Productie Oervormen: Deel 1 PDF

PRODUCTIE Oervormen: Deel 1 Industriële productie 1 OERVORMEN Vervaardigen van een vast lichaam door het scheppen van samenhang Vervaardigen van voorwerpen uit vormloos materiaal (vloeistoffen, poeders, korrels, pasta’s, v...

PRODUCTIE Oervormen: Deel 1 Industriële productie 1 OERVORMEN Vervaardigen van een vast lichaam door het scheppen van samenhang Vervaardigen van voorwerpen uit vormloos materiaal (vloeistoffen, poeders, korrels, pasta’s, vezels, … ), die door afkoeling of een ander chemisch of fysisch proces overgaan in vast materiaal Industriële productie 2 OERVORMEN Industriële productie 3  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND TECHNOLOGIE Gieten: economisch vervaardigen van gecompliceerde werkstukvormen Gietmaterialen: − ferro-materialen: lamellair gietijzer nodulair gietijzer wit en zwart smeedbaar gietijzer gietstaal − non-ferro-materialen: aluminium, magnesium − niet metalen: kunststoffen, keramiek en glas Industriële productie 4  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND VOORBEELD Industriële productie 5  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND TECHNOLOGIE Het smelten van gietmaterialen − Metalen worden gesmolten in smeltovens Inductie Vlamboog Koepeloven (hoogoven) Tegeloven (non-ferro materialen) − Metaalsoort bepaald: De constructie van de smeltovens De wijze van verwarmen  smelttemperatuur − Kwaliteit wordt bepaald door: Vastgestelde legeringsbestanddelen Vereiste gietcondities Industriële productie 6  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND TECHNOLOGIE Volumevermindering − bij stollen  slink − bij afkoelen  krimp Krimptoeslag afhankelijk van: − grootte en geometrie van het gietstuk − type gietlegering (zie tabel) Industriële productie 7  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND TECHNOLOGIE Volumevermindering compenseren via bewerkingstoeslag Grote gietstukken − Ongelijkmatige krimp door verschillen in wanddikte − Ongelijkmatige krimp  krimpspanningen  vervorming van het gietstuk of scheurvorming Industriële productie 8  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND TECHNOLOGIE Nabewerkingen: − Reinigen: verwijderen gietsysteem, bramen en opkomers − Warmtebehandeling: spanningsarm gloeien − Verspanende bewerkingen: pasvlakken, lossingshoeken − Kwaliteitscontrole: maatnauwkeurigheid, materiaaleigenschappen Industriële productie 9  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND Indeling gietmethoden i.f.v duurzaamheid − Eenmalige gietvormen − Permanente gietvormen Industriële productie 10 OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND Eenmalige gietvormen − Zandgieten: met gedeelde gietvorm en “modellen voor meervoudig gebruik” Boven- en onderkast Model uit hout, gips, lichtmetaal, kunststof − Verloren model gieten: met ongedeelde gietvorm en “verloren modellen” verloren was model methode (“uitsmelten” wasmodel of thermoplast) verloren schuim model methode (“vergassen” schuimmodel) Industriële productie 11 ZANDGIETEN Fabricageproces Industriële productie 12 ZANDGIETEN Deling Industriële productie 13 ZANDGIETEN Lossing en ondersnijding Industriële productie 14 ZANDGIETEN Kernen bovenaanzicht Industriële productie 15 ZANDGIETEN Uitwendige kernen Industriële productie 16 ZANDGIETEN Vormmaterialen − Kleigebonden vormzand − Chemisch gebonden vormzand − Fysisch gebonden vormzand bij vacuüm vorm methode en verloren schuim model methode Industriële productie 17 ZANDGIETEN Kleigebonden vormzand − Samenstelling: Basismateriaal: zand (80-90%) Bindmaterialen: klei (5-7%) Water (2-3%) toeslagmaterialen (bv. Grafiet (0,5%)) − Eigenschappen: Sterkte van de zandvorm neemt toe met toenemend kleigehalte en toenemende verdichting Met toenemende verdichting neemt gasdoorlaatbaarheid af poreusheid Nadeel: beperkte sterkte gietvorm Voordeel: regenereerbaar Industriële productie 18 ZANDGIETEN Chemisch gebonden vormzand − Kenmerken: Chemische reactie (uitharden) van de toegevoegde bindmiddelen Verdichting zand niet noodzakelijk − Vervaardigingmethoden gietvormen en/of kernen: Waterglas zand methode (CO2 zand methode) » waterglas (natriumsilicaat) en kwartszand, uithardend door CO2 uit de lucht (uren tot dagen) of door CO2 begassing (enkele minuten) » Voordeel: goede maatnauwkeurigheid, regenereerbaar » Toepassing: voor grote series (snel uitgehard) » nadeel: gering sterkteverlies na stollen Industriële productie 19 ZANDGIETEN Furaan zand methode » furaanzand hardt bij kamertemperatuur uit door polymerisatie van het furaanhars o.i.v. fosforzuur of organische zuren (10 min tot enige uren afhankelijk van concentratie fosforzuur) » Eigenschappen: hoge sterkte vormzand  betere maatnauwkeurigheid dan bij kleigebonden vormzand » Toepassing: - kleine series voor middelgrote en grote delen - uitwendige kernen Cementzand methode: » Portlandcement (10%), kwartszand en water, uithardend aan de lucht (enige tientallen uren) » Eigenschappen: hoge sterkte vormzand  betere maatnauwkeurigheid dan bij kleigebonden vormzand » tot 85 % regenereerbaar » Toepassing: grote gietstukken met vorm uit kernen Industriële productie 20 ZANDGIETEN Schaalvormen » gietvormen met dunne wanden van ongeveer gelijke dikte » Materiaal: kwartszand met thermoharder coating (vb fenolhars) » Voordeel: goede maatnauwkeurigheid, zeer goede oppervlaktekwaliteit, gering verbruik vormzand » Toepassing: serieproductie van vlakke en dunwandige werkstukken met bescheiden afmetingen, voor grotere afmetingen ondersteuning met staalgrit (cilinderblokken met koelribben, schoepenwielen, …) alle metalen » Nadeel: duur Industriële productie 21 ZANDGIETEN Hot box versus cold-box voor productie kernen » Hot box Zand + bindmiddel (1- en 2-componenten) Verwarmde kerndoos (temp 180 tot 250°C)  uitharding Doorharden tijdens opslag Voordeel: economisch, grote sterkte, goede oppervlaktekwaliteit, goede maatnauwkeurigheid Nadeel: hoge energiekosten + hoge gereedschapskosten + schadelijke gassen » Cold box Doorontwikkeling hot-box  uitharding bij kamertemp + doorleiden van een gas Extra voordeel: laag energieverbruik + goedkopere gereedschappen Industriële productie 22 ZANDGIETEN Verloren wasmodel methode » meestal thermoplast i.p.v. was » Toepassing: voor zeer nauwkeurige complexe gietstukken die moeilijk te verspanen zijn » Voordelen: geen naden (geen delingen) gietvorm moet niet lossend zijn goede maat- en vormnauwkeurigheid en oppervlakteruwheid ondersnijdingen zijn mogelijk ook voor het gieten van hoogsmeltende legeringen » Nadeel: duur eenmalig gebruik van model en gietvorm installatie voor gieten Industriële productie 23 ZANDGIETEN Industriële productie 24 ZANDGIETEN Industriële productie 25 ZANDGIETEN Fysisch gebonden vormzand − Vacuüm vorm methode Industriële productie 26 ZANDGIETEN − Vacuüm vorm methode Industriële productie 27 ZANDGIETEN − Lost foam gieten spuitgieten van een schuim model (bv. polystyreen) na eventueel clusteren, bekleden met dun keramisch laagje omhullen door ongebonden vormzand gieten, waarbij schuim model vergast Toepassing: grote (tussen 1 en 10 m), complexe gietstukken met veel kernen Industriële productie 28 ZANDGIETEN − Magneet vorm methode spuitgieten van een schuim model (bv. polystyreen) na eventueel clusteren, omhullen door magnetisch gebonden staalgrit gieten, waarbij schuim model vergast Industriële productie 29  OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND Indeling gietmethoden i.f.v duurzaamheid − Eenmalige gietvormen − Permanente gietvormen Industriële productie 30 OERVORMEN VANUIT VLOEIBARE TOESTAND Permanente gietvormen − Coquillegieten − Lage druk gieten − Spuitgieten − Wentel- en centrifugaalgieten Industriële productie 31 GIETEN IN PERMANENTE GIETVORMEN Kenmerken − Hergebruik vorm − Gietvorm = matrijs uit gietijzer of gereedschapsstaal − Gemaakt met verspanende technieken − Hoge mechanische en thermische belasting  beperkte standtijd: » 5000 afgietsels voor ijzerhoudend materiaal » 250 000 afgietsels voor zinklegeringen − Voordeel: geen silicateninsluitsels aan oppervlak  hoge standtijd nabewerkingsgereedschappen − Snellere warmteafvoer (door goede geleidbaarheid metalen matrijs, eventueel voorzien van koelkanalen), waardoor betere mechanische eigenschappen Industriële productie 32 GIETEN IN PERMANENTE VORMEN Vulwijze − Coquillegieten: vullen onder zwaartekracht − Lage-druk gieten: vullen onder lage druk − Spuitgieten: vullen onder hoge druk − Wentel- en centrifugaalgieten: zwaartekracht, resp. middelpuntvliedende kracht Industriële productie 33 GIETEN IN PERMANENTE VORMEN Kosten − Rendabel vanaf voldoende grote serie − Afhankelijk van: Vorm en afmetingen product Eigenschappen gereedschapsstaal Standtijd − Giettemperatuur = 100° hoger dan smelttemp − Vorm en afmetingen gietstuk Industriële productie 34 GIETEN IN PERMANENTE VORMEN Industriële productie 35 COQUILLEGIETEN Materialen: Al-, Mg- en Cu-legeringen, gietijzer kan nog net, gietstaal niet meer Kenmerken: − Wanddikten vanaf 2,5 mm − Minder nauwkeurig dan verloren model gieten − Lossing voorzien − Eenmalige (zand) kernen mogelijk Voordelen: − Goede maat- en vormnauwkeurigheid − Goede oppervlakteruwheid (glad) − Weinig of geen nabewerking nodig Toepassing: relatief kleine en eenvoudige gietstukken in relatief grote series Industriële productie 36 LAGE DRUK GIETEN Kenmerken: − Gietdruk: 0,4 à 1,2 bar overdruk − Drukmedium: perslucht, stikstof of argon − Wanddikten vanaf 2 mm − Porievrije gietstukken met goede oppervlaktekwaliteit − Cyclus 2 tot 6 min Materialen: − Al-legeringen − Cu- en Mg legeringen Toepassing: − Motorblokken, cilinderkoppen − sportvelgen Industriële productie 37 LAGE DRUK GIETEN Voordelen: − Rustige, laminaire stroming smelt  lucht kan langs boven ontsnappen − Gietstuk  goede sterktewaarden en hoge dichtheid − Hogere standtijden gietvormen dan bij hoge druk gieten − Gebruik zandkernen mogelijk Nadelen t.o.v spuitgieten: − Slechtere oppervlaktekwaliteit − Geringere maat- en vormnauwkeurigheid − Grotere minimumwanddikte van de gietstukken Industriële productie 38 SPUITGIETEN Industriële productie 39 SPUITGIETEN Koudportaal Warmportaal Industriële productie 40 SPUITGIETEN Kenmerken: − Gietdruk: 30 à 1200 bar, d.m.v. Plunjer goede matrijsvulling goede oppervlakte- en vorm- en maatmauwkeurigheid − Dure machines en matrijzen − Wanddikten vanaf 0,5 mm − Max wanddikte: 6 à 8 mm − Max afmetingen product = het op het deelvlak geprojecteerd productoppervlak van ca. 0,5 m² − Gietstukken moeten lossend zijn en door uitstootpennen gemakkelijk uit de matrijs te verwijderen zijn − Gebruik van zandkernen is niet mogelijk − Matrijskoeling is noodzakelijk Industriële productie 41 SPUITGIETEN Manieren van ontluchten: − ontluchtingskanalen in de matrijs − vóór het afgieten lucht afzuigen − gietvorm in vacuüm laten werken Voordelen: − Goede maatnauwkeurigheid en − Goede oppervlakteruwheid (glad) − Dunne wanden mogelijk − Hoge productaantallen per tijdseenheid − Nagenoeg geen nabewerking Industriële productie 42 SPUITGIETEN Nadelen: − Niet rendabel bij kleine productaantallen − Hoge thermische en mechanische belasting van de matrijzen Toepassing: Vnl. voor non-ferro-legeringen in grote series: − automobielsector: carters, cilinderkoppen, versnellingsbakken, … − Elektrische en huishoudelijke apparaten − Elektronica toepassingen, computertechniek Industriële productie 43 WENTELGIETEN Bij wentelgieten wordt de matrijs in alle richtingen gewenteld, waardoor een hol product ontstaat  Hol product zonder gebruik van een kern Materialen: − Laagsmeltende legeringen: Zn-, Tn-, Pb-legeringen Toepassingen: kleine series − decoratieve voorwerpen − speelgoed Industriële productie 44 CENTRIFUGAALGIETEN Gebruikt middelpuntvliedende kracht  binnenzijde matrijs bedekken met een laag vloeibaar metaal Soorten − Horizontaal centrifugaalgieten: met relatief hoge rotatiesnelheid binnendoorsnede steeds rond buitendoorsnede rond of veelhoekig bv. Buizen, lantaarnpalen, zuigers (verbrandingsmotor) − Vertikaal centrifugaalgieten (rotatiegieten) lagere snelheden Toepassing:rotatiesymmetrische producten bv. wielen met spaken uit laagsmeltende metalen of kunststoffen Industriële productie 45 CENTRIFUGAALGIETEN Industriële productie 46 KEUZE VAN DE GIETMETHODE Factoren die een rol spelen bij de keuze van het gietproces: − Vereiste mechanische eigenschappen − Gewenste maatnauwkeurigheid − Oppervlaktegesteldheid − Toe te passen legering: giettemperatuur − De vorm en afmetingen => wanddikte − Seriegrootte − Gewenste levertijd − Noodzakelijke aanvullende bewerkingen en behandelingen Industriële productie 47 KEUZE VAN DE GIETMETHODE Industriële productie 48 MINIMALE WANDDIKTE Industriële productie 49 KOSTEN I.F.V. TECHNIEK Industriële productie 50 KOSTEN I.F.V. TECHNIEK Industriële productie 51 ONTWERPREGELS Model zo eenvoudig mogelijk Ondersnijdingen vermijden Kernen beperken Voorzie lossingshoeken op de gepaste vlakken (2 à 8°) Materiaalopeenhopingen en wanddikteverschillen vermijden; geven aanleiding tot porositeiten, slinkholtes, krimpspanningen en -scheuren Voorzie vloeiende overgangen Rekening houden met nabewerking: opspanning (opspannokken), in- en uitloopmogelijkheden Ontwerp i.f.v. sterkte-eigenschappen van het gebruikte materiaal Industriële productie 52 ONTWERPREGELS Methode van de ingeschreven cirkel om de materiaalopeenhoping in een knooppunt te bepalen − Ontwerp B 60% reductie ten opzichte van ontwerp A Industriële productie 53 RICHTLIJNEN VOOR HET VORMGEVEN Industriële productie 54 ONTWERPAANPASSINGEN Industriële productie 55