Hva er gravitasjonsstøping? Nøkkelinnsikt for produsenter

I dagens moderne produksjonsindustri er metallstøping svært viktig når det gjelder å produsere komponenter med komplekse geometrier av høy kvalitet. En av de mest effektive måtene å gjøre dette på er gravitasjonsstøping. Denne prosessen er en kombinasjon av presisjon, effektivitet og kostnadseffektivitet, og er derfor en foretrukket løsning for bransjer som bilindustrien, romfart og industrielt utstyr. I hovedsak innebærer gravitasjonsstøping å bruke tyngdekraften til å fylle opp en form av metall uten å måtte bruke høytrykksutstyr, noe som gjør prosessen ikke kompleks i oppsettet. Hvis du er ingeniørstudent, produksjonsleder eller bare er interessert i støpeteknologi, er det avgjørende å lære om gravitasjonsstøping for å få et generelt syn på metallproduksjon.

I denne artikkelen beskrives de grunnleggende prinsippene for gravitasjonsstøping av aluminium, hvordan det gjøres, viktige faktorer som temperatur og tid, hvilke typer materialer som brukes, samt fordeler og ulemper, sammen med vanlige bruksområder.

Hvordan fungerer gravitasjonsstøping av aluminium?

Aluminium tyngdekraftstøping er en prosess med permanent støping av støpeform som ofte brukes til produksjon av ikke-jernholdige aluminiummetalldeler. Aluminiumsgravitasjonsstøping innebærer at smeltet aluminiummetall helles i en gjenbrukbar metallform bare ved påvirkning av tyngdekraften. Ved å gjøre unna høytrykksstøping som bruker trykk på tusenvis av psi for å presse metall i formen, bruker tyngdekraftstøping bare naturlige gravitasjonskrefter, slik at smeltet metallegering kan strømme inn i hulrommene i formen uten begrensning.

Følgende er den typiske prosessen som involverer denne aktiviteten:

1. Etter å ha blitt forvarmet til 150-300 °C for å unngå termisk sjokk og fremme jevn flyt av metall, skyves metallformen (vanligvis laget av støpejern eller stål) mot metallstøpeformen.
2. Matriksen er dekket med et smøremiddel laget av keramikk eller grafitt for å sikre at det smeltede metallet ikke fester seg.
3. Smeltet metall (i form av aluminium, magnesium eller kobberlegering) som er varmet opp til ca. 650-750 °C (avhengig av type materiale), helles inn i matrisen.
4. Det smeltede metallet skyves inn i formhulen via en gran og fyller hele formen under påvirkning av tyngdekraften.
5. Støpeformen får støpegodset til å størkne i løpet av mellom 20 og 90 sekunder, avhengig av størrelse og materiale.
6. Deretter åpnes matrisen, og den skytes ut manuelt eller fjernes fra matrisen.
7. Før produktet ferdigstilles, skjæres overflødig materiale fra løpere og graner bort.

Siden prosessen innebærer bruk av tyngdekraft og ikke mekanisk trykk, er det enklere å sette opp utstyret, og vedlikeholds- og verktøykostnadene er vanligvis lavere.

Steg-for-steg-prosess for gravitasjonsstøping

Tyngdekraftstøpeteknikken er populær fordi den er enkel å gjenskape, og den kan også produsere metall av høy kvalitet med små toleranser. I motsetning til høytrykksstøping bruker den tyngdekraften alene og fyller formhulen, noe som gjør hele prosessen mer kostnadseffektiv og mekanisk mindre tungvint.

Nedenfor følger en trinnvis veiledning om hvordan gravitasjonsstøping av aluminium gjøres i et vanlig oppsett:

1. Klargjøring av støpeform

Den første prosessen i aluminium Gravity casting bruker i å forberede formen, eller ellers kjent som die. Stål eller støpejern brukes vanligvis til å lage disse matriser som er ment for gjentatt bruk. Formen rengjøres ordentlig etter at noe metall kan helles for å fjerne eventuelle rester som er igjen av tidligere støpegods.

Etter rengjøring forvarmes formen ved en temperatur på mellom 150 °C og 300 °C. Forvarmingen gjør at den smeltede aluminiumslegeringen ikke blir avkjølt for raskt ved kontakt, noe som kan føre til feil som kaldstuss eller utilstrekkelig fylling. Et slippmiddel, vanligvis et grafitt- eller keramikkbasert belegg, påføres den indre overflaten av formen. Dette har to funksjoner: Det sørger for at den smeltede aluminiumslegeringen ikke fester seg på formen, og det bidrar til en jevnere finish på sluttproduktet.

2. Smelting av aluminiumslegering

Etter at formen er klargjort, smeltes den valgte metallegeringen. Mengden metallegeringer plasseres i en ovn og smeltes til en temperatur som avhenger av legeringen. For eksempel ligger smeltepunktene for aluminiumslegeringer vanligvis i området 650 °C-750 °C, mens kobberbaserte legeringer kan kreve smeltepunkter på mellom 900 °C og 1100 °C.

Det er ekstremt viktig å ha nøyaktig kontroll over smeltetemperaturen. Overoppheting kan føre til økt oksidasjon eller gassabsorpsjon, mens underoppheting kan føre til ufullstendig fylling av formene eller dårlige mekaniske egenskaper.

3. Helling av smeltet metall legering

Når riktig smeltetemperatur er nådd, helles det smeltede metallet i den forvarmede formen. Ved gravitasjonsstøping brukes det ingen mekanisk kraft eller trykk. Tyngdekraften får aluminiumslegeringen til å strømme inn i støpeformens hulrom på naturlig vis gjennom et sett med spruter og porter.

Dette trinnet krever en langsom, kontrollert støping for ikke å skape turbulens, noe som kan fange opp gasser og føre til porøsitet i støpegodset. I noen avanserte systemer er det mulig å vippe formen svært sakte mens den helles - vippende gravitasjonsstøping - for å skape en jevn og jevn metallflyt.

4. Fyller formhulrommet

Når det smeltede metallet trenger inn i formen, fyller det alle deler av hulrommet under formen. Formens utforming er svært viktig på dette punktet. Riktig utformede grensesystemer vil fordele metallet slik at man unngår turbulens, kalde flekker eller områder med mulig krymping.

Siden tyngdekraften alene brukes til metallflyten, er det nødvendig at metallet helles med riktig hastighet og temperatur. Mangel på kontroll kan føre til feil som ufullstendige fyllinger eller kaldstanser - steder der to metallfronter berører hverandre, men ikke smelter sammen.

5. Størkning og avkjøling

Etter at hulrommet er fylt, begynner den smeltede metallegeringen å kjøle seg ned og bli fast. Avkjølingstiden avhenger av støpestørrelsen og kompleksiteten, samt hva slags metall som brukes. For eksempel kan små aluminiumsdeler stivne så tidlig som på 20-30 sekunder, mens store eller tykkere deler kan ta 60-90 sekunder og mer.

Kokillen er i de fleste tilfeller vannkjølt for å bidra til å kontrollere avkjølingshastigheten. Kontrollert avkjøling forbedrer kornstrukturen og reduserer indre spenninger, noe som gir sterkere og mer pålitelige støpegods.

6. Åpning av matriser og fjerning av deler

Formen åpnes etter at aluminiumslegeringen har størknet. Avhengig av design kan støpegodset fjernes manuelt eller støpes ut ved hjelp av trykket fra de mekaniske utstøtingspinnene som er integrert i formen. Ettersom det brukes en metallstøpeform, kan støpeformen gjenbrukes i tusenvis av sykluser, og prosessen er derfor kostnadseffektiv for middels til store volum.

Selv om det er nødvendig å fjerne deler, må man passe på at støpestykket eller formen ikke blir skadet. På dette tidspunktet har støpingen fortsatt overflødig materiale fra løpene og portene, som må fjernes i neste trinn.

7. Trimming og etterbehandling

Ved utstøping er det ofte ekstra metall som er festet til gran- og grensesystemet. Dette materialet skjæres av mekanisk ved hjelp av sag, saks eller slipeverktøy. Andre etterbehandlingsoperasjoner kan omfatte avgrading, sandblåsing, maskinering eller varmebehandling, alt etter hva som er nødvendig for å oppnå produktspesifikasjoner.

Formålet med denne fasen er å finpusse støpestykkets utseende, øke dimensjonsnøyaktigheten og forberede det for den endelige funksjonen eller monteringsarbeidet.

8. Inspeksjon og kvalitetskontroll

Den siste prosessen i gravitasjonsstøpemetoden er inspeksjon. Overflatefeil, dimensjonstoleranser og innvendige feil i støpegods testes på en pålitelig måte. Visuelle inspeksjoner utføres først, og avhengig av hva som er nødvendig, etterfølges de av andre mer avanserte teknikker som f.eks:

• Røntgentesting bestilles for å identifisere indre porøsitet eller krymping.
• Overflatesprekker ved hjelp av fargestoffpenetrerende testing.
• Ultralydtesting for strukturell konsistens
• Trykktesting, spesielt av komponenter som håndterer væsker

Bare de støpegodset som har bestått alle kvalitetskontrollene, blir frigitt for bruk eller levering til kundene. De avviste delene blir vanligvis smeltet om og resirkulert, noe som reduserer materialavfallet.

Typer av gravitasjonsstøping

Gravitasjonsstøping er en allsidig prosess som kommer i forskjellige former for å møte ulike delgeometrier, materialer og produksjon med ulike behov. Selv om essensen i ideen - å fylle en metallform ved hjelp av tyngdekraften - er bevart, har gravitasjonsstøpeprosessen spesifikke typer, eller rettere sagt, metoder som forskjellige produsenter bruker for å tilfredsstille en bestemt applikasjon.

1. Permanent støpeform for gravitasjonsstøping

Dette er den mest typiske tyngdekraftstøpingen. Produksjonen av store volumer med samme komponent gjøres ved hjelp av en gjenbrukbar metallform (for det meste i stål eller støpejern). Formen forvarmes og påføres deretter et slippmiddel og fylles med smeltet metall. Etter størkning tas komponenten ut av formen, som deretter resirkuleres.

Bruksområder: Komponenter til biler, rørdeler til rørledninger og pumpehus

Fordeler: Høy dimensjonsnøyaktighet, god overflatefinish og støpeform med lang levetid

2. Vippende gravitasjonsstøping

Formen skråstilles sakte under støpeprosessen ved denne metoden. Dette gjør at det smeltede metallet fyller formhulen sakte og jevnt, slik at man unngår turbulens og sjanser for inneslutning av gass eller kuldebroer.

Bruksområder: Tynnveggede komponenter eller deler som er utsatt for luftinneslutning

Fordeler: Forbedret indre soliditet, forbedret overflate og redusert forekomst av defekter

3. Lavtrykksgravitasjonsstøping (hybrid)

Teknisk sett er dette en egen kategori, selv om noen kan betrakte det som en variant der lavt gasstrykk (vanligvis 0,7 - 1,5 bar) påføres det smeltede metallet for å skyve det forsiktig inn i støpeformen. Det gir fordelene med enkelheten ved gravitasjonsstøping, i tillegg til noen fordeler med trykkontroll.

Bruksområder: Også hjul og strukturelle komponenter til kjøretøy er av høyintegrert støpegods.

Fordeler: Bedre kontroll over metallflyten, bedre mekaniske egenskaper

4. Sandkjerneassistert gravitasjonsstøping

Metoden innebærer bruk av sandkjerner som settes inn i metallformen og gjør det mulig å forme innvendige hulrom eller underskjæringer som det aldri ville vært mulig å lage med bare en solid metallform.

Bruksområder: Komplekse motorkomponenter, ventilhus

Fordeler: Gjør det mulig å produsere avanserte deler samtidig som du kan nyte godt av den forlengede levetiden til en permanent form. 

Tabell: Typer av gravitasjonsstøping

Materialer som brukes i gravitasjonsstøping 

Gravitasjonsstøping er en av de vanligste permanente støpeprosessene; den brukes mest i ikke-jernholdige legeringer. Materialene som er involvert i denne prosessen må ha høy flyteevne, moderate smeltepunkter og utmerket støpbarhet, slik at smeltet metall kan fungere uten defekter ved å kunne fylle formhulrommet. Siden gravitasjonsstøping kun bruker tyngdekraften til å fylle støpeformen uten et ytre trykk, er materialvalget en enda viktigere faktor for å oppnå dimensjonsnøyaktighet, overflatekvalitet og styrke. De viktigste materialene som brukes ved gravitasjonsstøping, er blant annet

Aluminiumslegeringer

Aluminium er det mest brukte materialet i kokillestøpeprosessen på grunn av sin lave vekt, eksepsjonelle korrosjonsbestandighet og enkle støping. Typiske aluminiumslegeringer inkluderer A356, AlSi12 og A319. Slike legeringer gir en god blanding av styrke, duktilitet og varmeledningsevne, noe som gjør dem egnet for bildeler som motorblokker, sylinderhoder, girkassehus og andre strukturstykker.

Aluminiumlegeringene som brukes til kokillestøping, smelter vanligvis ved en temperatur på mellom 660 °C og 750 °C. Det smeltede aluminiumet flyter jevnt inn i metallformen, og det avkjøles raskt, slik at det dannes en tett, finkornet struktur. Disse kan også forsynes med T5- eller T6-varmebehandling, noe som forbedrer den mekaniske ytelsen. Gravitasjonsstøping i aluminium gir høy dimensjonsnøyaktighet, god overflatefinish og lang levetid når formen er godt vedlikeholdt.

Kobberbaserte legeringer

Gravitasjonsstøping er også mulig med kobberlegeringer, spesielt bronse og messing. Disse materialene brukes der det er behov for høy slitestyrke, utmerket styrke og suveren termisk/elektrisk ledningsevne. Bronsestøpegods brukes for eksempel i områder som marine propeller, pumpehus og lagre, mens messing brukes i områder som rørleggerarmaturer og dekorativ maskinvare.

Når det gjelder smeltetemperaturer, ligger kobberbaserte legeringer høyere, i området 1000-1200 °C. Dette gjør at støpematerialet tåler termisk stress, og støpeprosessen forventes å være godt kontrollert for å forhindre oksidasjon og krympingsfeil. Gravitasjonsstøping med kobberlegeringer kan levere sterke deler med fremragende ytelse under ekstreme forhold, forutsatt at de kontrolleres på riktig måte.

Magnesiumlegeringer

Magnesiumlegeringer brukes i gravitasjonsstøping når det er viktig å utforme lette konstruksjoner, blant annet i romfart og bilindustrien. Noen av de vanligste legeringene er AZ91D, som kombinerer en god balanse mellom styrke, støpbarhet og korrosjonsbestandighet. Den største fordelen er den lave tettheten på ca. 1,8 g/cm³, noe som betyr at det er det letteste konstruksjonsmetallet som brukes.

Magnesiumlegeringer blir flytende ved ca. 600 °C - 650 °C. På grunn av den høye reaktiviteten bør de støpes i beskyttende omgivelser eller ved hjelp av flussmidler for å unngå oksidasjon og forbrenning. Gravitasjonsstøping gjør det likevel mulig å produsere magnesiumkomponenter med god presisjon og mindre svinn sammenlignet med andre formingsprosedyrer.

Sinklegeringer

Selv om sink er mer egnet for høytrykksstøpeprosesser, har det også blitt brukt til gravitasjonsstøping for spesifikke bruksområder, spesielt små, tettsittende deler med trangere toleranser. Sinklegeringer, som Zamak 3 og Zamak 5, er populære på grunn av det lave smeltepunktet (rundt 385 °C), den gode flytbarheten og muligheten til å gjenskape fine detaljer i støpeformene.

Gravitasjonsstøpegods av sink brukes i elektroniske produkter og forbrukerprodukter og mekaniske deler med lav belastning. Den største fordelen med å bruke sink i gravitasjonsstøping er muligheten til å lage skarpe kanter og fine funksjoner uten mange maskineringsprosesser. På grunn av den lave mekaniske styrken sammenlignet med aluminium eller kobber, kan den imidlertid bare brukes i ikke-strukturelle bruksområder.

Silisiumforsterkede aluminiumslegeringer

Silisiumrike aluminiumlegeringer som AlSi12 er ideelle for kokillestøping siden det tilsatte silisiumet øker flyteevnen, reduserer krymping og øker slitestyrken. Slike legeringer brukes i stor utstrekning i motordeler, bremseelementer og hydraulikkhus, der dimensjonsstabilitet og styrke er av stor betydning.

Silisiuminnholdet som ligger i området 7-12%, forbedrer legeringens evne til å fylle kompliserte støpeformer uten varmrivning eller gassporøsitet. Disse legeringene krystalliserer konsekvent, noe som gir færre defekter og lite etterbehandling.

Alternativer til gravitasjonsstøping

Kokillestøping er en vanlig teknikk for produksjon av metalldeler med middels til høyt volum og gode mekaniske egenskaper. Men det er ikke alltid det beste valget. En rekke faktorer som delkompleksitet, ønsket overflatefinish, kostnad og produksjonsvolum er avgjørende for valg av støpeteknikk. Produsenter kan i slike tilfeller ty til ulike alternative støpeprosesser. Nedenfor følger en nærmere gjennomgang av de viktigste alternativene til gravitasjonsstøping og deres styrker, svakheter og vanlige bruksområder.

Sandstøping

Den mest tradisjonelle og fleksible støpemetoden er sandstøping. Den innebærer at man arbeider med formhulen ved å tilberede en sandblanding som vanligvis er bundet av leire eller kjemiske bindemidler. Et mønster, som vanligvis er laget av tre eller metall, brukes til å forme sandformen. Etter at formen er formet, fylles smeltet metall inn i hulrommet.

Denne prosessen er spesielt godt egnet for små og mellomstore produksjonsvolumer, store deler eller deler med komplekse innvendige geometriske strukturer som ikke enkelt kan oppnås i massivt metall. Sandstøping er relativt billigere når det gjelder verktøykostnader, og egner seg derfor for prototyper eller spesialbestillinger.

Sandstøping gir imidlertid en mer robust etterbehandling og dårligere dimensjonsnøyaktighet sammenlignet med gravitasjonsstøping. Formen ødelegges etter hver bruk, og dermed blir produksjonstiden og materialsvinn høyere for store volumkjøringer. Likevel er sandstøping et fleksibelt alternativ når kostnadene for oppsett er lavt prioritert.

Høytrykksstøping

Ved høytrykksstøping (HPDC) sprøytes smeltet metall inn i en stålform under høyt trykk, dvs. mellom 600 og 1200 bar (1 trykk). Denne metoden gjør det mulig å skape intrikate former med stor dimensjonsnøyaktighet og høy overflatekvalitet ved høye hastigheter.

HPDC er spesielt nyttig ved produksjon av tynnveggede deler, som det ikke ville vært mulig å støpe med ren tyngdekraftsteknologi. Det er vanlig praksis i bilindustrien, elektronikkindustrien og hvitevarebransjen. De korte syklustidene og de høye automatiseringsnivåene gjør det kostnadseffektivt for produksjon av svært store volumer.

De største ulempene sammenlignet med gravitasjonsstøping er at verktøyene er uoverkommelig dyre, og at det er en tendens til gassinneslutning, noe som kan føre til porøsitet i det endelige støpte produktet. På grunn av det høye trykket er prosessen vanligvis begrenset til mindre komponenter og kan kanskje ikke brukes til større eller tykkere deler.

Lavtrykksstøping

Lavtrykksstøping (LPDC) er en modifisert versjon av gravitasjonsstøping. I stedet for bare å helle smeltet metall i formen, påføres et positivt trykk (mellom 0,7 og 1,5 bar) i ovnskammeret som får det smeltede metallet til å stige opp i formen gjennom et rør som kalles et stigerør.

Denne metoden gir bedre kontroll over metallflyten og minimerer risikoen for gassporøsitet. Den brukes ofte i applikasjoner som krever deler med høy integritet, som f.eks. bilhjul og strukturelle aluminiumsdeler. LPDC gir også bedre mekaniske egenskaper og lavere kassasjonsrate sammenlignet med gravitasjonsstøping.

Likevel har en slik økt kontroll sin pris. Teknologien er mer komplisert og kostbar, og prosessen tar lengre tid. Selv under slike forhold blir LPDC ofte valgt når det er behov for bedre støpekvalitet og indre integritet.

Sentrifugalstøping

Sentrifugalstøping innebærer at støpeformen roterer i høy hastighet samtidig som smeltet metall helles inn i den. Sentrifugalkraften tvinger metallet hardt opp mot formens vegger, noe som bidrar til å redusere porøsiteten og skape en ekstremt finkornet struktur.

Denne teknikken egner seg for sylindriske eller rørformede deler, det vil si rør, ringer og gjennomføringer. På grunn av den retningsbestemte krystalliseringen og den tette oppbygningen har de formede delene ofte høye mekaniske egenskaper og lave slitasjeegenskaper.

Sentrifugalstøping er imidlertid betydelig begrenset når det gjelder geometrien på delene - den kan bare brukes når det dreier seg om symmetriske former, og det er vanskelig å implementere komplekse innvendige funksjoner. Det innledende oppsettet og utstyret er også ganske spesialisert, noe som viser seg å være en barriere for noen av operasjonene. Når det gjelder runde deler med høy ytelse, er sentrifugalstøping imidlertid et godt alternativ sammenlignet med gravitasjonsstøping.

Investeringsstøping (støping med tapt voks)

Investeringsstøping, også kalt støping med tapt voks, er en prosess der man lager en voksform av delen som skal produseres, påfører et keramisk belegg og smelter ut voksen slik at det dannes et hulrom. Deretter helles varmt metall inn i dette hulrommet for å produsere den endelige delen.

Denne prosessen er svært verdifull fordi den gjør det mulig å lage svært intrikate og detaljerte deler med en nesten nett form. Den er perfekt for relativt små til mellomstore komponenter med høye krav til dimensjonsnøyaktighet og estetiske krav til overflatefinish, for eksempel turbinblader, romfartskomponenter og smykker.

Sammenlignet med tyngdekraftstøping har investeringsstøping en lavere produksjonshastighet og en høyere kostnad per del, spesielt når volumet er stort. Formene er også engangsformer og har større trinn. Men for kompliserte deler som ikke kan støpes ved hjelp av gravitasjonsstøping, er investeringsstøping normalt det beste alternativet.

Når skal man bruke alternativer?

Valget av det beste alternativet til kokillestøpingsprosessen avhenger av detaljens behov og produksjonsforholdene. Sandstøping vil for eksempel være ideelt for engangsdeler eller store, tunge deler. Høytrykksstøping egner seg for storskalaproduksjon der det er behov for grove detaljer. Lavtrykksstøping er perfekt hvis formålet krever forbedret indre integritet. Sentrifugalstøping er uovertruffen når det gjelder runde deler, mens investeringsstøping egner seg bedre til komplekse og svært presise emner.

Hver metode innebærer ulike avveininger når det gjelder pris, verktøy, hastighet og delkvalitet. Avgjørelsen ligger vanligvis i balansen mellom disse faktorene og det ferdige produktets funksjon og estetikk.

Prosessparametere: Temperatur, trykk og tid 

Flere tekniske parametere påvirker suksessen med gravitasjonsstøping:

1. Helletemperatur

Dette er vanligvis 650 - 750 °C for aluminiumslegeringer. Hvis det helles for varmt, kan det føre til gassinneslutning og porøsitet. Hvis det er for kaldt, kan det hende at metallet ikke kommer helt inn i formen.

2. Formtemperatur

Formene varmes normalt opp til 150 - 300 °C. Forvarmet form sørger for at metallet ikke stivner for tidlig, og at metallflyten blir jevnere.

3. Avkjølingstid

Metallet må få lov til å stivne før det fjernes etter støpingen. Avkjølingstiden varierer avhengig av legering og emnegeometri, men den ligger vanligvis mellom 20 og 90 sekunder.

4. Kun tyngdekraft (ingen eksternt trykk)

Gravitasjonsstøping bruker ingen ytre kraft sammenlignet med trykkstøping. Denne enkelheten bidrar til å redusere kostnader og slitasje på utstyr.

5. Smøring og belegg

Matrikkens overflater smøres for å gjøre det lettere å løsne og for å forbedre overflatefinishen. Noen av de typiske beleggene er bornitrid og grafittsuspensjoner.

Disse tre parameterne må kontrolleres svært godt for å optimalisere støpegods av høy kvalitet med minimale mangler som porøsitet, krymping og kaldstans.

Bruksområder for gravitasjonsstøping 

Gravitasjonsstøping er en av de populære metallstøpeprosessene som har funnet bred anvendelse i en rekke bransjer på grunn av sin evne til å produsere presise, langvarige og komplekse deler av ikke-jernholdige metaller. Prosessen gir høy repeterbarhet, gode mekaniske egenskaper og god dimensjonskontroll, noe som gjør den velegnet til både strukturelle og funksjonelle bruksområder. Nedenfor finner du de viktigste sektorene og noen eksempler på områder der gravitasjonsstøping brukes kritisk.

1. Bilindustrien

Bilindustrien er en av de største forbrukerne av gravitasjonsstøpte komponenter. Teknikken er perfekt for produksjon av deler som må ha styrke, varmebestandighet og dimensjonsstabilitet.

Viktige bruksområder inkluderer:

• Sylinderhoder og motorblokker
• Bremsekalipere og hovedsylindere
• Opphengsbeslag og bærearmer
• Girkassehus

Gravitasjonsstøping gjør det mulig å skape komplekse geometrier med glatte innvendige overflater, noe som er svært viktig for effektiv transport av væsker i motorer og bremser. Komponenter opererer i temperaturer på mellom 90 og 120 °C, men materialets styrke er et viktig designhensyn.

2. Luft- og romfart og luftfart

Vektreduksjon og pålitelighet er viktig i romfartsindustrien. Gravitasjonsstøping brukes til deler som skal være lette, men samtidig holdbare og uten kompromisser når det gjelder dimensjoner og utmattingsmotstand.

Typiske støpegods til romfart inkluderer:

• Monteringsbraketter
• Husets komponenter
• Luftkanalsystemer
• Motordeksler

Aluminium- og magnesiumlegeringer velges ofte til romfartsdeler på grunn av deres høye styrke/vekt-forhold. Støpegodset må tåle atmosfæriske belastninger, temperaturvariasjoner fra -55 °C til 125 °C under flyging, og mekaniske vibrasjoner under flyging.

3. Industrielle maskiner

Gravitasjonsstøping brukes i tunge maskiner og industrielt utstyr for å produsere deler som trenger styrke og slitestyrke under økt belastning.

Vanlige komponenter inkluderer:

• Girhus
• Pumpehus
• Kompressorhus
• Fordelerrør

Disse støpegodsene er vanligvis av aluminium- eller bronselegeringer, og noen av dem har varierende veggtykkelse og komplekse indre hulrom. Driftstrykket kan variere fra 10 bar opp til 150 bar, avhengig av systemet.

4. Skap for elektrisitet og elektronikk

Gravitasjonsstøping brukes til støping av varmebestandige og korrosjonssikre kapslinger for ømfintlige elektriske og elektroniske komponenter.

Typiske bruksområder:

• Motorhus
• Armaturhus for belysning
• Koblingsbokser
• Kjølefinner for strømforsyningsapparater

Komponentene må gi utmerket varmespredning og dimensjonsstabilitet, samtidig som de må hindre inntrengning av miljøfaktorer, inkludert støv og fuktighet. Aluminium-silisium-legeringer er mye brukt til disse formålene på grunn av deres varmeledningsevne og korrosjonsbestandighet.

5. Marine og skipsbygging

Marine applikasjoner krever materialer som er korrosjonsbestandige mot saltvann, og som også tåler konstant eksponering for fuktighet. Gravitasjonsstøping brukes til å lage sterke deler som fungerer pålitelig under slike omstendigheter.

Eksempler på dette er

• Propellhus
• Ventilhus
• Vannpumpehus
• Beslag og koblinger

Her er det vanlig å bruke bronse og aluminium-bronselegeringer. Disse støpegodsene er mer tilbøyelige til å være trykktette og fungerer under forhold med høy luftfuktighet, salteksponering og temperaturer fra 5 °C til 50 °C.

6. Landbruksutstyr

Gravitasjonsstøpte produkter er dekorert med innvendige kjølekanaler og er et verdifullt aspekt ved landbruksmaskiner på grunn av deres motstandskraft mot elementer som mekanisk støt, miljøslitasje og eksponering for gjødsel eller jord.

Gravitasjonsstøpte komponenter inkluderer:

• Hydrauliske ventilhus
• Deksel til girkasse
• Monteringsbraketter
• Kraftuttaksenheter (kraftuttakssystemer)

Disse enhetene arbeider vanligvis utendørs i et bredt temperaturområde (-20 °C til 50 °C) og må fungere selv under smuss, vibrasjoner og korrosive forhold.

7. Forbrukerprodukter og maskinvare

Gravitasjonsstøping brukes også til å produsere dekorative og funksjonelle deler i forbrukerprodukter, som skal være både sterke og dekorative.

Applikasjoner inkluderer:

• Dørhåndtak og -låser
• Lysbaser
• Kokekar
• Verktøyhus

Mange av disse delene er gjerne laget av sink- eller aluminiumlegeringer på grunn av deres eksepsjonelle overflatefinish og evne til å holde på fine detaljer med lite bearbeiding ved støping.

Allsidighet ved gravitasjonsstøping

Gravitasjonsstøpingens allsidighet ligger i evnen til å lage sterke, nøyaktige og komplekse metalldeler fra ulike bransjer. Denne støpeprosessen er en solid løsning for alt fra bil- og romfartsindustrien til marine- og forbrukerprodukter, der strukturell integritet, overflatefinish, dimensjonsnøyaktighet og så videre er av høyeste prioritet.

Bruken av gjenbrukbare stålformer, ikke-jernholdige legeringer samt tyngdekraftsmatet metallflyt gjør den til en effektiv og pålitelig løsning for moderne produksjonsbehov.

Fordeler med gravitasjonsstøping

Det er flere viktige fordeler ved å bruke gravitasjonsstøping:

• Bedre mekaniske egenskaper: 

Som et resultat av mindre rask størkning blir kornene mer ensartede i formen, og dermed oppnås høy styrke.

• Gjenbrukbare støpeformer: 

Metallformer kan gjenbrukes i tusenvis av sykluser, noe som reduserer kostnadene per del.

• Forbedret overflatefinish: 

I motsetning til sandstøping gir det ikke bare en jevnere finish, men krever også mindre maskinering.

• God dimensjonsnøyaktighet: 

Toleranser i størrelsesorden ±0,1 mm kan oppnås.

• Miljøvennlig: 

Gravitasjonsstøping er også en bærekraftig prosess fordi formene som brukes kan gjenbrukes, og det oppstår relativt lite avfall.

På grunn av disse fordelene foretrekker mange produsenter gravitasjonsstøping fremfor andre metoder, for eksempel sandstøping, når det stilles krav til både volum og kvalitet.

Begrensninger ved gravitasjonsstøping

Gravitasjonsstøpeprosessen har, som alle andre prosesser, noen ulemper, selv om den i seg selv er fordelaktig:

• Høye verktøykostnader: 

Sammenlignet med trykkstøping er prisen for metallformer relativt høyere enn sandformer.

• Begrenset til enkle former:

Disse delikate detaljene og underskjæringene bør være vanskelige uten en kompleks kjerne.

• Lengre syklustider: 

Sammenlignet med høytrykksstøping er syklustiden langsommere på grunn av naturlig flyt og avkjøling.

• Krever kvalifisert betjening: 

Temperatur- og tidshåndtak er avgjørende for å unngå defekter.

Denne begrensningen bør tas i betraktning når man bestemmer seg for å bruke gravitasjonsstøping til en bestemt del.

Konklusjon

Gravitasjonsstøping er en praktisk, effektiv og nøyaktig måte å produsere arbeidsstykker av metall på, særlig i ikke-jernholdige legeringer som aluminium og kobber. Ved å bruke tyngdekraften i stedet for ytre trykk gir prosessen høy overflatekvalitet og dimensjonsnøyaktighet, i tillegg til at den gir et strukturelt solid emne, og dette er grunnen til at denne metoden er populær i mange bransjer.

Hvis du produserer bildeler, romfartskomponenter eller industrihus, gir gravitasjonsstøping deg et kostnadseffektivt og konsistent resultat. Gjennom nøye kontroll av parametere som støpetemperatur, støpeformtemperatur og herdetid kan produsentene produsere støpegods som er høyt spesifisert når det gjelder ytelse og pålitelighet.

Med tanke på det økte behovet for lette, sterke og miljøvennlige metalldeler, har gravitasjonsstøping er en viktig teknologi i dagens produksjonsparadigme.