Den permanenta formgjutningsprocessen är återanvändning av formarna för att göra delar medan gjutning av förbrukningsformar använder engångsformar. Även om smält aluminium är det ursprungliga materialet i de två metoderna, är skillnaderna i form och omformning av materialet, produktens styrka i slutändan och kostnadsimplikationen drastiska. 

Bland de många industrier som använder aluminium som ett av de mest mångsidiga materialen bör det noteras att detta beror på dess förhållande mellan styrka och vikt, korrosionsbeständighet och ledningsförmåga. När det gäller att få aluminiumet att ta formen av delar och komponenter finns det två huvudprocesser som används, nämligen permanent gjutning av mögel och gjutning av förbrukningsform. Förfarandet i de båda processerna är inte detsamma, och slutprodukten har sina egna mekaniska egenskaper, användningsområden och produktionsbehov.

Denna guide ska innehålla en begäran om skillnader i process, mekaniska egenskaper, kostnader, tillämpningar och miljöpåverkan för att du ska kunna fatta ett välgrundat beslut om nästa projekt som du kanske ska genomföra.

Jämförelse och kontrast mellan gjutning av permanenta formar och gjutning av förbrukningsbara formar

Vad är Permanent Mould Castings?

Gjutning med permanentform avser processen att hälla smält aluminium i en metallform, som kan användas för att skapa många delar. Den lämpar sig väl för tillverkning av detaljer som kräver hög hållfasthet och måttnoggrannhet. Formmaterialet är i allmänhet gjutjärn eller stål för att ämnet ska kunna utsättas för värmen från det smälta aluminiumet under ett stort antal cykler. Processen är idealisk för massproduktion av komponenter i medelstora till stora volymer.

Kännetecknande för permanent gjutning av formar är:

• Det finns återanvändbara formar: Metallformar är återanvändningsbara och det är därför ekonomiskt att använda dem för massproduktion.
• Exakta mått: Gjutformarna har högkvalitativa dimensioner.
• Styrka: Delarna är starkare jämfört med dem som skapas genom andra gjutningsförfaranden.
• Ytfinish: Det leder till högkvalitativ ytfinish och efterbearbetningen reduceras till ett minimum.

Vanliga applikationer:

• Bildelar som block, höljen och fästen.
• Strukturella delar av flygplan och rymdfarkoster.
• Industriella delar med hög eller medelhög hållfasthet.

Vad är Expendable Mould Casting?

Gjutning av gjutformar för förbrukningsbruk innebär att man tillverkar en gjutform som förstörs efter endast en användning. Populära metoder är sandgjutning, investeringsgjutning och skalformning. Processen kan ofta användas för att utveckla komplexa eller skräddarsydda delar som inte behöver tillverkas i stora kvantiteter. Det finns en stor designfrihet tillsammans med materialvariabilitet i förbrukningsformar.

Några viktiga attribut för gjutning av förbrukningsformar:

• Gjutformar för engångsbruk: Gjutformarna skrotas när gjutningen är klar, vilket ökar priset per enhet.
• Komplex geometri: Dessa är lämpliga när det gäller att tillverka detaljer med en komplex geometri eller internt.
• Minskade materialkostnader: Formarna kan framställas i form av olika typer av material, t.ex. sand eller keramik.
• Ytbehandling: Ytbehandling kan behöva ytterligare efterbearbetning.

Vanliga applikationer:

• OEM- och kundanpassade delar samt prototyper.
• Komponenter tillverkade för flyg- och försvarsindustrin.
• Skulptur, konst och dekorationsföremål.

Tillverkningsprocesser

Perma-gjutningsprocess:

• Aluminiumsmältningen: Aluminiumet smälts i en ugn till flytande tillstånd.
• Häller i formar: Det flytande aluminiumet hälls i den permanenta metallformen.
• Kylning och stelning: Aluminiumet kyls ned och stelnar i hålrummet.
• Avlägsnande av mögel: Formen tas bort och gjutgodset, som under gjutprocessen har formats efter detaljens hållbarhet och inte på något sätt är den svagaste punkten, avlägsnas.
• Gjutning Efterbearbetning: Gjutgodset kan brännas, bearbetas eller förädlas efter behov.

Viktiga egenskaper:

• Idealisk för komplexa konstruktioner.
• Hög produktionstakt.
• Kostnadsbesparande vid stora kvantiteter.

Mould Casting Process levereras med Expendable:

• Förberedelse av gjutform: Engångsformen tillverkas av vissa material som sand, keramik eller skal.
• Induktion av smältning och hällning: smält aluminium hälls i gjutformen.
• Kylning och stelning: Stycket får svalna och stelna.
• Destruktion av mögel: För att mata ut den färdiga detaljen förstörs formen.
• Efterbearbetning: Det kan tillkomma ytterligare bearbetning/finbearbetning.

Viktiga egenskaper:

• Bättre lämpad för tillverkning av specialanpassade delar eller delar i små volymer.
• Att kunna ge invecklade mönster och funktioner.
• Ökning av kostnaden per enhet.

Mikrostruktur och mekaniska egenskaper

Mikrostrukturen, liksom aluminiumets mekaniska egenskaper, beror till stor del på tillverkningsprocessen.

Kornstruktur

• Permanent Gjutning av formar: Kornen i de permanenta gjutformarna är mycket fina och regelbundna, vilket beror på metallformarnas kontrollerade kylning. Detta förbättrar hållfastheten och de mekaniska egenskaperna.
• Gjutning av förbrukningsmöjligheter: I en gjutning med förbrukningsform är korntendensen mindre enhetlig, kornen är större, därför finns det mindre styrka och duktilitet.

Porositet och defekter

• Gjutning av permanenta formar: Metallformar används för att minska de inre porerna och inre defekterna i gjutgodset, vilket gör det starkt och tillförlitligt.
• Gjutning av förbrukningsmöjligheter: De har en förbrukningsbar form som är porös och som därför kan släppa in interna defekter som gasporositet eller krymphåligheter i detaljen, vilket gör att den fungerar dåligt under belastning.

Mekanisk prestanda

Tabell 1: Mekanisk prestanda

De permanenta gjutrobotarna för formgjutning Material

Metallformar

Gjutformarna för permanent gjutning är normalt baserade på stål, gjutjärn eller legerat stål. De väljs i kombination med sådana högtemperatur- och cykeltåliga material. Stålformar är särskilt föredragna på grund av deras hållbarhet och styrka, medan gjutjärnsformar ger god värmeledning.

Metals – the casting

De vanligaste metallerna som används för gjutning i permanenta gjutformar är

• Aluminium: Det är mjukt, lätt och har korrosionsbeständiga egenskaper, vilket är perfekt i tillämpningar med höga krav på hållfasthet.
• Magnesium: Klassificeras som en lätt men stark metall som är populär inom flyg- och rymdindustrin och även inom bilindustrin.
• Zink: Den har god hållfasthet/duktilitet och används ofta vid pressgjutning av stora volymer.
• Dessa metaller, i kombination med hållbara formar, leder till starka, exakta och konsekventa gjutgods.

Råmaterial i gjutning med förbrukningsbar form

Material för gjutformar

Vid gjutning med förbrukningsformar offras formarna varje gång formen används. De kan bestå av många olika typer av formar, så gjuttekniken varierar:

• Sand: Den vanligaste användningen av sand är vid sandgjutning, där en blandning av kvartssand och bindemedel används för att tillverka gjutformen.
• Keramik: Används vid investeringsgjutning och fina pulver av keramik tillverkas till skal för att gjuta metall med hög precision.
• Gips och snäckor: De används i gjutningsprocessen med förlorat vax och i skalformningsprocessen för att tillverka detaljer med fina detaljer och snäva toleranser.

Metals – the casting

Den förbrukningsbara gjutformen har ett brett spektrum av metaller som kan användas efter eget val, vilket inkluderar:

• Aluminium: Aluminium, som är välkänt för sin lätta vikt och mångsidighet, används ofta som industrimaterial i delar av bilindustrin och i konsumentprodukter.
• Stål och järn: De används i stor utsträckning i sand- och investeringsgjutningsprocessen när det gäller industrimaskiner, verktyg och konstruktionsdelar.
• Mässing och brons: Idealisk för gjutning av komplexa delar som dekorativa föremål, ventiler och beslag.
• Titan: Titan är dyrare, men det används för speciella ändamål, t.ex. inom flyg- och rymdindustrin och för medicintekniska implantat, eftersom det är både starkt och korrosionsbeständigt.
• Krav som ställs: De förbrukningsbara formarna ska vara tillverkade av ett material som är lämpligt för detaljens komplexitet och den metall som ska gjutas samt för produktionens krav.

Gjutformar för permanent gjutning Typer

1. Gravitation Permanent gjutning av formar

Vid permanentgjutning med tyngdkraft hälls den smälta metallen i en återanvändbar formhålighet som refererar till tyngdkraften. Metoden används för att tillverka enkla detaljer av hög kvalitet och med god ytfinish. Det är lämpligt för metaller som aluminium och magnesium och det är vanligt förekommande där måttlig styrka och detaljerat arbete ska utföras.

2. Permanent gjutform för lågt tryck (LOPRVM)

Lågt tryck. Vid permanentgjutning med lågt tryck sprutas den smälta metallen in i en form vid ett lågt tryck, vilket gör det lättare att fylla hålrummen i komplexa former med en jämn ytfinish. Processen används vanligen för aluminiumlegeringar och magnesiumlegeringar och lämpar sig för detaljer med höga mekaniska egenskaper och snäva toleranser.

3. Gjutning av permanentform under högt tryck (HPDC)

Metoden innebär att smält metall injiceras under tryck i en form, vilket ger en snabb fyllning och en mycket effektiv process. Den är mycket användbar vid storskalig tillverkning av delar som bildelar och delar där det finns behov av precision, styrka och slät yta.

4. Pressgjutning

Pressgjutning är en permanent formgjutning; efter att formen har fyllts med smält metall pressas denna metall ut ur formen. Den används främst vid tillverkning av stora volymer av komplext formade delar, t.ex. bildelar, och vanliga pressgjutna metaller är aluminium, zink och magnesium.

Gjutningstyper för förbrukningsbara formar

1. Sandgjutning

En av de mest gjutna och universella gjutningsprocesserna för förbrukningsformar är sandgjutning. Det innebär bildandet av en form som är gjord av en blandning av sand, lera och vatten. Smält metall hälls sedan i en form efter att formen har förberetts. Gjutning av stora delar med hjälp av sandgjutning är perfekt och används ofta i metaller som aluminium, järn och stål. Det är tillämpligt i produktion med låg / medelhög volym.

2. Investeringsgjutning (Lost-Wax-gjutning)

En investeringsgjutning tillämpas, som görs i form av ett keramiskt skalmönster som separeras från ett vaxmönster. När mönstret har avlägsnats efter smältning hälls smält metall i formen. Denna metod används bäst när detaljerna är mycket detaljerade och passar bra i branscher som tillverkar flygprodukter, medicinsk utrustning och smycken. Investeringsgjutning kan bearbeta hög precision och komplex geometri.

3. Gjutning av skalformar

Med skalformsgjutning avses processen att applicera en extremt tunnväggig form på ett hölje som formas genom att belägga en process som kallas ett mönster, vilket är ett tunt lager sand och lim. När formen är gjuten tas mönstret bort och hålrummet fylls med smält metall. Den används ofta för mindre, detaljerade delar och har en överlägsen produktfinish jämfört med sandgjutning. Den används främst i aluminium-, mässings- och stållegeringar.

4. Gjutning med förlorat skum

När ett skummönster utgör gjutformen kallas det lost foam casting. Skummönstret är keramiskt skalat och när smält metall hälls i formen smälter skummet av och avdunstar. Detta görs mestadels där gjutningar av komplexa former är inblandade och de vanligaste industrierna med denna typ av gjutning som erbjuds är fordons- och flygindustrin.

5. Centrifugalgjutning

Centrifugalgjutning Centrifugalgjutningsprocessen består av att hälla den smälta metallen i en roterande form. Centrifugalkraften slungar metallen mot formens utsida och skapar på så sätt ett kompakt och starkt gjutgods. Denna teknik används för tillverkning av cylindriska föremål som rör och bussningar, särskilt i gjutjärn, stål och brons.

Tillämpningar

Användningsområden för permanent gjutning:

De delar som tillverkas med permanentformgjutning är lämpliga att använda där hög hållfasthet, precision och hållbarhet krävs. Det är lämpligt för tillverkning av medelstora och stora volymer inom t.ex. fordons-, flyg- och industriell maskintillverkning.

Vanliga applikationer:

• Motorblock för bilar:  Konstruktionen av fordonsblocket i en motor med komplicerad inre geometri.
• Komponenter för flyg- och rymdindustrin: Strukturella delar som är lätta och har hög hållfasthet.
• Industriell utrustning: Komponenter med hög prestanda, t.ex. pumpar och pumphus samt konsoler.

Användningsområden för gjutning av förbrukningsbara formar:

Gjutning av gjutformar för förbrukningsvaror har varit ett idealiskt val när lågvolym-, special- eller prototypprojekt utformas och flexibilitet i utformningen är avgörande. Det har blivit vanligt inom branscher som flyg- och rymdindustrin, försvarsindustrin och tillverkning av kundanpassade produkter.

Vanliga applikationer:

• Komponenter för flyg- och rymdindustrin: Specialdelar som inkluderar turbinblad och motordelar.
• Försvar: Unikt formade specialtillverkade och militära delar.
• Konst och skulptur: Design och personalisering eller tillämpning av konstprodukter.

Pris och effektivitet, Kostnads- och produktionseffektivitet, Kostnads- och produktionseffektivitet

Gjutning av permanenta formar:

• Uppstartskostnader: Mycket kostsam verktygstillverkning av metallformar.
• Kostnad per enhet: lägre styckkostnad vid tillverkning av stora volymer.
• Produktionshastighet: Det går snabbare när det gäller stora produktionsserier.
• Långvarig: Gjutformar av metall har lång livslängd, vilket leder till lägre kostnader i det långa loppet.

Gjutmetall-verktyg-utdragbar-form

• Uppstartskostnad: Låg kostnad för verktyg som används på förbrukningsverktyg.
• Kostnad per enhet: Det är dyrare med en hög kostnad per detalj för tillverkaren på grund av engångsformar.
• Produktionshastighet: Att det går långsammare beror på att produktionen kräver att man skapar formar och längre kylprocesser.
• Hållbarhet: Gjutformar producerar bara en enda enhet, vilket ökar kostnaden per producerad enhet.

Miljöhänsyn

Energianvändning

• Gjutning av permanenta formar: Det kräver i regel mindre energi än vad som är effektivt med metallformar.
• Gjutning av förbrukningsmöjligheter: Energiåtgången per enhet är större, särskilt för de komplicerade formarna.

Utnyttjande av material

• Gjutning av permanenta formar: Materialflödet är bra med lite spill.
• Gjutning av förbrukningsmöjligheter: Användningen av formar innebär att de utsätts för mer materialspill eftersom de bara används en gång.

Återvinningsbarhet

• Gjutning av permanenta formar: Aluminium är lätt att återvinna och man tjänar pengar på att använda det.
• Förbrukningsbar gjutning av formar: Gjutformarna skulle i de flesta fall inte vara återvinningsbara, även om aluminium kan återvinnas. 

När ska man föredra permanent gjutning framför gjutning av förbrukningsvara?

• Produktion av stora volymer: Gjutning i permanent form är mer ekonomiskt vid produktion av stora volymer eftersom gjutformarna kan användas flera gånger och dessutom ger snabba produktionstakter.
• Element för hög hållfasthet: I de fall där slutprodukten kräver hög hållfasthet, snäva toleranser och få inre defekter är gjutning i permanent form det bästa alternativet.
• Tillämpning av komponenter: Permanentformgjutning är att föredra för komplexa geometrier där ingen komplexitet måste uppnås internt i komponentapplikationen, t.ex. i bildelar och industrier.
• Långa produktionscykler: Långsiktiga produktionsprojekt som tar hänsyn till användningen av gjutformen och återanvändningen av gjutformarna på lång sikt bör också använda permanent gjutning eftersom det är långsiktigt effektivt.

Situationen när man väljer gjutning av förbrukningsmaterial istället för permanent gjutning

• Lågvolym eller tillverkad på beställning: Låg volym eller tillverkning på beställning till en låg initial verktygskostnad, vilket var svagheten med gjutning av förbrukningsformar.
• Geometrier och intrikata mönster: Om detaljen har komplicerade invändiga system eller mycket detaljerade mönster och former som kan vara svåra att åstadkomma med hjälp av permanenta formar, är gjutning med förbrukningsformar lämpligt.
• Högtemperaturlegeringar: Gjutning i expanderbar form kan ingå när en metall eller legering som smälter vid extremt hög temperatur, t.ex. stål eller titan, ska gjutas, eftersom det vanligtvis bara är metaller med låg smältpunkt, t.ex. aluminium eller zink, som kan gjutas i permanent form.
• Prototyptillverkning och engångsprodukter: Om ett visst företag testar en ny design på sin produkt eller om det krävs en specialanpassad komponent för ett enstaka tillfälle, är det bättre att använda förbrukningsformar eftersom kostnaden för att tillverka formarna är lägre.

GC Precision Mold: Formtillverkningstjänster av hög kvalitet

Företaget GC Precision Mould tillhandahåller design, tillverkning och konstruktion av kundanpassade formar för att specifikt tillgodose behoven inom någon av följande branscher: fordons-, flyg-, elektronik- och medicinteknisk tillverkningsindustri. Vi har de bästa yrkesmännen som kan skapa formar av enastående kvalitet och precisionsnivå tack vare användningen av modern teknik och de mest sofistikerade verktygen. Du kan behöva en prototypform eller hög produktion; oavsett ditt behov av mögel är vi kostnadseffektiva och pålitliga. Kvalitet och kundnöjdhet är centralt för vårt företag, GC Precision Mould, och vi kommer att se till att alla projekt vi åtar oss utförs enligt höga standarder som kan göra det möjligt för våra kunder att uppnå fantastiska resultat.

Slutsats

Gjutning av permanent form och gjutning av förbrukningsform har var och en distinkta fördelar beroende på syfte och skapandekrav. Det kan noteras att permanent gjutning av mögel bör användas i medel- till högvolymproduktion som kräver betoning på precision och en hög detaljnivå medan förbrukningsgjutning bör användas när mer flexibilitet krävs för att skapa komplexa mönster, anpassade delar och produktion i låg kvantitet.

Vid valet mellan de två processerna bör man ta hänsyn till vilken typ av materialegenskap som behövs, volymen på den produktion som krävs, priset och konstruktionens komplexitet. Att känna till både styrkorna och bristerna hos alla metoder innebär att tillverkarna har möjlighet att välja den bästa gjutmetoden för det aktuella projektet, vilket garanterar en effektiv produktion med en slutprodukt som uppvisar bästa möjliga prestanda.

Vanliga frågor

1. Vilken är billigast för casting av storskaliga produktioner?

Gjutning i permanenta formar blir billigare vid produktion av stora volymer eftersom formarna kan användas om och om igen, vilket ger en kortare produktionsprocess.

2. Är det möjligt att använda komplex design vid gjutning av förbrukningsbara formar?

Ja, gjutning av förbrukningsformar är det bästa sättet att tillverka komplexa och komplicerade konstruktioner, t.ex. delar med inre geometrier.

3. Vilken gjutmetod passar bäst när det gäller hållfasthetsskäl?

Gjutning i permanentform ger normalt bättre detaljer och gjutning i förbrukningsform kan användas i höghållfasta applikationer, särskilt inom flyg- och försvarsindustrin.

4. Finns det materialavfall i de två typerna av gjutning?

Vid gjutning med förbrukningsformar är avfallet större eftersom formarna bara används en gång, jämfört med gjutformar som är permanenta och har mindre spill.