Meester worden in zandgietpatronen: sleutelproces voor betrouwbare metalengietingen

In de metaalbewerkingsindustrie is een gietpatroon een replica die een vergelijkbare vorm en afmeting heeft als het gietstuk. De gietpatronen worden gebruikt om in de zandvorm in te drukken om de holle kamer te creëren die vloeibaar metaal toestaat te worden gegoten en het gietstuk te vormen.

In de zandgietgieterei (of het nu gietijzergieten, aluminiumgieten of staalgieten betreft), omvat een patroonset patroon, gatesysteem voederkop, riser en patroonplaat.

Het materiaal, ontwerp en structuur van het patroon hebben grote invloed op de productkwaliteit. Op dezelfde manier kunnen de lopende en patroonmakingskosten goed begrepen worden in de gietkosten.

Gietpatroon materialen in de metalengieting

Tips om patronen materialen te kiezen

– Stroef en duurzaam: kies de patronen materialen die lang duren, niet vervormen of vorm veranderen tijdens het gietproces.

– Anti-slijt en waterbestendig: het is vitaal om materialen te kiezen die waterbestendig en anti-corrosie zijn om de gietpatronen te beschermen tegen roest en degradatie.

– Gemakkelijk te vormen: onbeïnvloed door veranderingen in temperatuur en vochtigheid.

– Lage kosten en kleiner gewicht: dit zorgt voor een balans tussen kosten en winst voor uw gieterei.

Materiaal kiezen voor patroonmaken

Om deze bovenstaande criteria te waarborgen en afhankelijk van de specifieke industrie, moeten de patroonmaterialen met de flexibiliteit overwogen worden. Metaal, hout en kunststof zijn de prioriteitsmaterialen in het patroonmakingsproces.

• Metaalpatronen: De patronen gemaakt van metaal zullen de hardheid waarborgen evenals gemakkelijk te vormen zijn. Toch is de zwakte van metaalpatronen dat het gemakkelijk roest en een zwaar gewicht heeft. Bovendien vereist metaalpatroonmateriaal geavanceerde apparaten en is moeilijk te repareren wat hogere kosten in de totale vergelijking veroorzaakt.

Er zijn metalen die gemeenschappelijk gebruikt worden in het patroonmakingsproces zoals grijze gietijzer, staal, aluminium en magnesium. Elk van deze patroonmaterialen heeft een andere krimpeigenschap.

• Houtpatronen: is een heel populair patroonmateriaal vanwege de beschikbaarheid en kleine massa. Bovendien kan hout gemakkelijk gevormd worden met veel goedkoper kosten dan metaalpatronen. Echter, het nadeel van houtpatroon is gemakkelijk vocht te absorberen en te vervormen.
• Kunststofpatronen: Kunststof en glasvezel zijn trends de laatste tijd omdat hun grootste voordeel licht gewicht, waterdicht en chemisch bestendig is. Bovendien is de oppervlakteafwerking van kunststof uitstekende glans. Toch is het nadeel van dit materiaal gemakkelijk te barsten bij zware impact of trilling tijdens het gietproces.
• Andere materialen: Was en Parijsgips worden ook gebruikt als patroonmaterialen voor het gietproces maar het is alleen voorkeur in wasmicrogiettechniek.

Typen gietpatronen in metaalbewerking

Er is een reeks typen patronen in metalengieten en elk type past op specifieke gietvereisten. Hier sorteert VIC de hoofdzakelijk 3 gietpatroontypen die meestal in metalengieterei gezien worden.

1. Enkelvoudige patronen (Single Piece Patterns)

Enkelvoudig patroon is het goedkoopste patroontype. Dit type wordt vaak gebruikt in het geval het gietstuk eenvoudig is, het oppervlak plat is en de productievolume klein is alsook in prototype ontwikkeling.

2. Gesplitste of Twee-deel patronen (Split or Two-Piece Patterns)

Twee-deel patroon is algemeen bij het gieten van ingewikkelde objecten. Dit patroontype is gesplitst in scheidingsvlakken en de positie van het vlak wordt bepaald door de vorm van het gietstuk.

Het patroon is verdeeld in twee delen, waarvan één deel in de drag gevormd wordt en het andere in de cope gevormd wordt. Het cope-deel heeft altijd paspen (dowel pins) die matchen met de precies gemaakte gaten in het drag-deel van het patroon.

3. Gesegmenteerde of Meerdere-deel patronen (Segmented or Multi Piece Patterns)

Meerdere-deel patroon is bij voorkeur om super ingewikkelde gietonderdelen te gieten die onmogelijk zijn te maken door andere patroonmaakmethoden. Dit patroon heeft drie delen: boven, midden en onder deel.

Het bovenste deel is cope deel, het onderste deel is drag deel en het middelste is checkbox deel. Het wordt gebruikt in diverse soorten verbindingen zoals gehrungsverbinding, paspenverbinding.

Gietpatroonmakingsproces in gieterei

1. Patroon ontwerpen

De technische afdeling die werkt aan gietpatroonmaken moet de giettekening zorgvuldig overwegen om het patroon zo strak en effectief als verwacht te ontwerpen.

De belangrijkste punten die in aanmerking genomen moeten worden zijn scheidingsvlak, vorm en afmeting van het gietstuk en kern, plus patroonmateriaal.

Stap 1: Bepaal het scheidingsvlak

Meestal valt het scheidingsvlak samen met de scheidingslijn van de gietvorm.

Als het patroon in gesplitst patroontype of meerdere-deel patroon is, moeten de boven- en onderdelen duidelijk gedefinieerd zijn zelfs wanneer het delingsvlak symmetrisch is.

Stap 2: Bepaal vorm en afmeting van kernprint ondersteuning

Kernprint ondersteuning wordt gebruikt om kernprint te ondersteunen om in de gietvorm vast te zitten.

Tolerantie van kernprint ondersteuning zal direct invloed hebben op dimensionale tolerantie binnen de gietvorm. Daarom moet men de kernprintvorm, ruimte tussen kern en patroon samen met patroonmontageproces overwegen om precies kernprint ondersteuning te ontwerpen.

Stap 3: Bepaal patroonafmetingen en toelagen

Bij een patroon met scheidingsvlakken heeft elk deel een andere afmeting en zodra deze delen gemonteerd zijn, moeten ze respectievelijk overeenkomen met de gietafmeting.

Als het patroon van metaal is gemaakt, zal het bij condensatie krimpen. Daarom, als u de juiste maat van de giettekening als model neemt, zal de maat van het gietstuk aanzienlijk kleiner zijn. Om dit probleem op te lossen, moet de gietvormkamer vergroot worden en de patroongrootte moet groter zijn dan de gietgrootte met een verhouding van krimp van het metaal. Dit wordt bepaald op basis van patroontoelagen.

Stap 4: Bepaal de patroonmaterialen

• Houten patroon: Als het patroon klein is, kan het van massief hout gemaakt worden. Als het patroon groter en ingewikkelder is, moet het van gesneden hout gemaakt worden. Om een houten patroontekening weer te geven, kunt u volledige zichten en dwarsdoorsnedes tekenen, of puzzelstuk symbolen gebruiken om tijd te besparen en lezen te vergemakkelijken.
• Metaalpatroon: Toepasbaar voor massaproductie of hoge volume orders. Als het patroonvolume groot is, is het raadzaam om patroon met intern hol metaal te maken om gewicht te verminderen en materiaalkosten te besparen. Als het patroon klein is, kies dan massief metaal.

Stap 5: Positionering bij het monteren van patroon

Voor cirkelvormige monsters met scheidingsvlak loodrecht op de centrifugaalas, is slechts 1 paspen nodig.

Voor andere typen, gebruik 2 of 3 paspen.

In principe, hoe groter de afstand tussen paspen, hoe nauwkeuriger de positionering is. De pen en gatstructuur moet van redelijke maat zijn voor eenvoudige onttrekking en demontage. Voor patronen met gesplitste vlakken moeten de paspen van het cope-deel overeenkomen met de precies gemaakte gaten van het drag-deel.

Daarnaast is het op de patroontekening nodig om de oppervlaktegladheid en verfkleur van de patroondelen te specificeren.

2. Gietpatroon toelagen (Pattern Allowances)

Patroontoelagen weerspiegelen de eigenschappen van het gietmetaal. Wanneer het patroon gemaakt wordt, moeten bepaalde toelagen op de maten gespecificeerd in de afwerkingsteekening gegeven worden zodat een gietstuk met de specifieke specificatie gemaakt kan worden.

Er zijn toelagen als volgt:

Krimp solidificatie (of contractietoelage)

De meeste metalen hebben krimp tijdens afkoeling, wat de overgang is van vloeistof naar vast (vloeistofkrimp genoemd) en afkoeling in vaste vorm (lineaire contractie genoemd).

Vloeistofkrimp is een volumedaling tijdens solidificatie (van vloeistof naar vast). De vloeistofkrimp wordt gecompenseerd door voederkoppen (risers), die vloeibaar metaal aan het gietstuk voeden, die in de gietvorm zijn aangebracht.

Vaste krimp is formafmeting tijdens warmtereductie wanneer metalengietstuk in vaste toestand is. Om hiervoor te compenseren, wordt krimptoelage op de patronen gegeven.

Krimpsnelheid en niveau hangen af van wat het materiaal is. De volgende tabel toont krimptarieven voor verschillende metalen.

Materiaal	Krimp
Grijze gietijzer	1%
Staal	2%
Koper/Aluminium	1,5%
Witte gietijzer	1,5%
Magnesium	1,6%

Let op: Krimp hangt ook af van de grootte van het materiaal, hoe langer de maat, hoe hoger de krimp.

In essentie is de patroonmakingsproces krimpformule:

Patroongrootte = gietgrootte + metalenkrimp

Echter, bij opname op de tekening, is het nog steeds vereist om data te nemen volgens de giettekening. Bij het fabriceren van patronen, gebruik maatverhoudingen afhankelijk van verschillende gietlegeringen.

Trekafstand of taper toelage (Draft Allowance)

Wanneer het patroon uit de zandvorm verwijderd wordt, kunnen de muren van de vorm gewreven worden met het patroon wat resulteert in het patroon gescheurd en beschadigd. Om dit te voorkomen, moet taper op alle verticale oppervlakken van het patroon gecreëerd worden, dit heet trektoelage.

Hier, het moment dat het patroon optillen begint, zijn al zijn oppervlakken van het zandoppervlak af. Daarom kan het patroon verwijderd worden zonder de gietvormkamer te beschadigen.

De trekhoek wordt gecreëerd voor alle vlakken van het patroon, die parallel zijn aan de trekkingrichting voor het vergemakkelijken van het onttrekkingsproces. Afhankelijk van de grootte van de buitenvlakken, is de waarde van de trekhoek in het bereik 0,5 – 3 graden.

Materiaal	Hoogte van gegeven oppervlak (inch)	Trekhoek (Extern oppervlak)	Trekhoek (Intern oppervlak)
Hout	1 1-2 2-4 4-8 8-32	3,00 1,50 1,00 0,75 0,50	3,00 2,50 1,50 1,00 1,00
Metaal, kunststof	1 1-2 2-4 4-8 8-32	1,50 1,00 0,75 0,50 0,50	3,00 2,00 1,00 1,00 0,75

Afwerkings- of bewerkingstoelage (Machining Allowance)

Het oppervlak van het verzamelde gietstuk is meestal niet correct in maat, dus bewerking, zoals draaien of slijpen, moet gedaan worden om de oppervlakteafwerkingskwaliteit te verbeteren.

Omdat bewerking een hoeveelheid metaal van het gietstuk verwijdert, moet een hoeveelheid metaal genaamd bewerkingstoelage gecompenseerd worden. De bewerkingstoelage wordt beïnvloed door de gietmethode, de grootte van het gietstuk, het gietmateriaal en de afwerkingsmogelijkheid van het gietstuk.

Metaal	Afmeting (inch)	Toelage (inch)
Gietijzer	Tot 12 12 tot 20 20 tot 40	0,12 0,20 0,25
Gietstaal	Tot 6 6 tot 20 20 tot 40	0,12 0,25 0,30
Non-ferro	Tot 8 8 tot 12 12 tot 40	0,09 0,12 0,16

Vervormings- of kambaartoelage (Distortion or Camber Allowance)

Tijdens solidificatie, als het gietstuk de vorm L, U, V, T, ... heeft of dunner is dan de lengte, zal het neigen om in verticale vlakken te vervormen.

De reden die dit probleem veroorzaakt is dat interne spanningen ontstaat in vast metaal. Deze interne spanningen worden veroorzaakt door onevenredige afkoeling van verschillende delen van het gietstuk, wat conflicten in condensatie veroorzaakt, het heet vervormingstoelage of kambaartoelage.

Het remedie voor deze situatie is om het gietontwerp te wijzigen in de richting van initiële vervorming van het patroon in de tegenovergestelde richting. De mate van vervorming om te corrigeren wordt geëvalueerd op basis van de ervaring van de patroonmaker.

Rappel- of Schudtoelage (Rapping or Shaking Allowance)

In het proces van het verwijderen van het patroon uit de zandvorm, bij grote patronen of hoge precisie gieten, is het vereist om rond de verticale oppervlakken van het patroon te rappelen om de gietvormkamer uit te rekken en het patroon makkelijker op te tillen. Het geldt alleen voor die afmetingen die parallel zijn aan het scheidingsvlak.

Om hiervoor te compenseren, moeten we de oorspronkelijke patroongrootte verminderen. Er is geen standaardformule om deze toelage te berekenen omdat het zeer afhangt van de werknemer.

Kern en kernprint

Een kern wordt gebruikt om gaten of vertiepingen in een gietstuk te creëren. De kern wordt meestal gemaakt van groen of droog zand.

Kernprint wordt in de gietvorm aangebracht voor lokaliseren, positioneren en ondersteunen van de kern. Het zandkern blijft op die positie wanneer het vloeibare metaal in de gietvorm wordt gegoten.

Kern moet horizontaal, verticaal of opgehangen in de gietvormkamer geplaatst worden. Echter, de kern kan zich niet zelf ophangen in de gietvormkamer zonder enige ondersteuning. De kernprint wordt voorbereid met de hulp van projecties op het patroon. Maar het probleem is dat tijdens het verwijderen van het patroon, de gietvorm beschadigd raakt door de aanwezigheid van die projecties. Daarom wordt gesplitst patroon gebruikt voor gietproces waarin de kern gebruikt wordt.

Kernprint moet van de juiste grootte en vorm zijn om het gewicht van de kern en de opwaartse kracht van het vloeibare metaal eromheen tijdens het gieten te weerstaan.

3. Patroonmaken (Patternmaking)

Gatesysteem ontwerpen

Elk patroon zal een gatesysteem omvatten om vloeibaar metaal in de gietvormkamer te gieten. Het gatesysteem is erg belangrijk omdat het de snelheid regelt waarmee metaal in de gietvorm wordt gegoten. Als de snelheid te snel is, kan het gietvormcorrosie veroorzaken, als te langzaam, kan het het metaal laten afkoelen voordat de kamer gevuld is.

Dit gatesysteem bestaat uit de volgende verbonden delen:

• Gietbeker (Pouring cup): is een kegelvormige invoer in de gietvorm. Het helpt de turbulentie van de metaalstroom te controleren en de stromingssnelheid te stabiliseren, alsook slakken te scheiden tijdens het gieten.
• Sprues: een trechter die vloeibaar metaal leidt van een gietbeker in de getapte sprue, dan door de runner, gaande naar de gates één na de ander.
• Gate: is het einde van het pad, dit is waar de gietvormkamer begint.

Er zijn twee typen gates: grote gate en kleine gate. Grote gates worden gebruikt om het metaal snel af te koelen en kleinere gates voor langzame afkoeling. Afhankelijk van de eis aan de condensatiesnelheid van het gietstuk, wordt een redelijke gate gebruikt.

• Riser (Voederkop): Is een vloeibaar metaalholfte en deel van de gietvorm aangebracht om metaalkrimp te compenseren als het de temperatuur verlaagt en gaten te voorkomen. Riser is waar vloeibaar metaal langzaam afkoelt. Op basis van de riser weet de werknemer of de gietvorm gevuld is of niet.

Als het gietstuk gaten in het ontwerp heeft, moet de kern in de gietvorm geplaatst worden om de positie te bepalen waar het metaal niet zal vloeien.

Soms is het mogelijk om koelelementen (chills) op het patroonoppervlak te plaatsen voor het gieten om lokaal af te koelen en de afkoelvolgorde van vloeibare metalen te bepalen. Chills kunnen gemakkelijk hersteld en hergebruikt worden omdat ze gewoon metaalstukjes zijn die een veel koudere temperatuur hebben en niet aan het gietstuk hechten.

Gatesystemen kunnen handmatig of met geautomatiseerde software ontworpen worden.

Details over het ontwerpen van Gatesysteem: https://vietnamcastiron.com/gating-system/

Patroon maken

Zoals vermeld, komen patronen in een verscheidenheid aan verschillende materialen, inclusief hout, metaal, kunststof en was. Hout en metaal patroonmaterialen worden algemeen gebruikt voor zandgieten, terwijl was algemeen gebruikt wordt voor wasmicrogieten.

Patronen hebben verschillende complexiteit, afhankelijk van de grootte, vorm en hoeveelheid vereist.

Bij wasmicrogieten, wanneer elk waspatroon vernietigd wordt tijdens het gieten, is een waspatroon nodig voor elk gietstuk en deze waspatronen worden in de gietvorm gecreëerd. Was wordt in deze gietvormen gevuld, en na afkoeling wordt de gietvorm gescheiden en het een-stuks waspatroon geëxtraheerd.

Voor zandgieten, normaal is het patroon gemaakt van metaal of hout patroon. Als hoge precisie vereist is, wordt het verwerkt door CNC machine.

Samenvatting

Dus heeft VIC alle vragen beantwoord over hoe een gietpatroon te maken in de metaalbewerkingsindustrie en let-op punten in het patroonmakingsproces.

De afwerking en maat van het gietstuk hangen erg af van het gietpatroon, en dus bepaalt het het succes van de gietproductkwaliteit. Daarom is patroonmaken een vak dat ervaring vereist alsook een hoog niveau van werkundigheid.

Volg de gietblogserie met VIC om meer kennis over de gietindustrie bij te werken. Aarzel ook niet om ons te mailen als u op zoek bent naar een OEM/ODM fabrikant in de gietindustrie via: ADMIN@MFGROBOTS.COM.