مقدمة
تُنتج الصناعة المعدنية أجزاء مصنوعة من مواد مثل الحديد والصلب والمعادن غير الحديدية مثل البرونز والألمنيوم والنحاس باستخدام طرق مختلفة. ومن بين هذه الطرق، تعد طريقة الصب الأكثر أهمية. يتم في عملية الصب صهر المعادن والسبائك في قوالب في حالة سائلة، ثم بعد التبريد والتجمد، تأخذ القطعة النهائية شكل القالب. يستخدم الصب في تشكيل المعادن والسبائك، وتعتبر صناعة صب المعادن عملية تصنيع حيوية تنتج العديد من المنتجات التي تلعب دورًا مهمًا في الحياة اليومية. مع تطور الاقتصاد العالمي، ازدادت أهمية صناعة صب المعادن بشكل سريع في السنوات الأخيرة. فقد ارتفع إجمالي إنتاج المعادن المصبوبة في العالم من حوالي 92 مليون طن في عام 2010 إلى 110 مليون طن في عام 2015. وتنتج صناعة صب المعادن منتجات ذات أشكال معقدة تُستخدم في العديد من السلع الصناعية الاستهلاكية.
في صناعة الصب، يتم تصنيع القالب والعضلات من رمل السيليكا والغراء. يتم وصف طرق المعالجة المختلفة لإنتاج هذه المنتجات في الأقسام التالية. تشمل مزايا هذه الصناعة كفاءة إنتاج عالية، وقوة مواتية، وإعادة تدوير سهلة للرمل المستخدم، وانهيار مناسب للعضلات. لإنتاج قوالب تتطلب ثقوبًا مجوفة، يجب أولاً تحضير عضلات من الرمل والصمغ، وبعد صب المعدن المصهور، تظهر هذه العضلات مقاومة حرارية مما يمنع تغلغل المعدن المنصهر فيها بشكل بطيء. بعد التبريد، يتم فصله عن القالب عن طريق ضرب العضلات.
-
الصمغ (المادة اللاصقة)
يستخدم في صناعة الصب مجموعة متنوعة من راتنجات الفينول، مثل فينول-يوريتان والفوراني وسيليكات الصوديوم، كمواد لاصقة. يجب أن تتمتع الراتنجات المناسبة في دورها كغراء وعوامل ربط الرمل بالخصائص التالية:
- وقت المعالجة القصير
- السعر المناسب
- ثبات أبعاد عالٍ
- الصلابة والخواص الميكانيكية المناسبة للعضلات
- جودة عالية لسطح الصب
- انهيار مرغوب للقالب أو العضلات
يتم تحضير راتنج الفينول في شكلين هما، نوفالاك و ريسول، وفقًا للنسبة المولية للفورمالدهيد إلى الفينول، واعتمادًا على نوع المحفز المستخدم لتفاعل هذين المونومرين، والذي قد يكون حمضيًا أو قاعديًا، يتم معالجة راتينج الريسول فقط مع درجة الحرارة دون وجود عامل المعالجة (على الرغم من أن وجود محفز يؤدي إلى تسريع وقت المعالجة)، إلا أن نوفالاك عبارة عن راتينج لدن بالحرارة ويحتاج إلى عامل معالجة هيكسامين لتشكيل شبكة.
يظهر التركيب الكيميائي لراتنجات الفينول - يوريتان والفوراني وسيليكات الصوديوم بإيجاز في الشكل أدناه:
-
الرمل
يتم استخدام رمل السيليكا عالي النقاء في عمليات صب الرمل. تمتلك بعض البلدان، مثل ألمانيا وبلجيكا وهولندا وفرنسا، رملًا عالي الجودة (%SiO2=99.8) لكن يجب على دول أخرى، مثل إيطاليا أو اليابان، استيراد الرمل لصب الحديد والفولاذ بجودة عالية.
من الواضح، عند استخدام الرمال بكميات أعلى من الأكاسيد القلوية (MgO، CaO، K2O و Na2O)، هناك حاجة لمزيد من عامل المعالجة الحمضي.
ومن مزايا رمال السيليكا المستخدمة في هذه الصناعة رخص قيمتها، وتوافرها بدرجات مختلفة، والتوافق مع جميع أنواع المواد اللاصقة الكيميائية، والمقاومة الحرارية والكيميائية الكافية عند ملامستها للمعادن المنصهرة، وإمكانية صنع قوالب وأطواق بأبعاد مختلفة.
عمليات الصب
بشكل عام، يتم استخدام العمليات التالية في صناعة الصب لإنتاج القالب والعضلات:
1- عملية الصب التقليدية
في صناعة الصب، يتم تحضير الرمل وسيليكات الصوديوم و معالجتها تحت ضغط غاز ثاني أكسيد الكربون بعد الخلط المنتظم والسليم لإعداد القوالب والعضلات. تشمل عيوب هذه الطريقة عدم سهولة تكسير العضلات والجودة غير المواتية لسطح العضلات وانخفاض معدل إنتاج العضلات.
2- عملية الصب التقليدية
في هذه العملية، يتم تحضير القوالب والعضلات بشكل عام من الرمل المغطى براتنج الفينول، وتكون طريقة تغطية رمل السيليكا كالتالي: أولاً، يتم تغطية الرمل براتنج نوفالاك تحت درجة حرارة، ثم يتم إذابة عامل المعالجة في الماء و يضاف إلى هذا الخليط وبإزالة الماء، يتم وضع عامل المعالجة بشكل موحد في الخليط وفي النهاية يتم تحضير خليط الرمل والغراء.
3- عملية الصندوق الساخن
يتم خلط الراتنجات الفينولية (ريسول) أو راتنجات الفوران مع المحفز والمواد المضافة الأخرى مع الرمل في الخلاط ويتم الحصول على خليط موحد. عن طريق نقل هذا الخليط إلى القالب وتطبيق الحرارة (150-200 درجة مئوية) لمدة 2-5 دقائق، يتم معالجة العضلات وإزالتها من القالب.
4- العملية بدون المعالجة
في هذه الطريقة، بعد الخلط الكامل للراتنج والرمل في وجود المحفز، يتم نقل الخليط إلى القالب، ومعالجة العضلة بدون تسخين. نظرًا لغياب الحرارة، فهي فعالة جدًا من حيث التكلفة، خاصة بالنسبة لصب الأجزاء الكبيرة. المواد اللاصقة الشائعة المستخدمة في هذه العملية هي من نوع الفوران غالباً.
5- عملية الصندوق البارد
في هذه العملية، يتم استخدام نظام مكون من ثلاثة مكونات، راتنج الفينول، إيزوسيانات البوليمر والأمين من النوع الثالث. بهذه الطريقة، يتم أولاً خلط الراتنج بالرمل، ثم يضاف البوليمر إيزوسيانات إلى الخليط وأخيراً يصبح الخليط متجانسًا، وبعد الخلط الكامل يتم نقله إلى القالب ويتم حقن النوع الثالث من الأمين في حجرة القالب بشكل الغاز للمعالجة لتنتج العضلة.
نظرًا للحاجة المتزايدة للغراء في صناعة الصب، تنتج شركة "رزيتان" أنواعًا مختلفة من هذا الراتنج في مجالات مختلفة من هذه الصناعة، على النحو التالي.
