Patronen maken in de gieterij

Was- of houtpatronen voor metaalgieten

Bij het gieten van metaal zijn patronen de objecten die worden gebruikt om vervangbare mallen te maken. Een enkel patroon kan tot duizenden mallen maken.

Er zijn verschillende soorten patronen, maar ze vallen in twee hoofdsubtypen:herbruikbare patronen voor zand- of gipsgieten, die afdrukken maken in veel mallen, of patronen voor eenmalig gebruik voor investeringsgieten, die tijdens het proces van het maken van de mal worden vernietigd voordat ze worden gegoten. Voor elk type patroon is de zorg van de patroonmaker niet alleen het nabootsen van het gewenste object, maar ook om het metaal in de juiste snelheid en op de juiste plaats in de mal te leiden. Metaalkoeling is een proces van kristallisatie en hoe de vormvullingen de bevriezingsrichting kunnen beïnvloeden, wat belangrijk kan zijn voor de sterkte van het uiteindelijke object.

Elk gietpatroon heeft ondersteuning nodig

Het systeem van kanalen om metaal naar alle delen van het gietstuk te voeren, is een ondersteunende infrastructuur die, wanneer goed ontworpen, gietdefecten zal verminderen. Deze elementen omvatten:

• De schenkbeker is een taps toelopende ingang in de mal. Het helpt de metaalstroom te beheersen en slakken op te vangen tijdens het gieten.
• De sprue, ook wel de 'down-sprue' genoemd, is het hoofdkanaal in de mal vanuit de schenkbeker. Het is de rivier van metaal die het gietstuk vult.
• Lopers zijn kanalen waardoor vloeibaar metaal van het ene deel van de mal naar het andere kan stromen.
• Poorten of "in-poorten" zijn de toegangsruimten tot het gieten zelf. Grote poorten zijn nodig voor het snel afkoelen van metalen, en kleinere poorten worden gebruikt voor langzaam afkoelende metalen.
• Risers zijn reservoirs van vloeibaar metaal met een groot volume die deel uitmaken van de mal, maar geen deel uitmaken van het gietstuk. Dit kunnen "blinde stootborden" zijn die volledig in de mal worden begraven om lastige delen van het gietstuk te voeden, of open stootborden die zich vullen met metaal - en kunnen de gieterijmedewerker helpen aangeven dat de mal vol is. Risers hebben een groter volume metaal dan enig deel van het gietstuk, zodat ze het langst warm blijven. Met behulp van zwaartekracht voeren stijgbuizen continu vloeibaar metaal in het koelgietstuk om gaten of krimp te voorkomen.

Beleggingsgietpatronen

Investeringsgietpatronen komen vaak uit één stuk dat sterk lijkt op het uiteindelijke metalen product, hoewel er lopers kunnen worden ingebouwd om na het gieten te worden verwijderd.

Deze patronen zijn tweemaal gegoten. Een replicapatroon wordt gebruikt om een ​​mal te maken van rubber, metaal of hars. Uit deze mal wordt een patroon gegoten van een materiaal dat kan smelten of verdampen, meestal was. Deze gegoten patronen zijn bedekt met een hars of keramisch aggregaat, gemaakt van zand en een bindmiddel, dat uithardt tot een schaal.

Nadat de schaalvorm volledig is uitgehard, wordt het gietpatroon verwijderd door smelten of verdampen. De nu lege mal kan gevuld worden met vloeibaar metaal. Het wordt afgebroken zodra het gietstuk is afgekoeld.

Zandgietpatronen

Er zijn een paar variaties voor zandgietpatronen, maar wat ze gemeen hebben, is dat ze allemaal zijn gemaakt van een hard materiaal dat kan worden gebruikt om honderden mallen te maken wanneer ze in gietzand worden geperst. Hout is de basis van de meeste zandgietpatronen, meestal van hardhout dat bestand is tegen de hitte en vochtigheid van de gieterij. Deze kunnen voor honderden gietstukken worden gebruikt, maar beginnen uiteindelijk te vervormen of te splijten. Ze zijn echter relatief goedkoop om te maken en kunnen zeer grote gietstukken maken.

Als een houten patroon op zichzelf te snel vervormt, kan het in plaats daarvan worden gebruikt om een ​​mal te maken voor een sterker patroon dat na verloop van tijd minder snel zal kromtrekken. Vezelversterkte harsen of gegoten metalen patronen kunnen worden gemaakt van het originele houtpatroon. Metaalpatronen kunnen ook worden gemaakt door middel van machinale bewerking. Deze processen zijn duurder en de gietgrootte kan worden beperkt, zodat ze alleen in bepaalde situaties worden gebruikt.

Of het nu hout, hars of metaal is, zandgietpatronen smelten niet weg na het maken van de mal. Patroonmakers moeten weten hoe ze ze eruit kunnen halen zonder de holle vorm die ze hebben gecreëerd te beschadigen.

Patronen met een platte achterkant kunnen in het sleep- of onderste deel van een zandvorm worden gedrukt. Vaak wordt een niet-gevormde kap of bovenste helft van de mal op de weerstand geklemd, waardoor de "platte achterkant" van het gietstuk ontstaat om te helpen bij het gieten en afkoelen; het zal de spruw bevatten om het metaal te kanaliseren.

Patronen die geen platte achterkant hebben, worden vaak "gesplitst". Hierdoor kan elk deel van het patroon in de bovenste en onderste delen van de zandvorm worden gedrukt en vervolgens intact worden verwijderd zonder de mal te beschadigen. De verschillende delen van de mal worden samengebracht en stevig vastgeklemd om de holle vorm te creëren die het gietstuk zal maken.

Losse patronen lijken het meest op het object dat ze zullen maken, zelfs wanneer ze worden gesplitst:ze vangen de details van het object dat ze gieten, maar ze bevatten niet het metaaltoevoersysteem voor de mal. Wanneer dit het geval is, zal de vormer met de hand stootborden, poorten en gietbomen in het zand snijden. Als het patroon deze kanalen bevat, wordt het een gated patroon genoemd.

De delen van het patroon kunnen ook aan weerszijden van een plaat worden samengevoegd, zodat u gemakkelijk beide zijden van de mal tegelijkertijd kunt aandrukken. Dit wordt een matchplate-patroon genoemd en is erg handig voor fabrieken met een hoge productie. Soms monteren geautomatiseerde fabrieken elk deel van het patroon op hun eigen plaat, zodat er individuele patroon- en sleeppatroonplaten zijn.

Zandgietpatronen kunnen ook worden gebruikt om het zand te kerven, in plaats van er een vorm in te drukken. Een veegpatroon laat een blad met een gevormd profiel rond een as draaien, waardoor een mal wordt uitgehold. Het is handig om veegpatronen te zien als een draaibank die de negatieve ruimte vormt:de gegoten objecten die ze maken, hebben symmetrie rond een centrale as.

Het zorgvuldige ambacht van vergoedingen

Patronen zijn niet hetzelfde als de eerste modellen van een ontwerp. Ze zijn een productieprototype dat de dynamiek van de metaalproductie weerspiegelt.

Meubelmakers en schrijnwerkers zijn vaak degenen die in een gieterij werken en houtpatronen maken. Hoewel ze voornamelijk houtbewerkers zijn, moeten ze het gedrag van metalen begrijpen. Een goede patroonmaker weet hoe hij zijn patroon moet aanpassen om te compenseren voor hoe metaal afkoelt en wat voor soort afwerkingsstappen er nodig kunnen zijn op het onderdeel.

Krimptoeslag is een correctie om de stollingskrimp van het metaal en de krimp tijdens afkoeling te compenseren. Deze vergoedingen variëren met het type metaal en de grootte van het gietstuk. Typische toeslagen voor gietijzer zijn 1/10 tot 5/32 in/ft; voor staal, 1/8 tot 1,4 inch/ft; en voor aluminium, 1/16 tot 5/32 in/ft. Deze toeslagen omvatten ook een maattolerantie voor het proces, zodat het gieten dimensionaal correct is.

Waspatroonmakers moeten zich er bovendien van bewust zijn dat het wasvormproces ook een krimptoeslag vereist. Patroon-, aanspuit- en machinewas hebben allemaal verschillende krimpsnelheden bij standaard giettemperaturen. Daarom moet de maker van het waspatroon een mal maken die zich aanpast aan zowel was- als metaalkrimp, terwijl de maker van houtpatronen voor zandgieten zich alleen maar zorgen hoeft te maken over het metaal.

Machinale nabewerkingstoeslag (“bewerkingstoeslag”) is nodig als het gegoten object na het uitschudden wordt verfijnd. De toeslag moet voldoende materiaal opleveren, zodat de bewerking het object niet te klein maakt. Soms kan een ontwerper van houtpatronen, wetende dat er machinale afwerking zal plaatsvinden, helpen bij het bepalen waar de stootborden moeten worden geplaatst:het standaardmetaal kan worden vastgeklemd terwijl het gietstuk wordt bewerkt.

Vervormingstoeslag is een kunstzinnige aanpassing die wordt gemaakt aan een patroon wanneer het gebruikte metaal zal vervormen als het afkoelt. Als de verplaatsingshoeken bekend zijn, kan het patroon worden gecompenseerd. Deze wijziging wordt een "camber" genoemd en kan ervoor zorgen dat het originele patroon er vervormd uitziet.

Diepgangtoeslag is een wijziging die alleen nodig is voor zandgietpatronen, niet voor investeringspatronen. Patroonmakers moeten ervoor zorgen dat hun patronen uit het zand kunnen worden verwijderd zonder de vorm die ze hebben achtergelaten te vernietigen. Dit wordt gedaan door de wanden van de mal taps te maken, net zoals de emmers voor zandkastelen meestal taps toelopen. Scherpe hoeken en rechte randen zullen eerder afbrokkelen wanneer het patroon van de vormsubstantie wordt verwijderd.

Het houten patroon schilderen

Houten patronen zijn vaak geschilderd. Tijdelijke patronen krijgen mogelijk maar één laag, maar permanente patronen krijgen over het algemeen drie lagen verf. Een schellak of lak helpt het patroon uit de mal te glijden, daarom is het zelfs nuttig bij een patroon dat bedoeld is om maar één keer te worden gebruikt. Moderne verven met grafiet maken dit proces nog soepeler.

Verf helpt ook om het patroon te beschermen tegen hitte en vochtigheid, vooral wanneer het bedoeld is om te worden bewaard. De verf op een patroon moet druip- en barstvrij zijn:eventuele oneffenheden in het oppervlak van het patroon worden opgevangen in het gietstuk. Een verfdruppel op de verkeerde plaats kan ervoor zorgen dat de mal gaat afbrokkelen.

Traditioneel was de verf op gietpatronen kleurgecodeerd, waarbij kleuren de afwerkingsstappen aanduiden die nodig zouden zijn voor het gieten. Hoewel de standaarden niet meer universeel toepasbaar zijn, zijn er nog steeds gieterijen die dit basiskleurensysteem gebruiken.

Rood—Geeft aan dat dit oppervlak van het laatste gietstuk niet bewerkt hoeft te worden.
Geel—Geeft aan dat dit oppervlak moet worden bewerkt bij het laatste gietstuk.
Zwart—Geeft aan dat het oppervlak een kern nodig heeft en waar de positie van de kern zou kunnen liggen .
Heldere lak of ongeverfd—Geeft een scheidingslijn of voeg aan op het gietstuk.

Patronen opslaan en hergebruiken

Een patroon kan een lange levensduur hebben in een gieterij, gebruikt om honderden of duizenden gietstukken te maken. Vaak worden deze patronen tussen productieruns opgeslagen, en de noodzaak en organisatie die nodig is om een ​​"bibliotheek" met patronen bij te houden, is een van de zorgen van een gieterij. De patronen moeten worden bewaard op een droge plaats met een goede luchtstroom, maar de kosten van opslag en verzekering betekenen dat als de productiereeksen klein en onregelmatig zijn, het gemakkelijker kan zijn om de patronen te vernietigen en opnieuw te maken - of om ze naar de originele ontwerper. Een patroon dat buiten de gieterij is opgeslagen, is mogelijk niet goed verzorgd en maakt dus misschien nooit meer een solide gietstuk. Historisch gezien was het vernietigen van patronen een riskant proces, omdat het patroon misschien wel de meest getrouwe weergave van een ontwerp is.

De kwestie van patroonopslag is daarom een ​​afweging van zorgen geweest. Grootte en frequentie van productieruns moeten worden afgewogen tegen de consistentie van een onderdeel in de tijd. De opkomst van rapid prototyping en computerdesign heeft deze dynamiek veranderd. Patronen worden digitaal ontworpen en opgeslagen, en prototypes kunnen 3D-geprint worden, zodat er minder risico is om ze te vernietigen. Daarom beslissen een gieterij en hun klant nadat ze hebben bepaald wat voordeliger is:het patroon voor de lange termijn opslaan of het opnieuw maken wanneer dat nodig is.

Een ongekende kunst

Patroonmakers zijn technici en ambachtslieden die prototypes nemen en deze zorgvuldig aanpassen aan de eisen van de productie en de eigenschappen van metaal. Met gespecialiseerde ervaring kunnen ze tweaks voorstellen om het ontwerp efficiënter te maken. Het gebruik van CAD-programma's en voorspellende algoritmen is nuttig voor de moderne patroonmaker bij het bepalen van mogelijke defecten in het gieten van metaal, wat helpt het defectpercentage te verlagen, maar patroonmakers brengen nog steeds een menselijk oog en een vaste hand in het proces.

Of een project nu zand of gegoten is, het begon zijn leven als een patroon.

Vorige post:ZandgietenMetalen gietprocesVolgende post:Gieterijzand