معرفة

تكنولوجيا تشكيل سبائك المغنيسيوم المطروقة: المفتاح لتحسين الأداء

تُغيّر تقنية تشكيل سبائك المغنيسيوم المطروقة البنية الدقيقة لسبائك المغنيسيوم من خلال طرق المعالجة البلاستيكية مثل البثق والدرفلة والتشكيل، مما يُحسّن بشكل كبير خصائصها الميكانيكية مثل القوة والمرونة. تُناسب هذه التقنية تصنيع المكونات الهيكلية ذات متطلبات الموثوقية العالية، مثل هياكل السيارات وشفرات محركات الطائرات. ومع ذلك، نظرًا للبنية البلورية السداسية المتراصة لسبائك المغنيسيوم، فإنها لا تمتلك سوى نظام انزلاق واحد في درجة حرارة الغرفة، مما يُؤدي إلى لدونة ضعيفة للغاية. لذلك، تُسخّن سبائك المغنيسيوم عادةً إلى 200-450 درجة مئوية.℃ للتشكيل الساخن لتحسين قابليتها للتشكيل. تشمل تقنية تشكيل سبائك المغنيسيوم المطروقة الأنواع التالية بشكل رئيسي:

 

التشكيل بالبثق: عملية تصنيع المقاطع والأنابيب

تتضمن عملية التشكيل بالبثق وضع كتلة سبيكة ماغنسيوم ساخنة (عند درجة حرارة تتراوح بين 200 - 450 درجة مئوية)℃) في أسطوانة بثق، وتطبيق ضغط عبر مكبس بثق (نطاق ضغط يتراوح بين ١٠٠ و٥٠٠ ميجا باسكال) لبثق السبيكة عبر فتحة القالب، وبالتالي تشكيل الأنابيب والقضبان والمقاطع المعقدة. تُحسّن عملية البثق حجم الحبيبات، مما يُقللها من ٥٠μم إلى 5 - 10μم، مما يزيد من قوة الشد بنسبة 30% إلى 50%. بالإضافة إلى ذلك، تُنتج هذه التقنية مقاطع عرضية معقدة، مثل عوارض تصادم السيارات وقضبان انزلاق مقاعد السكك الحديدية عالية السرعة.

 

1. تشمل المعايير الرئيسية لعملية التشكيل بالبثق نسبة البثق (نسبة مساحة المقطع العرضي للسبائك إلى مساحة المنتج، والتي تتراوح عادةً بين 5 و50) وسرعة البثق (عادةً بين 0.5 و30 مترًا في الدقيقة). تصل دقة أبعاد المنتج إلى مستوى IT9 - IT11، ويبلغ معدل استخدام المواد حوالي 85%.

 

2. التشكيل بالدرفلة: طريقة مهمة لإنتاج الصفائح

التشكيل بالدرفلة هي عملية تستخدم الدرفلة الساخنة (في درجات حرارة تتراوح بين 250 - 400 درجة مئوية)℃) أو الدرفلة الدافئة (في درجات حرارة تتراوح بين 150 - 250℃) لدرفلة سبائك المغنيسيوم إلى صفائح بسُمك يتراوح بين 0.1 و10 مم. ونظرًا لميل سبائك المغنيسيوم للتشقق في درجة حرارة الغرفة، يجب التحكم بدقة في معدل الاختزال أثناء الدرفلة، والذي عادةً ما يكون أقل من 15%، وغالبًا ما يُستخدم الدرفلة أحادية الاتجاه لمنع التشقق العرضي. تتميز الصفائح الناتجة عن الدرفلة بجودة سطح جيدة، حيث تتراوح قيم خشونة السطح (Ra) بين 1.6 و6.3.μم، وتتميز بمرونة ممتازة، مع معدلات استطالة تتراوح بين 15% و20%. وهي مناسبة جدًا لتصنيع ألواح هياكل السيارات، وأغطية الطائرات، وغيرها من المنتجات.

ومع ذلك، يواجه التشكيل بالدرفلة بعض التحديات التقنية. على سبيل المثال، نطاق درجة الحرارة للدرفلة ضيق نسبيًا، وعادةً ما يتراوح بين 50 و100 درجة مئوية فقط.℃، ويُعد التحكم الدقيق في درجة حرارة الأسطوانة وسرعة اللف أمرًا ضروريًا لتجنب عيوب مثل تشقق الحواف والتموجات. بالإضافة إلى ذلك، توجد حاليًا قيود على عرض الصفائح المدلفنة في الصين، حيث يبلغ الحد الأقصى للعرض 2000 مم.

 

3. التشكيل بالطرق: خيار لتصنيع الأجزاء عالية القوة

تتضمن عملية التشكيل بالطرق وضع سبائك المغنيسيوم المسخنة (في درجات حرارة تتراوح بين 200 - 400 درجة مئوية)℃) في قالب تشكيل، وتطبيق ضغط صدمي أو ثابت عبر مكبس لإحداث تشوه بلاستيكي للسبائك، وبالتالي الحصول على أجزاء بالشكل المطلوب. يمكن للتشكيل بالطرق التخلص تمامًا من العيوب الداخلية في المسبوكات، مثل المسامية والرخاوة، وزيادة قوة شد سبائك المغنيسيوم إلى أكثر من 400 ميجا باسكال، وهي أعلى بنسبة تزيد عن 50% من قوة شد المسبوكات. لذلك، يُعد التشكيل بالطرق مناسبًا لتصنيع المكونات الأساسية التي تتحمل أحمالًا ثقيلة، مثل أعمدة الكرنك في السيارات وأقراص توربينات محركات الطائرات.

التشكيل الحراري المتساوي هو تقنية شائعة في التشكيل الحراري. أثناء التشكيل الحراري المتساوي، تُحفظ درجة حرارة القالب والسبائك المعدنية عند نفس درجة الحرارة (عادةً ما بين ٢٥٠ و٣٥٠ درجة مئوية).℃)، مما يمنع انخفاض مرونة سبائك المغنيسيوم نتيجة التبريد السريع، ويُمكّن من تشكيل أجزاء سطحية منحنية معقدة. مع ذلك، فإن دورة إنتاج التشكيل المتساوي الحرارة طويلة نسبيًا، إذ يستغرق إنتاج القطعة الواحدة عادةً من ساعة إلى ساعتين، كما أن تكلفتها مرتفعة نسبيًا، إذ تزيد بحوالي 3 إلى 5 أضعاف تكلفة الصب بالقالب.

 

 

تساعد تقنية تشكيل سبائك المغنيسيوم في تشكيل مستقبل خفيف الوزن (القولبة بالحقن شبه الصلبة)

 

تكنولوجيا حقن المواد شبه الصلبة: فجر جديد لتشكيل سبائك المغنيسيوم

 

1. مبدأ التشكيل

في درجة حرارة الغرفة، تُنقل المواد الخام الحبيبية لسبائك المغنيسيوم قسرًا من القادوس إلى الأسطوانة. مع دوران المسمار في الأسطوانة، تُدفع جزيئات السبيكة تدريجيًا نحو القالب. عندما تمر الجزيئات عبر منطقة التسخين في الأسطوانة، تتحول إلى حالة شبه صلبة. تحت تأثير قصّ حلزون المسمار، يتحول هيكل السبيكة الشجيري شبه الصلب الأصلي إلى هيكل طور أولي حبيبي. عندما يصل الحجم التراكمي للسبائك شبه الصلبة إلى الحجم المطلوب، يُحقن في القالب المُسخّن مسبقًا بسرعة عالية تبلغ 5 أمتار في الثانية، وتكتمل عملية التشكيل. تُستخدم هذه التقنية حاليًا على نطاق واسع في تصنيع أجزاء المظهر لأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأغلفة أجهزة الألعاب، والفئران، ومعدات التصوير الفوتوغرافي، والأغلفة الطبية، وغيرها.

2. تدفق العملية

تقنية التشكيل بالحقن (القولبة) شبه الصلبة مستمدة من عملية حقن البلاستيك، وتُستخدم بشكل رئيسي في تشكيل المواد المعدنية. وتتمثل عملية التشكيل الأساسية في: رش عامل فك القالب. → إغلاق القالب → حقن → تشكيل → إزالة الجزء المشكل.

3. مزايا العملية

بعد تصنيع هياكل أجهزة الكمبيوتر المحمولة ومكوناتها الأخرى باستخدام تقنية قولبة الحقن شبه الصلبة، تتميز هذه الهياكل بمزايا هامة، مثل البنية الدقيقة المتجانسة وعدم وجود تجاويف انكماش أو مسامية. وتتشابه خصائصها الميكانيكية الشاملة مع خصائص القطع المطروقة، وتتفوق على القطع المصبوبة بالقالب التقليدية. ومن خلال هذه التقنية، يمكن تحسين الخصائص الميكانيكية لمواد السبائك الخفيفة، مثل سبائك المغنيسيوم والألومنيوم، بشكل فعال.

بالمقارنة مع عمليات الصب التقليدية، فإن مزايا تقنية صب الحقن شبه الصلبة تنعكس على وجه التحديد في الجوانب التالية:

1. المنتج النهائي لديه معدل مسامية منخفض وخصائص ميكانيكية محسنة بشكل كبير؛

2. يتميز بدقة أبعاد ممتازة واستقرار أبعاد قوي؛

3. نسبة سمك جدار القالب (L/D) أعلى، مما يسمح بتكوين أجزاء ذات جدران رقيقة؛

4. يمكنه تحقيق تشكيل قطعة واحدة من المنتجات الهيكلية المعقدة والدقيقة؛

5. الانكماش أثناء عملية التشكيل صغير، ودرجة حرارة التشغيل منخفضة، مما يساعد على إطالة عمر خدمة القالب؛

6. كمية النفايات الناتجة عن البوابات، والقنوات، وقنوات الفائض أثناء عملية التشكيل صغيرة؛

7. صعوبة التحكم في العملية منخفضة، وجودة المنتج مستقرة، وعائد الإنتاج مرتفع؛

8. يتم تقصير وقت تصلب المعدن، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل البيئي في عملية التشكيل؛

9. لا يتطلب الأمر وجود فرن، مما يبسط عملية الإنتاج ويجعلها أكثر أمانًا وراحة للموظفين.

 

التوقعات المستقبلية لتكنولوجيا تشكيل سبائك المغنيسيوم

مع التقدم التكنولوجي المستمر والنمو المتواصل في الطلب على الصناعة، ستواجه تقنية تشكيل سبائك المغنيسيوم فرصًا وتحديات تطويرية جديدة. في المستقبل، ستتطور تقنية الصب نحو دقة عالية واستهلاك منخفض للطاقة. على سبيل المثال، سيتم دمج تقنية الصب بالقالب الفراغي مع تقنية الذكاء الاصطناعي لمراقبة معاملات الصب بالقالب آنيًا، مما يقلل معدل هدر المسبوكات من 5% إلى 8% حاليًا إلى 1% إلى 2%. قد يتطور الصب الرملي نحو "أنوية رملية مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد"، مما يختصر دورة الإنتاج بنسبة 50% ويصبح أكثر ملاءمة لإنتاج قطع كبيرة مخصصة. ستركز تقنية التشوه على تجاوز حدود العرض الواسع والجدران الرقيقة. من المتوقع أن تتجاوز تقنية الدرفلة حدود العرض، بهدف الوصول إلى أكثر من 3000 مم لتلبية الطلب على قطع التغطية الكبيرة في مركبات الطاقة الجديدة. قد تتطور تقنية البثق نحو "البثق المستمر"، مما يتيح إنتاج مقاطع طويلة للغاية ويقلل من تكلفة مقاطع سبائك المغنيسيوم المستخدمة في السكك الحديدية عالية السرعة والمترو.

مع الانخفاض التدريجي لتكلفة المعدات (حيث انخفض سعر مجموعة معدات شبه الصلبة حاليًا إلى ضعف سعر الصب بالقالب التقليدي (بما في ذلك فرن الدعم)، ومن المتوقع أن يستمر انخفاض السعر مع زيادة حجم الإنتاج، ومن المرجح أن يتعادل بحلول عام 2030)، نتوقع أن تحل تقنية شبه الصلبة محل أسواق الصب بالقالب من المتوسطة إلى عالية الجودة وبعض أسواق التشكيل بالطرق تدريجيًا. ويتوقع بعض الخبراء أنه بحلول عام 2027، سترتفع نسبة أجزاء سبائك المغنيسيوم المُشكَّلة شبه الصلبة من 5% حاليًا إلى 20%، مما يحقق تطبيقات واسعة النطاق في أجزاء هياكل السيارات، والمكونات الإلكترونية الدقيقة، وغيرها من المجالات. الخلاصة

في الختام، تجتاح موجة تخفيف الوزن هذه، وقد أصبحت سبائك المغنيسيوم قوةً مؤثرةً في هذا الاتجاه بفضل أدائها المتميز. وباعتبارها مفتاح تحويل مزايا سبائك المغنيسيوم إلى منتجات عملية، فإن تقنيات تشكيل سبائك المغنيسيوم، بدءًا من عمليات الصب والتشويه التقليدية وصولًا إلى تقنية حقن المواد شبه الصلبة المتطورة، تُسهم في توسيع وتعميق تطبيقات سبائك المغنيسيوم.

 

يتمتع فريق فيجور بخبرة تزيد عن 20 عامًا في عمليات الصب والتشكيل على البارد والمعالجة اللاحقة، بالإضافة إلى سلسلة توريد متينة لمعالجة الأسطح. إذا كان لدينا أي مساعدة أو أي أجزاء ترغبون في تطويرها، يُرجى التواصل معنا على info@castings-forging.om