تقسم آلات الحقن إلى آلات حقن بالحجرة الساخنة وآلات حقن بالحجرة الباردة، ولكل منها ميزات خاصة ودورة عمل مختلفة لحد ما. وأنواع المعادن المستخدمة في كل نوع من أنواع آلات الحقن مختلفة نسبيا، وفيما يلي سوف نستعرض بعض أنواع آلات الحقن بالحجرة الساخنة والباردة مع طريقة الحقن في كلا الآلتين.

الشكل (7) رسم تخطيطي يبين كيفية حدوث عملية الحقن بالحجرة الباردة

يتم استخدام آلات الحقن بالحجرة الباردة من أجل المعادن ذات درجة الانصهار العالية حيث تكون الأسطوانة والمكبس معرضان لإجهادات حرارية أقل مما هي عليه في آلات الحقن بالحجرة الساخنة.

على الرغم من الانتشار الواسع لآلات الحقن بالحجرة الباردة وعلى الرغم من ميزاتها واقتراب مزاياها من آلات الحقن بالحجرة الساخنة إلا أنها تختلف عن آلات الحقن بالحجرة الساخنة باختلاف جذري وهو أن أسطوانة الحقن والمكبس لا تتعرض بشكل كامل لحرارة المعدن المصهور ففي آلات الحقن بالحجرة الباردة يتم صهر المعدن في غرفة صهر خاصة ومن ثم يتم نقله إلى غرفة الحقن بواسطة مغرفة قد تكون يدوية أو قد تكون آلية،والشكل (7) يوضح الأجزاء.

الشكل (8) مخطط مبسط لآلة الحقن بالحجرة الباردة

بعد أن يتم صب المعدن في غرفة الحقن يتقدم المكبس الهيدروليكي ويسد فتحة الصب، وبالتالي يدفع المعدن المصهور إلى داخل تجويف القالب المغلق وذلك بضغط عالي يصل ما بين 3000 و 15000 psi من أجل خلائط الألمنيوم والمغنزيوم، بينما يتراوح من 6000 إلى 15000 psi لخلائط النحاس الأصفر.

في آلات الحقن بالحجرة الباردة يتم صب المعدن بكمية أكبر من الكمية اللازمة لملء فجوة القالب، وبالتالي، فإن المعدن الزائد يتم لفظه عند لفظ المسبوكة. العناصر الأساسية في آلات الحقن بالحجرة الباردة والقالب المستخدمة موضحة بالشكل (8).

1– يغلق القالب ويتم صب المعدن المصهور بواسطة يدوية أو تلقائية في فوهة أسطوانة آلة الحقن بالحجرة الباردة كما يوضح الشكل جانبه.

2– يتقدم المكبس ويدفع المعدن المصهور إلى تجويف القالب حيث يتم الضغط على المعدن المصهور بواسطة المكبس حتى انتهاء العملية كما في الشكل جانبه.

3– ينفتح القالب ويتقدم المكبس وذلك للتأكد من أن المسبوكة لا تزال في بلاطة اللوافظ كما في الشكل جانبه.

4– تتقدم اللوافظ ويتم لفظ المسبوكة إلى خارج القالب ويعود المكبس إلى وضعه الأساسي كما في الشكل جانبه.

تمتاز آلات الحقن بالحجرة الباردة بإمكانية تحضير المعدن خارج محيط الآلة، وفيما يلي نستعرض بعض أنوع آلات الحقن بالحجرة الباردة مع ذكر بعض من مواصفاتها القياسية.

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة إغلاق القالب

1500

KN

سماكة القالب

بين 200 و550

ملم

قوة اللفظ

بين 85 و200

KN

ضغط الحقن

بين 30 و159

Mpa

الضغط داخل الأنبوب

12

Mpa

استطاعة المحرك

11

kw

وزن الآلة

5000

كيلوغرام

قوة الحقن

بين 85 و200

KN

طول الآلة

4.58

متر

عرض الآلة

1.4

متر

ارتفاع الآلة

1.8

متر

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

5500

KN

سماكة القالب

بين 320 و800

ملم

قوة اللفظ

215

KN

قوة الحقن

بين 230 و508

KN

ضغط الحقن

بين 31.5 و150

Mpa

ضغط الأنبوب الرئيسي

14

Mpa

استطاعة المحرك

30

KW

وزن الآلة

28000

كيلوغرام

طول الآلة

7.8

متر

عرض الآلة

2.4

متر

ارتفاع الآلة

2.8

متر

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

1000

KN

قوة اللفظ

80

KN

الضغط العامل الهيدروليكي

14

Mpa

سعة خزان الزيت الهيدروليكي

300

لتر

استطاعة المحرك

11

KW

وزن الآلة

3600

كيلوغرام

طول الآلة

4.5

متر

عرض

1.2

متر

ارتفاع

2.2

متر

قوة الحقن

140

KN

المواصفات القياسية:

1. تعددية المركز لحالة الحقن

2. نظام الحقن الثلاثي المراحل

3. فرن يعمل على وقود الديزل

4. تحتوي على وحدة رزاز آلية

5. نظام اسطوانات اللفظ الثنائية

6. تقوم بعملية لفظ آلية للمسبوكة

7. تحتوي على وحدة استهلاك الكترونية

8. فلاتر الزيت الهيدروليكي القابلة للإزالة

9. تحتوي على وحدة تشحيم خاصة للمكبس

10. شاشة LCD ملونة من النمط D–STN 640 × 480.8

11. تستخدم نظام الضخ الثنائي وذلك للحفاظ على الفعالية الأعلى والأمان الأكثر

12. لكي تحافظ الآلة على الاستقرار والمقدرة والآمان فإن النظام الهيدروليكي بأكمله مركب من قطع يابانية أو أوروبية

13. كل القطع الالكترونية مصنعة في اليابان أو أوروبا وبذلك يُضمن طول العمر لهذه القطع والحصول على أمان أكثر

1. رخص ثمنها.

2. صغيرة الحجم.

3. سهولة الصيانة.

4. إنتاجيتها كبيرة.

5. إمكانية سكب مسبوكات ذات أوزان كبيرة.

6. تنحصر مهمة العامل في مراقبة الآلة والتحكم بالمغرفة.

7. تقليل خطورة التعامل مع الآلة بسبب وجود المغرفة الآلية أو اليدوية.

8. بساطة تصميم آلات الحقن بالحجرة الباردة حيث يتم الحقن بشكل مباشر.

9. درجة حرارة الآلة تبقى في الحدود المعتدلة حيث لا يؤثر التسخين على ميكانيزمات الآلة.

1. الاضطرار أحيانا لعمليات تشغيل لاحقة كالتجليخ.

2. إمكانية حدوث فقاعات هوائية وبالتالي تشوه المسبوكة.

3. إمكانية حدوث تأكسد للمعدن المصهور نتيجة تعرضه للهواء أثناء نقله إلى حجرة الحقن.

4. تتطلب قوى ضغط كبيرة للتغلب على تصلب المعدن أثناء تعرضه للهواء أثناء عملية نقله.

5. إمكانية حدوث تشوهات للمسبوكة وذلك بسبب معدلات التبريد المختلفة للمعدن المصهور إنهاء نقله من فرن الصهر إلى حجرة الحقن.

الشكل (9) مخطط مبسط لآلة الحقن بالحجرة الساخنة

في آلات الحقن بالحجرة الساخنة تكون دورة عمل الآلة أوتوماتيكية اعتبارا من عملية صهر المعدن وحتى عملية لفظ المسبوكة. لكنها تستخدم فقط من أجل خلائط الزنك وخلائط المعادن التي لها درجة انصهار منخفضة والتي لا تتفاعل مع حجرة الصهر وبسبب الصهر المباشر ضمن الآلة مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأسطوانات والمكابس ذات التماس المباشر. وبالتالي، يتطلب استخدام معادن مقاومة للحرارة بشكل كبير. إن تطور هذه العملية قد تم من خلال استخدام معادن أخرى حيث أصبح من الممكن استخدام بعض خلائط المغنزيوم التي لها درجة انصهار مرتفعة.في هذه العملية تكون الأسطوانة والمكبس، اللذان يشكلان ميكانيزم الحقن، مغموران بالمعدن المصهور الموجود في البوتقة والتي تعتبر جزء رئيسي من أجزاء آلة الحقن بالحجرة الساخنة. العناصر الأساسية في آلات الحقن بالحجرة الساخنة والقالب المستخدمة موضحة بالشكل (9).

إن تسلسل العمليات الأساسية في عملية الحقن بالحجرة الساخنة يمكن إيضاحه بالخطوات التالية:

1– يغلق القالب ويرتفع المكبس مما يؤدي إلى فتح المنفذ أو الفتحة، وبالتالي يسمح للمعدن المصهور بملء الأسطوانة كما في الشكل جانبه.

2– يتحرك المكبس إلى الأسفل ويغلق المنفذ ويدفع المعدن المصهور من خلال عنق الإوزة وممر الحقن إلى فجوة القالب، التي تكون متعرضة لضغط كبير، حتى انتهاء عملية تجمد المعدن.

3– ينفتح جزئي القالب ويبتعدان عن بعضهما وتبقى المسبوكة على أحد جزئي القالب في أغلب الحالات، وبالتالي يتم استخدام اللوافظ لنزع المسبوكة. وبعدئذ يعود المكبس إلى الخلف سامحا لمعدن المصهور المتقي في جزء الحقن بالعودة إلى الخلف من خلال ممر الحقن وعنق الإوزة، وذلك تحت تأثير الضغط الناقص المتولد عن حركة المكبس كما في الشكل جانبه.

4– تقوم اللوافظ بدفع المسبوكة خارج القالب وفي الوقت نفسه يتراجع المكبس ليتم إملاء الأسطوانة بالمعدن المصهور من جديد كما في الخطوة 1.

تبين الأشكال التالية بعض أنواع آلات الحقن بالحجرة الساخنة مع بعض المواصفات القياسية.

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

300

kn

قوة اللفظ

30

kn

قوة السكب

كحد أعظمي 40

kn

قطر مكبس الحقن

36

ملم

الضغط العامل الهيدروليكي

10.5

Mpa

سعة الخزان الهيدروليكي

200

لتر

استطاعة المحرك الكهربائي

7.5

KW

وزن الآلة

2500

كيلوغرام

طول الآلة

4

متر

عرض الآلة

1.5

متر

ارتفاع الآلة

1.9

متر 

المواصفات القياسية للآلة CXMG–150:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

1500

KN

قوة اللفظ

87

KN

قوة الحقن

83

KN

قطر مكبس الحقن

200

ملم

ضغط السكب

29.7

Mpa

الضغط العامل

10.5

Mpa

استطاعة المحرك الكهربائي

18.5

Kw

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

1380

KN

قوة الحقن

171

KN

ضغط الحقن

157.6، 100.8

MPa

قوة اللفظ

109

KN

ضغط النظام

14

MPa

استطاعة المحرك

11

KW

سعة خزان الزيت الهيدروليكي

350

لتر

وزن الآلة

5000

كيلوغرام

طول الآلة

4.8

متر

عرض الآلة

1.35

متر

ارتفاع الآلة

2.2

متر

المواصفات القياسية:

الصفة

القيمة

الوحدة

قوة الإغلاق

20

ton

قوة الحقن

أعظمي 1.7

ton

الضغط العامل

60

Kg / cm²

استطاعة المحرك

5

HP

استطاعة الفرن الكهربائي

10

KW

سعة الخزان الهيدروليكي

175

لتر

قطر مكبس الحقن

30

ملم

ارتفاع القالب

بين 100 و250

ملم

هذه الآلة هي أكبر آلة حقن بالحجرة الساخنة في العالم، ماركة DAM 8005 (صنعت في ألمانيا في عام 1998 وكلفت حوالي 1.25 مليون دولار).

1. دورة الحقن تكون سريعة وقد تكون أقل من ثانية للمسبوكات الصغيرة.

2. الحصول على مسبوكات خالية من الفقاعات الهوائية وذات امتلاء جيد.

3. كلما ازدادت الميوعة كلما أثرت إيجابيا على تحسين إملاء فجوة القالب وبالتالي يمكن الحصول على مسبوكات رقيقة الجدران.

4. تقليل إمكانية إصابة العمال بالحروق وذلك بسبب التصاق الآلة بالحجرة الساخنة والحصول على المعدن في الحالة المصهورة دون أن يلمسه العامل.

5. تحكم دقيق بدرجة حرارة المعدن وبالتالي تحسين ميوعته وبالتالي فأن ضغط الحاقن يكون أقل والذي يؤدي إلى منع تعرض أجهزة الآلة لإجهادات كبيرة.

6. أن اسطوانة الحقن وعنق الإوزة المغمورين بالسائل المصهور الذي يتم ملئه بشكل أوتوماتيكي يقلل زمن دورة الحقن ويجعل التحكم بدرجة الحرارة أسهل.

7. يكون المعدن أقل عرضة للتأكسد مما هو عليه في آلات الحقن بالحجرة الباردة وذلك لعدم تعرضه للهواء الجوي مما يؤدي إلى تحسين خواص المسبوكة.

1. تكاليف الصيانة مرتفعة.

2. شكل خاص وتصميم خاص للبوتقة.

3. إصابة العمال بأبخرة المواد المنصهرة.

4. ضرورة وضع المواد الأولية بشكل مبدئي على محيط البوتقة لتقليل زمن الانصهار.

5. تتطلب تقنيات عالية واستخدام معادن خاصة متحملة للحرارة وهي بشكل عام غالية التكلفة.

6. السخونة العالية للآلة وأجزائها بسبب التصاقها بالبوتقة وبالتالي تعرض أجزاء الآلة لإجهادات حرارية.

7. البوتقة محدودة الحجم مما يتطلب الاستعانة ببوتقة خارجية إضافية لدعمها بالمعدن المصهور عند حقن المسبوكات الكبيرة أو عند الإنتاج الكمي.

8. أنواع الخلائط المعدنية الممكن استخدامها في هذا النوع من الآلات محدود فخلائط الألمنيوم وخلائط الزنك – ألمنيوم وأنواع معينة من خلائط المغنزيوم لا يمكن حقنها إلا بالحجرة الباردة.

الجامعة

كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية
 قسم التصميم والإنتاج
دبلوم أتمتة الإنتاج
العام الدراسي 2005 – 2006

تأليف

المهندس إبراهيم حسين أحمد

البريد

عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

إشراف

الدكتور المهندس عبد الوهاب الوتار

نوع البحث

مشروع أعُد لنيل درجة الدبلوم في الهندسة الميكانيكية

الملفات

النسخة الأصلية بصيغة pdf