Gieten

Uit BulkWiki
Share/Save/Bookmark
Ga naar: navigatie, zoeken

Stel een vraag over gieten op BulkForum
Stel een vraag over gieten op BulkForum


Gieten is de techniek van het vervaardigen van producten door een vloeibare substantie, bijvoorbeeld gesmolten metaal, in een vorm, een matrijs, te gieten.

Deze vormgevingstechniek bestaat al duizenden jaren. Men kan halffabrikaten of eindprodukten gieten, zoals lang geleden al sieraden of gebruiksvoorwerpen van gesmolten goud, zilver, brons, tin en ijzer. (Voor het gieten van kunststoffen zie spuitgieten) Al vanouds wordt gebruikgemaakt van vormen in zand. Voor gietvormen zouden ook holtes in stenen kunnen worden gebruikt.

Nu worden giettechieken gebruikt om allerlei verschillende producten te maken zoals: behuizing voor mobiele telefoons, scheepsschroeven, vrachtwagenonderdelen en auto-onderdelen, machineonderdelen, luidklokken, keukengerei als een wok, grillpan en gaskookplaat.

Het gieten van ijzer.
Het verspanend bewerken van een gietstuk: een behuizing van een grote membraanpomp

Inhoud

Metalen gebruikt om te gieten

  • Aluminium
  • Brons
  • Gietijzer
  • Gietstaal
  • Goud
  • Lood
  • Magnesium
  • Titanium
  • Tin
  • Zamak
  • Zilver
  • Zink

Kenmerken

Gieten is veelal de kortste weg tot een product. Wanneer de gevraagde toleranties en oppervlaktekwaliteit worden behaald is verdere nabewerking niet nodig. Worden deze eisen overschreden, dan moet het product nog wel worden nabewerkt. Dit gebeurt vaak door middel van verspanende bewerkingen.

Productietechnieken

Permanente vorm technieken

  • Zandgieten
  • Spuitgieten
  • Coquillegieten

Verloren vorm technieken

  • Verloren was gieten
  • Verloren schuim gieten

Zandgieten

Om een gietstuk te vervaardigen is een driedimensionale afdruk (in de vorm van een holte) van het uiteindelijke product in een matrijs nodig. Daarvoor wordt een materiaal gebruikt dat veel gemakkelijker is te bewerken dan het metaal. Het wordt bijvoorbeeld gemaakt van hout.

Bij complexe modellen worden bepaalde kernen gebruikt om bijvoorbeeld een holte in het voorwerp te verkrijgen. Dit model wordt in twee (of meer) op elkaar gezette vormkasten in licht klevend zand ingebed. Dit zand bestaat uit kwartszand (de basis), klei en water. De laatste twee elementen zorgen voor de binding en plasticiteit van de gietvorm. Zie Brusselse aarde. Door het toevoegen van een kleine hoeveelheid grafietpoeder kan de oppervlaktekwaliteit van het zandgietwerk voor gietijzer en gietstaal verbeterd worden. Dit geeft een typische zwarte kleur. Kernzand vereist een hogere sterkte, vuurvastheid en gasdoorlaatbaarheid dan vormzand.

Wanneer de vormkasten gescheiden worden en het model uitgenomen, blijft in het zand een exacte afdruk van het model achter ook wel vormholte genoemd. Deze wordt na het weer samenvoegen van de vormkasten met gesmolten metaal volgegoten. Wanneer dit is gestold, wordt het zand verwijderd en het metalen "afgietsel" van de juiste vorm blijft over. Om de kernen van bijvoorbeeld motorblokken op hun plaats te houden en het zand van de kern na het gieten te kunnen verwijderen, zijn er ronde openingen in het gietstuk uitgespaard welke later met metalen deksels worden afgesloten, zogenaamde 'vriesdoppen'.

Vanwege de naad tussen de 2 zandvormen ontstaat er bijna altijd een vlies aan het product ook wel braam genoemd.

Kenmerken van een zandgietproduct zijn:

  • Middelgroot tot erg groot, 1 kg tot 50 ton
  • Ruwe oppervlaktekwaliteit
  • Heeft lossing nodig
  • Heeft nabewerkingen nodig
  • Van kleine tot heel grote series
  • Gietboom en braam moeten worden losgeslagen of geslepen
  • Producten van gietijzer zijn goed te emailleren.

Voorbeelden van zandgietproducten zijn: pomphuizen, vlinderkleppen en pannendragers voor op een kookplaat

Coquillegieten

Bij coquillegieten wordt het vloeibaar materiaal in een metalen matrijs (de Coquille) gegoten. Deze coquille bestaat meestal uit twee of meerdere metalen matrijshelften. Dit proces wordt voornamelijk met de hand uitgevoerd. Het vloeibaar metaal wordt met een gietlepel in de vormholte gegoten. Ook hier kan gebruikgemaakt worden van zand of metalen kernen.

Coquillegieten wordt voornamelijk toegepast voor het vervaardigen van eenvoudige stukken waarvan er een groot aantal gemaakt moet worden.

Spuitgieten

Materialen met een laag smeltpunt, zoals lood, zink, aluminium en magnesium zijn geschikt voor spuitgieten. Dit komt omdat de matrijs meestal van staal is gemaakt. Dit is niet bestand tegen de hoge giettemperaturen van bijvoorbeeld gietijzer, gietstaal of titanium. Spuitgieten is een volledig automatisch proces. Een spuitgietmachine bestaat grofweg uit 2 delen. Eén deel dat de matrijsdelen samenperst en één deel dat het vloeibare metaal onder druk in de matrijs spuit.

Een spuitgietcyclus begint met het sluiten van de 2 matrijshelften. Wanneer de matrijs gesloten is wordt onder hoge druk (0,3 tot 7 bar) het vloeibare metaal ingespoten. Na het afkoelen gaat de matrijs weer open en wordt het product uitgestoten. Vanwege de hoge investeringskosten in de matrijs is spuitgieten pas vanaf grote serie een interessante productiemethode.

Kenmerken van een spuitgietproduct zijn:

  • Middelgroot, 100 g tot 20 kg
  • Dunwandig
  • Goede oppervlaktekwaliteit
  • Complexe vormen
  • Heeft lossing nodig
  • Weinig nabewerkingen nodig.

Voorbeelden van spuitgietonderdelen zijn: behuizingsdelen en tandwielkasten in auto's en consumentenproducten

Verloren was gieten

Kleine producten met een hoge maatnauwkeurigheid en van middelgrote tot grote serie kunnen vervaardigd worden met de verloren was-methode.

Positieve vormen van het te maken product worden eerst van was gemaakt in een spuitgietmachine. Of met rapid prototypingtechnieken. Verschillende van deze wasproducten worden aan een gietboom geplakt, een vertakte structuur van gietkanalen. Deze hele gietboom wordt vervolgens in meerdere stappen voorzien van een stevige keramische laag. Op een middelhoge temperatuur en onder hoge druk wordt de was gesmolten en loopt deze uit de boom. Deze kan in een volgende cyclus weer gebruikt worden. De overgebleven keramische buitenvorm wordt op hoge temperatuur uitgebakken en vormt de gietvorm.

De keramische vorm wordt volgegoten met vloeibare metaal en weggezet om af te koelen. Eenmaal afgekoeld worden de producten weer losgeslagen of geslepen van de gietboom.

Kenmerken van een verloren was product zijn:

  • Klein, van 10 g tot 2 kg
  • Goede oppervlaktekwaliteit
  • Zeer complexe vormen
  • Hoeft niet lossend te zijn
  • Weinig nabewerkingen nodig
  • Van enkelstuks (model gemaakt met rapid prototyping) tot zeer grote series
  • Kunnen in hoogwaardige metalen gegoten worden.

Voorbeelden van verloren was producten: tandwielen, kleppen en pompwaaiers in auto's, machines en industrie.

Verloren schuim gieten

Zeer complexe middelgrote tot grote vormen kunnen worden gemaakt met verloren schuim gieten. Deze methode lijkt een beetje op verloren was gieten, alleen blijft de positieve vorm in de keramische laag zitten tijdens het gieten.

Allereerst worden nauwkeurige piepschuim (polystyreen) vormen gemaakt in een soort spuitgietmachines. Polystyreenbolletjes zetten door hete stoom uit en worden aan elkaar geplakt in een schuimmatrijs. Verschillende van deze positieve vormen worden aan elkaar gelijmd tot een complexe vorm. Hier kunnen ook holtes en kanalen binnen in het product zitten. Verschillende vormen worden op een gietboom geplaatst. De hele gietboom met producten krijgt een dunne keramische coating en wordt in een bak geplaatst. Van bovenaf wordt er zand in de bak 'geregend' zodat overal waar geen schuim is zand zit, ook binnenin.

Bovenop het schuim wordt vloeibaar metaal gegoten, waardoor het schuim wegsmelt en verdampt. Het metaal krijgt precies dezelfde vorm als dat het schuim had. Na het afkoelen worden de producten van de boom af geslagen of geslepen.

Kenmerken van een verloren schuim product zijn:

  • Middelgroot tot groot, van 1 tot 200 kg
  • Oppervlakte waar soms de structuur van piepschuim te zien is.
  • Zeer complexe vormen met kanalen en holtes
  • Hoeft niet lossend te zijn
  • Weinig nabewerkingen nodig
  • Van middelgrote tot grote series

Voorbeelden van verloren schuim producten: motorblokken, pomphuizen met waterkoeling en warmtewisselaars.

Eigenschappen

Gegoten stukken hebben een bepaalde gietstructuur. De afmetingen van de kristallen zijn bij gieten meestal groter dan bij omvormen. Ook is het afkoelen van het gietstuk van belang voor de gietstructuur (segregatie). Dit wil zeggen dat de structuur in de kern en de omtrek van het gietstuk verschillen. De mate hiervan is afhankelijk van de afkoelsnelheid. Door een warmtebehandeling kan er een betere structuur en daarmee betere mechanische eigenschappen worden verkregen.

Speciale gietlegeringen

In de afgelopen jaren zijn er naast het traditionele legeringen, speciale gietlegeringen ontwikkeld. Dit komt de sterkte en taaiheid ten goede. Een voorbeeld is de krukas van een auto die kan worden gegoten uit nodulair gietijzer. Deze heeft hierdoor beter dempings- en noodloopeigenschappen dan een gesmede krukas.