسم القوالب المعدنية بحسب طريقة الصب إلى:ـ القوالب المعدنية التي تعمل بالثقالة ـ ويصب فيها المعدن عن طريق قنوات شاقولية ويتم بذلك سريان المعدن نتيجة قوة ثقالته. بعد أن يتجمد المعدن يفصل جزءا القالب وتنزع منه المسبوكة.ـ القوالب المعدنية التي تعمل بالضغط  ـ تصمم هذه القوالب بحيث تتحمل الضغوط العالية إذ، إن المعدن يتدفق إلى جوف القالب عند حقنه بسرعة كبيرة تصل إلى 60م/ثانية، وقد يصل الضغط إلى 500بار. يصنع القالب من نصفين متناظرين يثبت أحدهما على لوحة ثابتة تحمل المصب ويثبت النصف الثاني على لوحة متحركة تعمل بمكبس هدروليكي وتقوم بإبعاد نصفي القالب أحدهما عن الآخر عند مستوى الفصل. وتكون هذه القوالب عادة صغيرة الحجم وتستخدم للحصول على منتجات صغيرة رقيقة الجدران. تصنع مثل هذه القوالب من الفولاذ السبائكي الذي يحتوي على الكروم والتنغستين والكوبالت (s5.25%Cr,s45%W, s5%Co, s0.37%C, s  ) وهي تمكن من الحصول على إنتاج كمي كبير، ودقة عالية للمنتج.الشكل (3)ـ القوالب التي تعمل بالقوة النابذة (بالطرد المركزي) ـ يصمم القالب بطريقة تلائم الأجسام المطلوب إنتاجها،لذلك تعد هذه القوالب لإنتاج الأجسام الدورانية البسيطة والدورانية المجوفة كالمواسير والأسطوانات وإطارات عربات السكك الحديدية. يدور القالب بسرعة دورانية كبيرة، وتؤدي القوة الطاردة المركزية إلى قذف المعدن المنصهر وتوزعه في أرجاء القالب.2ـ القوالب المستخدمة في الحدادة: تتم عمليات التشكيل بوساطة المكابس أو المطارق بشكل حر أو ضمن قوالب معدنية. يتكون قالب الحدادة (الإسطمبة die forming) من جزأين، يثبت الجزء السفلي على السندان السفلي للآلة، ويرتبط الجزء العلوي بالمزلقة, وعند إطباقهما فإن الكتلة الأولية الموجودة ضمن القالب تملأ فراغه وتأخذ شكله متحولة إلى المنتج المطلوب. تستخدم الفجوات التحضيرية في معظم الأحيان لتتم عملية التشكيل بالتسلسل.تصنع القوالب المعدنية بطرائق عدة بوساطة الفارزات، والحفر بالشرر، وتستخدم اليوم الفارزات المبرمجة التي تعمل بنظام CNC.تطورت عمليات تشكيل القوالب تطوراً كبيراً، وصارت الشركات تنتج القوالب المعدنية عن طريق تلبيد الأذرة[ر] باستخدام تقنيات تشكيل النماذج السريعة RP بمساعدة الحاسوب وبتطبيق نظم CAD بأشعة ليزر. وقد انبثقت فكرة التشكيل السريع للنماذج في بداية الثمانينات من القرن العشرين وتم إجراء كثير من البحوث بهدف تطويرها. ويوضح الشكل (4) قالباً معدنياً تم تشكيله بطريقة التلبيد الانتقائي باستخدام أشعة ليزر لتلبيد الذرور المعدني. يوضح الشكل (5) مبدأ التلبيد الانتقائي، حيث يقوم الجهاز بفرش طبقة من الذرور على منصة متحركة، تُعرّض هذه الطبقة لأشعة ليزر التي تتبع في مسارها شكل الشريحة من رسم ثلاثي الأبعاد CAD، وعند الانتهاء من تلبيد هذه الشريحة تنخفض المنصة مسافة تساوي سمك الشريحة تقريباً (0.1مم) ويقوم الجهاز بفرش طبقة أخرى، وهكذا تتكرر العملية حتى يتم بناء القالب. الشكل (4) الشكل (5)لقد مهد تطور التصنيع بمساعدة الحاسوب الطريق لاستخدام التشغيل بالتحكم الرقمي وقد أسهمت هذه التقنيات المتطورة في زيادة الإنتاج ودقته وأتمتته، وفتحت آفاقاً واسعة للحصول على بنيات وتراكيب لمواد جديدة يصعب الحصول عليها بالطرائق التقليدية.

المراجع

الموسوعة.العربية

التصانيف

العلوم التطبيقية  الصناعة