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 +45 45254714 nikvs@mek.dtu.dk
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
STØBELEGERINGER 3 DTU Mekanik
Støbelegeringer HVAD ER ALUMINIUM? 2009, Vogel et al., Metallurgi for ingeniører 4 DTU Mekanik
Støbelegeringer HVAD ER EN ALUMINIUMS LEGERING? 5 DTU Mekanik
Støbelegeringer HVORFOR ER LEGERINGEN VIGTIG? 6 DTU Mekanik
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
Støbelegeringer DESIGNVALG Kriterier for valg af støbelegering Funktionalitet (krav i brug) Design (form og størrelse) Produktionskvalitet Produktionsmetode Antal Pris 8 DTU Mekanik
Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 9 DTU Mekanik
Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 10 DTU Mekanik
Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 11 DTU Mekanik
Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 12 DTU Mekanik
Støbelegeringer TRYKSTØBNING 13 DTU Mekanik Stena Aluminium AB
Støbelegeringer TRYKSTØBNING Stena Aluminium AB 14 DTU Mekanik
Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 15 DTU Mekanik
Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 16 DTU Mekanik
Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING 17 DTU Mekanik Stena Aluminium AB
Støbelegeringer SAND- OG KOKILLESTØBNING Stena Aluminium AB 18 DTU Mekanik
19 DTU Mekanik Stena Aluminium AB
20 DTU Mekanik Stena Aluminium AB
STØBEPROCESSER 21 DTU Mekanik
Støbeprocesser SANDSTØBNING 22 DTU Mekanik
Støbeprocesser SANDSTØBNING DISAMATIC 23 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser SANDSTØBNING - HÅNDFORMNING VIDEOLINKS Foundry Loose Pattern Molding https://youtu.be/yk1joyzwrp4 Cope & drag pattern (Animation) https://youtu.be/m4qbetv7bx0 FOUNDRY CASTING Molding with a Split Pattern (med instruktion) https://youtu.be/wg9jzezypi4 25 DTU Mekanik
Støbeprocesser SANDSTØBNING - DISAMATIC VIDEOLINKS VIDEOLINKS DISA Complete Foundry (Animation) https://youtu.be/u4eek_5ikas?t=1 m53s Disamatic moulding lines https://youtu.be/fs7qauatcbs DISA MATCH (Animation) https://youtu.be/u4eek_5ikas?t=1 m53s Disa MATCH 130 https://youtu.be/oey6qv6zali Foseco Spot Feeding on DISAMATIC moulding lines https://youtu.be/iq1inrpqe54 Waupaca Foundry vertical molding animation https://youtu.be/y7c9lby0u-0 26 DTU Mekanik
Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) 27 DTU Mekanik
Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) 28 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser SKUMSTØBNING (LOST FOAM) VIDEOLINKS Lost Foam Casting (med instruktion) https://youtu.be/mnjt0a8pn20 FATA Aluminum: Engine Blocks Lost Foam Production https://youtu.be/urysf1qo0om FATA Aluminum: Cam Carrier - Lost Foam Production https://youtu.be/adqvqhbzrqa FATA Aluminum: Lost Foam Casting System https://youtu.be/krw_dnio68m The Lost Foam Casting Process Flowof Ruiou company https://youtu.be/6feu3fuqd9s 30 DTU Mekanik
Støbeprocesser PRÆCISIONSSTØBNING (LOST WAX) 31 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser PRÆCISIONSSTØBNING (LOST WAX) VIDEOLINKS Investment Casting Process - Lost Wax Casting https://youtu.be/cptlgzwyfek Investment casting in Asia https://youtu.be/xxe81ezif2m Investment Casting Process https://youtu.be/aog5hc8rgdu?t=1m48s How Investment Casting Works with a 3D Printer https://youtu.be/1rgft-plxqu Bronze Casting: The Lost Wax Process (animation af kunststøbning) https://youtu.be/d2ltsd8ie_s 33 DTU Mekanik
Støbeprocesser KOKILLESTØBNING - LAVTRYK 34 DTU Mekanik
Støbeprocesser KOKILLESTØBNING - TILT 35 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser KOKILLESTØBNING VIDEOLINKS Fertigungstechnik Druckgießen (med animation) https://youtu.be/5uysm2d8el8 KSM Castings - Schwerkraft-Kokillenguss-Prozessanimation (Animation) https://youtu.be/g5nsx8ahfbs Tilt Pour Permanent Mold https://youtu.be/h1zreqyg888 Gravity Die Casting Machine in Action https://youtu.be/_a6kg010u3o Foundry gravity casting and prefinishing Robots's Island https://youtu.be/pttap4wieau 37 DTU Mekanik
Støbeprocesser TRYKSTØBNING PRINCIP (VARMKAMMER) 38 DTU Mekanik
Støbeprocesser TRYKSTØBNING VARMT & KOLDT KAMMER VARMKAMMER KOLDKAMMER 39 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser TRYKSTØBNING Aluminium High Pressure Die Casting with ProCAST https://youtu.be/hruyhvs3u4a The Die Casting Process- RCM Industries, Inc. https://youtu.be/isybsdjkqu8 KSM Castings - Druckguss-Prozessanimation (Animation) https://youtu.be/m_l4tbxgw-8 High Pressure Die Casting Simulation Using Active Simulation Control https://youtu.be/eggm6idlwx8 Virtual Manufacturing: High Pressure Die-Casting simulation (Animation) https://youtu.be/rebmvs2hm7i "Lost Core" from Bühler New die casting technology opens up a wide range of applications https://youtu.be/ibc9knp0oj4 41 DTU Mekanik
Støbeprocesser PRESSESTØBNING 42 DTU Mekanik
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
Støbeprocesser PRESSESTØBNING VIDEOLINKS Squeeze Casting & Semi-Solid Metal Processes (Animation) https://youtu.be/geexf3fmz9k REL Inc. Automated squeeze casting (Animation) https://youtu.be/2sxdz1hsc2g Chiu Ta 200 Ton Squeeze Casting Machine https://youtu.be/me0yj5f3k_y Chiu Ta 250 Ton Squeeze Casting Machine(brass with sand core) https://youtu.be/njkmaujo2pk?t=2m19s 44 DTU Mekanik
STØBEOPGAVE 45 DTU Mekanik
Opgave VÆLG PROCES & LEGERING 46 DTU Mekanik
Opgave VÆLG PROCES & LEGERING VIDEOLINKS Largest Aluminum Fire Ant Colony Cast So Far (Cast #072) https://youtu.be/8xvsxarw-j0 Over 200 kg (440 lb) Aluminium Casting of a Meat Ant Nest - Iridomyrmex purpureus - 2015/10/19 https://youtu.be/3vxqno-gbiu Casting a Mushroom with Molten Aluminum (Cast #091) https://youtu.be/f9uwq6mr00o 47 DTU Mekanik
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 +45 45254714 nikvs@mek.dtu.dk 48 DTU Mekanik