يكمن الاختلاف الأساسي في كيفية دفع الألومنيوم المنصهر إلى القالب: يستخدم الصب بالقالب عالي الضغط (HPDC) 10-175 ميجا باسكال من ضغط الحقن لملء التجويف بالمللي ثانية ، بينما الضغط المنخفض يموت الصب (LPDC) يعتمد على 0.02-0.1 ميجا باسكال من ضغط الغاز المتحكم فيه، ولا يستخدم صب الجاذبية (جي دي سي) أي ضغط خارجي على الإطلاق - فقط وزن المعدن. تتسلسل هذه الاختلافات في أساسيات العملية إلى نتائج متميزة فيما يتعلق بالسرعة وتعقيد الأجزاء والخصائص الميكانيكية والتكلفة.
إن فهم الميكانيكا الفيزيائية يفسر لماذا تناسب كل طريقة تطبيقات مختلفة.
يتم حقن الألومنيوم المنصهر في قالب فولاذي مقوى عند سرعات 30-100 م/ث بواسطة مكبس هيدروليكي. يملأ المعدن التجويف خلال 10-100 مللي ثانية ويتصلب تحت ضغط مستمر. يوجد نوعان مختلفان: الغرفة الساخنة (للسبائك ذات نقطة الانصهار المنخفضة) والغرفة الباردة (قياسية للألمنيوم). أوقات الدورة تعمل بأسرع ما يمكن 15-60 ثانية لكل جزء .
يوجد فرن مغلق أسفل القالب. يقوم الغاز المضغوط (عادةً 0.02–0.1 ميجا باسكال) بدفع المعدن لأعلى من خلال أنبوب صاعد إلى تجويف القالب. يؤدي التعبئة البطيئة والمتحكم فيها إلى تقليل الاضطراب، مما يؤدي إلى حدوث ذلك مسامية غاز منخفضة وسلامة داخلية ممتازة . تكون أوقات الدورات أطول - عادةً من 3 إلى 8 دقائق لكل جزء.
يُطلق على GDC أيضًا اسم صب القالب الدائم، حيث تقوم بصب الألومنيوم المنصهر عن طريق الجاذبية مباشرة في قالب معدني قابل لإعادة الاستخدام دون أي ضغط مطبق. تكون عملية التعبئة بطيئة ولطيفة، مما يجعل العملية مثالية للأجزاء ذات الجدران السميكة والمهمة من الناحية الهيكلية. إنه أبسط إعداد، مع تكاليف الأدوات أقل بنسبة 30-50٪ من HPDC لأحجام الأجزاء المماثلة.
يجسد الجدول أدناه المقاييس الأكثر صلة بالقرار عبر الطرق الثلاث.
| المعلمة | الضغط العالي (HPDC) | الضغط المنخفض (LPDC) | الجاذبية (GDC) |
|---|---|---|---|
| ضغط الحقن | 10-175 ميجا باسكال | 0.02-0.1 ميجا باسكال | لا شيء (الجاذبية فقط) |
| وقت الدورة | 15-60 ثانية | 3-8 دقائق | 3-10 دقائق |
| الحد الأدنى لسماكة الجدار | 0.5-1.0 ملم | 2-3 ملم | 3-5 ملم |
| الانتهاء من السطح (رع) | 0.8-1.6 ميكرومتر | 1.6-3.2 ميكرومتر | 3.2-6.3 ميكرومتر |
| مستوى المسامية | أعلى (انحباس الغاز) | منخفض | منخفض – متوسط |
| قابلية اللحام / المعالجة الحرارية | محدودة (المسامية) | نعم | نعم |
| تكلفة الأدوات (نسبية) | مرتفع (50 ألف دولار - 250 ألف دولار) | متوسط | منخفضest |
| حجم الإنتاج الأمثل | 50.000 - 1 مليون قطعة | 5000-100000 قطعة | 500-50.000 قطعة |
| التسامح الأبعاد (درجة تكنولوجيا المعلومات) | IT8-IT10 | IT10-IT12 | IT12-IT14 |
تتيح سرعة الحقن العالية لـ HPDC إمكانية ملء التجاويف المعقدة بسماكة جدار رقيقة مثل 0.5 ملم - قدرة لا مثيل لها في الطريقتين الأخريين. تعتمد أغلفة نقل الحركة في السيارات، وصواني بطاريات المركبات الكهربائية، وإطارات الهواتف الذكية على هذه القدرة على إنتاج أشكال هندسية رفيعة ومعقدة على نطاق واسع.
يُفضل LPDC حيث يكون التعقيد معتدلاً ولكن السلامة الداخلية أمر بالغ الأهمية. تتطلب عجلات الألومنيوم الخاصة بالسيارات — أحد أكبر تطبيقات LPDC من حيث الحجم — مسامية منخفضة وبنية مجهرية متسقة التي يوفرها معدل التعبئة المتحكم فيه، بالإضافة إلى الجدران التي يبلغ سمكها بشكل عام 3 مم أو أكثر.
تتعامل GDC مع المقاطع العرضية الأكثر سمكًا بشكل جيد. تعتبر رؤوس أسطوانات المحرك ومشعبات السحب من أجزاء GDC الشائعة، حيث تكون سماكة الجدار من 5 إلى 10 ملم طبيعية ويساعد التصلب الأبطأ في الواقع على بنية الحبوب وقابليتها للتصنيع.
تحتوي أجزاء HPDC على هياكل حبيبية دقيقة بالقرب من السطح نتيجة للتصلب السريع، مما ينتج عنه قوة شد جيدة — عادةً 240-310 ميجا باسكال UTS للسبائك الشائعة مثل A380. ومع ذلك، فإن مسامية الغاز الداخلية الناتجة عن الحشو المضطرب تحد من الليونة وتجعل المعالجة الحرارية محفوفة بالمخاطر (يمكن أن تتشكل بثور).
يسمح كل من LPDC وGDC بالمعالجة الحرارية T6 (معالجة الحرارة للشيخوخة الاصطناعية)، مما يدفع قوة الشد إلى 280-330 ميجا باسكال مع استطالات 5-12% في سبائك مثل A356-T6. وهذا يجعلها الطريق المفضل للأجزاء المحملة هيكليًا في أنظمة التعليق، ومفاصل التوجيه، والأقواس الفضائية.
| عملية | سبيكة مشتركة | UTS (ميجا باسكال) | قوة الخضوع (ميجا باسكال) | استطالة (٪) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240-310 | 160-170 | 1-3.5 |
| لبدك (T6) | A356-T6 | 280-310 | 200-240 | 6-12 |
| جي دي سي (T6) | A356-T6 | 275-310 | 195-235 | 5-10 |
تعد أدوات HPDC باهظة الثمن - عادةً ما تكون تكلفة إنتاج قطع غيار السيارات متوسطة التعقيد 80.000 دولار – 200.000 دولار وتم تصنيفها لـ 100000-500000 طلقة. هذه التكلفة الأولية لا تكون منطقية من الناحية الاقتصادية إلا عند إطفائها بكميات كبيرة. عند إنتاج 500000 قطعة، تنخفض تكلفة الأدوات لكل قطعة إلى ما يتراوح بين 0.16 إلى 0.40 دولار.
قوالب GDC، غالبًا ما تكون مصنوعة من الحديد الزهر أو الفولاذ الطري، تكلف أقل بنسبة 30-50% من قوالب HPDC المكافئة وهي مناسبة تمامًا للنماذج الأولية أو عمليات الإنتاج منخفضة الحجم التي تتراوح من 500 إلى 10000 جزء. عادةً ما تقع أدوات LPDC في المنتصف 30.000 دولار – 100.000 دولار ، تبرره صناعات العجلات والمكونات الهيكلية التي تدير دفعات تتراوح من 20.000 إلى 80.000 سنويًا.
لقد نجحت كل طريقة في إنشاء مجال تطبيقي متميز يعتمد على هذه المقايضات.
يكون إطار القرار واضحًا ومباشرًا بمجرد تحديد متطلبات التطبيق:
يعمل HPDC بمساعدة الفراغ على سد الفجوة بشكل متزايد - عن طريق إخلاء تجويف القالب قبل الحقن، تنخفض مسامية الغاز بشكل ملحوظ، مما يتيح معالجة T5 أو T6 على أجزاء المصبوب عالية الضغط. يستخدم هذا البديل الآن على نطاق واسع في مكونات السيارات الهيكلية مثل أبراج الصدمات وعقد الجسم باللون الأبيض، حيث تكون هناك حاجة إلى جدران رقيقة وقابلية للمعالجة الحرارية في وقت واحد.
