STØBELEGERINGER & STØBEPROCESSER

Transkript

1 STØBELEGERINGER & STØBEPROCESSER, 2. marts 2017 Nikolaj Kjelgaard Vedel-Smith Postdoc, PhD Section of Manufacturing Engineering DTU Mechanical Engineering Technical University of Denmark Department of Mechanical Engineering Produktionstorvet Building 427, Room 306A 2800 Kgs. Lyngby Direct

2 AGENDA STØBELEGERINGER Valg af støbelegeringer Hvilke legeringer finde der? Og hvad bruges de til? STØBEPROCESSER Sandstøbning Skumstøbning (lost foam) Præcisionsstøbning (lost wax) Kokillestøbning (koldt og varmt) Trykstøbning (lavt og højt tryk) Pressestøbning STØBEOPGAVE Match proces og legering? 2 DTU Mekanik

3 STØBELEGERINGER 3 DTU Mekanik

4 Støbelegeringer HVAD ER ALUMINIUM? 2009, Vogel et al., Metallurgi for ingeniører 4 DTU Mekanik

5 Støbelegeringer HVAD ER EN ALUMINIUMS LEGERING? 5 DTU Mekanik

6 Støbelegeringer HVORFOR ER LEGERINGEN VIGTIG? 6 DTU Mekanik

7 Støbelegeringer HVORFOR ER LEGERINGEN VIGTIG? 2013, Tiedje et al., A new multi-zone model for porosity distribution in Al Si alloy castings 7 DTU Mekanik

8 Støbelegeringer DESIGNVALG Kriterier for valg af støbelegering Funktionalitet (krav i brug) Design (form og størrelse) Produktionskvalitet Produktionsmetode Antal Pris 8 DTU Mekanik

9 Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 9 DTU Mekanik

10 Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 10 DTU Mekanik

11 Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 11 DTU Mekanik

12 Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 12 DTU Mekanik

13 Støbelegeringer TRYKSTØBNING 13 DTU Mekanik Stena Aluminium AB

14 Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 14 DTU Mekanik

15 Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 15 DTU Mekanik

16 Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 16 DTU Mekanik

17 Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING 17 DTU Mekanik Stena Aluminium AB

18 Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 18 DTU Mekanik

19 19 DTU Mekanik Stena Aluminium AB

20 20 DTU Mekanik Stena Aluminium AB

21 STØBEPROCESSER 21 DTU Mekanik

22 Støbeprocesser SANDSTØBNING 22 DTU Mekanik

23 Støbeprocesser SANDSTØBNING DISAMATIC 23 DTU Mekanik

24 Støbeprocesser SANDSTØBNING FORDELE ULEMPER Den billigste proces når der skal producers små styktal (<100) og har også den mindste værktøjsudgift. Der kan støbes MEGET store emner. Billige efterbearbejdning Dårligere geometrisk nøjagtighed end andre processer. Behov for store tolerance og/eller god processtyring. Grovere overflade finish end på trykstøbte emner. 24 DTU Mekanik

25 Støbeprocesser SANDSTØBNING - HÅNDFORMNING VIDEOLINKS Foundry Loose Pattern Molding Cope & drag pattern (Animation) FOUNDRY CASTING Molding with a Split Pattern (med instruktion) 25 DTU Mekanik

26 Støbeprocesser SANDSTØBNING - DISAMATIC VIDEOLINKS VIDEOLINKS DISA Complete Foundry (Animation) m53s Disamatic moulding lines DISA MATCH (Animation) m53s Disa MATCH Foseco Spot Feeding on DISAMATIC moulding lines Waupaca Foundry vertical molding animation 26 DTU Mekanik

27 Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) 27 DTU Mekanik

28 Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) 28 DTU Mekanik

29 Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) FORDELE ULEMPER Modellen skal ikke tages ud af sandet. Meget store designfrihed. Intet behov for delelinjer, udstødere, slip eller andet. Kan have detaljere indvendige geometrier uden brug af kerner. Kan automatiseres. Billig sammenlignet med kompleksitet og størrelse. En ny model skal bruges til hver enkelt støbning. Den økonomiske rentabilitet afhænger meget af omkostningen ved at producere polystyrenmodellerne. Kan have problemer med indeslutninger pga. afbrændingen af polystyren under processen. Er mindre miljøvenlig end andre processer. 29 DTU Mekanik

30 Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) VIDEOLINKS Lost Foam Casting (med instruktion) FATA Aluminum: Engine Blocks Lost Foam Production FATA Aluminum: Cam Carrier - Lost Foam Production FATA Aluminum: Lost Foam Casting System The Lost Foam Casting Process Flowof Ruiou company 30 DTU Mekanik

31 Støbeprocesser PRÆCISIONSSTØBNING (LOST WAX) 31 DTU Mekanik

32 Støbeprocesser PRÆCISIONSSTØBNING (LOST WAX) FORDELE ULEMPER Kan levere præcise tolerance. Kan bruges til bade letmetaller, jern, stål og speciallegeringer. God as-cast finish. Tillader komplekse former, komplicerede kerner, fine detaljer og tyndvæggede konstruktioner. Behøver ikke at have slip. Dog kan der være behov for slip på voksmodellen inden den samles, afhængig af hvordan denne producers. Fleksibelt design og god til emner der ikke kan/skal bearbejdes. Er dyrere end de fleste andre processer. Kræver en længere procescyklustid end andre processer. Begrænset emne størrelse. 32 DTU Mekanik

33 Støbeprocesser PRÆCISIONSSTØBNING (LOST WAX) VIDEOLINKS Investment Casting Process - Lost Wax Casting Investment casting in Asia Investment Casting Process How Investment Casting Works with a 3D Printer Bronze Casting: The Lost Wax Process (animation af kunststøbning) 33 DTU Mekanik

34 Støbeprocesser KOKILLESTØBNING - LAVTRYK 34 DTU Mekanik

35 Støbeprocesser KOKILLESTØBNING - TILT 35 DTU Mekanik

36 Støbeprocesser KOKILLESTØBNING FORDELE ULEMPER Billigere end trykstøbning (for moderate styktal). God til tryktætte og massive støbeemner. Gode dimensionelle tolerance. Formene kan genbruges, men der er også mulighed for at bruge engangskerner. Har en høj produktionsrate og lav brokprocent. Dele af stål, fx gevind eller styr, kan indstøbes direkte i emnet. Bruges kun til letvægtsmetaller næsten. Dyrere værktøjsomkostninger end sandstøbning, men billigere end trykstøbning. Er mindre konkurrencedygtig med sandstøbning hvis der er behov for tre eller flere kerner. Er kun økonomisk rentabelt ved store serier pga. de høje værktøjsomkostninger. Begrænset til mindre med et relativt simpelt udvendigt design. Der kan dog støbes fx motorblokke med denne metode. 36 DTU Mekanik

37 Støbeprocesser KOKILLESTØBNING VIDEOLINKS Fertigungstechnik Druckgießen (med animation) KSM Castings - Schwerkraft-Kokillenguss-Prozessanimation (Animation) Tilt Pour Permanent Mold Gravity Die Casting Machine in Action Foundry gravity casting and prefinishing Robots's Island 37 DTU Mekanik

38 Støbeprocesser TRYKSTØBNING PRINCIP (VARMKAMMER) 38 DTU Mekanik

39 Støbeprocesser TRYKSTØBNING VARMT & KOLDT KAMMER VARMKAMMER KOLDKAMMER 39 DTU Mekanik

40 Støbeprocesser TRYKSTØBNING FORDELE ULEMPER Gode dimensionelle tolerance. Kræver kun begrænser efterbearbejdning. Fantastisk emner-til-emne ensartethed. Ideelt til storskala produktion. Kosteffektiv ved produktion af store serier. Er kun velegnet til legeringer med et lavt smeltepunkt. Fx aluminium, bly, magnesium, zink og enkelte kobberlegeringer. Er kun økonomisk rentabel ved produktion af store serier da udgifterne til værktøjer er store. Det kan være svært at garantere et minimum for de mekaniske egenskaber, hvorfor det kan være svært få komponenterne godkendt til mekaniske dele. Anbefales ikke til hydrauliske emner, eller andre tryksatte anvendelser. Begrænset emne størrelse. Kan anvendes på emner op til ca. 35 kg. 40 DTU Mekanik

41 Støbeprocesser TRYKSTØBNING Aluminium High Pressure Die Casting with ProCAST The Die Casting Process- RCM Industries, Inc. KSM Castings - Druckguss-Prozessanimation (Animation) High Pressure Die Casting Simulation Using Active Simulation Control Virtual Manufacturing: High Pressure Die-Casting simulation (Animation) "Lost Core" from Bühler New die casting technology opens up a wide range of applications 41 DTU Mekanik

42 Støbeprocesser PRESSESTØBNING 42 DTU Mekanik

43 Støbeprocesser PRESSESTØBNING FORDELE ULEMPER Andre geometrier og komponenter end traditionelle støbemetoder. Meget lidt efterbearbejdning. Få porøsiteter. Gode overflader. Fin mikrostruktur og god til højstyrkekomponenter. Intet materialespild. Dyre og komplekse værktøjer. Ingen fleksibilitet da værktøjet er dedikeret til ét emne. Behov for præcis proceskontrol hvilket givet langsommere cyklustider og højere omkostninger. Dyre værktøjer kræver store serier for at det er økonomisk rentabelt. 43 DTU Mekanik

44 Støbeprocesser PRESSESTØBNING VIDEOLINKS Squeeze Casting & Semi-Solid Metal Processes (Animation) REL Inc. Automated squeeze casting (Animation) Chiu Ta 200 Ton Squeeze Casting Machine Chiu Ta 250 Ton Squeeze Casting Machine(brass with sand core) 44 DTU Mekanik

45 STØBEOPGAVE 45 DTU Mekanik

46 Opgave VÆLG PROCES & LEGERING 46 DTU Mekanik

47 Opgave VÆLG PROCES & LEGERING VIDEOLINKS Largest Aluminum Fire Ant Colony Cast So Far (Cast #072) Over 200 kg (440 lb) Aluminium Casting of a Meat Ant Nest - Iridomyrmex purpureus /10/19 Casting a Mushroom with Molten Aluminum (Cast #091) 47 DTU Mekanik

48 Tak for jeres opmærksomhed! Nikolaj Kjelgaard Vedel-Smith Postdoc, PhD Section of Manufacturing Engineering DTU Mechanical Engineering Technical University of Denmark Department of Mechanical Engineering Produktionstorvet Building 427, Room 306A 2800 Kgs. Lyngby Direct DTU Mekanik