English
Kort svar: Bentonit är det vanliga bindemedlet i formsand för långa serier, medan kemiska bindemedel som furan och alkaliska fenolresoler dominerar kärnor och korta serier. Bentonit är billigt och sanden kan återanvändas i stor utsträckning, men kemiska system ger starkare och mer exakta formar och kärnor. Valet påverkar gjutgodsets yta, måttstabilitet och miljöbelastning.
Vad bindemedlet gör i en sandform
Sand ensam håller inte ihop. Bindemedlet är det som gör att en form eller kärna behåller sin geometri när smält metall rinner in och senare stelnar. Det avgör hur hård formväggen blir, hur gaser släpps ut och hur lätt sanden faller isär när gjutgodset ska tas ut. Bindemedlet är alltså en teknisk parameter som slår igenom på det färdiga godset, inte bara en detalj i formningen.
I grova drag finns två familjer. Bentonit är en naturlig lera som binder fuktig sand. Kemiska bindemedel är hartser och oorganiska system som härdar till en fast massa. Gjuterihandboken beskriver att bentonit dominerar för formar vid långa serier, medan kärnor och formar vid korta serier numera görs med kemiska bindemedel. Det är en bra utgångspunkt när man ska förstå varför två gjutgods i samma legering kan få olika yta och kostnad.
Bentonit: bindning med vatten
Bentonitens verksamma mineral är montmorillonit. Mineralet består av tunna skivor som tar upp vatten mellan sig och därigenom svälla. Det är vattnet som ger bindkraften, och därför är fukthalten avgörande. I en råsandsform utgör bentoniten en liten del av innehållet. Resten är mest återanvänd sand, ett kolhaltigt tillsatsmaterial och 2,5 till 4 procent vatten.
Metoden kallas råsandsformning och passar storserier. Bentonit fungerar för alla gjutlegeringar, och sanden kan i stor utsträckning användas igen. När bentoniten torkar i värmen från smältan krymper den, vilket ger sandkornen plats att expandera. Det minskar spänningarna i formen och därmed risken för vissa ytfel. Värmen förstör dock bentonitens kristallstruktur så att den förlorar bindförmågan, och ny bentonit måste tillsättas löpande.
Vid järngjutgods krävs dessutom ett kolhaltigt tillsatsmaterial för att få bra godsytor och minska risken för expansionsdefekter. Det belastar arbetsmiljön med emissioner, lukt och rök, och finmaterialet kan bilda explosiv blandning med luft. Därför har branschen under lång tid försökt minska tillsatsen av kolhaltigt material.
Kemiska bindemedel: styrka och noggrannhet
Kemiska bindemedel blandas i torr, ren sand och härdar antingen kallt, med gas eller med värme. Gemensamt är att de ger hårda, formstabila kärnor och formar som kan hanteras maskinellt. De är färskvaror med begränsad lagringstid, och komponenterna är reaktiva, vilket ställer krav på hantering, lagring och i vissa fall explosionsskydd.
Furan
Furanmetoden är kallhärdande: en harts och en syra blandas i sanden. Normalt används 0,8 till 1,2 procent harts räknat på sandvikten. Metoden ger starka formar och kärnor och fungerar även för grovt järn- och stålgjutgods. Bänktiden går att styra med syratillsatsen, vilket gör den användbar för både små och stora detaljer. Sandtemperaturen bör hållas mellan 15 och 25 grader, eftersom kall sand ger onormalt långa härdningstider. Nackdelarna är lukt och gaser vid kärntillverkning, avgjutning och urslagning samt risk för varmsprickor vid stålgjutning.
Alkaliska fenolresoler
Alkaliska fenolresoler finns i tre varianter. Alfa-Set är självstelnande och kallhärdande med flytande estrar som härdare. Beta-Set och Resol/CO2 är gashärdande. För Alfa-Set används cirka 1,5 procent harts, och modellen kan som regel dras efter tio minuter till ett par timmar beroende på härdare. Fördelarna är god släppning, lite lukt och inga gjutdefekter kopplade till kväve, svavel eller fosfor, vilket gör dem till ett alternativ när sådana fel är ett problem. Beta-Set är dessutom näst intill luktfritt vid kärntillverkningen. Gemensamma nackdelar är begränsad återvinningsbarhet, risk att bentoniten i formsanden överaktiveras och kemiska brännskador, eftersom pH-värdet är cirka 14.
Andra system
Cold box, skalsand, Hot box och Warm box används ofta för kärnor vid mindre och medelstort gjutgods. Vattenglas är ett oorganiskt alternativ med låg miljöbelastning och lågt pris, där tillsatsen ligger på två till fyra procent av sandvikten. Cold box har utmärkt sönderfall men är känsligt för sprickgrader, som uppstår när bindningen bryts ned samtidigt som kvartskornen expanderar. Läs mer om ytfel och kontroll i översikten om kvalitetskontroll vid metallgjutning.
Vad valet betyder för yta, mått och efterbearbetning
- Yta: Kolhaltiga tillsatser i bentonitbunden sand används för att få bra godsytor på järn. Hos kemiska system påverkas ytan av hur väl kärnan klarar värmen, och kärnor förses ofta med ett skyddande ytskikt, så kallad blackning.
- Mått: Komplicerade kärnpaket byggs av flera delar, och dimensionsnoggrannheten hos det färdiga godset kan då bli ett problem.
- Rensning: Dålig termisk nedbrytning av bindemedlet ger mer arbete vid urslagning och rensning. Det slår igenom på kostnad och ledtid.
- Miljö och arbetsmiljö: Bentonit är ett mineral utan organiskt innehåll av betydelse. Organiska kemiska system ger gaser som bensen, kolmonoxid och formaldehyd, medan vattenglas ger varken lukt eller gasutveckling vid avgjutning.
Mer om vad som händer efter gjutningen finns i guiden om efterbearbetning av gjutgods.
Så väljer man rätt bindemedel
Handboken pekar på flera faktorer: befintlig utrustning, produktpalett, kundkrav, ekonomi och kapacitet. Dessutom ska hållfasthet, urslagningsegenskaper och påverkan på övriga processer vägas in, till exempel hur bindemedlet samverkar med bentoniten i formsanden. Ett miljövänligare bindemedel är inte alltid det bästa totalt sett. Uppfylls inte hållfasthetskraven kan det ge mer kassation, mer rensning och högre förbrukning.
För en inköpare betyder det att bindemedelsvalet sällan behöver specificeras på ritningen, men att ytkrav, toleranser och serielängd styr vilken metod som är rimlig. Det är värt att fråga leverantören vilket system som används för formar respektive kärnor, och hur kärnornas hållfasthet och sönderfall hanteras. Traficator hjälper inköpare att matcha detaljen mot rätt leverantör via sitt leverantörsnätverk i Europa och Asien.
Vanliga frågor
Vilket bindemedel används mest vid sandgjutning?
Vid långa serier dominerar bentonit för formarna. För kärnor och för korta serier används numera kemiska bindemedel.
Är bentonit bättre än kemiska bindemedel?
Inte generellt. Bentonit passar storserier och möjliggör omfattande återanvändning av sanden. Kemiska bindemedel ger starkare och mer formstabila kärnor och formar, men kräver mer hantering och ger fler emissioner.
Vad är Alfa-Set och Beta-Set?
Det är vedertagna namn på två varianter av alkaliska fenolresoler. Alfa-Set är självstelnande och kallhärdande, medan Beta-Set är gashärdande.
Vilket bindemedel är minst miljöbelastande?
Oorganiska system som vattenglas ger varken lukt eller gasutveckling vid avgjutning och låg belastning vid deponering. Det bästa valet beror ändå på gjutgodset, eftersom hållfasthet och sönderfall också måste fungera.
Tillbaka till översikten: Sandgjutning