Den permanente formstøbningsproces er genbrug af formene til at lave dele, mens forbrugsformstøbning bruger engangsforme. Selv om smeltet aluminium er det oprindelige materiale i de to metoder, er der drastiske forskelle i materialets form og omformning, produktets styrke i sidste ende og omkostningsimplikationerne. 

Blandt de mange industrier, der bruger aluminium som et af de mest alsidige materialer, skal det bemærkes, at det er på grund af dets styrke-til-vægt-forhold, korrosionsfrihed og ledningsevne. Når aluminium skal omdannes til dele og komponenter, er der to hovedprocesser, der anvendes, nemlig permanent formstøbning og støbeformstøbning. Proceduren i begge processer er ikke den samme, og slutproduktet har sine egne mekaniske egenskaber, anvendelse og produktionsbehov.

Denne vejledning skal indeholde en anmodning om forskelle i proces, mekaniske egenskaber, omkostninger, anvendelser og miljøpåvirkninger for at kunne træffe en informeret beslutning om det næste projekt, du måske skal i gang med.

Sammenligning og kontrast mellem permanent formstøbning og permanent formstøbning

Hvad er permanent formstøbning?

Permanent formstøbning refererer til processen med at hælde smeltet aluminium i en metalform, som kan bruges til at skabe mange dele. Den er velegnet til fremstilling af dele, der kræver høj styrke og dimensionsnøjagtighed. Formmaterialet er som regel støbejern eller stål, så stoffet kan udsættes for varmen fra det smeltede aluminium i et stort antal cyklusser. Processen er ideel til masseproduktion af komponenter i mellemstore og store mængder.

Det er karakteristisk for permanent formstøbning:

• Der findes genanvendelige forme: Metalforme kan genbruges, og derfor er det økonomisk fordelagtigt at bruge dem til masseproduktion.
• Præcise mål: Formene har dimensioner af høj kvalitet.
• Styrke: Delene er stærkere sammenlignet med dem, der er skabt gennem andre støbeprocedurer.
• Overfladefinish: Det giver en overfladefinish af høj kvalitet, og efterprocesserne er reduceret til et minimum.

Almindelige anvendelser:

• Autodele som blokke, huse og beslag.
• Strukturelle dele af rumfartøjer.
• Industrielle dele med høj eller medium styrke.

Hvad er Expendable Mould Casting?

Støbning af støbeforme indebærer produktion af en form, som bliver ødelagt efter kun én anvendelse. Populære former er sandstøbning, investeringsstøbning og skalstøbning. Processen kan ofte bruges til udvikling af komplekse eller skræddersyede dele, som ikke kræver store mængder. Der er stor designfrihed sammen med materialevariabilitet i engangsforme.

Nogle af de vigtigste egenskaber ved Expendable Mould Casting:

• Støbeforme til engangsbrug: Formene bliver skrottet, når støbningen er færdig, og det øger prisen pr. enhed.
• Kompleks geometri: De er velegnede, når det drejer sig om at fremstille emner med en kompleks geometri eller internt.
• Reducerede materialeudgifter: Formene kan fremstilles i form af forskellige typer materialer, f.eks. sand eller keramik.
• Overfladebehandling: Overfladebehandling kan kræve yderligere efterbehandling.

Almindelige anvendelser:

• OEM og specialfremstillede dele og prototyper.
• Komponenter til rumfart og forsvar.
• Skulptur, kunst og dekorationsgenstande.

Produktionsprocesser

Perma-støbningsproces:

• Aluminiumssmeltningen: Aluminiumet smeltes i en ovn til flydende tilstand.
• Hældning i forme: Det flydende aluminium hældes i den permanente metalform.
• Afkøling og størkning: Aluminiummet afkøles og størkner i hulrummet.
• Fjernelse af skimmelsvamp: Formen fjernes, og støbegodset, som er blevet formet til emnets holdbarhed under støbeprocessen og på ingen måde er det svageste punkt, fjernes.
• Efterbehandling af støbning: Støbningen kan brændes, bearbejdes eller forfines efter behov.

Vigtige kendetegn:

• Ideel til at imødekomme komplekse designs.
• Høj produktionshastighed.
• Pengebesparende ved store mængder.

Formstøbningsprocessen kommer med Expendable:

• Forberedelse af formen: Engangsformen er lavet af materialer som sand, keramik eller muslingeskaller.
• Induktion af smeltning og hældning: Smeltet aluminium hældes i formen.
• Afkøling og størkning: Stykket får lov til at køle af og størkne.
• Destruktion af skimmelsvamp: For at skubbe den færdige del ud, ødelægges formen.
• Efterbehandling: Der kan være en ekstra bearbejdning/finish.

Vigtige kendetegn:

• Bedre egnet til at lave specialfremstillede dele eller dele i små mængder.
• At være i stand til at give indviklede designs og funktioner.
• Øge omkostningerne pr. enhed.

Mikrostruktur og mekaniske egenskaber

Mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af aluminium afhænger i høj grad af fremstillingsprocessen.

Kornstruktur

• Permanent formstøbning: Kornene i de permanente formstøbninger er meget fine og regelmæssige, og det skyldes den kontrollerede afkøling af metalformene. Det forbedrer styrken og de mekaniske egenskaber.
• Støbeform, der ikke kan bruges: I en støbeform til forbrug er korntendensen mindre ensartet, kornet er større, og derfor er der mindre styrke og duktilitet.

Porøsitet og defekter

• Permanent formstøbning: Metalforme bruges til at mindske de indre porer og interne defekter i støbningen, hvilket gør den stærk og pålidelig.
• Støbeform, der ikke kan bruges: De har en form, der er porøs, og som derfor kan tillade interne defekter som gasporøsitet eller krympningshulrum i delen, hvilket gør, at den fungerer dårligt under stress.

Mekanisk ydeevne

Tabel 1: Mekanisk ydeevne

De permanente formstøbningsrobotter Materialer

Metalforme

Formene til permanent formstøbning er normalt baseret på stål, støbejern eller legeret stål. De vælges i kombination med sådanne højtemperatur- og cyklusresistente materialer. Stålforme foretrækkes især på grund af deres holdbarhed og styrke, mens støbejernsforme giver god varmeledning.

Metals – the casting

De mest almindeligt anvendte metaller til fremstilling af støbegods er

• Aluminium: Det er blødt, let og har korrosionsbestandige egenskaber, som er perfekte til anvendelser med høj styrke.
• Magnesium: Klassificeret som et let, men stærkt metal, der er populært i luftfarts- og endda bilindustrien.
• Zink: Det har god styrke/duktilitet, og det anvendes ofte til trykstøbning i store mængder.
• Disse metaller kombineret med holdbare støbeforme giver stærke, præcise og ensartede støbninger.

Råmaterialer til støbning med brugbar form

Formmaterialer

Ved støbning med engangsforme ofres formene, hver gang formen bruges. De kan bestå af mange typer forme, så støbeteknikken varierer:

• Sand: Den mest udbredte anvendelse af sand er til sandstøbning, hvor en blanding af kvartssand og bindemidler bruges til at lave formen.
• Keramik: Anvendes til investeringsstøbning, og fine pulvere af keramik fremstilles til skaller for at støbe metal med høj præcision.
• Gips og skaller: De anvendes til støbning med tabt voks og skalstøbning til fremstilling af dele med fine detaljer og snævre tolerancer.

Metals – the casting

Forbrugsstøbeformen har et bredt spektrum af metaller, der kan bruges efter eget valg, herunder:

• Aluminium: Aluminium er kendt for sin lette vægt og alsidighed og bruges ofte som industrielt materiale i dele af bilindustrien og i forbrugerprodukter.
• Stål og jern: De anvendes i vid udstrækning i sand- og investeringsstøbningsprocessen i form af industrielle maskiner, værktøjer og konstruktionsdele.
• Messing og bronze: Ideel til støbning af komplekse dele som pyntegenstande, ventiler og fittings.
• Titanium: Titanium er dyrere, men det anvendes til særlige formål som f.eks. rumfart og implanterbart medicinsk udstyr, da det er både stærkt og korrosionsbestandigt.
• Krav: Forbrugsformene skal være lavet af et materiale, der passer til emnets kompleksitet og det metal, der skal støbes, samt til produktionens krav.

Typer af permanente støbeforme

1. Støbning af permanent form ved hjælp af tyngdekraft

Ved permanent formstøbning med tyngdekraft hældes det smeltede metal i et genanvendeligt formhulrum, der refererer til tyngdekraften. Den bruges til at fremstille enkle dele af høj kvalitet med god overfladefinish. Det er velegnet til metaller som aluminium og magnesium, og det er almindeligt anvendt, når der skal udføres arbejde med moderat styrke og detaljer.

2. Permanent lavtryksform (LOPRVM)

Lavt tryk. Det smeltede metal i permanent lavtryksstøbning sprøjtes ind i en form ved et lavt tryk, hvilket gør det lettere at fylde hulrummet i komplekse former med en glat overfladefinish. Processen anvendes ofte til aluminiumslegeringer og magnesiumlegeringer og er velegnet, når emnerne har et højt niveau af mekaniske egenskaber og tætte tolerancer.

3. Permanent højtryksstøbning (HPDC)

Denne metode indebærer trykindsprøjtning af smeltet metal i en form, hvilket giver en hurtig opfyldning og en meget effektiv proces. Den finder bred anvendelse i storskalafremstilling af dele som f.eks. bildele og dele, hvor der er behov for præcision, styrke og en glat, færdig overflade.

4. Trykstøbning

Trykstøbning er en permanent formstøbning; efter at formen er fyldt med det smeltede metal, presses dette metal ud af formen. Det bruges hovedsageligt til fremstilling af store mængder af komplekst formede dele, f.eks. bildele, og almindelige trykstøbte metaller omfatter aluminium, zink og magnesium.

Typer af støbeforme til forbrug

1. Sandstøbning

En af de mest udbredte og universelle støbeprocesser er sandstøbning. Det indebærer dannelsen af en form, der er lavet af en blanding af sand, ler og vand. Smeltet metal hældes derefter i en form, efter at formen er forberedt. Støbning af store dele ved hjælp af sandstøbning er perfekt og anvendes i vid udstrækning i metaller som aluminium, jern og stål. Den kan anvendes til produktion af små og mellemstore mængder.

2. Investeringsstøbning (støbning med tabt voks)

Der anvendes en investeringsstøbning, som er lavet i form af et keramisk skalmønster, der er adskilt fra et voksmønster. Når mønsteret er fjernet efter smeltning, hældes smeltet metal i formen. Denne metode er bedst, når delene er meget detaljerede, og den egner sig godt til industrier, der fremstiller luftfartsprodukter, medicinsk udstyr og smykker. Investeringsstøbning er i stand til at behandle høj præcision og kompleks geometri.

3. Støbning af skalform

Skalstøbning er en proces, hvor en ekstremt tyndvægget form påføres et hus, der er formet ved at belægge et såkaldt mønster, som er et tyndt lag sand og klæbemiddel. Når formen er støbt, tages mønsteret af, og hulrummet fyldes med smeltet metal. Det anvendes ofte til mindre, detaljerede dele og har en overlegen produktfinish i forhold til Sandstøbning. Det anvendes mest i aluminium-, messing- og stållegeringer.

4. Støbning med tabt skum

Når et skummønster er formen, kaldes det støbning med tabt skum. Skummønsteret har en keramisk skal, og når smeltet metal hældes i formen, smelter skummet af og fordamper. Dette gøres for det meste, når der er tale om støbning af komplekse former, og de mest almindelige industrier med denne type støbning er bil- og rumfartsindustrien.

5. Centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning Centrifugalstøbeprocessen består i at hælde det smeltede metal i en roterende form. Centrifugalkraften slynger metallet mod formens yderside, og det skaber en kompakt, stærk støbning. Denne teknik anvendes til fremstilling af cylindriske emner som rør og bøsninger, især i støbejern, stål og bronze.

Anvendelser

Anvendelser af permanent formstøbning:

De dele, der fremstilles med permanent formstøbning, er velegnede til brug, hvor der kræves høj styrke, præcision og holdbarhed. Det er velegnet til mellemstore og store produktionsmængder i f.eks. bilindustrien, luft- og rumfart og industriel maskinproduktion.

Almindelige anvendelser:

• Motorblokke til biler:  Designet af køretøjsblokken i en motor med en kompliceret indre geometri.
• Komponenter til luft- og rumfart: Strukturelle dele, der er lette og har stor styrke.
• Industrielt udstyr: Komponenter med høj ydeevne, f.eks. pumper og pumpehuse samt beslag.

Anvendelser af støbeforme til brug:

Støbning af støbeforme har været et ideelt valg, når der designes projekter med lav volumen, specialfremstillede produkter eller prototyper, og fleksibilitet i designet er afgørende. Det er blevet almindeligt i industrier som rumfart og forsvar og ved fremstilling af specialprodukter.

Almindelige anvendelser:

• Komponenter til luft- og rumfart: Specialdele, som omfatter turbineblade og motordele.
• Forsvar: Unikt formede specialfremstillede dele i militær kvalitet.
• Kunst og skulptur: Design og personalisering eller anvendelse af kunstprodukter.

Pris og effektivitet, Omkostninger og produktionseffektivitet, Omkostninger og produktionseffektivitet

Permanent formstøbning:

• Opstartsomkostninger: Meget dyr fremstilling af metalforme.
• Omkostninger pr. enhed: lavere omkostninger pr. del ved produktion af store mængder.
• Produktionshastighed: Det er hurtigere, når der er tale om store produktionsserier.
• Holder længe: Formene af metal kan holde længe, hvilket resulterer i en omkostningsreduktion i det lange løb.

Støbt-metal-værktøjs-udvidelig-form

• Opstartsomkostninger: Lave omkostninger til værktøj, der bruges til engangsforme.
• Omkostninger pr. enhed: Det er dyrere med en høj omkostning pr. del for producenten på grund af engangsforme.
• Produktionshastighed: Opbremsningen sker, fordi produktionen indebærer fremstilling af forme og længere køleprocesser.
• Holdbarhed: Støbeforme producerer kun en enkelt enhed, hvilket øger omkostningerne pr. produceret stykke.

Miljømæssige overvejelser

Energiforbrug

• Permanent formstøbning: Det kræver som regel mindre energi, end det er tilfældet med metalforme.
• Støbeform, der ikke kan bruges: Energitilførslen pr. enhed er større, især for de komplicerede forme.

Udnyttelse af materialer

• Permanent formstøbning: Materialeflowet er godt med lidt spild.
• Støbeform, der ikke kan bruges: Brugen af forme udsætter dem for mere materialespild, da de kun bruges én gang.

Genanvendelighed

• Permanent formstøbning: Aluminium er let at genbruge, og man tjener penge efter brug.
• Støbning af støbeforme: Formene vil i de fleste tilfælde ikke kunne genbruges, selv om aluminium kan genbruges. 

Hvornår skal man foretrække permanent formstøbning frem for støbeform til engangsbrug?

• Produktion i store mængder: En permanent formstøbning er mere økonomisk ved produktion af store mængder, da formene kan bruges flere gange, og den giver også hurtige produktionshastigheder.
• Elementer af høj styrke: I tilfælde, hvor det endelige produkt skal have en høj styrke, snævre tolerancer og få indre defekter, er en permanent formstøbning den foretrukne løsning.
• Anvendelse af komponenter: Permanent formstøbning er at foretrække til komplekse geometrier, hvor der ikke skal opnås nogen kompleksitet internt i komponenternes anvendelse, som f.eks. i bildele og i industrien.
• Lange produktionscyklusser: Langtidsproduktionsprojekter, der overvejer brugen af formen og genbrug af formene på lang sigt, bør også bruge permanent formstøbning, da det er effektivt på lang sigt.

Situationen, hvor man vælger støbeform til forbrug i stedet for permanent støbeform

• Lavt volumen eller lavet på bestilling: Lavt volumen eller lavet på bestilling med lave indledende værktøjsomkostninger, hvilket var svagheden ved støbning af engangsforme.
• Geometrier og indviklede designs: Hvis emnet har komplicerede indvendige systemer eller meget detaljerede designs og former, som kan være svære at opnå ved hjælp af permanente forme, er støbning med brugbare forme velegnet.
• Højtemperaturlegeringer: Støbning i ekspanderbar form kan indgå, når der skal støbes et metal eller en legering, som smelter ved en ekstremt høj temperatur, som stål eller titanium, da det normalt kun er metaller med lave smeltepunkter, som aluminium eller zink, der kan støbes i permanent form.
• Prototyper og engangsprodukter: Hvis en bestemt virksomhed afprøver et nyt design i sit produkt, eller hvis der er behov for en enkeltstående specialkomponent, er det bedre at bruge engangsforme, da omkostningerne ved at fremstille formene er lavere.

GC Precision Mold: Formfremstilling af høj kvalitet

Virksomheden GC Precision Mould leverer design, fremstilling og konstruktion af specialforme, der specifikt opfylder behovene i en af følgende industrier: bil-, rumfarts-, elektronik- og medicinsk udstyrsindustrien. Vi har de bedste fagfolk, der kan skabe forme af enestående kvalitet og præcision takket være brugen af moderne teknologier og de mest sofistikerede værktøjer. Du har måske brug for en prototypeform eller høj produktion; uanset dit behov for en form, er vi omkostningseffektive og pålidelige. Kvalitet og kundetilfredshed er centralt for vores virksomhed, GC Precision Mould, og vi vil sikre, at alle projekter, vi påtager os, udføres efter høje standarder, der kan gøre det muligt for vores kunder at opnå gode resultater.

Konklusion

Permanent formstøbning og forbrugsformstøbning har hver deres fordele i henhold til formålet og kravene til skabelsen. Det kan bemærkes, at permanent formstøbning skal bruges i mellem- til højvolumenproduktion, der kræver vægt på præcision og et stort detaljeringsniveau, mens forbrugsformstøbning skal bruges, når der kræves mere fleksibilitet til at skabe komplekse designs, brugerdefinerede dele og produktion af lave mængder.

Når man skal vælge mellem de to processer, skal man tage hensyn til de nødvendige materialeegenskaber, den ønskede produktionsmængde, prisen og designets kompleksitet. Når man kender både styrkerne og manglerne ved alle metoderne, betyder det, at producenterne har mulighed for at vælge den bedste støbemetode til det pågældende projekt og dermed garantere en effektiv produktion med et slutprodukt, der udviser den bedste ydeevne.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvilken er billigst til casting af store produktioner?

Den permanente formstøbning bliver billigere ved produktion af store mængder, da formene kan bruges igen og igen, hvilket giver en kortere produktionsproces.

2. Er det muligt at bruge komplekst design i støbning af forbrugsvarer?

Ja, støbeformen er den bedste til at fremstille komplekse og komplicerede designs, som f.eks. dele med indvendige geometrier.

3. Hvilken støbeproces er bedst, når det gælder styrke?

Støbning med permanent form vil normalt resultere i bedre dele, og støbning med engangsform kan bruges i højstyrkeapplikationer, især inden for rumfart og forsvar.

4. Er der materialespild i de to former for støbning?

Ved støbning med engangsforme er der mere spildmateriale, fordi formene kun bruges én gang, sammenlignet med brug af permanente forme, hvor der er mindre spild.