
Tyngdekraftsstøbning er en almindeligt anvendt metalstøbningsproces, hvor formen har form af en matrice, og smeltet metal tvinges ind i matricen ved hjælp af tyngdekraften i stedet for en ekstern placering af matricen (positiv lokalisering). Denne metode adskiller sig fra højtryksstøbning ved, at det smeltede metal tvinges ind i formen under tryk, men at tyngdekraften er den eneste måde at føre materiale ind i formen på. Formen er normalt lavet af holdbare metaller som stål eller støbejern, der kan genbruges med høj dimensionel nøjagtighed og en høj overfladefinish. Denne teknik er også meget populær i produktionen af ikke-jernholdige metaldele som aluminium, zink, magnesium og deres legeringer. Opvarmning af metallet til metaltilstand og derefter hældning i en forvarmet permanent form. Det smeltede metal strømmer mod tyngdekraften og ned i formens hulrum, hvilket får det til at fylde. Bagefter åbnes formen, og støbegodset skubbes ud, og det kan være nødvendigt at trimme, bearbejde eller på anden måde behandle det for at forbedre overfladen.
En af de mest almindelige anvendelser af denne proces er trykstøbning af aluminium, fordi aluminium er let, korrosionsbestandigt og har gode mekaniske egenskaber. Teknikken bruges i vid udstrækning i forskellige industrier, herunder bilindustrien, luft- og rumfart, industrimaskiner og forbrugsvarer, til at fremstille holdbare, komplekse dele, såsom motordele, huse, beslag og lignende. En af grundene til at respektere gravitationsstøbning er evnen til at støbe mellemstore til store mængder af dele af høj kvalitet (lav porøsitet) med god mekanisk styrke. Selvom der er nogle begrænsninger, såsom højere indledende værktøjsomkostninger og mindre komplekse produkter end andre støbesystemer, gør fordelene dette til en passende og billig metode til mange produktionsbehov.
I bund og grund er trykstøbning med tyngdekraft et præcist, repeterbart og rationelt materiale, som er vigtigt i moderne metalbearbejdningsprocesser.
Hvordan forstår man gravity die casting-processen?
Det var en nem og effektiv teknik, som er kernen i trykstøbning. En forvarmet metalform af stål eller jern er belagt med et slipmiddel, klar til støbning, og støbegodset kan nemt fjernes. Når formen er klar, hældes smeltet metal som f.eks. aluminium, magnesium eller kobberlegeringer i formen. For at metallet kan fylde hulrummet, afkøles og størkner formen blot ved hjælp af tyngdekraften.
Derefter åbnes formen, og støbningen fjernes. Hvis der ikke er overskydende materiale tilbage, hvad enten det er indgangs- eller kanalsystemet eller en anden del, skæres det af, og støbningen kan færdiggøres ved bearbejdning eller på andre måder. Sammenlignet med sandstøbning bruges støbeforme, der er fremstillet af sand, kun én gang. Den komponent, der støbes i en gravitationsform, forbedres betydeligt med hensyn til produktionseffektivitet og produktkonsistens, fordi metalforme i gravitationsstøbning kan genbruges.
Forskellige muligheder for overfladefinish til trykstøbning
En anden af fordelene ved trykstøbning er, at den kan give dele med en glat, ensartet overfladefinish direkte fra formen. Afhængigt af de funktionelle og æstetiske krav til slutproduktet kan der dog tilføjes andre overfladebehandlingsteknikker til efterbehandlingsprocessen for at forbedre udseendet, holdbarheden eller forberede emnet til yderligere processer som f.eks. maling eller plettering. De mest anvendte overfladebehandlinger på trykstøbte dele er anført nedenfor:
1. Som støbt finish
Det er den naturlige overflade, der er et direkte resultat af støbeprocessen. Men hvis den er forberedt korrekt, og procesbetingelserne er optimale, kan gravitationsstøbning give en ret glat overflade sammenlignet med sandstøbning. Indvendige komponenter eller dele, hvor udseendet ikke er afgørende, accepteres normalt som støbte overflader.
2. Sandblæsning / sandblæsning
Det er skudblæsning, hvor små stål- eller keramikperler kastes på støbeoverfladen for at fjerne glødeskaller eller andre rester. Denne proces giver overfladen en ensartet mat struktur og renser overfladen bedre og er meget velegnet til sådanne dele, der yderligere gennemgår efterbehandling som pulverlakering eller maling.
3. Polering
Mekanisk fjernelse af mindre ujævnheder bruges til polering for at forbedre overfladens glathed og glans. Særligt æstetiske dele, og hvor der er behov for lavere friktion. Polering kan være grundlæggende polering, manuel eller automatiseret, eller omfatte en spejlfinish.
4. Pulverlakering
Ved pulverlakering påføres pulver på støbeoverfladen og hærdes under varme, så der dannes et hårdt og beskyttende lag. Den fremragende modstandsdygtighed over for korrosion, stød og UV har gjort det velegnet til bilkomponenter og udendørs komponenter, der er produceret i aluminiumstøbning.
5. Anodisering
Der er mange grunde til at vælge anodisering af aluminiumsstøbte dele. Overfladen fortykkes af et naturligt oxidlag på elektrokemisk vis, hvilket forbedrer korrosionsbestandigheden og giver mulighed for at tilpasse farven. Anodiserede overflader er holdbare, farverne bliver ikke trætte, og de har et slankt, professionelt udseende.
6. Bearbejdning af præcisionsoverflader
I mange tilfælde bearbejdes de gravitationsstøbte dele i det mindste delvist efter støbningen, især for at opnå nøjagtige tolerancer eller gøre kritiske overflader glatte. CNC-bearbejdning bruges til at finpudse flade flader og gevind samt til at tætne områder, hvor behovet for præcision er større end selve matricen kan klare.
7. Maling og overfladebehandling
Dele, der kræver branding, farvekodning eller beskyttelse, kan udføres med en hvilken som helst af de metoder, der bruges i konventionel vådmaling. Påføring af maling sker normalt enten manuelt eller ved hjælp af automatiserede sprøjtelinjer, ofte efter rengøring af overfladen eller priming.
8. Kromatering / kemiske behandlinger
Kromatering eller kemisk omdannelse kan anvendes til forbedret korrosionsbeskyttelse samt forbedret vedhæftning af maling. Den passive beskyttelsesfilm, der fremkommer ved sådanne behandlinger, har kun ringe indflydelse på dimensionerne, men beskytter aluminiumsoverfladen.
Fordele ved trykstøbning ved tyngdekraft
De overlegne mekaniske egenskaber er en af hovedårsagerne til, at producenterne foretrækker trykstøbning. Som følge heraf har støbegods fremstillet ved denne proces en tendens til at have færre luftlommer eller porøsiteter og derfor stærkere og mere pålidelige komponenter.
Andre vigtige fordele er:
- Høj dimensionel nøjagtighed: Gravitationsstøbning opretholder snævre tolerancer og fine detaljer på de dele, der fremstilles.
- Glat overfladefinish: Da metalformene giver en bedre overfladefinish, mindskes efterbehandlingen.
- Repeterbarhed: Formene kan genbruges, så producenterne kan skabe store mængder med samme kvalitetsniveau.
- Materialeffektivitet: Metalspild minimeres, så længe der anvendes korrekte gating- og feeding-designs.
Trykstøbning af aluminium er selv i dag den bedste løsning for industrien, der ønsker at producere lette, stærke og korrosionsbestandige dele.
Gravity Die Casting i aluminium?
Trykstøbning af aluminiumslegeringer ved hjælp af tyngdekraften er en metode, hvor en metalform (eller matrice) til tyngdekraftsstøbning fyldes med smeltet aluminiumslegering under tyngdekraften alene. Generelt er disse forme lavet af stål eller støbejern på grund af deres slidstyrke og evne til at modstå en række varmecykler. Denne proces er kendetegnet ved sin enkelhed, da der ikke bruges noget eksternt tryk til at skubbe metallet ind i formen. Flowet styres i stedet alene af tyngdekraften.
Gravitationsstøbning af aluminium er en af de fordele, der minimerer indre defekter. Luftindeslutning minimeres, hvilket igen minimerer porøsitet, fordi formen fyldes meget langsomt og naturligt. Det giver støbte komponenter med bedre integritet og ydeevne samt højere styrke. Derfor foretrækkes denne metode i vid udstrækning blandt producenter til produktion af gode og præcisionskonstruerede dele.
Almindelige aluminiumslegeringer, der bruges til trykstøbning
Det er afgørende at vælge den rigtige legering til aluminiumsstøbning. De forskellige legeringer er hver især designet til forskellige egenskaber afhængigt af anvendelsen. En opdeling af disse almindeligt anvendte aluminiumslegeringer kan foretages i henhold til deres sammensætning, mekaniske egenskaber og industrielle anvendelser som følger.
Legering | Sammensætning | Bemærkelsesværdige egenskaber | Anvendelser |
A356 | Aluminium-silicium | Høj styrke, god duktilitet, fremragende bearbejdningsadfærd | Motordele, pumpehuse og konsoller |
A380 | Aluminium-silicium | Gode flow-egenskaber, tryktæt, alsidig | Gearkasse, hus og motorkomponenter |
A413 | Aluminium-silicium | Stor trykmodstand, bearbejdelig, moderat styrke | Pumper, ventilhuse og hydrauliske komponenter |
B390 | Aluminium-kobber | Overlegen hårdhed, høj slidstyrke, begrænset duktilitet | Stempler, højtydende motorkomponenter |
C355 | Aluminium-kobber | Sejhed, korrosionsbestandighed og god svejsbarhed | Chassisdele, strukturelle elementer |
AM508 | Aluminium-Magnesium | Holdbar, fremragende svejseevne, god styrke | Flybeslag, transportrammer |
AM6061 | Aluminium-Magnesium | Afbalanceret styrke og korrosionsbestandighed, god formbarhed | Ekstruderinger, understøtninger og bygningskonstruktioner |
ZA8 | Aluminium-zink | Dimensionsnøjagtighed, god overfladefinish, stærk | Præcisionsstøbte dele, elektroniske huse |
K-Alloy | Al-Si-Cu-Mg | Ekstraordinær korrosionsbestandighed, høj mekanisk styrke | Marineudstyr, udendørs applikationer |
Hypereutektisk Al-Si | Aluminium-silicium | Høj hårdhed, overlegen slidstyrke og pålidelig styrke | Stempler, foringer, performance-komponenter |
Denne tabel giver en enkel, side om side sammenligning af de forskellige støbemetoder med hensyn til flere vigtige faktorer. Det giver producenterne en idé om, hvilken støbemetode der er bedst egnet til at opfylde deres behov.
Anvendelser af gravitationsstøbning
Fordi gravitationsstøbning har den fordel, at den er tilpasningsdygtig og økonomisk og kan producere dele af god kvalitet, er den blevet meget brugt i mange brancher. Det skyldes, at den er så pålidelig og effektiv, at den faktisk kan bruges til at fremstille små og store partier af holdbare, præcise og ensartede komponenter. Nogle af de følgende er de mest almindelige anvendelser af gravitationsstøbning.
Bilindustrien
Der findes flere anvendelser af gravitationsstøbning inden for bilindustrien, bl.a. gravitationsstøbning af kritiske motordele som motorblokke, topstykker, affjedringskomponenter osv. og gearkassehuse. Lette, men stærke komponenter kan skabes ved hjælp af tyngdekraftsstøbning i aluminium med et fremragende forhold mellem styrke og vægt. Det bruges også til at fremstille dele, som omfatter gearkassehuse til biler, bremsedele og indsugningsmanifolder til biler, fordi de giver ekstrem holdbarhed og kemisk modstandsdygtighed over for varme og slid, som er vigtige dele ved brug af biler.
Luft- og rumfart
Gravitationsstøbning er en vigtig proces for rumfartsindustrien til at producere dele med lav densitet, men med en god struktur, som skal være sikre og fungere, som fremtidigt design og anvendelse tillader det. Shelton gentager, at som ved de fleste gravitationsstøbninger er produktets præcision og holdbarhed, som f.eks. flybeslag, dele til landingsstel og skrogsektioner, vigtig. På grund af behovet for et letvægtsmateriale, men uden at miste styrke, er trykstøbning af aluminium velegnet til rumfartsapplikationer.
Industrielle maskiner
Gravitationsstøbning bruges til at fremstille holdbare komponenter med høj styrke til industrimaskiner, f.eks. i pumpehuse, gearhuse eller konsoller. Da disse dele skal kunne modstå høje tryk, mekanisk stress og barske driftsforhold, opnår man dette ved at fremstille robuste komponenter med lav porøsitet. Delene bruges f.eks. i minemaskiner og landbrugsudstyr samt i kraftige motorer.
Forbrugerprodukter
Gravitationsstøbning er også gavnlig for forbrugerproduktsektoren, nemlig køkkengrej, belysningsarmaturer og dekorativt isenkram. F.eks. bruges tyngdekraftsstøbning til at producere emner som stegepander i støbt aluminium, køkkenvaske og belysningsbeslag, da det giver mulighed for at opnå god overfladefinish og stabilitet i støbeformen.
Kunstneriske dele og arkitektoniske komponenter som statuer, dekorative paneler og beslag til døre og vinduer fremstilles også ved hjælp af gravitationsstøbning. Gravitationsstøbningens alsidighed betyder, at den er en vigtig proces i en lang række industrier, hvor den kombinerer god økonomi med god ydeevne.
Materialer brugt i trykstøbning
En meget alsidig støbeproces er gravitationsstøbning, som kan bruges til at støbe i en lang række forskellige materialer. Den afgørende del er det korrekte materialevalg, fordi det endelige produkts styrke og ydeevne afhænger direkte af det. Aluminium-, zink-, kobber- og magnesiumlegeringer er de mest almindelige materialer, der bruges til trykstøbning, men andre typer metaller og legeringer kan bruges baseret på kravene til den del, der skal produceres.
1. Aluminiumslegeringer
Aluminiumslegeringer er langt de mest anvendte materialer i trykstøbning på grund af deres fremragende styrke/vægt-forhold, deres fremragende korrosionsbestandighed og støbeegenskaber. De finder typisk anvendelse i bil-, rumfarts- og industrimaskinindustrien.
Nogle af de vigtigste aluminiumslegeringer er
- A356: A356 har god styrke, duktilitet og fremragende bearbejdelighed og anvendes i vid udstrækning til motorblok, hus og beslag, der bruges i bil- og rumfartsindustrien.
- A380: Denne legering har fremragende flydeevne, tryktæthed og moderat styrke. Generelt bruges jern i vid udstrækning til fremstilling af motorblokke, huse og transmissionselementer.
- A413: Hvis det findes, god bearbejdelighed og en højstyrkelegering med god tryktæthed; dette findes undertiden i hydrauliske cylindre, ventiler og pumper.
Den høje effektivitet ved trykstøbning af aluminium skyldes hovedsageligt kombinationen af letvægtsegenskaber og mekanisk styrke.
2. Zinklegeringer
Zinklegeringer bruges ofte til trykstøbning, fordi det er almindeligt med dele, der kræver god styrke, hårdhed og korrosionsbestandighed med en lav vægt. Zink er et relativt billigt materiale, som har en meget god flydeevne og gør det muligt at udføre komplekse former og detaljer.
Almindeligt anvendte zinklegeringer omfatter:
- ZA8: Det har høj styrke, moderat duktilitet og god dimensionsstabilitet. Det bruges ofte til produktion af trykstøbte dele med snævre tolerancer.
- Zamak: Dette er en gruppe af zinklegeringer, der er særligt populære til bildele, hardware og dekorative støbegods på grund af deres gode korrosionsbestandighed og støbbarhed.
Trykstøbning i zink bruges ofte i holdbare applikationer, der kræver snævre tolerancer i hardware, elektroniske huse og almindelige forbrugerprodukter.
3. Magnesiumlegeringer
Magnesiumlegeringer er lette og har høj styrke og er derfor velegnede til anvendelse med vægtreduktion. En af de mest populære anvendelser af magnesium til trykstøbning er i bil- og luftfartsindustrien til lette konstruktionsdele.
De vigtigste magnesiumlegeringer, der bruges til trykstøbning, er:
- AM60: Styrken og sejheden i denne magnesiumlegering er høj, og den svejser let; disse legeringer er blevet brugt i strukturelle komponenter og bildele.
- AZ91D: AZ91D er kendt for at have en god korrosionsbestandighed og et godt forhold mellem styrke og vægt og bruges i rumfartsapplikationer, herunder beslag og huse.
Magnesium er særligt værdifuldt i industrier som luft- og rumfart og bilindustrien på grund af det høje styrke/vægt-forhold, der gør det muligt at reducere vægten uden at miste ydeevne.
4. Kobberlegeringer
Trykstøbning bruges til kobberlegeringer med høj styrke, slidstyrke og fremragende varmeledningsevne. Dele, der skal kunne modstå høje temperaturer og slid, fremstilles ofte af kobber i forskellige legeringsformer, f.eks. kobberbaserede legeringer, messing og bronze.
De almindeligt anvendte kobberlegeringer:
- C356: Denne legering bruges til dele, der kræver høj styrke og slidstyrke, f.eks. stempelringe, motordele og industrimaskiner.
- C443: Det er en messinglegering, som normalt bruges til korrosionsbestandighed og styrke i marine- og bilindustrien.
Værdsættelsen af kobberlegeringers evne til at udholde ekstremt ugunstige miljøer, som f.eks. høje temperaturer, har fået dem til at blive brugt på områder som skibsmotorer, varmevekslere og elektriske apparater som f.eks. kommentatorer.
5. Andre legeringer
De andre speciallegeringer kan, med de ønskede egenskaber for det endelige produkt, bruges til trykstøbning ud over de mere almindelige materialer. Nogle af disse omfatter:
- Blylegeringer: I applikationer, hvor det er nødvendigt med høj tæthed, bruges folien i applikationer, der involverer modvægte og afskærmning.
- Tinlegeringer: Bruges til at fremstille små og præcise dele til elektronik og pyntegenstande.
Disse materialer vælges ud fra deres egenskaber, som spænder fra korrosionsbestandighed til varmeledningsevne og massefylde m.m. Brugen af trykstøbning gør det muligt at bruge en række forskellige materialer til at fremstille skræddersyede egenskaber i produktet.
Innovationer inden for trykstøbning
Yderligere forbedringer af gravitationsstøbeprocessen skyldes nylige fremskridt inden for simuleringssoftware, automatisering og design af støbeforme. Nu kan ingeniører simulere det smeltede metals flow og størkning og dermed optimere formdesignet og undgå defekter.
Det afhænger også af automatisering. Alligevel bruges der ofte robotarme til at støbe metal, udtrække støbegods og til grundlæggende efterbehandlingstrin. Innovationerne reducerer arbejdsomkostningerne og sikrer også sikkerheden på arbejdspladsen. Inden for trykstøbning af aluminium har udviklinger som vakuumassistance og forbedrede formbelægninger også været i stand til at sænke porøsiteten og forlænge formens levetid.
Miljøpåvirkning og bæredygtighed
I denne tid, hvor bæredygtighed vinder frem, viser det sig, at trykstøbning ved hjælp af tyngdekraften er relativt miljøvenlig. Hvis formene genbruges, vil det også føre til mindre affald, og det anvendte metalskrot vil ofte blive genbrugt og genanvendt i processen.
Derudover er aluminium, som er et af de mest anvendte materialer i aluminiumstøbning, meget genanvendeligt. Endelig bruger processen mindre energi end andre fremstillingsmetoder, især når teknologien optimeres af moderne ovne og processtyringssystemer.
Gravity Die Casting vs. andre støbemetoder
Selv om trykstøbning er en udbredt teknik, er det ikke den eneste metode til fremstilling af metaldele. De forskellige støbemetoder har forskellige fordele for producenten, afhængigt af kravet. Sammenlignet med andre støbemetoder, som omfatter sandstøbning, højtryksstøbning, investeringsstøbning og lavtryksstøbning, giver gravitationsstøbning producenten mulighed for at træffe en kvalificeret beslutning om, hvilken type støbning der er bedst egnet til deres særlige krav.
Gravitationsstøbning vs. sandstøbning
Der er stor forskel på formmaterialet til gravitationsstøbning og sandstøbning. Ved gravitationsstøbning er de permanente forme ofte af støbegods eller stål, mens sandstøbte forme er engangsforme. Det fører til nogle store forskelle i overfladefinish og målnøjagtighed.
Overfladefinishen er glattere end ved sandstøbning og meget mere ensartet. Den dimensionelle konsistens er også bedre. Sandstøbningsprocessen er dog mere fleksibel, hvis formerne er større eller mere komplekse. Derudover har sandstøbning lavere indledende værktøjsomkostninger og er derfor mere omkostningseffektiv til små mængder eller store emner. Gravitationsstøbning er billigere til produktion af dele i mellemstore til store mængder og giver bedre kvalitet og ensartethed for delen.
Trykstøbning under højt tryk vs. trykstøbning under tyngdekraft.
Måden, hvorpå smeltet metal føres ind i formen, er en af de vigtigste forskelle mellem højtryksstøbning og gravitationsstøbning. Tyngdekraftsstøbning er en slags støbejern, der lader smeltet metal komme ind i formhulrummet på grund af tyngdekraften, hvilket giver en langsommere og mere kontrolleret fyldningsproces. Det holder porøsiteten nede og gør delene stærkere og mere pålidelige.
Højtryksstøbning kræver dog hydraulisk tryk for at skubbe det smeltede metal ind i formhulrummet ved en meget højere hastighed. Selv om det er hurtigt at fremstille komplekse former, er det mere modtageligt for højere porøsitet i slutproduktet. Derfor bruges trykstøbning mest, hvis der er behov for mekanisk styrke og lav porøsitet, f.eks. til bilkomponenter og konstruktionsdele. Selv om det er hurtigere, kan højtryksstøbning være mere velegnet til dele, hvor detaljerne er små, og hastigheden er kritisk.
Gravitationsstøbning vs. investeringsstøbning
En anden måde, der skiller sig ud fra trykstøbning, er ved investeringsstøbning eller støbning med tabt voks. Investeringsstøbning er en af de mest præcise processer og kræver, at man laver en voksversion af emnet, belægger voksformen med en keramisk skal og derefter smelter voksen væk og skaber en form. Sådanne detaljerede dele af høj kvalitet opnås dog kun gennem denne proces, og derfor er den meget velegnet til industrier, der er stærkt afhængige af dele, som f.eks. rumfart, medicinsk udstyr og smykker.
Men selvom investeringsstøbning er ret kompliceret og tager længere tid, er det dyrere. Men i modsætning til gravitationsstøbning er gravitationsstøbning hurtigere og billigere, især for dele, der ikke kræver samme niveau af indviklede detaljer. Investeringsstøbning er kendt for sin nøjagtighed og overfladefinish, men gravitationsstøbning er en billigere løsning til produktion af funktionelle dele med gode mekaniske egenskaber i mellemstore og store mængder.
Trykstøbning under lavt tryk vs. trykstøbning under tyngdekraft
En anden teknik, der bygger på tyngdekraftsstøbning, er lavtryksstøbning, som bruger kontrolleret tryk til at sætte formen under tryk med smeltet metal. Det fører til en mere ensartet fyldning og større materialetæthed, som kan forbedre et par potentielt problematiske defekter som hulrum og porøsitet.
Ved gravitationsstøbning er omkostningerne til udstyr og forme mindre end ved lavtryksstøbning, men de resulterende dele er mindre gode, og der produceres både materialefejl og defekter. Det er mere komplekst end det nuværende lavtrykssystem, men det egner sig til produktion af større volumen og højere kvalitet til en lavere pris end alle de nuværende lavtrykssystemer. Da der er lidt mindre kontrol over metalflowet, er trykstøbning (eller lavtryksstøbning) stadig en mere konventionel og økonomisk måde at producere komponenter af mellemhøj kompleksitet på, som f.eks. motordele til biler og strukturelle komponenter i de fleste industrier.
Sammenligningstabel: Gravity Die Casting vs. andre støbemetoder
Funktion | Trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft | Sandstøbning | Trykstøbning under højt tryk | Investeringsstøbning | Trykstøbning ved lavt tryk |
Formtype | Permanent metalform (stål eller jern) | Sandforme til engangsbrug | Permanent metalform | Voksform til engangsbrug, keramisk skal | Permanent metalform |
Fyldningsmetode | Gravitationstilførsel | Gravitationstilførsel | Trykindsprøjtning ved høj hastighed | Gravitationstilførsel eller indsprøjtning ved lavt tryk | Trykfodret nedefra |
Overfladefinish | Glat, ensartet finish | Grov, kræver ofte efterbehandling | God overfladefinish, men kan have porøsitet | Fremragende overfladefinish og detaljer | God overfladefinish, ensartet |
Dimensionel nøjagtighed | Høj præcision, lave tolerancevariationer | Lavere præcision, mere variation | Høj præcision, men kan påvirkes af luftlommer | Ekstremt præcis, ideel til fine detaljer | Høj præcision, bedre materialetæthed |
Porøsitet | Lave, minimale indre defekter | Højere på grund af sandformens porøse natur | Højere på grund af indesluttet luft under indsprøjtningen | Lav, på grund af processens præcision | Lav, bedre kontrol med påfyldning |
Produktionshastighed | Moderat, velegnet til medium til høj volumen | Langsom, bedre til små portioner | Hurtig, velegnet til højhastigheds-masseproduktion | Langsom, bedre til komplekse dele i små mængder | Moderat, hurtigere end trykstøbning |
Omkostninger | Moderate værktøjsomkostninger, økonomisk til store mængder | Lave værktøjsomkostninger, højere omkostninger pr. del ved små oplag | Høje værktøjsomkostninger, økonomisk for store mængder | Høje værktøjs- og opsætningsomkostninger, velegnet til lav volumen | Høje værktøjsomkostninger, men bedre materialeeffektivitet |
Fleksibilitet i materialet | Primært aluminium, men også zink, kobber og magnesium | Bredt udvalg af metaller, men begrænset af sandform | Hovedsageligt aluminium, zink og magnesium | Velegnet til en lang række metaller (legeringer) | Primært aluminium og andre metaller |
Typiske anvendelser | Autodele, motorblokke, huse | Store dele, komplekse former, små serier | Indviklede, tyndvæggede dele, komponenter til bilindustrien | Luft- og rumfart, medicinsk udstyr, komplicerede dele | Biler, rumfart og komponenter med kompleks geometri |
Produktionsvolumen | Medium til høj volumen | Lav til medium volumen | Høj volumen, masseproduktion | Lav volumen, komplekse designs | Høj volumen, ensartet kvalitet |
Begrænsninger ved trykstøbning ved tyngdekraft
Trykstøbning har nogle begrænsninger, men også en række fordele som f.eks. god målnøjagtighed, god overfladefinish, god mekanisk styrke osv. For at vælge den rigtige fremstillingsproces til en bestemt anvendelse skal disse ulemper forstås.
1. Høje indledende værktøjsomkostninger
Udgifterne til formen er den største ulempe ved trykstøbning. Værktøjsomkostningerne kan være betydelige, da processen bruger permanente metalforme (normalt stål eller støbejern). Da trykstøbning ved hjælp af tyngdekraften kun er økonomisk rentabel ved produktion af mellemstore og store mængder, er det normalt kun denne metode, der anvendes. Sandstøbning kan være den dyreste proces til lave produktionsmængder.
2. Begrænset designkompleksitet
Men former, som er ekstremt komplekse eller har komplekse indre træk, er mindre velegnede til at blive fremstillet ved hjælp af tyngdekraftsstøbning. Fordi det smeltede metal ikke flyder ind i formen under noget andet tryk end tyngdekraften, kan det måske ikke fylde meget tynde eller dybe hulrum i formen særlig godt. Underskæringer, fine huller eller ekstremt tynde vægge er egenskaber, der er sværere at opnå sammenlignet med investeringsstøbning eller højtryksstøbning.
3. Længere afkølingstid
Mens køle- og størkningstiderne i højtryksstøbning kan være ret korte, kan køle- og størkningstiderne i gravitationsstøbning være længere. Det kan altså sænke den samlede cyklustid og produktionshastighed. Det er måske ikke det bedste valg, når det drejer sig om hurtigere og hurtige produktionsapplikationer.
4. Begrænset materialekompatibilitet
Selv om gravitationsstøbning kan bruges til alle ikke-jernholdige metaller, er det mest effektivt med aluminium og mindre effektivt med zink- og magnesiumlegeringer. De høje smeltepunkter for jernholdige materialer som stål eller jern gør dem imidlertid uegnede til dem, fordi smeltepunktet svækker formen og reducerer dens levetid. Som følge heraf er anvendelsesområdet for trykstøbning med tyngdekraft begrænset.
5. Slid og vedligeholdelse af forme
Metalforme, der bruges til trykstøbning, bliver slidte og termisk trætte med tiden, når de opvarmes og afkøles gentagne gange. Det medfører nedbrydning af formoverfladerne og kan resultere i defekte komponenter, hvis vedligeholdelsen ikke udføres korrekt. Driftsomkostninger følger med regelmæssig formvedligeholdelse og eventuel udskiftning.
6. Manuel eller halvautomatisk betjening
Gravitationsstøbning er dog mindre automatiseret end andre støbemetoder, som f.eks. højtryksstøbning. Manuel eller halvautomatisk hældning af smeltet metal i formen kan gøres på grund af variationen i kvalitet og reducere afhængigheden af arbejdskraft. Det er også mindre effektivt i højvolumenmiljøer med fuldautomatisk produktion.
Konklusion
Trykstøbning ved hjælp af tyngdekraften er en vigtig fremstillingsproces. Denne teknik går ud på at bruge tyngdekraften til at fylde formene med smeltet metal og opnå pålidelige dele af høj kvalitet med fremragende overfladefinish og mekaniske egenskaber. Den er unik, især i bil-, rumfarts- og industrimaskinindustrien, hvor der ikke kan gås på kompromis med styrke, konsistens og holdbarhed. Processen kan anvendes til trykstøbning af aluminium eller grundlæggende trykstøbning af aluminium og kan levere til producenten med et omkostningseffektivt og effektivt middel til tyngdekraftsstøbning af aluminium til produktionsvolumener fra medium til høj. Gravitationsstøbning forbliver en enkel metode, der bruges i flere år fremover på grund af dens blanding af enkelhed og ydeevne.
Et stort plus ved denne proces er, at den er alsidig. Den kan behandle alle former for ikke-jernholdige metaller, og tyngdekraftsstøbning af aluminium er mest populær, fordi aluminium er let, korrosionsbestandigt og genanvendeligt. Bedre dimensionsnøjagtighed og gentagelsesnøjagtighed, fordi gravitationsstøbning bruger permanente metalforme, hvilket også er med til at sikre, at hver del opfylder industristandarderne. I dag har trykstøbningsprocessen udviklet sig til at tilfredsstille industriens stigende behov for gode, stærke og lette løsninger. Denne metode er holdbar, omkostningsbesparende og producerer ensartede produkter til brug i produktionen af motorkomponenter, maskindele eller strukturelle elementer.
Ofte stillede spørgsmål
1. Hvad er den store forskel på trykstøbning under tyngdekraft og trykstøbning under højt tryk?
Gravitationsstøbning bruger kun tyngdekraften til at fylde formen, og højtryksstøbning bruger hydraulisk tryk. Selv om det er langsommere på grund af flere trin, laver tyngdekraftsstøbning tættere og mere pålidelige dele.
2. Hvorfor bruges aluminium ofte til trykstøbning?
Ifølge Aluminium for Swordfish Applicability to Casting Technology (også kaldet denne guide) er aluminium let, korrosionsbestandigt og har en fremragende varmeledningsevne, hvilket betyder, at det er velegnet til tyngdekraftsstøbning i bil- og luftfartsindustrien.
3. Er gravitationsstøbning velegnet til produktion af små serier?
Gravitationsstøbning er mest vellykket til produktion af mellemstore til store mængder på grund af omkostningerne til permanente forme. Sandstøbning er normalt mere økonomisk, end det er til små partier.
4. Hvad er miljøforholdene ved trykstøbning med tyngdekraft?
Det er et ret miljøvenligt produkt, da det ikke kræver brug af meget forurenende materialer som f.eks. plast. Moderne processer bruger meget mindre energi og reducerer desuden affald med deres genanvendelige forme.