Inleiding tot Metalcasting

Deze inleiding tot metaalgieten geeft een kort overzicht en de geschiedenis van het gietproces, evenals een overzicht van de gangbare giettechnieken die tegenwoordig worden gebruikt. Het doel van dit artikel is om nieuwe fabrikanten een beter begrip te geven van hoe metaalgieten werkt en welke stappen betrokken zijn bij het produceren van gegoten producten. Aan het einde van het artikel zou de lezer een duidelijk beeld moeten hebben van de mogelijkheden die metaalgieten biedt en een goede waardering hebben voor het potentieel ervan als moderne productiemethode.

Klik voor meer gedetailleerde informatie op de links en knoppen in dit artikel om verbinding te maken met berichten, pagina's en e-boeken die dieper ingaan op specifieke aspecten van metalcasting.

Wat is metalcasting?

Het woord metalcasting verwijst naar het proces van het vormen van een product of onderdeel van gesmolten metaal, waarbij elk type mal wordt gebruikt om de uiteindelijke vorm te bepalen. Een metalen gietstuk, aan de andere kant is een product of onderdeel dat het resultaat is van het metaalgietproces. In dit artikel en elders op onze website gebruiken we het woord casting onderling uitwisselbaar, hetzij als vervanging voor het proces van metalcasting of voor het object, een metalen gietstuk .

Definitie van Metalcasting:

Een productieproces waarbij gesmolten metaal in een holte (vorm) wordt gegoten die het metaal in een specifieke vorm houdt terwijl het stolt.

Algemene stappen van metaalgieten

1. Maak het hoofdpatroon en de corebox. De eerste stap bij metaalgieten is het maken van een object met een vorm die lijkt op die van het gewenste product, een patroon genoemd. . Het patroon is een hulpmiddel dat wordt gebruikt om de mal te produceren en moet iets groter zijn dan het eindproduct om rekening te houden met krimp tijdens het stollen. Bij metaalgieten worden patronen vaak geproduceerd door middel van CNC-bewerking. Evenzo, kernen , zoals beschreven in stap 2, worden gemaakt met een ander type tooling:coreboxen. Voor gietmethoden die gebruik maken van herbruikbare mallen, zoals permanent gieten, zijn normaal gesproken geen patronen of kerndozen nodig. In deze gevallen kunnen gereedschapmakers de mal en kern direct produceren.

2. Creëer de mal en de kern. Om met succes een gietstuk te produceren, moet de fabrikant eerst een vormholte creëren om het gesmolten metaal te bevatten en te vormen. In veel gevallen moeten ze ook een kern . produceren die in de mal past en holle holtes vormt in het laatste onderdeel. Mallen en kernen kunnen herbruikbaar zijn, zoals in het geval van spuitgieten of permanent gieten, of voor eenmalig gebruik, zoals bij groenzandgieten of schaalgieten.

3. Smelt de legering. Vervolgens moet de fabrikant het metaal smelten. Vaak is het gebruikte metaal een legering, of een mengsel van elementen die samen zorgen voor optimale mechanische eigenschappen. Smeltprocessen variëren:in zijn eenvoudigste vorm bestaat smelten uit het plaatsen van een legering in een recipiënt met een hoger smeltpunt en deze te verwarmen boven een brander of open vlam. Modernere smeltmethoden, zoals inductiesmelten, vertrouwen op de fysieke eigenschappen van legeringen om ze te smelten en efficiënter op giettemperatuur te brengen.

4. Giet het gesmolten metaal in de mal. Zodra de fabrikant de legering smelt, moeten ze het gesmolten metaal in de vormholte gieten. Normaal gesproken wordt dit bereikt met een lepel systeem, dat het gietproces ondersteunt en operators in staat stelt de gietsnelheid handmatig of automatisch te regelen. Onjuiste giettechnieken kunnen leiden tot defecten, omdat gassen in de mal kunnen worden opgesloten, wat kan leiden tot gaten in het resulterende gietstuk.

5. Laat het metaal stollen. Na het gieten moet de fabrikant optimale omstandigheden creëren om het metaal in de mal te laten stollen. Nogmaals, fabrikanten moeten rekening houden met krimp van het gesmolten metaal als het afkoelt, en met het vrijkomen van gassen die zich tijdens het gieten in de mal ophopen.

6. Haal het gietstuk uit de mal. Wanneer het metaal voldoende is afgekoeld en gestold, moet de fabrikant het gietstuk uit de mal verwijderen. Bij methoden waarbij gebruik wordt gemaakt van mallen voor eenmalig gebruik, breken operators de mal eenvoudig weg van het gietstuk. Voor herbruikbare mallen worden vaak speciale coatings gebruikt om plakken te voorkomen, en eigenschappen die het verwijderen van gietstukken mogelijk maken (zoals ejectorpinnen ) moet in de mal worden ontworpen.

7. Voltooi de casting. De meeste gegoten onderdelen moeten afwerkingsprocessen ondergaan zoals reiniging (overtollig materiaal van het onderdeel verwijderen); verwijdering poort (verwijderen van de gietkanalen van het onderdeel); warmtebehandeling (verwarmen en koelen van de gietstukken in een gecontroleerde omgeving om de fysieke eigenschappen te verbeteren) en inspectie voor kwaliteitscontrole. Veel producten ondergaan ook CNC-bewerkingsprocessen om de maatnauwkeurigheid en esthetische waarde te verbeteren.

Geschiedenis van Metalcasting

Veel van wat we vandaag weten over de oorsprong van metaalgieten is gebaseerd op archeologische vondsten. Gelukkig betekent de duurzaamheid van gietstukken dat veel gietartefacten duizenden en duizenden jaren bewaard zijn gebleven.

Vroege gietstukken waren vaak artistieke beelden, gereedschappen en wapens, en de eerste metalen die bij het gieten werden gebruikt, waren koper en tin, of een legering gemaakt van de twee metalen genaamd brons. Beschavingen op de Aziatische en Europese continenten experimenteerden met andere materialen en bleven duizenden jaren gieten. Naarmate processen werden verfijnd en technieken in nauwkeurige taal werden vastgelegd, werd ook het bereik van gegoten producten uitgebreid. In de Middeleeuwen waren Europese gieterijen grotendeels belast met het produceren van kerkklokken.

Rechts afgebeeld is de Gloucester Candlestick, een uitgebreide verloren-was (investerings)afgietsel geproduceerd voor de Gloucester Cathedral in Engeland tussen 1104 en 1113 na Christus.

In de 20e eeuw verhoogde de automobielproductie, mede geleid door Ford Motors' flowproductietechnieken, de vraag naar gietstukken en leidde tot verdere doorbraken in het proces. Staal werd uitgevonden en tegen het midden van de 20e eeuw werd roestvrij staal veel gebruikt voor het gieten. Zowel de Eerste als de Tweede Wereldoorlog testten de grenzen van het gieten in de Verenigde Staten, Europa en Japan. Oude processen, zoals investeringsgieten, werden verder verfijnd om sneller betere gietstukken te produceren. In de 20e eeuw werden ook nieuwe processen ontwikkeld, zoals spuitgieten en schaalgieten.

Metalcastingprocessen

De volgende metaalgietprocessen vertegenwoordigen enkele van de meest voorkomende en meest veelzijdige technieken in het arsenaal van de gieterij. Sommige methoden dateren van duizenden jaren, terwijl andere minder dan een eeuw oud zijn, en elk van deze processen is de ideale gietmethode voor bepaalde soorten producten. Hier bieden we een kort overzicht van elk proces. Klik voor meer diepgaande informatie op de links in elke sectie.

Beleggingscasting

De oudste metaalgiettechniek die nog steeds op industriële schaal wordt gebruikt, is een ingenieus proces waarbij een waspatroon in de vorm van het eindproduct in vuurvast materiaal wordt bedekt, de was wordt gesmolten en vervangen door gesmolten metaal.

Meer informatie over investeringscasting

• Gids voor het gieten van investeringen (e-boek)
• Investeringscapaciteiten bij Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Casestudy over investeringscasting:van onhandige fabricage tot strak gieten

Greensand Casting

Groenzandgieten is een veelzijdige metaalgiettechniek met lage gereedschapskosten waarbij vochtig, kleigebonden zand rond een patroon wordt verdicht tot een mal. De resulterende mallen kunnen worden gebruikt om bijna elke legering te gieten, en het grootste deel van het zand dat wordt gebruikt om de mal te vormen, kan worden teruggewonnen en gerecycled.

Meer informatie over Greensand Casting

• Inleiding tot Greensand Casting (blogbericht)
• Greensand-gietmogelijkheden bij Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Schelpvormgieten

Ook bekend als shell casting of schaalvormen , werd het gieten van schaalvormen halverwege de 20e eeuw uitgevonden door een Duitse ingenieur en vervolgens geperfectioneerd door fabrikanten in de VS en Duitsland. Het proces omvat het coaten van een patroon met met hars beklede zandkorrels die met behulp van warmte aan elkaar hechten. Het gieten van schaaltjes zorgt voor een hoge mate van precisie en uitstekende herhaalbaarheid.

Meer informatie over het gieten van schaalvormen

• Procesgids voor het gieten van schelpen (e-book)
• Inleiding tot Shell Mold Casting (blogserie)
• Shell Molding-mogelijkheden bij Eagle Alloy, Inc.

Permanente gietvorm

Permanente vormgieten, zoals de naam al aangeeft, maakt gebruik van herbruikbare mallen in plaats van de wegwerpmallen die bij zandgieten worden gebruikt. Gereedschappen kunnen ingewikkeld zijn om te produceren, en legeringen zijn enigszins beperkt op basis van de smelttemperatuur, maar grote oplagen kunnen lage kosten per onderdeel opleveren. Herhaalbaarheid, oppervlakteafwerking en precisie zijn uitstekend in permanent gegoten onderdelen.

Meer informatie over permanent gieten van mallen

• Aan de slag met permanent gieten van mallen (blogpost)
• Casestudy van permanent gegoten aluminium ventilatorbladen
• Permanente vormmogelijkheden bij Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Airset-gieten

Een andere variant van zandgieten, airset-gieten – ook bekend als niet-bakken gieten– maakt gebruik van chemisch gebonden zand dat stolt bij kamertemperatuur. Het proces kan tijdrovender zijn dan groenzandgieten of schelpvormen vanwege de tijd die nodig is om mallen te laten stollen, maar gereedschap is goedkoop en uitstekende maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking kunnen worden bereikt door middel van airset-gieten.

Meer informatie over Airset Casting

• Aan de slag met Airset Casting (blogpost)
• Airset Casting-mogelijkheden bij Eagle Alloy, Inc.

Spuitgieten

Spuitgieten is een andere gietmethode waarbij herbruikbare mallen worden gebruikt. In tegenstelling tot permanent gieten, maakt spuitgieten gebruik van hogedrukinjectie om de vormholte snel en volledig te vullen. Spuitgieten kan uitstekende gietparameters bieden, maar opstartkosten beperken het gebruik ervan vaak tot grote oplagen.

Meer informatie over spuitgieten

• Wat is het spuitgietproces? (Video)

Metalcasting:een modern productieproces met eeuwenoude wortels

Tegenwoordig is metaalgieten een industrie van $ 33 miljard die alleen al in de VS goed is voor bijna 200.000 banen. Gietstukken worden gebruikt in 90 procent van de duurzame goederen, van bouwmachines tot medische hulpmiddelen. Volgens de American Foundry Society "zijn de meeste mensen zelden meer dan 3 meter verwijderd van een casting." Nieuwe technologieën en verbeterde processen maken het gieten van metaal beter en complexer dan ooit, wat betekent dat gieterijen kunnen uitbreiden naar nieuwe markten, waardoor de prevalentie van de metaalgietindustrie verder toeneemt.

Gietfaciliteiten werken regelmatig samen met de Amerikaanse overheid en universiteiten om ervoor te zorgen dat de gietindustrie profiteert van geavanceerd onderzoek. Een van die samenwerkingen met het Amerikaanse ministerie van Energie is er al in geslaagd lichtere gietstukken te ontwikkelen, gietstukken die minder nabewerking vereisen en gietstukken die gebruik maken van een breder scala aan legeringen.

Relatief nieuwe technologieën, zoals 3D-printen, kunnen samen met metaalgieten worden gebruikt om sneller dan voorheen prototypes, patronen en zelfs mallen te maken. Belangenbehartigingsorganisaties werken eraan om dit soort technologie, en andere die de gietindustrie als geheel vooruit kunnen helpen, breder beschikbaar te maken. De Steel Founders Society of America (SFSA) ontwikkelt momenteel een robotcel die kan worden bestudeerd en aangenomen door de aangesloten gieterijen. Hun doel is om de automatisering in de hele industrie te verbeteren, waardoor het mogelijk wordt om meer gietklussen te herplaatsen.

Ondertussen voert de American Foundry Society (AFS) op het outreach-front een verscheidenheid aan programma's uit die erop gericht zijn zowel het publiek als de Amerikaanse wetgevers voor te lichten over het potentieel van metalcasting. Van hun samenwerking met de National Association of Manufacturers bij het promoten van Manufacturing Day voor hun jaarlijkse Government Affairs Fly-in, maakt AFS er een prioriteit van om de volgende generatie castingprofessionals voor te bereiden.

Na een lange geschiedenis van innovatie staat metaalgieten nog steeds in de voorhoede van de productietechnologie. Hoewel het essentiële proces hetzelfde blijft als dat van de eerste metalcasters, is het gieten verder geëvolueerd dan zijn bescheiden oorsprong om aan de behoeften van moderne consumenten te voldoen.

Meer informatie over het kopen van onbewerkte en bewerkte gegoten producten