Hvad er gravitationsstøbning? Vigtig indsigt for producenter

I den moderne produktion er metalstøbning meget vigtig, når det drejer sig om at fremstille komponenter med komplekse geometrier af høj kvalitet. En af de mest effektive måder at gøre dette på er trykstøbning ved hjælp af tyngdekraften. Denne proces er en kombination af præcision, effektivitet og omkostningseffektivitet og er derfor en foretrukken løsning til industrier som bilindustrien, rumfart og industrielt udstyr. Tyngdekraftstøbning indebærer i bund og grund, at man bruger tyngdekraften til at fylde en metalform uden at skulle bruge højtryksudstyr, hvilket gør processen ukompleks i sin opsætning. Hvis du er ingeniørstuderende, produktionsleder eller bare interesseret i støbeteknologier, er det afgørende at lære om gravitationsstøbning for at få et generelt overblik over metalproduktion.

De grundlæggende principper for trykstøbning af aluminium, hvordan det gøres, vigtige faktorer som temperatur og tid, den anvendte materialetype samt fordele og ulemper sammen med almindelige anvendelser er dækket i denne artikel.

Hvordan fungerer trykstøbning af aluminium?

Aluminiums-tyngdekraftsstøbning er en proces med permanent formstøbning, der almindeligvis anvendes til fremstilling af ikke-jernholdige aluminiummetaldele. Tyngdekraftstøbning af aluminium involverer smeltet aluminiummetal, der hældes i en genanvendelig metalform kun under indflydelse af tyngdekraften. I stedet for højtryksstøbning, der bruger tryk på tusindvis af psi til at presse metal i formen, bruger tyngdekraftstøbning alene naturlige tyngdekræfter, så smeltet metallegering kan strømme ind i formens hulrum uden begrænsning.

Følgende er den typiske proces, der involverer denne aktivitet:

1. Efter at være forvarmet til ca. 150-300° C for at undgå termisk chok og fremme en jævn strøm af metal, skubbes metalformen (normalt lavet af støbejern eller stål) mod metalformen.
2. Formen er dækket af et smøremiddel lavet af keramik eller grafit for at sikre, at det smeltede metal ikke klæber til den.
3. Smeltet metal (i form af aluminium, magnesium eller kobberlegering), der er opvarmet til ca. 650-750 °C (afhængigt af materialetypen), hældes i matricen.
4. Det smeltede metal skubbes ind i formhulrummet via en gran og fylder hele formen under påvirkning af tyngdekraften.
5. Formen får støbningen til at størkne på mellem 20 og 90 sekunder, afhængigt af størrelse og materiale.
6. Derefter åbnes matricen, og den skubbes ud manuelt eller fjernes fra matricen.
7. Før produktet bliver færdigt, skæres overskydende materiale fra meder og sprues af.

Da processen involverer brug af tyngdekraft og ikke mekanisk tryk, er opsætningen af udstyr enklere, og vedligeholdelses- og værktøjsomkostningerne er normalt lavere.

Trin-for-trin proces med trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft

Gravity die casting-teknikken er populær, fordi den er let at gentage og også kan producere metal af høj kvalitet med snævre tolerancer. I modsætning til højtryksstøbning anvender den alene tyngdekraften og fylder formhulrummet, hvilket gør hele processen mere omkostningseffektiv og mekanisk mindre besværlig.

Nedenfor er der en trinvis vejledning i, hvordan aluminiumstøbning foregår i et almindeligt setup:

1. Forberedelse af formen

Den første proces i tyngdekraftsstøbning i aluminium går ud på at forberede formen, også kaldet matricen. Stål eller støbejern bruges normalt til at fremstille disse forme, som er beregnet til gentagen brug. Formen rengøres ordentligt, når der kan hældes metal i, for at fjerne eventuelle rester fra tidligere støbninger.

Efter rengøringen forvarmes formen ved en temperatur på mellem 150 °C og 300 °C. Forvarmning betyder, at den smeltede aluminiumslegering ikke bliver afkølet for hurtigt ved kontakt, hvilket fører til fejl som kolde lukninger eller utilstrækkelig fyldning. Et slipmiddel, normalt en grafit- eller keramikbaseret belægning, påføres på formens indre overflade. Det har to funktioner: Det sikrer, at den smeltede aluminiumslegering ikke sætter sig fast på formen, og det hjælper med at få en glattere finish på det endelige produkt.

2. Smeltning af aluminiumslegering

Forberedelsen af formen efterfølges af smeltning af den valgte metallegering. Mængderne af metallegeringer placeres i en ovn og smeltes til den hældningstemperatur, der afhænger af legeringen. For eksempel ligger smeltepunkterne for aluminiumslegeringer normalt i området 650°C-750°C, mens kobberbaserede legeringer kan kræve smeltepunkter mellem 900°C og 1100°С.

Det er ekstremt vigtigt at have præcis kontrol over smeltetemperaturen. Overophedning kan medføre øget oxidation eller gasabsorption, mens underophedning kan resultere i ufuldstændig fyldning af formene eller dårlige mekaniske egenskaber.

3. Hældning af det smeltede metal legering

Når den rette smeltetemperatur er nået, hældes det smeltede metal i den forvarmede form. Ved trykstøbning ved hjælp af tyngdekraften anvendes der ingen mekanisk kraft eller tryk. Tyngdekraften får aluminiumslegeringerne til at flyde på naturlig vis ind i formens hulrum gennem et sæt sprosser og porte.

Dette trin kræver en langsom, kontrolleret hældning for ikke at skabe turbulens, som kan fange gasser og føre til porøsitet i støbningen. I nogle avancerede systemer er der mulighed for at vippe formen meget langsomt, mens den hældes - den vippende tyngdekraftsstøbning for at skabe et glat og jævnt metalflow.

4. Fyldning af formens hulrum

Når det smeltede metal trænger ind i formen, fylder det alle dele af hulrummet under formen. Formdesignet er meget vigtigt på dette tidspunkt. Korrekt designede gatesystemer vil fordele metallet, så man undgår turbulens, kolde punkter eller områder med mulig krympning.

Da tyngdekraften alene bruges til metalflowet, er det nødvendigt, at metallet hældes ved den rette hastighed og temperatur. Manglende flowkontrol kan forårsage fejl som ufuldstændige fyldninger eller kolde lukninger - steder, hvor to metalfronter rører hinanden, men ikke smelter sammen.

5. Størkning og afkøling

Når hulrummet er fyldt, begynder den smeltede metallegering at køle af og blive fast. Afkølingstiden afhænger af støbningens størrelse og kompleksitet samt den anvendte metaltype. For eksempel kan små aluminiumsdele størkne så tidligt som på 20-30 sekunder, mens store eller tykkere dele kan tage 60-90 sekunder og mere.

Formen er i de fleste tilfælde vandkølet for at hjælpe med at kontrollere afkølingshastigheden. Kontrolleret afkøling forbedrer kornstrukturen og de indre spændinger og reducerer dem, så man får stærkere og mere pålidelige støbegods.

6. Åbning af form og udtagning af dele

Formen åbnes, når aluminiumslegeringen er størknet. Afhængigt af designet kan støbegodset fjernes manuelt eller skubbes ud ved hjælp af trykket fra de mekaniske udstødningsstifter, der er indbygget i formen. Da kvalitetsstøbning bruger en metalform, kan formen genbruges i tusindvis af cyklusser, og derfor er processen omkostningseffektiv til mellemstore og store mængder.

Selv om det er nødvendigt at fjerne dele, skal man sørge for, at støbningen eller formen ikke bliver beskadiget. På dette tidspunkt har støbningen stadig efterladt overskydende materiale fra løberne og portene, som skal fjernes i næste trin.

7. Trimning og efterbehandling

Den ekstraherede støbning har en tendens til at medføre ekstra metal, som er fastgjort til granen og gatesystemet. Dette materiale skæres af mekanisk ved hjælp af en sav, en saks eller slibeværktøjer. Andre efterbehandlinger kan være afgratning, sandblæsning, bearbejdning eller varmebehandling, alt efter hvad der er relevant for produktspecifikationen.

Formålet med denne fase er at forfine udseendet af støbningen, øge den dimensionelle nøjagtighed og forberede den til dens endelige funktion eller monteringsarbejde.

8. Inspektion og kvalitetskontrol

Den sidste proces i trykstøbningsmetoden er inspektion. Støbegodsets overfladefejl, dimensionstolerancer og indre fejl testes pålideligt. Visuelle inspektioner udføres først, og afhængigt af hvad der er brug for, efterfølges de af andre mere avancerede teknikker som f.eks:

• Røntgentest bestilles for at identificere indre porøsitet eller krympning.
• Overfladesprækker ved hjælp af farvepenetranttest.
• Ultralydstest for strukturel konsistens
• Tryktestning, især af komponenter til væskehåndtering

Kun de støbninger, der har bestået alle kvalitetstjek, frigives til brug eller levering til kunderne. De afviste dele smeltes normalt om og genbruges, hvilket reducerer spild af materialer.

Typer af trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft

Tyngdekraftsstøbning er en alsidig proces, der findes i forskellige former, der sigter mod at opfylde forskellige delgeometrier, materialer og produktion med forskellige behov. Selvom essensen af ideen - at fylde en metalform ved hjælp af tyngdekraften - er bevaret, har tyngdestøbningsprocessen specifikke typer, eller rettere sagt metoder, som forskellige producenter anvender for at tilfredsstille en bestemt anvendelse.

1. Permanent støbeform med tyngdekraft

Dette er den mest typiske formstøbning. Produktionen af store mængder af den samme komponent sker ved hjælp af en genanvendelig metalform (for det meste i stål eller støbejern). Formen forvarmes og påføres derefter et slipmiddel og fyldes med smeltet metal. Delen tages derefter ud af formen efter størkning, hvor den genbruges.

Applikationer: Komponenter til biler, fittings til rørledninger og pumpehuse

Fordele: Høj dimensionel nøjagtighed, god overfladefinish og form med lang levetid

2. Vippende tyngdekraftsstøbning

Formen hælder langsomt under støbeprocessen ved denne metode. Det gør det muligt for det smeltede metal at fylde formens hulrum langsomt og jævnt, så man undgår turbulens og risiko for indeslutning af gas eller kolde aflukninger.

Applikationer: Tyndvæggede komponenter eller dele med risiko for luftindeslutning

Fordele: Forbedret indre sundhed, forbedret overflade og reduceret forekomst af defekter

3. Lavtryks-tyngdekraftstøbning (hybrid)

Teknisk set er dette en separat kategori, selvom nogle måske betragter det som en variant, hvor lavt gastryk (normalt 0,7 - 1,5 bar) påføres det smeltede metal og forsigtigt skubber det ind i formen. Det tilføjer fordelene ved enkelhed ved tyngdekraftsstøbning samt nogle fordele ved trykstyring.

Applikationer: Køretøjshjul og strukturelle komponenter er også støbt med høj integritet.

Fordele: Forbedret kontrol af metalflow, bedre mekaniske egenskaber

4. Sandkerneassisteret gravitationsstøbning

Metoden indebærer brug af sandkerner, der indsættes i metalformen, hvor det gør det muligt at forme de indre hulrum eller underskæringer, som det aldrig ville være muligt at skabe kun ved hjælp af en solid metalform.

Applikationer: Komplekse motorkomponenter, ventilhuse

Fordele: Gør det muligt at fremstille avancerede dele og samtidig nyde godt af den forlængede levetid for en permanent form. 

Tabel: Typer af trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft

Materialer anvendt i trykstøbning 

Gravity die casting er en af de mest almindelige permanente støbeprocesser; den anvendes for det meste i ikke-jernholdige legeringer. De materialer, der er involveret i denne proces, skal kunne have høj fluiditet, moderate smeltepunkter og fremragende støbbarhed, så smeltet metal kan fungere uden defekter ved at kunne fylde formhulrummet. Da gravitationsstøbning kun anvender tyngdekraften til at fylde formen uden et eksternt tryk, er valget af materiale en endnu mere kritisk faktor for at opnå den dimensionelle nøjagtighed, overfladekvalitet og styrke. De vigtigste materialer, der bruges til trykstøbning, er bl.a;

Aluminiumslegeringer

Aluminium er det mest anvendte materiale i trykstøbningsprocessen på grund af dets lette vægt, enestående korrosionsbestandighed og lette støbning. Typiske aluminiumslegeringer omfatter A356, AlSi12 og A319. Sådanne legeringer giver en god blanding af styrke, duktilitet og varmeledningsevne, hvilket gør dem velegnede til bildele som motorblokke, topstykker, gearkassehuse og andre strukturdele.

De aluminiumslegeringer, der bruges til trykstøbning, smelter typisk ved en temperatur på mellem 660 °C og 750 °C. Det smeltede aluminium flyder jævnt ind i metalformen, og det afkøles hurtigt, så der dannes en tæt, finkornet struktur. De kan også forsynes med T5- eller T6-varmebehandling, som forbedrer den mekaniske ydeevne. Gravitationsstøbning i aluminium giver høj dimensionsnøjagtighed, god overfladefinish og lang levetid, når formen er godt vedligeholdt.

Kobberbaserede legeringer

Gravitationsstøbning er også mulig med kobberlegeringer, især bronze og messing. Disse materialer anvendes, hvor der er behov for høj slidstyrke, fremragende styrke og fremragende termisk/elektrisk ledningsevne. Bronzestøbninger bruges f.eks. på områder som skibspropeller, pumpehuse og lejer, mens messing bruges på områder som VVS-armaturer og dekorativt isenkram.

Når det gælder smeltetemperaturer, er kobberbaserede legeringer højere, i området 1000° til 1200° Celsius. Det betyder, at støbeformsmaterialet skal kunne tåle termisk stress, og støbeprocessen forventes at være velkontrolleret for at forhindre oxidering og krympningsfejl. Gravitationsstøbning med kobberlegeringer kan levere stærke dele med fremragende service under ekstreme forhold, hvis de kontrolleres korrekt.

Magnesiumlegeringer

Magnesiumlegeringerne indgår i trykstøbning, når designet af letvægtskonstruktioner er af afgørende betydning, herunder inden for rumfart og bilindustrien. Nogle af de almindelige legeringer omfatter AZ91D, der kombinerer en god balance mellem styrke, støbbarhed og korrosionsbestandighed. Dens største fordel er en lav massefylde på ca. 1,8 g/cm³, hvilket betyder, at det er det letteste konstruktionsmetal, der anvendes.

Magnesiumlegeringer bliver flydende ved ca. 600 °C - 650 °C. På grund af den høje reaktivitet skal de støbes i beskyttende omgivelser eller ved hjælp af flussmidler for at undgå oxidering og forbrænding. Ikke desto mindre gør gravitationsstøbning det muligt at producere magnesiumkomponenter med en god grad af præcision og mindre spild sammenlignet med andre formningsprocedurer.

Zinklegeringer

Selvom zink er mere velegnet til højtryksstøbning, er det også blevet brugt til gravitationsstøbning til specifikke anvendelser, især små, tætsiddende dele med snævrere tolerancer. Zinklegeringer som Zamak 3 og Zamak 5 er populære på grund af det lave smeltepunkt (ca. 385 °C), den gode flydeevne og muligheden for at genskabe fine detaljer i formene.

Gravitationsstøbninger i zink anvendes i elektroniske produkter og forbrugerprodukter og mekaniske dele med lav belastning. Den største fordel ved at bruge zink i trykstøbning er muligheden for at lave skarpe kanter og fine detaljer uden en masse bearbejdningsprocesser. Men på grund af den lave mekaniske styrke sammenlignet med aluminium eller kobber kan det kun anvendes til ikke-strukturelle formål.

Siliciumforstærkede aluminiumslegeringer

Siliciumrige aluminiumlegeringer som AlSi12 er ideelle til trykstøbning, da det tilsatte silicium øger fluiditeten, mindsker krympningen og øger slidstyrken. Sådanne legeringer anvendes i vid udstrækning i motordele, i bremseelementer og i hydraulikhuse, hvor dimensionsstabilitet og styrke er af betydning.

Siliciumindholdet, der ligger inden for intervallet 7-12%, forbedrer yderligere legeringens evne til at fylde komplicerede støbeforme uden varm rivning eller gasporøsitet. Disse legeringer krystalliserer ensartet, hvilket giver færre defekter og mindre efterbehandling.

Alternativer til trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft

Trykstøbning er en almindeligt anvendt teknik til fremstilling af metaldele i mellemstore og store mængder med gode mekaniske egenskaber. Men det er ikke altid det bedste valg. En række faktorer som f.eks. emnets kompleksitet, ønsket overfladefinish, omkostninger og produktionsmængde er afgørende for, hvilken type støbemetode der skal anvendes. Producenter kan i sådanne tilfælde ty til brug af forskellige andre alternative støbeprocesser. Nedenfor følger en nærmere gennemgang af de vigtigste alternativer til gravitationsstøbning og deres styrker, svagheder og sædvanlige anvendelser.

Sandstøbning

Den mest traditionelle og fleksible støbemetode er sandstøbning. Den indebærer, at man arbejder med formens hulrum ved at forberede en sandblanding, der normalt er bundet af ler eller kemiske bindemidler. Et mønster, som normalt er lavet af træ eller metal, bruges til at forme sandformen. Når formen er formet, fyldes smeltet metal i hulrummet.

Denne proces er især god til lave til mellemstore produktionsmængder, store dele eller dele med komplekse interne geometriske strukturer, der ikke let kan opnås i det faste metal. Sandstøbning er relativt billigere, hvad angår værktøjsomkostninger, og er derfor velegnet til prototyper eller specialbestillinger.

Sandstøbning resulterer dog i en robust efterbehandling og ringere dimensioneringsnøjagtighed sammenlignet med trykstøbning. Formen ødelægges efter hver brug, så produktionstiden og materialespildet bliver højere ved store mængder. Ikke desto mindre er sandstøbning en fleksibel mulighed, når omkostningerne til opsætning er lavt prioriteret.

Trykstøbning under højt tryk

Højtryksstøbning (HPDC) anvender indsprøjtning af smeltet metal i stålforme under højt tryk, dvs. mellem 600 og 1200 bar (1 tryk). Denne metode gør det muligt at skabe indviklede former med stor dimensionel nøjagtighed og overfladekvalitet med høje hastigheder.

HPDC er især nyttig ved fremstilling af tyndvæggede dele, som det ikke ville være muligt at støbe med ren tyngdekraftsteknologi. Det er en almindelig praksis i bil-, elektronik- og apparatindustrien. De korte cyklustider og den høje grad af automatisering gør det omkostningseffektivt til produktion af meget store mængder.

De primære ulemper sammenlignet med trykstøbning er uoverkommeligt dyre værktøjer samt tilbøjeligheden til gasindeslutning, hvilket kan resultere i porøsitet i det endelige støbte produkt. På grund af det høje tryk er processen også normalt begrænset til mindre komponenter og kan måske ikke bruges til større eller tykkere dele.

Trykstøbning ved lavt tryk

Lavtryksstøbning (LPDC) er en modificeret version af gravitationsstøbning. I stedet for bare at hælde smeltet metal i formen påføres et positivt tryk (mellem 0,7 og 1,5 bar) i ovnkammeret, hvilket får det smeltede metal til at stige op i formen gennem et rør, der kaldes et stigrør.

Denne metode giver mere kontrol over metalflowet og minimerer risikoen for gasporøsitet. Den anvendes ofte i applikationer, der kræver dele med høj integritet som f.eks. bilhjul og strukturelle aluminiumsdele. LPDC vil også resultere i forbedrede mekaniske kvaliteter og skrotningsrater sammenlignet med trykstøbning.

Ikke desto mindre har en sådan øget kontrol sin pris. Teknologien er mere kompliceret og kostbar, og processen er længere. Selv under sådanne forhold vælges LPDC ofte, når der er behov for bedre støbekvalitet og indre integritet.

Centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning indebærer, at formen roterer ved høj hastighed, mens man hælder smeltet metal i den. Centrifugalkræfterne tvinger metallet hårdt op mod formens vægge, hvilket hjælper med at reducere porøsiteten og skabe en ekstremt finkornet struktur.

Denne teknik er velegnet til cylindriske eller rørformede dele, dvs. rør, ringe og bøsninger. På grund af den retningsbestemte krystallisering og den tætte sammensætning har de formede dele en tendens til at have høje mekaniske egenskaber og lave slidegenskaber.

Centrifugalstøbning er dog væsentligt begrænset i forhold til emnets geometri - det kan kun bruges, når der er tale om symmetriske former, og det er svært at implementere komplekse indvendige funktioner. Den indledende opsætning og udstyr er også ret specialiseret, hvilket viser sig at være en barriere for nogle af operationerne. Men når det drejer sig om runde, højtydende dele, er centrifugalstøbning en god mulighed sammenlignet med tyngdekraftsstøbning.

Investeringsstøbning (støbning med tabt voks)

Investeringsstøbning, også kaldet støbning med tabt voks, er en proces, hvor man skaber en voksform af den del, der skal produceres, påfører en keramik (belægning) og smelter voksen ud for at efterlade et hulrum. Derefter hældes varmt metal ind i dette hulrum for at producere den endelige del.

Denne proces er meget værdifuld på grund af dens evne til at lave meget indviklede og detaljerede dele med en næsten net form. Den er perfekt til relativt små til mellemstore komponenter, der har behov for høj dimensionsnøjagtighed og æstetiske egenskaber med en overfladefinish af høj kvalitet, som f.eks. turbineblade, rumfartskomponenter og smykker.

Sammenlignet med trykstøbning har investeringsstøbning en langsommere produktionshastighed og en høj pris pr. del, især når mængden er stor. Formene er også engangsforme og har større trin. Men til komplicerede dele, der ikke kan fremstilles ved hjælp af gravitationsstøbning, er investeringsstøbning normalt den bedste løsning.

Hvornår skal man bruge alternativer?

Valget af det bedste alternativ til trykstøbningsprocessen afhænger af emnets behov og produktionsforholdene. For eksempel vil sandstøbning være ideel til enkeltstående eller store, tunge dele. Højtryksstøbning er velegnet til storskalaproduktion, hvor der er behov for grove detaljer. Lavtryksstøbning er perfekt, hvis formålet kræver forbedret indre integritet. Centrifugalstøbning er uovertruffen, når det drejer sig om runde dele, mens investeringsstøbning er bedre egnet til komplekse og meget præcise emner.

Med hver metode får du et forskelligt sæt af kompromiser, hvad angår pris, værktøj, hastighed og delkvalitet. Beslutningen ligger som regel i balancen mellem disse faktorer og det færdige produkts funktion og æstetik.

Procesparametre: Temperatur, tryk og tid 

Flere tekniske parametre påvirker succesen med trykstøbning:

1. Hældningstemperatur

Dette er normalt 650-750 °C for aluminiumslegeringer. Hvis man hælder for varmt, kan det medføre gasindeslutning og porøsitet. Hvis det er for koldt, kommer metallet måske ikke helt ned i formen.

2. Formens temperatur

Formene opvarmes normalt til 150-300 °C. Forvarmede forme sikrer, at metallet ikke størkner for tidligt, og at metalflowet bliver mere jævnt.

3. Køletid

Metallet skal have lov til at størkne, før det fjernes efter støbningen. Afkølingstiden varierer alt efter legeringen og emnets geometri, men den er typisk mellem 20 og 90 sekunder.

4. Kun tyngdekraft (intet eksternt tryk)

Gravitationsstøbning bruger ikke nogen ekstern kraft sammenlignet med trykstøbning. Denne enkelhed har den effekt, at den reducerer omkostninger og slid på udstyr.

5. Smøring og belægning

Formens overflader smøres for at lette frigørelse og overfladefinish. Nogle af de typiske belægninger omfatter bornitrid og grafitsuspensioner.

Disse tre parametre skal være meget velkontrollerede for at optimere støbegods af høj kvalitet med minimale mangler som porøsitet, krympning og kuldebroer.

Anvendelser af trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft 

Gravitationsstøbning er en af de populære metoder til metalstøbning, som har fundet bred anvendelse i mange forskellige industrier på grund af dens evne til at producere præcise, langtidsholdbare og komplekse dele af ikke-jernholdige metaller. Processen giver høj repeterbarhed, tilstrækkelige mekaniske egenskaber og tæt dimensionskontrol, hvilket gør processen velegnet til strukturelle såvel som funktionelle anvendelser. Nedenfor er de vigtigste sektorer og nogle eksempler, hvor gravitationsstøbning bruges kritisk.

1. Bilindustrien

Bilindustrien er en af de største forbrugere af trykstøbte komponenter. Teknikken er perfekt til fremstilling af dele der skal have styrke, varmebestandighed og dimensionsstabilitet.

Nøgleapplikationer omfatter:

• Cylinderhoveder og motorblokke
• Bremsekalibre og hovedcylindre
• Ophængsbeslag og bærearme
• Indkapsling af gearkasse

Gravitationsstøbning gør det muligt at skabe komplekse geometrier med glatte indre overflader, hvilket er meget vigtigt for den effektive transport af væsker i motorer og bremser. Komponenterne arbejder ved temperaturer på mellem 90 og 120 °C, men materialets styrke er et stort designproblem.

2. Luftfart og rumfart

Vægtreduktion og pålidelighed er vigtigt i luft- og rumfartsindustrien. Gravitationsstøbning bruges til dele, der skal være lette, men samtidig holdbare og uden at gå på kompromis med dimensionerne og udmattelsesmodstanden.

Typiske støbegods til rumfart omfatter:

• Monteringsbeslag
• Husets komponenter
• Luftkanalsystemer
• Motordæksler

Aluminium- og magnesiumlegeringer vælges ofte til rumfartsdele på grund af deres høje styrke/vægt-forhold. Støbegodset skal kunne modstå atmosfæriske belastninger, temperaturvariationer fra -55 °C til 125 °C under flyvning og mekaniske vibrationer under flyvning.

3. Industrielle maskiner

Gravitationsstøbning bruges i tunge maskiner og industrielt udstyr til at fremstille dele, der skal være stærke og slidstærke under øget belastning.

Almindelige komponenter omfatter:

• Gearhuse
• Pumpehuse
• Kompressorhuse
• Fordelerrør

Disse støbegods er normalt af aluminium eller bronzelegering, og nogle designs har variationer i vægtykkelse og komplekse indre hulrum. Driftstrykket kan variere fra 10 bar op til 150 bar, afhængigt af systemet.

4. Elektrisk og elektronisk indkapsling

Gravitationsstøbning bruges til støbning af varmebestandige og korrosionssikre kabinetter til følsomme elektriske og elektroniske komponenter.

Typiske anvendelser:

• Motorhuse
• Kroppe til belysningsarmaturer
• Samledåser
• Køleribber til strømforsyninger

Komponenterne skal give fremragende varmeafledning og dimensionsstabilitet, samtidig med at de forhindrer miljøfaktorer, herunder støv og fugt, i at trænge ind. Aluminium-silicium-legeringer anvendes i vid udstrækning til disse formål på grund af deres varmeledningsevne og korrosionsbestandighed.

5. Marine og skibsbygning

Marine applikationer kræver materialer, der er korrosionsbestandige over for saltvand, og som også tåler konstant eksponering for fugt. Gravitationsstøbning bruges til at skabe stærke dele, der fungerer pålideligt under sådanne omstændigheder.

Eksemplerne omfatter:

• Propelhuse
• Ventilhuse
• Vandpumpehuse
• Fittings og koblinger

Her er de sædvanlige materialer bronze og aluminium-bronze-legeringer. Disse støbegods er mere tilbøjelige til at være tryktætte og fungere under forhold med høj luftfugtighed, salteksponering og temperaturer fra 5 °C til 50 °C.

6. Landbrugsudstyr

Gravitationsstøbte produkter er dekoreret med indvendige kølekanaler og er et værdifuldt aspekt af landbrugsmaskiner på grund af deres modstandsdygtighed over for elementer som mekaniske stød, miljømæssig slitage og eksponering for gødning eller jord.

Gravitationsstøbte komponenter omfatter:

• Hydrauliske ventilhuse
• Dæksler til gearkasse
• Monteringsbeslag
• PTO-husenheder (Power Take-Off-systemer)

Disse enheder arbejder normalt udendørs under en bred vifte af temperaturer (-20 °C op til 50 °C) og skal fungere selv under snavsede, vibrerende og korrosive forhold.

7. Forbrugerprodukter og hardware

Gravitationsstøbning anvendes også til fremstilling af dekorative og funktionelle dele i forbrugerprodukter, som skal være både stærke og dekorative.

Applikationerne omfatter:

• Dørhåndtag og -låse
• Baser til belysning
• Køkkengrej
• Værktøjshuse

Mange af disse dele har en tendens til at bruge zink- eller aluminiumlegeringer på grund af deres enestående overfladefinish og evne til at holde fine detaljer med lidt bearbejdning til støbning.

Gravitationsstøbningens alsidighed

Gravitationsstøbningens alsidighed ligger i evnen til at fremstille stærke, nøjagtige og komplekse metaldele fra forskellige industrier. Fra bil- og rumfartsindustrien til marine- og forbrugerprodukter er denne støbeproces en solid løsning, når strukturel integritet, overfladefinish, dimensionsnøjagtighed osv. har høj prioritet.

Anvendelsen af genanvendelige stålforme, ikke-jernholdige legeringer samt det tyngdekraftsfødte metalflow gør det til en effektiv og pålidelig løsning til de moderne produktionsbehov.

Fordele ved trykstøbning ved tyngdekraft

Der er flere vigtige fordele ved at bruge gravitationsstøbning:

• Bedre mekaniske egenskaber: 

Som følge af den mindre hurtige størkning bliver kornene mere ensartede i formen, og dermed opnås en høj styrke.

• Genanvendelige forme: 

Metalforme kan genbruges i tusindvis af cyklusser, hvilket reducerer omkostningerne pr. del.

• Forbedret overfladefinish: 

I modsætning til sandstøbning er det ikke kun en glattere finish, men kræver også mindre bearbejdning.

• God dimensionel nøjagtighed: 

Der kan opnås tolerancer i størrelsesordenen ±0,1 mm.

• Miljøvenlig: 

Gravitationsstøbning er også en bæredygtig proces, fordi de anvendte forme kan genbruges, og der opstår forholdsvis lidt affald.

På grund af disse fordele foretrækker mange producenter gravitationsstøbning frem for andre metoder som f.eks. sandstøbning, når der både kræves volumen og kvalitet.

Begrænsninger ved gravitationsstøbning

Gravitationsstøbningsprocessen har som alle andre processer et par ulemper, selv om den i sig selv er fordelagtig:

• Høje omkostninger til værktøj: 

Sammenlignet med trykstøbning er prisen for metalforme forholdsvis højere end sandforme.

• Begrænset til enkle former:

Disse delikate detaljer og underskæringer skal være hårde uden en kompleks kerne.

• Længere cyklustider: 

Den har en langsommere cyklustid sammenlignet med højtryksstøbning på grund af naturligt flow og afkøling.

• Kræver kvalificeret betjening: 

Temperatur- og tidshåndtag er afgørende for at undgå fejl.

Denne begrænsning bør tages i betragtning, når man beslutter sig for at bruge gravitationsstøbning til en bestemt del.

Konklusion

Tyngdekraftsstøbning er en praktisk, effektiv og præcis måde at fremstille metalemner på, især i ikke-jernholdige legeringer som aluminium og kobber. Ved at bruge tyngdekraften i stedet for et eksternt tryk giver processen en høj overfladekvalitet og dimensionsnøjagtighed samt et strukturelt sundt emne, og det er derfor, denne metode er populær i mange industrier.

Hvis du fremstiller dele til biler, rumfartskomponenter eller industrihuse, giver gravitationsstøbning dig et omkostningseffektivt og ensartet resultat. Gennem nøje kontrol af parametre som hældetemperatur, formtemperatur og indstillingslængde kan producenterne producere støbegods, der er højt specificeret med hensyn til ydeevne og pålidelighed.

I betragtning af det øgede behov for lette, stærke og miljøvenlige metaldele er Trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft er en vigtig teknologi i det moderne produktionsparadigme.