Ved støping av permanente støpeformer gjenbrukes formene til å lage deler, mens man ved støping av forbruksformer bruker engangsformer. Selv om smeltet aluminium er det opprinnelige materialet i de to metodene, er det drastiske forskjeller i form og omforming av materialet, styrken på produktet til slutt og kostnadskonsekvensene. 

Aluminium er et av de mest allsidige materialene som brukes i mange bransjer, og det er på grunn av styrke/vekt-forholdet, korrosjonsfriheten og ledningsevnen. Når aluminium skal omformes til deler og komponenter, er det to hovedprosesser som brukes, nemlig permanent støping og støping av støpeform. Fremgangsmåten i begge disse prosessene er ikke den samme, og sluttproduktet har sine egne mekaniske egenskaper, bruksområder og produksjonsbehov.

Denne veiledningen skal inneholde en forespørsel om forskjeller i prosess, mekaniske egenskaper, kostnader, bruksområder og miljøpåvirkning, slik at du kan ta en informert beslutning om det neste prosjektet du skal gjennomføre.

Sammenligning og kontrast mellom støping av permanent og støping av forbruksform

Hva er permanent støpegods?

Permanent støping er en prosess der smeltet aluminium helles i en metallform, som kan brukes til å lage mange deler. Den egner seg godt til produksjon av deler som krever høy styrke og dimensjonsnøyaktighet. Formens materiale er vanligvis støpejern eller stål, slik at materialet kan utsettes for varmen fra det smeltede aluminiumet over et stort antall sykluser. Prosessen er ideell for masseproduksjon av komponenter i middels til store volumer.

Karakteristisk for den permanente støpeformen er:

• Det finnes gjenbrukbare former: Metallformer er gjenbrukbare, og det er derfor økonomisk å bruke dem til masseproduksjon.
• Nøyaktige dimensjoner: Formene har dimensjoner av høy kvalitet.
• Styrke: Delene er sterkere sammenlignet med de som lages ved hjelp av andre støpeprosedyrer.
• Overflatebehandling: Det fører til overflatefinish av høy kvalitet, og etterprosessene reduseres til et minimum.

Vanlige bruksområder:

• Bildeler som blokker, hus og braketter.
• Strukturelle deler av romfartøyer.
• Industrielle deler med høy eller middels styrke.

Hva er støping av støpeformer?

Støping av støpeformer innebærer produksjon av en støpeform som ødelegges etter bare én påføring. Populære metoder er sandstøping, investeringsstøping og skallstøping. Prosessen kan ofte brukes i utviklingen av komplekse eller skreddersydde deler, som ikke trenger store kvanta. Det er stor designfrihet og stor materialvariabilitet i forbruksformer.

Noen viktige egenskaper ved støping av støpeform:

• Former til engangsbruk: Formene skrotes når støpingen er ferdig, og dette øker prisen per enhet.
• Kompleks geometri: Disse er egnet når det gjelder produksjon av deler med kompleks geometri eller internt.
• Reduserte materialkostnader: Formene kan lages av ulike typer materialer, f.eks. sand eller keramikk.
• Overflatebehandling: Overflatebehandling kan kreve ytterligere etterbehandling.

Vanlige bruksområder:

• OEM- og spesialtilpassede deler og prototyper.
• Komponenter til romfart og forsvar.
• Skulpturer, kunst og dekorasjonsartikler.

Produksjonsprosesser

Perma støpeprosess:

• Aluminiumsmeltingen: Aluminiumet smeltes i en ovn til flytende tilstand.
• Helles i former: Det flytende aluminiumet helles i den permanente metallformen.
• Avkjøling og størkning: Aluminiumet kjøles ned og stivner i hulrommet.
• Fjerning av mugg: Formen fjernes, og støpegodset som har blitt formet etter detaljens holdbarhet under støpeprosessen, og som på ingen måte er det svakeste punktet, fjernes.
• Etterbehandling av støping: Støpegodset kan brennes, bearbeides eller foredles etter behov.

Nøkkelegenskaper:

• Ideell for å møte komplekse design.
• Høy produksjonstakt.
• Pengebesparende for store mengder.

Mold Casting Process kommer med Expendable:

• Formforberedelse: Engangsformen er laget av materialer som sand, keramikk eller skjell.
• Induksjonssmelting og helling: smeltet aluminium helles i formen.
• Avkjøling og størkning: Stykket får lov til å kjøle seg ned og stivne.
• Destruksjon av mugg: For å støte ut den ferdige delen, ødelegges formen.
• Etterbehandling: Det kan være en ekstra bearbeiding/etterbehandling.

Nøkkelegenskaper:

• Bedre egnet til å lage spesialtilpassede deler eller deler i små volumer.
• Å kunne gi intrikate design og funksjoner.
• Øker kostnaden per enhet.

Mikrostruktur og mekaniske egenskaper

Mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til aluminiumet avhenger i stor grad av produksjonsprosessen.

Kornstruktur

• Permanent støping av støpeform: Kornene i de permanente støpeformene er svært fine og regelmessige, noe som skyldes den kontrollerte nedkjølingen av metallformene. Dette forbedrer styrken og de mekaniske egenskapene.
• Støping av støpeformer: I en støpeform som kan brukes, er korntendensen mindre jevn, kornet er større, og derfor er det mindre styrke og duktilitet.

Porøsitet og defekter

• Permanent støping av støpeform: Metallformer brukes for å redusere de indre porene og interne feilene i støpegodset, noe som gjør det sterkt og pålitelig.
• Støping av støpeformer: De har en forbruksform som er porøs, noe som kan føre til at indre defekter som gassporøsitet eller krymping kommer inn i delen, noe som gjør at den fungerer dårlig under påkjenninger.

Mekanisk ytelse

Tabell 1: Mekanisk ytelse

De permanente støperobotene for støping av støpeformer Materialer

Støpeformer av metall

Formene til permanent støping er vanligvis basert på stål, støpejern eller legert stål. De velges i kombinasjon med materialer som tåler høye temperaturer og sykluser. Stålformer foretrekkes spesielt på grunn av deres holdbarhet og styrke, mens støpejernsformer gir god varmeledning.

Metaller - støpingen

De vanligste metallene som brukes til å produsere støpegods i permanente støpeformer, er

• Aluminium: Det er mykt, lett og har korrosjonsbestandige egenskaper, noe som er perfekt i bruksområder med høye krav til styrke.
• Magnesium: Klassifisert som et lett, men sterkt metall, populært i luftfarts- og til og med bilindustrien.
• Sink: Den har god styrke/duktilitet, og den brukes ofte i pressstøping av store volumer.
• Disse metallene, kombinert med holdbare støpeformer, gir sterke, presise og konsistente støpegods.

Råmaterialer i støping med forbruksform

Materialer

Ved støping med forbruksform ofres formene hver gang formen brukes. De kan bestå av mange typer støpeformer, så støpeteknikken varierer:

• Sand: Den mest utbredte bruken av sand er ved sandstøping, der en blanding av silikasand og bindemidler brukes til å lage støpeformen.
• Keramikk: Brukes i anvendelsen av investeringsstøping, og fine pulver av keramikk er produsert i skall for å støpe metall med høy presisjon.
• Gips og skjell: De brukes i støpeprosessen med tapt voks og skallstøping for å produsere deler med fine detaljer og små toleranser.

Metaller - støpingen

Støping av støpeformer har et bredt spekter av metaller som kan brukes etter eget valg, blant annet

• Aluminium: Aluminium er kjent for sin lette vekt og allsidighet, og brukes ofte som industrielt materiale i deler av bilindustrien og i forbrukerartikler.
• Stål og jern: De er mye brukt i sand- og investeringsstøpeprosessen når det gjelder industrielle maskiner, verktøy og strukturelle deler.
• Messing og bronse: Ideell til støping av komplekse deler som pyntegjenstander, ventiler og beslag.
• Titan: Titan er dyrere, men det brukes til spesielle formål som romfart og implanterbart medisinsk utstyr, fordi det er både sterkt og korrosjonsbestandig.
• Krav som stilles: Forbruksformene bør være laget av et materiale som er egnet for delens kompleksitet, metallet som skal støpes og produksjonskravene.

Typer av permanente støpeformer

1. Gravitasjon Permanent støping av støpeform

Ved permanent støping med tyngdekraft helles det smeltede metallet inn i et gjenbrukbart formhulrom som refererer til tyngdekraften. Den brukes til å lage enkle deler av høy kvalitet og med god overflatefinish. Den egner seg for metaller som aluminium og magnesium, og den brukes ofte der det skal utføres arbeid med moderat styrke og detaljrikdom.

2. Permanent lavtrykksform (LOPRVM)

Lavt trykk. Ved lavtrykksstøping sprøytes det smeltede metallet inn i en støpeform ved lavt trykk, noe som gjør det lettere å fylle hulrommet i komplekse former med en jevn overflatefinish. Prosessen brukes vanligvis på aluminiumlegeringer og magnesiumlegeringer, og egner seg godt der delene har høye mekaniske egenskaper og små toleranser.

3. Permanent støping under høyt trykk (HPDC)

Denne metoden innebærer at smeltet metall injiseres under trykk i en form, noe som gir rask fylling og en svært effektiv prosess. Den finner bred anvendelse i storskalaproduksjon av deler som bildeler og deler der det er behov for presisjon, styrke og en glatt overflate.

4. Pressstøping

Pressstøping er en permanent støpeform; etter at formen er fylt med smeltet metall, presses dette metallet ut av formen. Metoden brukes hovedsakelig til produksjon av store volumer av komplekst formede deler, f.eks. bildeler, og de vanligste metallene som støpes under trykk er aluminium, sink og magnesium.

Støping av støpeformer for forbruk

1. Sandstøping

En av de mest brukte og universelle støpeprosessene er sandstøping. Det innebærer dannelse av en form som er laget av en blanding av sand, leire og vann. Etter at formen er klargjort, helles smeltet metall i formen. Sandstøping er perfekt for støping av store deler og er mye brukt i metaller som aluminium, jern og stål. Det kan brukes i produksjon av små og mellomstore volumer.

2. Investeringsstøping (Lost-Wax-støping)

Det brukes en investeringsstøpeform, som er laget i form av et keramisk skallmønster som er separert fra et voksmønster. Etter at mønsteret er fjernet etter smelting, helles smeltet metall i formen. Denne metoden egner seg best når delene er svært detaljerte, og den passer godt i bransjer som produserer luftfartsprodukter, medisinsk utstyr og smykker. Investeringsstøping er i stand til å behandle høy presisjon og kompleks geometri.

3. Støping av skallform

Støping av skallform er en prosess der en ekstremt tynnvegget form påføres et hus som er formet ved å belegge et såkalt mønster, som er et tynt lag med sand og lim. Etter at formen er støpt, tas mønsteret av, og hulrommet fylles med smeltet metall. Denne metoden brukes ofte til mindre, detaljerte deler og har en overlegen produktfinish i forhold til sandstøping. Det brukes mest i aluminium-, messing- og stållegeringer.

4. Støping med tapt skum

Når et skummønster er støpeformen, kalles det tapt skumstøping. Skummønsteret er keramisk skallet, og når smeltet metall helles i formen, smelter skummet av og fordamper. Dette gjøres for det meste når det er snakk om støping av komplekse former, og de vanligste industriene som tilbyr denne typen støping, er bil- og luftfartsindustrien.

5. Sentrifugalstøping

Sentrifugalstøping Sentrifugalstøpeprosessen består i å helle det smeltede metallet inn i en roterende støpeform. Sentrifugalkraften slynger metallet mot yttersiden av formen, og dette skaper en kompakt og sterk støpeform. Denne teknikken brukes til produksjon av sylindriske emner som rør, slanger og gjennomføringer, spesielt i støpejern, stål og bronse.

Bruksområder

Bruksområder for støping av permanent støpeform:

Delene som lages ved hjelp av permanent støping, er egnet for bruk der det kreves høy styrke, presisjon og holdbarhet. Den egner seg for produksjon av mellomstore og store volumer i f.eks. bilindustrien, romfartsindustrien og industriell maskinproduksjon.

Vanlige bruksområder:

• Motorblokker til biler:  Utformingen av kjøretøyblokken til en motor med komplisert innvendig geometri.
• Luft- og romfartskomponenter: Strukturelle deler som er lette og har høy styrke.
• Industrielt utstyr: Komponenter med høy ytelse, for eksempel pumper og pumpehus, samt braketter.

Bruksområder for støping av støpeformer:

Støping av støpeformer har vært et ideelt valg når det gjelder prosjekter med lave volumer, spesialtilpassede produkter eller prototyper, der fleksibilitet i utformingen er avgjørende. Det har blitt vanlig i bransjer som romfart, forsvar og produksjon av spesialtilpassede produkter.

Vanlige bruksområder:

• Luft- og romfartskomponenter: Spesialdeler som inkluderer turbinblader og motordeler.
• Forsvar: Unikt formede spesialtilpassede deler av militær kvalitet.
• Kunst og skulptur: Design og personalisering eller bruk av kunstprodukter.

Pris og effektivitet, Kostnads- og produksjonseffektivitet, Kostnads- og produksjonseffektivitet

Permanent støping av støpeform:

• Oppstartskostnader: Svært kostbar produksjon av metallformer.
• Kostnad per enhet: lavere kostnad per del ved produksjon av store volumer.
• Produksjonshastighet: Det går raskere ved store produksjonsserier.
• Varer lenge: Støpeformene av metall har lang levetid, noe som gir kostnadsreduksjoner i det lange løp.

Støpt-metall-verktøy-ekstenderbar-form

• Oppstartskostnader: Lave kostnader for verktøy som brukes på forbruksformer.
• Kostnad per enhet: Det er dyrere med en høy kostnad per del for produsenten på grunn av engangsformer.
• Produksjonshastighet: Nedgangen skyldes at produksjonen innebærer produksjon av støpeformer og lengre nedkjølingsprosesser.
• Holdbarhet: Støpeformene produserer bare én enhet, noe som øker kostnadene per produsert enhet.

Miljøhensyn

Energibruk

• Permanent støping av støpeform: Det krever som regel mindre energi enn det som er effektivt med metallformer.
• Støping av støpeformer: Energiforbruket per enhet er større, særlig for de mer kompliserte formene.

Utnyttelse av materialer

• Permanent støping av støpeform: Materialflyten er god med lite svinn.
• Støping av støpeformer: Bruken av støpeformer fører til mer materialsvinn ettersom de bare brukes én gang.

Resirkulerbarhet

• Permanent støping av støpeform: Aluminium er lett å resirkulere, og man tjener penger etter bruk.
• Støping av støpeformer: Formene vil i de fleste tilfeller ikke være resirkulerbare, selv om aluminium kan resirkuleres. 

Når bør man foretrekke permanent støping fremfor støping av støpeformer til engangsbruk?

• Produksjon i store volumer: En permanent støpeform er mer økonomisk i høyvolumproduksjon siden formene kan brukes gjentatte ganger, og den gir også rask produksjonstakt.
• Elementer av høy styrke: I tilfeller der sluttproduktet skal ha høy styrke, små toleranser og få indre defekter, er permanent støping det beste alternativet.
• Anvendelse av komponenter: Permanent støping er å foretrekke ved komplekse geometrier der det ikke er nødvendig å oppnå kompleksitet internt i komponentens bruksområde, som for eksempel i bilindustrien og industrien.
• Lange produksjonssykluser: Langtidsproduksjonsprosjekter som tar hensyn til bruk av støpeformen og gjenbruk av formene på lang sikt, bør også bruke permanent støping, ettersom det er langsiktig og effektivt.

Situasjonen for å velge støping av forbruksstøpeform i stedet for permanent støping

• Lavt volum eller laget på bestilling: Lavt volum eller bestillingsproduksjon til lave verktøykostnader, noe som var svakheten ved støping av forbruksformer.
• Geometrier og intrikate design: Hvis gjenstanden har kompliserte innvendige systemer eller svært detaljerte design og former som kan være vanskelig å få til ved bruk av permanente støpeformer, er støping i støpeformer som kan brukes flere ganger, en god løsning.
• Høytemperaturlegeringer: Ekspanderbar støpeform kan være aktuelt når det skal støpes et metall eller en legering som smelter ved ekstremt høy temperatur, som stål eller titan, siden det vanligvis bare er metaller med lavt smeltepunkt, som aluminium eller sink, som kan støpes i permanent støpeform.
• Prototyping og engangsprodukter: I tilfeller der en bestemt bedrift tester ut en ny produktdesign eller trenger en spesialtilpasset komponent, vil det være bedre å bruke forbruksformer, siden kostnadene ved å lage formene er lavere.

GC Precision Mold: Formfremstillingstjenester av høy kvalitet

GC Precision Mould tilbyr design, produksjon og konstruksjon av spesialtilpassede støpeformer for å imøtekomme behovene i følgende bransjer: bil-, romfarts-, elektronikk- og medisinsk utstyrsindustri. Vi har de beste fagfolkene som kan lage støpeformer av enestående kvalitet og presisjonsnivå takket være bruk av moderne teknologi og de mest sofistikerte verktøyene. Uansett om du trenger en prototypform eller en høyproduksjonsform, er vi kostnadseffektive og pålitelige. Kvalitet og kundetilfredshet står sentralt i GC Precision Mould, og vi vil sørge for at alle prosjekter vi påtar oss, holder en høy standard som gjør det mulig for kundene våre å oppnå gode resultater.

Konklusjon

Permanent støping og støping av forbruksstøpeformer har hver sine fordeler, avhengig av formålet og kravene til produksjonen. Det kan bemerkes at permanent støping av støpeform bør brukes i middels til høyt volumproduksjon som krever vekt på presisjon og et høyt detaljnivå, mens støping av forbruksstøpeform bør brukes når det kreves mer fleksibilitet for å skape komplekse design, tilpassede deler og produksjon av lave mengder.

Når man skal velge mellom de to prosessene, bør man ta hensyn til materialets egenskaper, produksjonsvolumet, prisen og kompleksiteten i designet. Når produsentene kjenner til både de sterke og svake sidene ved alle metodene, har de muligheten til å velge den beste støpemetoden for det aktuelle prosjektet, og dermed garantere en effektiv produksjon med et sluttprodukt som har best mulig ytelse.

Vanlige spørsmål

1. Hvilken er billigst for casting av store produksjoner?

Permanent støping blir billigere ved produksjon av store volumer, siden formene kan brukes om og om igjen, noe som gir en kortere produksjonsprosess.

2. Er det mulig å bruke kompleks design i støping av forbruksformer?

Ja, støping med forbruksform er det beste alternativet for produksjon av komplekse og kompliserte konstruksjoner, som for eksempel deler med innvendige geometrier.

3. Hvilken støpeprosess egner seg best når det gjelder styrke?

Støping i permanent støpeform vil normalt gi bedre deler, og støping i forbruksform kan brukes i høyfaste bruksområder, særlig innen romfart og forsvar.

4. Er det materialsvinn i de to typene støping?

Ved støping av støpeformer som kan brukes flere ganger, blir det mer avfall fordi formene bare brukes én gang, sammenlignet med støpeformer som er permanente og har mindre svinn.