الصب والطحن الدقيق للمعادن: صقل دقة الصب، وإطلاق حل جديد للمعالجة عالية التوافق

في ”المرحلة الأخيرة“ من عملية الصب، غالبًا ما تحدد الدقة قيمة المنتج. سواء كان ذلك في أسطح إحكام إغلاق كتل المحركات، أو فتحات التوصيل في كتل الصمامات الهيدروليكية، أو أسطح الدعم في مسارات أدوات الآلات، فإن كل ذلك يتطلب دقة أبعاد عالية للغاية وتشطيبًا عاليًا للسطح لتلبية متطلبات التجميع والتشغيل. ومع ذلك، بعد الصب والتشغيل الآلي، غالبًا ما تحتفظ المصبوبات بعلامات الطحن، والانحرافات في الأبعاد، وحتى التشوهات الدقيقة، مما يجعل طرق الطحن التقليدية (مثل التلميع اليدوي بالعجلة) غير كافية لتحقيق معايير الدقة. أصبح الطحن الدقيق للمعادن، بخصائصه المتمثلة في ”التحكم في الدقة على مستوى الميكرومتر“ و”معالجة السطح بشكل موحد“، العملية الأساسية لتحقيق الدقة العالية والاستقرار في المصبوبات. اليوم، سوف نستكشف كيف يتكيف الطحن الدقيق للمعادن مع احتياجات معالجة الصب ويتعامل مع قيود الطرق التقليدية من خلال ثلاثة أبعاد: تحسين دقة سطح الصب، وتصحيح الأبعاد الحرجة، وإصلاح العيوب.

تحسين دقة سطح الصب: من ”القطعة الخام“ إلى ”سطح التلامس الدقيق“

بعد الصب والتشغيل الخشن، غالبًا ما تواجه المصبوبات مشكلتين رئيسيتين في السطح: أولاً، خشونة السطح العالية (Ra50-12.5μm) مع وجود علامات طحن أو آثار ثقوب رملية مرئية؛ ثانيًا، التسطيح السيئ (مثل أخطاء التسطيح 0.1-0.5 مم/م)، مما يجعلها غير مناسبة لمتطلبات التجميع الدقيق مثل الختم والتركيب. يعالج الطحن الدقيق للمعادن هذه المشكلات من خلال عمليات طحن مختلفة، مما يحقق ”تحسينًا دقيقًا“ لأسطح القوالب.

1. طحن مستوي: حل ”مشكلة التسطيح“ لسطح الختم المصبوب وسطح الدعم

بالنسبة للهياكل المستوية للمسبوكات (مثل سطح الإغلاق لرأس أسطوانة المحرك أو سطح الدعم لقاعدة أداة الآلة)، فإن الطحن المستوي هو العملية الأكثر استخدامًا. وهي تزيل المواد الزائدة من السطح بمقدار 0.01-0.1 مم من خلال الدوران عالي السرعة لعجلة طحن (حجم الحبيبات 80-120 شبكة) تتحرك ذهابًا وإيابًا عبر سطح المصبوب، مما يتحكم في أخطاء استواء السطح في نطاق 0.005-0.02 مم/م ويقلل من خشونة السطح إلى Ra0.8-0.2 ميكرومتر.

لنأخذ على سبيل المثال كتلة أسطوانية من الحديد الزهر الرمادي (مادة HT250) مصنعة في مصنع لمحركات السيارات. بعد الطحن، لا يزال سطح إحكام رأس الأسطوانة يعاني من خطأ في التسطيح يبلغ 0.2 مم/م. كان التجميع المباشر سيؤدي إلى تسرب الزيت. من خلال طحن السطح (باستخدام عجلات كاشطة مربوطة بالراتنج بسرعة 30 م/ثانية مع تغذية 0.05 مم لكل تمريرة)، تم تقليل خطأ التسطيح إلى 0.01 مم/م. كما أدى هذا العملية إلى تكوين نسيج دقيق موحد على سطح الإغلاق، مما عزز من التصاق الحشية وقلل معدل التسرب من 15% إلى أقل من 0.5%.

تجدر الإشارة إلى أن الطحن المستوي يتطلب تعديل نوع عجلة الطحن وفقًا لمواد الصب: المواد الهشة مثل الحديد الزهر الرمادي والحديد الزهر المطيل مناسبة لاستخدام عجلة طحن الكوراندوم (لتجنب انسداد الرمل)؛ أما المواد البلاستيكية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم فتتطلب استخدام عجلة طحن كربيد السيليكون (لتحسين كفاءة الطحن وتقليل التصاق الرقائق).

2. طحن الدائرة الخارجية: تحسين ”الاستدارة والتوازي المحوري“ للأعمدة المصبوبة والأسطح الأسطوانية

تتطلب مكونات الصب مثل الأعمدة (مثل أعمدة الإدارة وقضبان مكبس الأسطوانة الهيدروليكية) والهياكل الأسطوانية (مثل التجويف الداخلي لمبيتات المحامل) دقة عالية للغاية في الاستدارة والتوازي المحوري. —— إذا تجاوز خطأ الاستدارة 0.005 مم، فقد يتسبب ذلك في حدوث اهتزازات وأصوات غير طبيعية أثناء التشغيل؛ كما أن الانحرافات الكبيرة في المحاذاة المحورية يمكن أن تؤثر على دقة تجميع المحامل. يستخدم الطحن الأسطواني الخارجي حركة مركبة من ”عجلات تدور حول قطعة العمل + دوران قطعة العمل نفسها“ لتصحيح هذه الأخطاء بدقة.

بأخذ عمود محرك من الحديد المطاوع (قطر 50 مم، طول 300 مم) كمثال، أسفرت معالجته على المخرطة عن خطأ في الاستدارة يبلغ حوالي 0.02 مم وانحراف في المحورية يبلغ 0.03 مم. من خلال الطحن الأسطواني الخارجي (باستخدام عجلات طحن CBN بسرعة طحن 40 م/ثانية وتغذية شعاعية 0.005 مم/دورة)، تم التحكم في خطأ الاستدارة النهائي في حدود 0.002 مم وانحراف المحورية ≤0.008 مم، مما يلبي تمامًا متطلبات التثبيت بالتداخل بين المحمل والعمود (خلوص 0.003-0.008 مم).

مفتاح الطحن الدائري الخارجي هو ”تحديد المركز“ —— يجب أولاً معايرة الفتحة المركزية في طرفي قطعة العمل لضمان أن يكون محور دوران قطعة العمل موازياً لمحور عجلة الطحن، وذلك لتجنب مشكلة ”الانحراف“ (أي عدم اتساق قطر طرفي قطعة العمل) الناتجة عن انحراف تحديد المركز.

3. الطحن الداخلي: التغلب على ”عقبة الدقة“ في هيكل فتحة الصب

غالبًا ما تفشل تقنيات الطحن والتثقيب التقليدية في تحقيق الدقة المطلوبة لمكونات الصب الداخلية (مثل ممرات الزيت في كتلة الصمامات الهيدروليكية أو فتحات تركيب مبيت المحامل) بسبب مساحة التشغيل المحدودة، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى مشكلات مثل انحرافات القطر (±0.05 مم) والأسطح الخشنة (Ra6.3μm). يستخدم الطحن الأسطواني الداخلي طريقة ”إدخال عجلة طحن ذات قطر صغير“، قادرة على تشغيل الثقوب الداخلية بأقطار تتراوح من 5 مم إلى 500 مم وعمق يصل إلى 1000 مم. تحقق هذه التقنية تفاوتات أبعاد ±0.005 مم مع تقليل خشونة السطح إلى Ra0.4-0.1μm.

لنأخذ على سبيل المثال كتلة صمامات من الفولاذ المقاوم للصدأ (درجة 304) مصنعة من قبل مصنع آلات هندسية. أظهر تجويف ممر الزيت (قطر 20 مم، عمق 80 مم) انحرافًا في الأبعاد بمقدار 0.04 مم بعد الحفر، مع وجود علامات أدوات واضحة على الجدار. من خلال الطحن الأسطواني الداخلي باستخدام عجلة كاشطة مربوطة بالسيراميك مقاس 15 مم بسرعة 25 م/ثانية مع تغذية 0.02 مم/دورة، لم تحقق العملية تصحيحًا دقيقًا للأبعاد إلى 20±0.003 مم فحسب، بل أوجدت أيضًا سطحًا أملسًا يشبه المرآة. أدى هذا التحسين إلى تقليل مقاومة تدفق السائل الهيدروليكي وتعزيز دقة التحكم في الزيت في كتلة الصمام.

تصحيح الأبعاد الرئيسية للمسبوكات: استخدام الطحن الدقيق ”لاستعادة“ الفراغات غير المؤهلة وتقليل الخسائر

أثناء عملية تبريد الصب، تكون المصبوبات عرضة لانحرافات في الأبعاد - بسبب الانكماش غير المتساوي وتشوه القالب. على سبيل المثال، قد يصل الطول الفعلي لقاعدة مصبوبة مصممة بطول 1000 مم إلى 1000.5 مم، في حين أن سماكة لوحة شفة مصممة بسمك 20 مم قد تصل في النهاية إلى 19.8 مم. عندما تتجاوز هذه الانحرافات حدود التفاوت المسموح به، غالبًا ما تؤدي الطرق التقليدية إلى إهدار المصبوبات والمواد. ومع ذلك، يستخدم طحن المعادن الدقيق تقنية ”الإزالة الدقيقة للسماح“ لتصحيح الأبعاد بدقة. تحول هذه الطريقة القطع الخام المعيبة إلى منتجات مؤهلة، مما يقلل بشكل كبير من معدلات عيوب الصب.

1. تصحيح الحجم الخطي: انحراف المليمتر، تعديل الميكرون

يمكن أن يصحح الطحن الدقيق بشكل فعال الانحرافات الأبعاد الخطية مثل الطول والعرض والسماكة في المسبوكات من خلال التحكم في ”مقدار الطحن“. على سبيل المثال، قامت مصنع أدوات آلية بمعالجة طاولة عمل من الحديد الزهر (أبعاد التصميم: 2000 مم × 1000 مم × 30 مم). بسبب الانكماش غير المتساوي للتبريد، كان السماكة الفعلية 29.7 مم (الانحراف: -0.3 مم) مع وجود هامش طحن 0.1 مم على سطحها. من خلال الطحن المستوي (الذي تم إجراؤه على ثلاث مراحل، كل منها تزيل 0.1 مم من الهامش)، تم تصحيح السماكة النهائية إلى 30±0.01 مم، مما يلبي تمامًا متطلبات التفاوت التصميمي (±0.02 مم).

طريقة الطحن ”الميكروية“ هذه لا تتجنب فقط التشوه الحراري للمسبوكات الناجم عن كميات الطحن الفردية المفرطة (درجة حرارة الطحن عادة ≤150℃، المنطقة المتأثرة بالحرارة ≤0.01mm)، بل تضمن أيضًا استقرار تصحيح الأبعاد ——. بالنسبة لمجموعة من 20 قطعة عمل، يمكن التحكم في الانحراف الأبعاد في نطاق ± 0.008 مم، وقد ارتفع معدل النجاح من 60٪ إلى 98٪.

2. تصحيح الشكل والتفاوت في الموضع: حل مشكلة التجميع المتمثلة في ”عدم الاستقامة، وعدم الاستدارة، وعدم التوازي“.

بالإضافة إلى الأبعاد الخطية، تؤثر تفاوتات الشكل والموضع (مثل الاستقامة والتوازي والعموديّة) في المسبوكات بشكل كبير على التجميع ——. على سبيل المثال، يمكن أن يتسبب الخطأ الخطي الذي يتجاوز 0.01 مم/م في مسبوكات سكة التوجيه في بطء حركة منزلقات أدوات الآلات، في حين أن الانحرافات المفرطة في العموديّة في أطراف الحواف قد تؤدي إلى سوء الإغلاق. من خلال ”تصميم العملية المستهدف“، يمكن للطحن الدقيق تصحيح هذه الانحرافات بشكل فعال.

بأخذ قضيب توجيه مصبوب (مادة HT300، طول 3000 مم) كمثال، كان خطأ الاستقامة بعد الطحن 0.05 مم/م مع انحراف موازاة 0.03 مم/م. من خلال ”عملية الطحن المتخصصة للقضبان التوجيهية“ (باستخدام عجلة طحن ممتدة للطحن الطولي المستمر على طول القضيب التوجيهي مع مراقبة الاستقامة في الوقت الفعلي عبر قياس التداخل بالليزر)، تم تقليل خطأ الاستقامة إلى 0.005 مم/م و انحراف التوازي ≤0.008 مم/م، مما يلبي متطلبات التشغيل للأدوات الآلية عالية الدقة (مع تقلب مقاومة التشغيل ≤5٪).

إصلاح عيوب الأجزاء المصبوبة: استخدم الطحن الدقيق لـ”إصلاح“ العيوب الطفيفة، وتجنب التخلص منها.

أثناء عملية الصب، قد تحدث عيوب طفيفة —— مثل خدوش سطحية (بعمق 0.02-0.05 مم)، ونتوءات موضعية (بارتفاع 0.03-0.1 مم)، وأسطح غير مستوية بعد ملء الرمل (باستخدام قضبان لحام من الحديد الزهر). إذا تُركت هذه العيوب دون معالجة، فقد تؤثر على مظهر المنتج وأدائه. ومع ذلك، فإن التخلص منها تمامًا سيكون إهدارًا. يمكن أن يعالج الطحن الدقيق للمعادن هذه المشكلات من خلال ”الطحن الدقيق الموضعي“، مما يسمح للمسبوكات باستعادة مطابقتها لمعايير الجودة.

1. إصلاح الخدوش والنتوءات السطحية: إزالة العيوب بدقة دون الإضرار بالركيزة

تقنية ”الطحن المحلي لمساحة صغيرة“ —— تستخدم عجلة طحن صغيرة (قطرها 50-100 مم) لاستهداف المنطقة المعيبة على وجه التحديد. تزيل هذه الطريقة 0.01-0.03 مم من مادة السطح مع إزالة الخدوش والنتوءات، دون التأثير على دقة الأبعاد أو جودة سطح المناطق المحيطة.

على سبيل المثال، واجهت شركة تصنيع أجهزة طبية خدوشًا يبلغ طولها 5 مم وعمقها 0.03 مم على مصبوبات سبائك الألومنيوم (درجة المواد 6061). من خلال الطحن الموضعي باستخدام عجلات أكسيد الألومنيوم ذات الحبيبات الدقيقة بسرعة 25 م/ثانية مع تغذية 0.002 مم لكل تمريرة، تمت إزالة الخدوش تمامًا. كانت خشونة سطح المنطقة التي تم إصلاحها متطابقة مع الأسطح المحيطة (كلاهما حقق Ra0.4μm)، مما يلبي المتطلبات الجمالية دون الحاجة إلى تلميع إضافي.

2. إصلاح سلس بعد ملء الرمل: اجعل منطقة الملء ”متصلة بشكل سلس“ مع الركيزة

عادةً ما يتم ملء المسامات المجهرية (قطرها ≤2 مم) داخل المسبوكات باستخدام خطوات معدنية أساسية متميزة عند التقاطع بين المنطقة المملوءة والركيزة. من خلال تقنيات الطحن الدقيقة — الطحن الخشن في البداية لإزالة المواد الزائدة ثم الطحن النهائي لتنقية السطح — يمكن محاذاة المنطقة المملوءة مع سطح الركيزة. تحقق هذه العملية أخطاء استواء ≤0.005 مم مع إزالة العلامات المرئية عند واجهة التقاطع.

على سبيل المثال، أظهر مكون من الصلب المصبوب (مادة ZG270-500) من مصنع للصناعات الثقيلة ثقوبًا صغيرة يبلغ قطرها 1.5 مم. بعد الملء، برز السطح بمقدار 0.15 مم. من خلال عملية تجمع بين ”الطحن الخشن (باستخدام مادة كاشطة بحبيبات 60 مع هامش 0.12 مم) + الطحن الدقيق (مادة كاشطة بحبيبات 120 مع هامش 0.03 مم)“، تم تحقيق محاذاة كاملة بين المنطقة المملوءة والركيزة. أكد الاختبار بالموجات فوق الصوتية أن القوة المجمعة تتطابق مع المادة الأساسية، مما يلبي متطلبات تحمل الأحمال بالكامل (قوة الشد ≥500 ميجا باسكال).

النقاط الرئيسية للمطابقة بين الصب والطحن الدقيق للمعادن: المواد والعيوب والعمليات

ليست جميع المسبوكات مناسبة للطحن الدقيق. من الضروري اختيار عملية الطحن والمعلمات المناسبة وفقًا لخصائص المواد وأنواع عيوب السطح ومتطلبات الدقة للمسبوكات، وذلك لتجنب مشاكل مثل ”انخفاض كفاءة الطحن“ و”حرق السطح“ و”الانحراف الأبعاد“.

1. تكييف المواد: يتم اختيار عجلات طحن ومعايير طحن مختلفة وفقًا لمواد الصب المختلفة.

• الحديد الزهر (الحديد الزهر الرمادي، الحديد الزهر المطيل): هش، يسهل توليد الغبار عند الطحن، مناسب لاستخدام عجلة طحن الكوراندوم (الكوراندوم البني، الكوراندوم الأبيض)، سرعة الطحن 25-30 م/ثانية، التغذية 0.05-0.1 مم/مرات لتجنب انسداد عجلة الصنفرة؛
• الفولاذ المقاوم للصدأ (304،316): مرونة قوية، سهل الالتصاق، يحتاج إلى استخدام عجلة طحن كربيد السيليكون أو عجلة طحن CBN، الطحن باستخدام سائل التبريد (مستحلب)، تقليل درجة حرارة الطحن (يتم التحكم فيها أقل من 120 درجة مئوية)، تقليل الالتصاق وحرق السطح؛

سبائك الألومنيوم (6061،7075): ملمس ناعم، سهل التشوه عند الطحن، مناسب لعجلة طحن الألومينا ذات الحبيبات الدقيقة (حجم الجسيمات 120-180)، تغذية منخفضة (0.02-0.05 مم/مرات)، سرعة طحن عالية (35-40 م/ثانية)، تقليل التشوه الحراري.

2. تكييف العيوب: حدد الطحن المحلي أو الشامل وفقًا لنوع العيب

• خشونة سطح رديئة، انحراف أبعاد عام: مناسب للطحن العام (مثل الطحن المستوي، طحن الدائرة الخارجية)، يحسن دقة السطح بالكامل في مرة واحدة؛
• الخدش المحلي والانتفاخ وتعبئة الرمل: مناسب لمجموعة صغيرة من عمليات الطحن المحلية، وتجنب المعالجة المفرطة التي تؤدي إلى إهدار الحجم؛

انحراف الشكل والموضع (مثل التسطيح والتوازي): من الضروري اختيار عملية طحن خاصة (مثل طحن سكة التوجيه وطحن الدائرة الداخلية) وتصحيح الخطأ من خلال تحديد الموضع بدقة والمراقبة.

خاتمة

في معالجة الصب، تعمل الطحن الدقيق للمعادن كـ ”حارس للجودة“ و ”مصلح للعيوب“ ——. فهي لا ترفع الصب من ”منتجات نصف نهائية خشنة“ إلى ”منتجات نهائية عالية الدقة“ فحسب، بل تخفف أيضًا من خسائر الخردة الناتجة عن الانحرافات في الأبعاد والعيوب الطفيفة، مما يوفر حلولًا عالية التكيف ومستقرة لتصنيع الصب. بالنسبة للمتخصصين في إنتاج الصب، فإن فهم منطق التوافق بين الطحن الدقيق والمسبوكات يتيح تخطيطًا أفضل للعملية. يضمن هذا النهج الدقة مع تقليل التكاليف، مما يعزز في النهاية القدرة التنافسية للمنتج.

إذا كان لديك أي أسئلة حول ”اختيار معلمات الطحن للمسبوكات ذات المواد المختلفة“ و”مخطط الطحن الدقيق للمسبوكات ذات الهياكل المعقدة“، يرجى ترك تعليق في قسم التعليقات. سنواصل مشاركة المزيد من المعرفة العلمية الشعبية المتعلقة بالصب والطحن الدقيق للمعادن!