Gjutning
Gjutning är en tillverkningsmetod där ett flytande material, ofta kallat smälta, fyller ut en formhålighet i en gjutform och får stelna. Det material som tillsatts i gjutformen blir vanligtvis hårt efter en kemisk process (betong, gips, härdplast) eller under ett förlopp där materialet svalnar och återgår till fast form från att ha varit uppvärmt till smältpunkten.
Till gjuteritekniken räknas vanligen också gjutmetallers metallurgi och metallografi liksom ugns- och smältteknik, formmaterialkunskap, metoder för formtillverkning, rensning av gjutgods och gjuteriets mekanisering med bland annat transporter. Genom gjutning går det att tillverka antingen en färdig detalj eller också ett halvfabrikat som är ett ämne för vidare bearbetning genom svarvning, fräsning etcetera.
Historia
Gjuteriteknik är som industriell verksamhet en av de äldsta och mest grundläggande. Som hantverk daterar gjuteritekniken sitt ursprung till 2 000 à 3 000 år f Kr. Ett modernt gjuteri har mycket liten likhet med den ”filial av helvetet” som man förr gärna ville jämställa ett stort gjuteri med.
Metallgjutning
En gjutprocess består huvudsakligen av följande sex steg.
- Form- och kärntillverkning
- Smältning av material
- Avgjutning
- Stelning
- Urslagning
- Efterbehandling
Vid smältning av metallen bör smältans flytbarhet beaktas. Smältans värme anpassas för att optimera hela gjutförloppet. Flytbarheten påverkas av smältans temperatur, viskositet och flödeshastighet. När sedan smältan fyller formen är det viktigt att hela formen fylls tillräckligt snabbt.
Gjutmetoder
Formar för gjutning delas in i de två huvudkategorierna engångsformar och permanenta formar. Engångsformar förbrukas vid gjutningen medan permanenta formar används flera gånger (kokillgjutning, pressgjutning).
| Formmaterial | ||||
| Engångsform | Gjutning i sandform | Maskinformning | Mekaniserad flaskformning | Råsand |
| Automatiserad flaskformning | ||||
| Bullautomatformning | ||||
| Slungformning | Råsand eller torrsand | |||
| Skalformning | Hartsklädd sand | |||
| Handformning | Konventionell handformning | Råsand eller torrsand | ||
| Formning med kontinuerlig blandare | Formmassa som härdas | |||
| Vakuumformning | Ren sand utan bindemedel | |||
| Gjutning i keramisk form | Vaxursmältningsmetoden, cire perdue | Keramiskt material | ||
| Shaw- och Unicastmetoderna | ||||
| Material i formverktyg | ||||
| Permanent form | Kokillgjutning | Statisk kokillgjutning | Gjutjärn och/eller stål | |
| Lågtryckskokillgjutning | ||||
| Pressgjutning | Varmkammarmetoden | Stål | ||
| Kallkammarmetoden | ||||
| Centrifugalgjutning | Gjutjärn, koppar eller stål | |||
| Stränggjutning | Koppar, gjutjärn, stål, grafit, aluminium beroende på gjutmetall | |||
Övriga gjutmetoder
Form- och kärnmaterial
Vid sandgjutning används flera olika typer av form- och kärnmaterial samt till formmaterialet passande bindemedel. Bassanden utgörs oftast av kvartssand. Stålgjuterier använder på grund av förhållandevis höga gjuttemperaturer i viss utsträckning en mer dyrbar olivinsand. När extra höga krav på formhållfasthet gäller så används kromitsand. När råsand, och i viss utsträckning även de övriga formmaterialen, används så brukar sanden också återanvändas. Efter urslagningen leds formmaterialet till en sandberedning. Där sker krossning av eventuella klumpar, skiktning och i fallen med rå- och torrsand tillsats av bland annat bindemedel.
| Benämning | Bindemedel | Användningsområde | Anmärkning |
|---|---|---|---|
| Råsand | Lera, vanligen bentonit | Formar | Används helt otorkad eller yttorkad |
| Torrsand | Lera, vanligen bentonit | Formar, kärnor | Torkas i ugn |
| Cementsand | Cement | ||
| Furansand | Furan, fenol, karbamid eller blandning av dessa | Härdning med fosforsyra eller sulfonsyra | |
| Vattenglasbunden sand | Vattenglas | Härdning med CO2 eller estertillsats | |
| Skalsand | Fenolharts | Kräver uppvärmda modeller och kärnlådor | |
| Vakuumformningsförfarande | Inget bindemedel används, sanden binds genom inpackning under vakuum i plastfolie | Formar | |
| Varmlådeförfarande | Furan- eller fenolharts | Kärnor | Uppvärmd kärnlåda startar en exotermisk härdningsreaktion |
| Cold box-förfarande | Fenolharts och isocyanat | En katalysator i dimform blåses genom kärnlådan och startar härdningen | |
| Oljesand | Torkande olja, så kallad kärnolja | Torkning (bakning vid 200–300 °C) |
Gjutgodsdefekter
Hundraprocentigt felfritt gjutgods är enligt all erfarenhet oerhört svårt att framställa. Vid gjuteridrift måste det kalkyleras med en viss andel gjutna detaljer behäftade med olika fel som gör dem otjänliga för sin uppgift. Kassering under en viss nivå är ofta tekniskt och ekonomiskt ogenomförbart. Det finns vanligen en ekonomisk kassationsgräns. Var gränsen går beror av en mängd faktorer som typ av gjutmetall, godsets karaktär, seriestorlek och så vidare.
Många termer för gjutgodsfel härstammar från äldre tiders gjuterier och kan vara något missvisande. Exempelvis termen sandfall härleder från att sand helt enkelt fallit ner i formen. Det som syns på gjutstycket är emellertid inte sandfallet utan en så kallad sandinneslutning. Termerna nedan är inriktade på händelser som ger synbara fel på gjutstycket. Gjutgodsdefekter kan vara antingen primära eller sekundära allteftersom de uppträder ensamma eller i kombination med fler fel.
Exempel
Om smältan flyter för långsamt (exempelvis på grund av temperatur, tryck eller formens dimensioner) så inträffar kallflytning. Kallflytning innebär att metallen stelnar innan formen fyllts vilket ofta inträffar vid krökar. Vid stelningsförloppet kan stelningskrympning och svalningskrympning inträffa. Den tidigare kan orsaka krympporer eller sugningar medan den senare kan orsaka spänningar och sprickor. När detaljen stelnat och den ska tas ur kokillen så är det viktigt att detaljen och kokillen utformats så att detaljen inte skadas av att formen delas. Dessutom bör rensning och efterbehandling tas i beaktande vid utformning av detaljen och formen för att minska detaljens kostnad.
Allmänna dimensionsfel
Förskjutningsfel
Fel i gjutstyckets form
Gods saknas på gjutstycket
Utåtgående ytfel
| Inåtgående ytfel
Gasblåsor
Inneslutningar
Vällningsfel
Sprickor
|
Till övriga fel räknas bland annat metallfel som främst omfattar analysfel och felaktigt vald metallkvalitet. Ett äldre uttryck för att åstadkomma defekt gjutgods är att ”bomma” eller ”gjuta varg”.
Hjälpmedel
Idag används datorsimuleringar i allt större utsträckning. Datorsimuleringar hjälper till att beräkna hur smältan fyller formen samt hur smältan kommer stelna, den gjutna detaljens mekaniska egenskaper samt risk för defekter. Genom att man slipper pröva sig fram kortas utvecklingstiden för nya produkter samtidigt som man kan ta fram produkter som är lättare och har bättre mekaniska egenskaper.
Gjutbara material
Exempel på material som kan gjutas är ferrometaller som järn, icke-ferrometaller som mässing och brons, gips, vax, stearin, plast, betong, aluminium, glas, tenn och lera.
Se även
Källor
- Thyberg, Bertil; Beckius, Kurt; Heldert, Uno; Kappelin, Tor (1961). Gjuteriteknik. Victor Pettersons bokindustri, Stockholm: Maskinaktiebolaget Karlebo
- Beckius, Kurt (1998). Form- och kärntillverkning i svenska gjuterier under 1900-talet. NRS tryckeri, Jönköping: Gjuterihistoriska sällskapet. ISBN 9187920050
- ”Gjutning”. Nationalencyklopedin. https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/gjutning. Läst 29 september 2022.
- ”Gjuteriteknik”. Svenska gjuteriföreningen: Metallkompetens. https://metallkompetens.se/metallkunskap/gjuteriteknik/. Läst 29 september 2022.