Gieterei Fundamentals: Geschiedenis, Technieken en Moderne Toepassingen

2. Maak de vorm en kern. Om een gietstuk succesvol te produceren, moet de fabrikant eerst een vormholte maken om het vloeibare metaal te bevatten en te vormen. In veel gevallen moet ook een kern worden geproduceerd die in de vorm past, holle ruimtes in het eindonderdeel vormt. Vormen en kernen kunnen herbruikbaar zijn, zoals bij drukgieterij of coquillegieten, of voor eenmalig gebruik, zoals bij groenzandgieten of schelpgieterei.

3. Smelt het legering. Vervolgens moet de fabrikant het metaal smelten. Vaak is het gebruikte metaal een legering, een mengsel van elementen die samen optimale mechanische eigenschappen bieden. Smeltprocessen variëren: in de eenvormigste vorm bestaat smelten uit het plaatsen van legering in een ontvangstbak met een hogere smeltpunt en het verwarmen ervan over een brander of open vlam. Moderne smeltmethoden, zoals inductiesmelten, berusten op de fysische eigenschappen van legeringen om ze efficiënter te smelten en op gietertemperatuur te brengen.

4. Giet het vloeibare metaal in de vorm. Zodra de legering gesmolten is, moet het vloeibare metaal in de vormholte worden gegoten. Normaal gebeurt dit met een lepelsysteem, dat het gietproces ondersteunt en operators de giet snelheid handmatig of automatisch laat regelen. Onjuiste giettechnieken kunnen tot defecten leiden, aangezien gassen in de vorm vast kunnen zitten, wat gaten in het resulterende gietstuk veroorzaakt.

5. Laat het metaal uitharden. Na het gieten moet de fabrikant optimale condities creëren voor het uitharden van het metaal in de vorm. Opnieuw moet rekening worden gehouden met krimp van het vloeibare metaal tijdens afkoeling, alsook met de vrijkoming van gassen die zich tijdens het gieten in de vorm opbouwen.

6. Haal het gietstuk uit de vorm. Wanneer het metaal voldoende is afgekoeld en uithard, moet het gietstuk uit de vorm worden gehaald. Bij methoden met eenmalige vormen breken operators de vorm simpelweg van het gietstuk af. Voor herbruikbare vormen worden vaak speciale coatings gebruikt om aanbakken te voorkomen, en moeten kenmerken die het verwijderen van het gietstuk mogelijk maken (zoals uitwerppennen) in de vorm zijn ontworpen.

7. Afwerken van het gietstuk. De meeste gegoten onderdelen moeten afwerkingsprocessen ondergaan zoals reiningen (verwijderen van overmaat materiaal van het onderdeel); aanloopkanaalverwijdering (verwijderen van de gietkanalen van het onderdeel); warmtebehandeling (verwarmen en afkoelen van de gietstukken in een gecontroleerde omgeving om fysieke eigenschappen te verbeteren) en inspectie voor kwaliteitscontrole. Veel producten gaan ook door CNC-bewerkingsprocessen om de dimensionele nauwkeurigheid en esthetische waarde te verbeteren.

Geschiedenis van de Gieterei

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

Vroegere gietstukken waren vaak artistieke standbeelden, gereedschappen en wapens, en de eerste metalen die in het gieten werden gebruikt, waren koper en tin, of een legering van de twee metalen genaamd brons. Beschavingen op de Aziatische en Europese continenten experimenteerden met andere materialen en bleven duizenden jaren lang gieten gebruiken. Naarmate processen werden verfijnd en technieken in precieze taal werden vastgelegd, breidde het bereik van gegoten producten zich uit. In de Middeleeuwen waren Europese gieterijen voornamelijk belast met het produceren van kerkklokken.

Afbeelding rechts toont de Gloucester Kaarshouder, een ingewikkeld wasverlies (investering) gietstuk geproduceerd voor de kathedraal van Gloucester in Engeland tussen 1104 en 1113 na Christus.

In de 20e eeuw verhoogde de automobielfabrieken – deels door de stroomproductietechnieken van Ford Motors – de vraag naar gietstukken en leidde tot verdere doorbraken in het proces. Staal werd uitgevonden, en tegen de midden van de 20e eeuw werd roestvrij staal wijd gebruikt voor 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 betere gietstukken sneller te produceren. Nieuwe processen, zoals drukgieterij en schelpgieterei, werden ook in de 20e eeuw ontwikkeld.

Gietereiprocessen

De volgende gietereiprocessen vertegenwoordigen enkele van de meest voorkomende en meest veelzijdige technieken in het arsenal van de gieterei. Sommige methoden dateren duizenden jaren terug, andere zijn minder dan een eeuw oud, en elk van deze processen is de ideale gietmethode voor bepaalde typen producten. Hier bieden we een kort overzicht van elk proces. Voor meer diepgang, klik op de links in elke sectie.

Investeringsgieten

De oudste gietereitechniek die nog op industriële schaal in gebruik is, investeringsgieten is een geniaal proces dat omvat het bedekken van een wasmodel in de vorm van het eindproduct met refractair materiaal, vervolgens het was uit te smelten en te vervangen door vloeibaar metaal.

Meer over Investeringsgieten

• Investeringsgieten Gids (E-book)
• Investeringsgietmogelijkheden bij Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Case Study Investeringsgieten: Van Rommelige Fabricatie tot Strak Gietstuk

Groenzandgieten

Groenzandgieten is een veelzijdige gietereitechniek met lage toolingkosten waarbij vochtige, kleigebonden zand wordt gecompact rond een model om een vorm te vormen. De resulterende vormen kunnen gebruikt worden om bijna elke legering te gieten, en de meerderheid van het zand dat voor de vorm wordt gebruikt, kan gerecycleerd en herwonnen worden.

Meer over Groenzandgieten

• Inleiding tot Groenzandgieten (blogpost)
• Groenzandgietmogelijkheden bij Eagle Aluminum Cast Products, Inc.

Schelpgieterei

Ook bekend als schelpgieten of schelpmoulding, schelpgieterei werd in de midden van de 20e eeuw uitgevonden door een Duitse ingenieur, en vervolgens geperfectioneerd door fabrikanten in de VS en Duitsland. Het proces omvat het bedekken van een model met harsgecoate zandkorrels die onder hitte aan elkaar binden. Schelpgieterei biedt een hoge graad van precisie en uitstekende herhaalbaarheid.

Meer over Schelpgieterei

• Schelpgieterei Procesgids (E-book)
• Inleiding tot Schelpgieterei (blogserie)
• Schelpmoulding Mogelijkheden bij Eagle Alloy, Inc.

Coquillegieten

Coquillegieten, zoals de naam impliceert, gebruikt herbruikbare vormen in plaats van de eenmalige vormen die betrokken zijn bij zandgieten. Tooling kan gecompliceerd zijn om te produceren, en legeringen zijn enigszins beperkt op basis van smeltpunt, maar hoge-volume runs kunnen lage per-deel kosten bereiken. Herhaalbaarheid, oppervlakteafwerking en precisie zijn uitstekend bij coquillegegoten onderdelen.

Meer over Coquillegieten

• Aan de slag met Coquillegieten (blogpost)
• Case Study van Coquillegegoten Aluminium Ventilatorbladen
• Coquillegietmogelijkheden bij Eagle Aluminum Cast Products, Inc.

Airset Gieten

Een andere variant van zandgieten, airset gieten – ook bekend als no-bake gieten – gebruikt chemisch gebonden zand dat bij kamertemperatuur uithardt. Het proces kan tijdrovender zijn dan groenzandgieten of schelpmoulding door de tijd die nodig is voor de vormen om uit te harden, maar tooling is goedkoop en uitstekende dimensionele nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking kunnen bereikt worden door airset gieten.

Meer over Airset Gieten

• Aan de slag met Airset Gieten (blogpost)
• Airset Gietmogelijkheden bij Eagle Alloy, Inc.

Drukgieterij

Drukgieterij is een andere gietmethode die herbruikbare vormen gebruikt. In tegenstelling tot coquillegieten, gebruikt drukgieterij hoge-drukinjectie om de vormholte snel en volledig te vullen. Drukgieterij kan uitstekende gietparameters bieden, maar de opstartkosten beperken het gebruik vaak tot hoge-volume runs.

Meer over Drukgieterij

• Wat is het Drukgieterij Proces? (Video)

Gieterei: Een Modern Productieproces met Oude Wurzels

Vandaag de dag is gieterei een $33 miljard industrie die goed voor bijna 200.000 banen in de VS alleen. Gietstukken worden gebruikt in 90 procent van duurzame goederen, van bouwmachines tot medische apparaten. Volgens de American Foundry Society: "De meeste mensen zijn zelden meer dan 3 meter van een gietstuk verwijderd." Nieuwe technologieën en verbeterde processen maken metaalgietstukken beter en complexer dan ooit, wat betekent dat gieterijen kunnen expanderen naar nieuwe markten, wat de prevalentie van de gieterei-industrie verder vergroot.

Gietereifaciliteiten werken regelmatig samen met de VS-overheid en universiteiten om ervoor te zorgen dat de gieterei-industrie profiteert van cutting-edge onderzoek. Een dergelijke samenwerking met het VS Department of Energy heeft al geleid tot het ontwikkelen van lichtere gietstukken, gietstukken die minder na-bewerking vereisen en gietstukken die gebruikmaken van een breder scala aan legeringen.

Relatief nieuwe technologieën, zoals 3D-printen, kunnen in combinatie met gieterei worden gebruikt om prototypes, modellen en zelfs vormen sneller dan tevoren te maken. Belangenorganisaties werken eraan om dit type technologie, en andere die de gieterei-industrie als geheel kunnen helpen vooruitgang boeken, breder beschikbaar te maken. De Steel Founders Society of America (SFSA) ontwikkelt momenteel een robotcel die door lid-gieterijen bestudeerd en geadopteerd kan worden. Hun doel is om de automatisering industrie-breed te verbeteren, waardoor het mogelijk wordt om meer gietbanen terug te brengen naar het eigen land.

Op het gebied van outreach voert de American Foundry Society (AFS) diverse programma's uit gericht op het educeren van zowel het publiek als VS-wetgevers over het potentieel van gieterei. Van hun samenwerking met de National Association of Manufacturers ter promotie van Manufacturing Day tot hun jaarlijkse Government Affairs Fly-in, maakt AFS het een prioriteit om de volgende generatie gietereiprofessionals voor te bereiden.

Na een lange geschiedenis van innovatie, staat gieterei nog steeds aan de voorhoede van productietechnologie. Hoewel het essentiële proces hetzelfde blijft als dat gebruikt door de eerste gieters, is gieten uitgegroeid tot ver boven zijn bescheiden oorsprong om te voldoen aan de behoeften van moderne consumenten.

Meer Informatie over Aankoop van Ruwe en Bewerkte Gietproducten