English
Kort svar: Ett pressgjutverktyg består av en fast och en rörlig halva som tillsammans bildar formrummet, med utstötare, styrningar och ofta rörliga kärnor. Det tillverkas av högvärdigt varmarbetsstål som fräses, gnistas och värmebehandlas. Livslängden begränsas av varmsprickor, erosion, totalhaveri, korrosion och intryckningar. För inköparen betyder det att verktygets kvalitet och skötsel styr både detaljpris och leveranssäkerhet.
Så är ett pressgjutverktyg uppbyggt
Verktyget har en fast och en rörlig halva som tillsammans formar den önskade håligheten. Halvorna byggs ofta upp av ett antal insatser som omges av en ram, kallad moderform. Den rörliga halvan har utstötarpinnar som löper genom verktyget och trycker ut detaljen när formen öppnas. Pinnarna sitter förankrade i en utstötarplatta i den så kallade utstötarlådan. Halvorna centreras mot varandra med styrpinnar och styrbussningar, och verktyget är konstruerat så att detaljen blir kvar i den rörliga halvan vid öppning.
Många verktyg har dessutom rörliga kärnor som styrs av snedpinnar eller hydraulcylindrar. Snedpinnar och slider passar alla maskinstorlekar: pinnen låser sliden under gjutningen och tvingar isär den när verktyget öppnas. Stora kärnor i skiftande riktningar, eller kärnor som måste dras ut innan formen öppnar, kräver i stället kärndragningscylindrar, och dragningen kan då ske i en bestämd följd.
Material och kostnadsandel
Vid pressgjutning av aluminiumlegeringar utgör verktygskostnaden ungefär tio procent av den färdiga detaljens totala kostnad. Därför lönar det sig att välja ett verktygsstål med hög kvalitet och lång livslängd. Av verktygets egen kostnad står stålet för cirka 10–20 procent och värmebehandlingen för cirka 5–10 procent.
Kraven på stålet är många och delvis motstridiga: god värmeledning för låga termiska spänningar, hög duktilitet och seghet så att sprickor inte uppstår, hög anlöpningsbeständighet och varmsträckgräns mot mjuknande vid hög temperatur, hög kryphållfasthet och låg termisk utvidgning. Ett vanligt val är ett legerat varmarbetsstål med bland annat krom, molybden och vanadin. Det har en draghållfasthet på cirka 1 400 MPa och hårdhet 46–48 HRC och används till insatser, kärnor, slider, munstycken, utstötare, kolvar och fyllkammare. Vidareutvecklade stål kan härdas till 50 HRC med bibehållen seghet men är svårare att bearbeta. Maråldringsstål ger mycket fina ytor på detaljen men är relativt dyrt, och för moderformen räcker ofta enklare konstruktionsstål.
Hur verktyget tillverkas
Formrummet fräses oftast ut ur stålet i en CNC-maskin. Moderna maskiner arbetar ofta i fem axlar, och fräsprogrammet skapas i ett CAM-system utifrån CAD-filen. Komplexa geometrier kräver ofta gnistning, där material smälts bort med elektriska gnistor i stället för att skäras. Vid trådgnistning används en tunn tråd, till exempel av mässing, nedsänkt i avjoniserat vatten. Metoden lämpar sig för hål och ytor med fina toleranser. Vid sänkgnistning används en elektrod, till exempel av grafit, formad som negativ av det som ska bort, och processen sker i en isolerande vätska.
Efter bearbetningen värmebehandlas verktyget för att få rätt hållfasthet, anlöpningsbeständighet, seghet och duktilitet. Resultatet styrs av austenitiseringstemperatur och tid, kylhastighet vid härdning och anlöpningstemperatur. Hårdheten bör inte överstiga 50 HRC vid pressgjutning av aluminium och 46 HRC vid mässing, eftersom sprickrisken ökar med hårdheten. Snabbare kylning ger bättre härdstruktur och längre livslängd, men kan ge större formförändringar som kräver mer justering. I de flesta fall är den högre kylhastigheten att föredra sett till totalekonomin. Stålet ska anlöpas två gånger, och en tredje anlöpning görs normalt i samband med oxideringen.
Livslängd och skademekanismer
Verktyget utsätts för hög temperatur och stora mekaniska laster, så livslängden kan bli begränsad. Livslängden varierar med gjutmetall och med vilken mekanism som slår hårdast. Fem mekanismer begränsar den främst.
- Varmsprickor (termisk utmattning). Växlande upphettning och avkylning ger spänningar i ytskiktet. Upp till 600 °C är påfrestningen måttlig, över det ökar risken kraftigt. Verktyget bör förvärmas före produktionsstart.
- Erosion. Smältan pressas in med hög hastighet och högt tryck och kan spola bort stål från formytan. Smältans temperatur, sammansättning och hastighet samt verktygets värme- och ytbehandling påverkar graden.
- Totalhaveri genom sprickbildning. Orsakas av tillfällig termisk överbelastning och är vanligast tidigt efter driftstart. Seghet, underhåll och själva gjutprocessen spelar in.
- Korrosion. Påverkas främst av smältans temperatur och sammansättning, flödeshastigheten och verktygets ytbehandling.
- Intryckningar. Beror ofta på för låg varmhållfasthet, eftersom stålets hållfasthet och hårdhet sjunker med temperaturen.
Nya tekniker: 3D-printade insatser och engångskärnor
Additiv tillverkning kan användas för insatser och kärnor med komplex geometri. Kylkanaler kan läggas optimalt, vilket kan minska formsmörjningen och cykeltiden, göra tunnare gods möjligt och minska stelningsrelaterade porer. Ledtiden för insatser kan också kortas. Printade delar kräver i allmänhet bearbetning och värmebehandling efteråt.
Engångskärnor av salt gör det möjligt att pressgjuta kanaler och håligheter som inte går att ta fram med rörliga stålkärnor, eftersom stålkärnor bara kan röra sig rakt in och ut. Saltkärnan sätts i formen före gjutning och spolas ut efteråt. Den tål smältans hastighet och tryck bättre än sand och ger hög ytjämnhet, vilket passar kanaler för vätskor och gas.
Vad detta betyder för inköparen
Verktyget är en liten andel av detaljens kostnad men styr hur länge produktionen håller. Den som jämför offerter bör fråga efter stålkvalitet, värmebehandling, förvärmning och underhållsrutiner, för de påverkar hur länge verktyget håller och därmed leveranssäkerheten. Materialspecifika frågor behandlas i guiden till pressgjutning av aluminium, och zink i guiden till zinkgjutning.
Traficator hjälper inköpare att matcha detaljen mot rätt leverantör via sitt leverantörsnätverk i Europa och Asien.
Vanliga frågor
Vad kostar ett pressgjutverktyg i förhållande till detaljen?
Vid pressgjutning av aluminiumlegeringar utgör verktygskostnaden ungefär tio procent av detaljens totala kostnad. Absoluta priser beror på detaljens komplexitet och bör offereras.
Vilket material används i pressgjutverktyg?
Vanligen ett legerat varmarbetsstål med krom, molybden och vanadin för insatser, kärnor och slider. För moderformen används ofta enklare konstruktionsstål.
Varför slits pressgjutverktyg ut?
Främst genom varmsprickor från växlande temperatur, erosion från inströmmande smälta, totalhaveri genom sprickbildning, korrosion och intryckningar när stålet är för mjukt vid hög temperatur.
Hur kan verktygets livslängd förlängas?
Genom rätt stålval, värmebehandling och förvärmning före produktionsstart, samt genom att optimera parametrar som temperaturcykel och verktygets utformning.
Tillbaka till översikten: Pressgjutning