In the industrial field pursuing precision manufacturing, silicone sol casting (also known as investment casting) has become the process of choice in the aerospace, medical device, and precision instrument industries due to its high precision and complex molding capabilities. However, even though silicone solution casting can achieve a surface quality close to that of net-shape molding, shell material, oxidized layers, or slight burrs may remain after the casting is removed from the mold. How to achieve a perfect finish without damaging the complex structure? This is not only about aesthetics, but also directly affects the functionality, corrosion resistance and assembly accuracy of the parts.
1. تحديات صقل مصبوبات السيليكون: الاختبار المزدوج للدقة والتعقيد
الميزة الأساسية لأجزاء الصب بالسيليكون هي إنتاج هياكل رقيقة الجدران ومسامية ومشكلة (مثل شفرات التوربينات، والغرسات العظمية، وعلب أجهزة الاستشعار الدقيقة)، ولكن عمليتها الخاصة تجلب أيضًا تحديات فريدة في مجال التلميع:
توصيف السطح:
غالبًا ما تحتوي المسبوكات على بقايا من السيليكا النانوية على السطح تتطلب تنظيفًا كيميائيًا موجهًا؛
تتميز السبائك عالية الحرارة (مثل Inconel 718) بصلابة أكسيد عالية، مما قد يؤدي إلى حدوث شقوق دقيقة عند صقلها ميكانيكيًا.
القيود الهيكلية:
يصعب الوصول إلى مناطق مثل القنوات الداخلية والمسام الدقيقة (حجم المسام < <1 مم) باستخدام الأدوات التقليدية؛
الأجزاء ذات الجدران الرقيقة (سمك 0.3-1 مم) حساسة لضغط التلميع وعرضة للتشوه أو الأبعاد السيئة للغاية.
2. مصبوبات السيليكون من المحاليل الأربعة الرئيسية للتلميع
① التلميع الميكانيكي
من خلال التلامس المادي والعمل الكاشطة، يتم التكيف المرن للأدوات اليدوية أو الآلية لإزالة النتوءات وطبقة الأكسدة والعيوب البارزة على سطح المسبوك، لتحقيق تحسين تدريجي للسطح من التلميع الخشن إلى التلميع الدقيق، والذي ينقسم إلى ست طرق.
التلميع اليدوي
المشاهد القابلة للتطبيق: إنتاج تجريبي بكميات صغيرة، أجزاء ذات أشكال معقدة (مثل القوالب الفنية العتيقة، والتركيبات غير القياسية) للتشطيب المحلي.
الميزة: تعديل مرن للقوة والزاوية، يمكنه التعامل مع الأخاديد والخطوط المحفورة التي يصعب الوصول إليها بواسطة الروبوتات.
القيود: يعتمد على خبرة الفني، ضعف الاتساق، انخفاض الكفاءة (مثل أن تلميع شفرة التوربين يستغرق 4-6 ساعات).
الأدوات الموصى بها:
التلميع الخشن: ورق صنفرة 60-240 أو مبرد ماسي؛
التلميع الدقيق: عجلة صوفية + معجون تلميع أكسيد الكروم (Ra حتى 0.2μm).
التلميع التلقائي
المشاهد القابلة للتطبيق: كميات كبيرة من الأجزاء القياسية (مثل علب الساعات وقذائف الموصلات).
الحل التقني: التلميع المرن بالروبوت: ذراع روبوتية ذات 6 محاور مزودة برأس طحن يتم التحكم في قوته، تتكيف مع التغيرات في السطح (دقة ± 10μm) أدوات آلة التلميع CNC: للأسطح المسطحة/العادية (مثل الوجه النهائي للوحة الصمام)، زادت الكفاءة بمقدار 5-8 مرات.
مقارنة البيانات: بعد اعتماد التلميع التلقائي لصب مستشعر السيارات، تم تقليل وقت العمل لقطعة واحدة من 45 دقيقة إلى 8 دقائق، وزاد معدل العائد من 82٪ إلى 97٪.
السفع الرملي / السفع بالخردق
مبدأ العملية: ضغط هواء 0.6-0.8 ميجا باسكال لرش رمل الكوارتز أو حبيبات الزجاج أو رمل السيراميك، وذلك لإزالة الطبقة المؤكسدة والقيام بوظيفة التلميع الخشن.
اقتراحات للاختيار:
حبيبات زجاجية (80-120 شبكة): مناسبة لمعالجة سطح سبائك التيتانيوم المصبوبة من الفولاذ المقاوم للصدأ (Ra1.6-3.2μm)؛ حبيبات الفولاذ المقاوم للصدأ (S230-S550): تستخدم لتقوية سبيكة الألومنيوم المصبوبة بالضغط، لتعزيز مقاومة التعب بنسبة 30٪ -50٪.
تلميع Tumblast
المشاهد القابلة للتطبيق: معالجة دفعية للأجزاء القياسية الصغيرة (مثل البراغي ومشابك المجوهرات).
المعلمات التقنية:
سرعة الأسطوانة: 20-40 دورة/دقيقة (يمكن إضافة وسائط خزفية + مادة كاشطة للتلميع الرطب)؛
وقت المعالجة: 2-6 ساعات (حسب الخشونة الأولية).
نقاط يجب ملاحظتها: يجب تبطين الأجزاء ذات الجدران الرقيقة بالمطاط لتجنب تشوهها بسبب التصادم، ويوصى بإضافة مضاد للأكسدة إلى سبائك النحاس.
الصقل بالاهتزاز
القيمة الأساسية: من خلال الاهتزاز ثلاثي الأبعاد (تردد 15-50 هرتز) بحيث تتصادم الأجزاء والحجر المثلثي والبورسلين عالي التردد والمواد الكاشطة الأخرى عالية التردد، وهو مناسب للأجزاء الدقيقة الدقيقة (مثل كماشة MIM الطبية والموصلات الإلكترونية).
ابتكار العملية:
يمكن أن تؤدي إضافة تعليق النانو الماسي إلى تحقيق سطح فائق الدقة بدرجة Ra0.05μm؛
يمكن أن يؤدي خزان الاهتزاز الذي يتم التحكم في درجة حرارته (35-50 درجة مئوية) إلى تسريع عملية إزالة الحواف الخشنة وزيادة الكفاءة بنسبة 40٪.
التلميع المغناطيسي
اختراق تكنولوجي: استخدام مجال مغناطيسي دوار لتشغيل إبرة طحن مغناطيسية (Φ0.2-2 مم) لقطع عالي السرعة للهياكل المعقدة مثل الثقوب واللولب.
② التلميع الكيميائي: إزالة العيوب المجهرية دون ملامسة
المبدأ التقني: استخدام حمض النيتريك وحمض الهيدروفلوريك ومحاليل مختلطة أخرى لإذابة النتوءات السطحية بشكل انتقائي، وهو ما ينطبق على الفولاذ المقاوم للصدأ ومسبوكات سبائك التيتانيوم.
الميزة:
يمكن التعامل مع الثقوب العميقة والشبكات للحفاظ على السلامة الهندسية؛
القضاء على الإجهاد الميكانيكي، وتعزيز العمر الافتراضي (على سبيل المثال، مسامير تقويم العظام Ti6Al4V بعد التلميع الكيميائي، زادت قدرة تحمل الحمل الدوري بنسبة 18٪).
ملاحظة: يلزم التحكم الدقيق في تركيز الحمض ودرجة الحرارة لتجنب التآكل المفرط الذي يؤدي إلى انحراف الأبعاد.
③ الصقل الكهربائي: السلاح النهائي لتحقيق التسطيح المجهري
المواد القابلة للتطبيق: الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الكوبالت والكروم والمواد الموصلة الأخرى.
اختراق تكنولوجي:
تحقيق خشونة سطح أقل من الميكرون (Ra≤0.05μm) من خلال الذوبان الأنودي، وهو مناسب بشكل خاص للأدوات الطبية التي تتطلب سطحًا عاكسًا (مثل أجزاء المنظار الداخلي).
يمكن إزالة الشوائب السطحية في وقت واحد، مما يجعل طبقة التخميل أكثر كثافة، ويمكن زيادة مقاومة التآكل لمسبوكات الفولاذ المقاوم للصدأ 316L بأكثر من 300mV.
④ تلميع السوائل (معالجة التدفق الكاشطة): التغلب على التجاويف الداخلية المعقدة
مبدأ العمل: يتم ضخ وسط شبه سائل يحتوي على حبيبات كاشطة من الماس أو أكسيد الألومنيوم إلى داخل القالب بضغط عالٍ لتلميع الثقوب المتقاطعة والخيوط والمجاري الدقيقة بشكل متساوٍ.
تطبيق مبتكر:
في صب فوهة الوقود، تم تقليل خشونة الجدار الداخلي لثقب بقطر 0.2 مم من Ra1.6 ميكرومتر إلى Ra0.2 ميكرومتر، وزادت كفاءة رش الوقود بنسبة 12٪.
استخدام مواد كاشطة غير نيوتونية، وأجزاء رقيقة الجدران (مثل دعامة سبائك المغنيسيوم للطائرات بدون طيار) لتحقيق ”تلميع مرن“، والتحكم في تفاوت السماكة في ± 5μm.
⑤التلميع المغناطيسي: المعالجة الدفعية للأجزاء الصغيرة
أبرز الميزات التقنية: استخدام إبرة طحن مغناطيسية مدفوعة بمجال مغناطيسي عالي التردد تدور بسرعة عالية، مناسبة للمعالجة الدفعية لمسبوكات السيليكا الدقيقة (مثل تروس الساعات وموصلات MIM).
مقارنة الكفاءة: يستغرق التلميع بالاهتزاز التقليدي 8 ساعات لإكمال الأجزاء، بينما يستغرق التلميع المغناطيسي 30 دقيقة فقط، ولا تتصادم الأجزاء مع بعضها البعض مما يؤدي إلى تلفها.
3. التآزر الرئيسي في سلسلة عملية التلميع: من المعالجة المسبقة إلى الحماية اللاحقة
لا يمكن تجاهل المعالجة المسبقة:
التنظيف بالموجات فوق الصوتية: يزيل جزيئات SiO₂ المتبقية من غلاف الملف الشخصي (يوصى باستخدام منظف قلوي بدرجة حموضة pH=9-10)؛
تنشيط البلازما: يعزز نشاط سطح السبائك القائمة على النيكل، بحيث تزيد كفاءة التلميع الكهربائي اللاحق بنسبة 40٪.
تحسين الأداء بعد العلاج:
معالجة التخميل: تخميل حمض النيتريك لمسبوكات الفولاذ المقاوم للصدأ، ومقاومة رش الملح تمتد إلى أكثر من 1000 ساعة؛
طلاء PVD: مفاصل اصطناعية مصقولة من سبائك التيتانيوم مطلية بطبقة تشبه الماس (DLC)، معامل الاحتكاك انخفض إلى 0.05.
4. حالات الاستخدام الصناعي: كيف يعزز التلميع السيناريوهات عالية القيمة
الهندسة المعمارية والديكور: العزل ضد العوامل الجوية والتحسينات الجمالية باستخدام الحنفيات الزجاجية
Glass Spigots, as the core load-bearing and fixing components of glass fences, stair railings and curtain wall systems, are usually cast from stainless steel or aluminum alloys. The quality of their surface is directly related to two core requirements:
السلامة الهيكلية: في البيئة الخارجية، يكون السطح المعدني غير المصقول عرضة لظهور شقوق دقيقة أو نتوءات، والتي تصبح نقطة تركيز للضغط، وقد تؤدي إلى خطر الكسر على المدى الطويل تحت تأثير حمل الرياح وتشوه درجة الحرارة؛
الجماليات البصرية: في مشاهد مثل المجمعات التجارية الفاخرة والفنادق، تعتبر نسيج المرآة للتركيبات الزجاجية جزءًا مهمًا من لغة التصميم المعماري، ويمكن أن تدمر الأسطح الخشنة الحداثة التي توفرها نفاذية الزجاج.
مشكلة الصناعة:
صنابير زجاجية بدون تشطيب مصقول
تظهر بقع صدأ موضعية على السطح في بيئة ساحلية عالية الرطوبة، مما يؤدي إلى شكاوى من العملاء.
خدوش على سطح التلامس بين الزجاج والتركيبات بسبب احتكاك النتوءات، مما يتطلب استبدال الألواح الزجاجية بشكل متكرر وزيادة تكاليف الصيانة بنسبة 40٪.
السطح غير اللامع يسهل عليه الاحتفاظ ببصمات الأصابع والبقع، مما يجعل التنظيف صعبًا ويؤثر على المظهر العام للمبنى.
كيف أختار عملية التلميع؟
الخطوة 1: تقييم مدى تعقيد القطعة
تحتوي على ثقوب عميقة/تجاويف داخلية → إعطاء الأولوية للتلميع المغناطيسي أو التلميع الكهربائي؛
أسطح خارجية بسيطة → التلميع الميكانيكي أو السفع الرملي.
الخطوة 2: تحديد حجم الإنتاج
كميات كبيرة → تلميع آلي / تلميع بالبكرة؛
كميات صغيرة من أنواع متعددة → تلميع يدوي / تلميع بالاهتزاز.
الخطوة 3: التحقق من متطلبات أداء السطح
متطلبات سطح المرآة (Ra ≤ 0.1μm) → عملية تلميع كهربائي + تلميع كيميائي مركب؛
السطح الوظيفي (مقاومة التآكل/التلف) → صقل بالرصاص + تخميل.
التلميع - ”المرحلة الأخيرة“ من سلسلة قيمة صب السيليكون
في مجال التصنيع المتطور، لا تعتمد قيمة مصبوبات السيليكون السائل على دقة القولبة فحسب، بل على السعي لتحقيق أقصى درجات الكمال في هندسة الأسطح. سواء كان ذلك لضمان نعومة وخلو دعامة القلب من العيوب أو لتحقيق الكمال الديناميكي الهوائي لمحرك الصاروخ، فإن التلميع الدقيق هو الضمان النهائي لتحويل مخطط التصميم إلى منتج موثوق.
