Optimaliseren van patroontoelatingen voor nauwkeurige metalen gietstukken

Patroontoelatingen

Patroontoelatingen voor correcte afmetingen en vorm hangen af van productontwerp, vormontwerp, krimp- en krimpkernkarakteristieken van het metaal. Precieze wiskundige voorspelling is moeilijk; aanpak van proef en fout is beste manier om patroondimensies aan te passen voor gewenste resultaten.

1. Krimptoelage

Bij afkoeling krimpt elk metaal. Totale krimp van een gietstuk bestaat uit drie elementen:

1. Krimp van vloeistof van giet temperatuur naar vries temperatuur.
2. Krimp door fasenverandering vloeistof → vast.
3. Blijvende krimp van vast gietstuk van vries temperatuur naar omgevingstemperatuur.

De eerste twee worden in het gietstukontwerp meegenomen; het laatste effect wordt opgevangen door het patroon groter te maken.

Als het werkstuk zelf als patroon dient, zou het gietstuk iets kleiner zijn. Om dit te compenseren wordt een krimpregel gebruikt bij het afmeten van het patroon. Een krimpregel voor gietijzer is 10 mm per meter (gemiddelde krimp) langer dan de standaardregel.

Typische krimptoelatingen (mm/m) voor belangrijke gietmaterialen:

• Grijze gietijzer: 7–10,5
• Witte gietijzer: 21
• Malleable gietijzer: 15
• Staal: 20
• Messing: 14
• Aluminium: 18
• Aluminiumlegeringen: 13–16
• Brons: 10,5–21
• Magnesium: 18

In de praktijk varieert krimptoelage met gietstukontwerp, dikte, afmetingen, metaalsoort, giet temperatuur, vormweerstand tegen krimp (uitsteeksels, kernen, complexiteit), vormmateriaal en hardheid, vormmethode, etc.

Bij metalen patronen gegoten uit oorspronkelijke patronen: dubbele krimp toelaten.

2. Trekafstand (draft)

Bij onttrekken patroon uit vorm neigt zand aan de randen mee te trekken. Door de patroonvlakken een lichte taper te geven parallel aan onttrekkingsrichting, wordt deze neiging sterk verminderd (zie fig. 3.15).

Deze tapering, draft genoemd, biedt lichte vrijheid bij optillen. Benodigde hoeveelheid hangt af van vorm en afmetingen (hoogte verticale zijde), vormmethode, productiemethode, complexiteit, hand- of machinevorming. Machinevorming vereist minimaal draft.

Exterieure oppervlakken: ~10–20 mm/m. Inwendige gaten (klein): ~30 mm/m. Bij groenzandvorming vereisen inwendige oppervlakken meestal meer draft dan uiterlijke.

3. Bewerkingstoelage

Op technische tekeningen duiden afwerkingsmerken aan welke oppervlakken bewerkt moeten worden. De meerwaarde aan metaal op die plaatsen heet bewerkingstoelage. Algemeen: kleine en gemiddelde gietstukken: 3 mm voor ferro, 1,5 mm voor non-ferro.

Waar mogelijk bewerkbare oppervlakken in de drag gieten. Bij cope: extra toelage. Afhankelijk van bewerkingsmethode (draaien, boren, slijpen), metaaleigenschappen (ferro/non-ferro, zacht/makkelijk bewerkbaar), gietmethode (centrifugaal gieten vereist meer toelage aan binnenzijde), vorm en afmetingen (bovenste oppervlak verzamelt onzuiverheden, lange gietstukken buigen), vereiste afwerkingsgraad.

4. Vervormings- of krummingstoelage

Alleen voor gietstukken van onregelmatige vorm (U-vorm, grote vlakke gebieden) die vervormen bij afkoeling door metaalkrimp. Bijv. U-vormig gietstuk: poten divergeren in plaats van parallel. Compensatie: patroon met convergerende poten; na afkoeling worden ze recht. Toelage hangt af van oordeel en ervaring van patroonmaker die krimpkennis van het metaal begrijpt.

5. Klop- of schudtoelage

Voor het onttrekken wordt het patroon in de vorm geklopt, waardoor de holte iets groter wordt. Bij gemiddelde gietstukken verwaarloosbaar. Bij grote gietstukken of die zonder bewerking moeten passen: schudtoelage meenemen door patroon iets kleiner te maken.