الدرس 1.2التشكيل الأوليالفصل 1 · السباكة

السبك بالشمع المفقود (Investment casting)

نسخة شمعية تُغطّى بالسيراميك، ثم يُذاب الشمع ويُملأ القالب بالمعدن

ينسخ السبك الدقيق، ويسمى أيضًا السبك بالشمع المفقود، القطعة بالشمع، ثم يغطّي الشمع بالسيراميك ويُذيب الشمع ويصبّ المعدن في الغلاف المجوّف. وبهذه الطريقة تُصنع ريش توربينات المحرّكات النفاثة ورؤوس مضارب الغولف وغرسات الورك. تحصل على قطع شبه منتهية بتفاصيل دقيقة، من أي سبيكة تقريبًا.

الصورة: 5oclockhustle, CC BY-SA 4.0, عبر Wikimedia Commons

السبك الدقيق · من شجرة الشمع إلى القطع المنتهيةاقرأ الصف العلوي ثم الصف السفلي؛ وتطابق الأرقام المحاطة بدوائر الخطوات أدناه.

كيف تعمل

اصنع نسخًا شمعية. يُحقَن الشمع في قالب معدني (قالب يعاد استخدامه) لصنع نموذج، وهو نسخة شمعية مطابقة للقطعة. لكل مسبوكة نموذجها الخاص.
ابنِ شجرة. تُلصق نماذج كثيرة على مجرى شمعي مركزي (قناة تغذية) فتُكوّن “شجرة” تحمل من بضع قطع إلى عشرات.
غطِّها بالسيراميك. تُغمَس الشجرة في ملاط سيراميكي (خليط كريمي من مسحوق سيراميك ناعم ورابط سائل)، وتُرشّ برمل ناعم وتُجفَّف. يتكرر ذلك نحو 6 إلى 10 مرات حتى يبلغ سمك الغلاف عدة مليمترات.
أذِب الشمع. يُقلَب الغلاف رأسًا على عقب ويُسخَّن، عادةً في أوتوكلاف بخاري (فرن بخار مضغوط) أو فرن ساخن. يسيل الشمع، وغالبًا يُعاد استخدامه، ويبقى قالب مجوّف من قطعة واحدة.
اشوِ ثم اسكب. يُشوى الغلاف، غالبًا عند نحو 1000 °C، ليقوى ويحترق آخر الشمع. ويُصبّ المعدن والغلاف ما زال ساخنًا، فتمتلئ المقاطع الرقيقة قبل أن يتجمّد المعدن.
حرّر القطع. بعد التبريد يُكسَر الغلاف بالطرق أو الاهتزاز أو نفاثات الماء. وتُقطَع القطع عن الشجرة، وتُجلَّخ أعقاب بوابات الصب (حيث كانت كل قطعة متصلة بالشجرة) حتى تنعم.

حقائق أساسية

المواد: الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ، والسبائك الفائقة من النيكل والكوبالت، والتيتانيوم، والألومنيوم، وسبائك النحاس، والذهب والفضة
القطع النموذجية: ريش التوربينات، ورؤوس مضارب الغولف، وغرسات الورك والركبة، ودفّاعات المضخات، وأجزاء الأسلحة والأقفال، والمجوهرات
حجم القطعة: عادةً من بضعة غرامات إلى بضعة كيلوغرامات؛ وتتجاوز المسابك المتخصصة 100 كغ
الدقة: نحو ±0.1 إلى ±0.25 مم في الميزات الصغيرة، أي نحو ±0.5% من البعد
تشطيب السطح: أملس: Ra (متوسط الخشونة) نحو 1.5 إلى 3 µm
حجم الدفعة المناسب: من مئات إلى مئات الآلاف من القطع سنويًا؛ وكذلك القطع المفردة في الفن والمجوهرات
كلفة العدّة والآلة: تكلّف قوالب حقن الشمع من بضعة آلاف إلى عشرات الآلاف من الدولارات؛ والنماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد تستغني عن القالب في النماذج الأولية
السرعة: من أيام إلى أسابيع للدفعة، يضيع معظمها في انتظار جفاف طبقات الغلاف؛ وتُعالَج أشجار كثيرة بالتوازي