يُعدّ صبّ المراوح الكبيرة (عادةً ما يكون قطرها الخارجي 500 مم أو أكبر، أو التي تنتمي إلى هياكل قنوات تدفق كبيرة ذات جدران رقيقة ومعقدة) تحديًا كبيرًا في صناعة الصبّ، نظرًا لبنيتها المعقدة، وتفاوت سماكة جدرانها، ومتطلباتها العالية جدًا من حيث دقة قنوات التدفق وجودة السطح. ويُعتبر اختيار مسار العملية السائد حاليًا، والتحكم في العيوب لاحقًا، عاملين أساسيين في تحديد نجاح أو فشل هذه العملية.
1- اختيار عمليات الصب الرئيسية
بالنسبة للمواد المختلفة ومتطلبات الدقة، تُستخدم العمليات الثلاث التالية بشكل شائع لعجلات الأوراق الكبيرة:
صب الاستثمار (طريقة فقدان الشمع): هي العملية الرئيسية لتصنيع مراوح الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ السبائكي. تتميز بقدرتها على إعادة إنتاج أسطح الشفرات المعقدة بدقة أبعاد عالية (CT4-CT6)، وهي مناسبة للمراوح المعقدة الصغيرة والمتوسطة الحجم. أما بالنسبة للأحجام الكبيرة جدًا (مثل متر واحد)، فإن قوالب الشمع عرضة للتشوه، مما يجعل التحكم في قوة الغلاف أمرًا صعبًا.
صب الرمل الراتنجي: مناسب للمراوح الكبيرة المصنوعة من الفولاذ والحديد المصبوب (مثل مراوح محطات الطاقة التي يصل قطرها إلى عدة أمتار). يتميز بانخفاض التكلفة وقابلية التكيف العالية، إلا أن سطح الصب خشن ودقة حجم القناة أقل قليلاً، مما يتطلب وقتاً طويلاً للتلميع لاحقاً.
الصب المركب (قالب استثماري + قالب رملي): بالنسبة للمراوح ذات الأحجام الكبيرة والشفرات المعقدة، من الشائع استخدام قوالب استثمارية لأجزاء الشفرات وقوالب رملية لأجزاء المحور والأذرع، حيث يتم دمجها وصبها معًا. يُحقق هذا توازنًا بين دقة الشفرات وتنفيذ الهياكل واسعة النطاق.
الصب تحت ضغط منخفض / بالجاذبية: يستخدم عادة للمراوح الكبيرة المصنوعة من سبائك الألومنيوم والنحاس، مع ملء سلس وتأثير انكماش جيد، مما يقلل المسامية بشكل فعال.
2- صعوبات العملية الأساسية والتدابير المضادة
أكثر جوانب صب عجلات الصفائح الكبيرة إشكالية هي عدم اكتمال التعبئة، ومسامية الانكماش، والتشقق الساخن.
نظام التعبئة والصب: شفرات المروحة الكبيرة رقيقة، وقناة التدفق ضيقة، والمعدن السائل عرضة للتبريد المبكر، مما يؤدي إلى عزل بارد أو عدم كفاية الصب. تُستخدم عادةً طرق الصب من الأسفل، أو الصب من الشقوق، أو الصب الدائري المتقطع للسماح للمعدن المنصهر بالارتفاع بسلاسة. بالنسبة لمراوح الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الجدران الرقيقة، قد يكون من الضروري أحيانًا زيادة درجة حرارة الصب وتسريع سرعته.
التحكم في الانكماش والتصلب: منطقة التقاء الشفرة بالمحور (النقطة الساخنة) معرضة للانكماش والارتخاء. سيتم تحسين العملية بوضع قنوات صاعدة (مفتوحة/مظلمة) وحديد بارد، واستخدام المحاكاة العددية الحاسوبية (CAE) لإجبار المسبوك على تشكيل تسلسل تصلب اتجاهي من الأسفل إلى الأعلى، مما يضمن تجديد المعدن السائل في مكانه.
مقاومة التشوه ومنع التشقق: تتميز الأجزاء الكبيرة ذات الجدران الرقيقة بتبريد غير متساوٍ وإجهاد عالٍ، مما قد يؤدي بسهولة إلى تشوه أو تشقق. بالإضافة إلى تحسين بنية الصب (لتجنب التغيرات المفاجئة في سمك الجدار)، يُستخدم غالبًا الحديد البارد في عملية التشكيل، ويُختار رمل تشكيل ذو مرونة عالية. أما أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ، فيجب مراعاة معدل التبريد لمنع ترسب الأطوار الهشة التي قد تُسبب التشقق.
3- العيوب الشائعة والتدابير الوقائية
المسامات: تنتج عن وجود الغاز في رمل التشكيل، أو ضعف التهوية، أو وجود الغاز في المعدن المنصهر. لذا، من الضروري التحكم في نسبة الرطوبة في رمل التشكيل، وزيادة ارتفاع أنبوب تصريف الغاز، وتركيب شبكة ترشيح. بالنسبة للمكونات المهمة، يمكن استخدام الصب الفراغي أو الصهر مع إزالة الغازات بالتفريغ.
شوائب الخبث/ثقوب الرمل: تنتج شوائب الخبث عن تقشر المعدن المنصهر من نظام الصب أو تأكسده. لذا، من الضروري تعزيز تنظيف تجويف القالب، واستخدام مرشحات مقاومة للحريق، وضمان تصميم نظام الصب لمنع دخول الخبث، وضمان وقت استقرار المعدن المنصهر.
التشققات: غالباً ما تنتج التشققات الساخنة عن انكماش غير كامل. من الضروري تحسين موضع أنبوب التغذية لتجنب الشد، والتحكم في محتوى الكبريت والفوسفور، وضمان وجود مساحة كافية لتراجع القالب.
قبل صب عجلات الصفائح الكبيرة الحديثة، تُستخدم عادةً برامج مثل ProCAST و AnyCasting لمحاكاة عملية التعبئة والتصلب.