English
Kort svar: Vakuumpressgjutning sänker trycket i formrummet innan smältan sprutas in, så att mindre luft och gas blandas in och porerna blir färre och mindre. Det behövs när detaljen ska svetsas, värmebehandlas eller ytbehandlas vid hög temperatur, när den ska vara trycktät eller när den är en tunn strukturdetalj. Tekniken kostar mer än konventionell pressgjutning och är ingen universallösning.
Varför porer uppstår vid pressgjutning
Formrummet fylls med smält metall på några tiotals mikrosekunder. Under så kort tid är det svårt att få ut all luft ur ingjutssystemet och formrummet. När metallen möter ett mottryck från den instängda luften blandas metall och luft, och blandningen stelnar till porer i detaljen. Gas kommer också från fyllkammarens luft och från förgasat kolv- och formsläppmedel.
Konsekvensen är inte bara en försvagad detalj. En porig detalj tål inte värmebehandling eller härdande pulverlackering vid cirka 200 °C, eftersom den instängda luften expanderar och metallen samtidigt blir svagare, vilket ger blåsor i ytan. Många pressgjutna komponenter kan därför inte dra nytta av den hållfasthet en värmebehandling skulle ge.
Ett högt tryck under eftermatningen löser inte problemet. Det komprimerar porerna men tar inte bort dem. Metoder med permanenta formar och långsam, lugn fyllning, som kokillgjutning och lågtrycksgjutning, undviker luftinblandning men passar sämre för tunna sektioner, eftersom den långsamma fyllningen ger kallflytningar.
Principen: evakuera innan smältan kommer
I konventionell pressgjutning pressar metallen ut luften genom avluftningskanaler, ofta bara cirka 0,13–0,15 mm tjocka, till små luftfickor kallade övergjut. Kanalerna sätts lätt igen av metallskägg och avlagringar av formsmörjmedel, vilket ökar risken för blåsor. Vid vakuumpressgjutning sugs i stället merparten av luften och förbränningsgaserna ut ur formen innan smältan strömmar in. Det ger färre och mindre porer.
Utan mottryck kan mycket korta fylltider utnyttjas, och därmed fylls tunna sektioner med långa flytvägar innan kallflytningar hinner uppstå. Dessutom kan insprutningstrycket sänkas, vilket minskar slitaget på verktyg och maskin.
Vilken vakuumnivå man når beror på verktygets täthet. Delningsplan, kärnor och slider måste tätas, och gasavgivande ämnen som fukt och smörjmedel påverkar. Kolvhastighet, vakuumledningarnas längd och tvärsnitt samt ventilens kapacitet spelar också in. Under goda förhållanden kan ett undertryck ner mot 30 mbar uppnås i formhåligheten. Redan vid cirka 500 mbar, alltså halva atmosfärstrycket, har en minskad porbildning observerats i praktiken.
När bör vakuum övervägas?
Följande tecken pekar mot vakuum:
- formen blir inte helt fylld trots korrekta skottparametrar och bra avluftning
- luft- och gasporer dyker upp först i efterföljande bearbetning eller behandling
- draghållfasthet och duktilitet är för låga på grund av porer
- komponenten blir inte trycktät eller är inte svetsbar
- blåsor uppstår vid härdning, till exempel vid pulverlackering
- kallflytningar förekommer på tunna partier eller dem som fylls sist
Vid svetsning och värmebehandling är vakuum ofta det som avgör. Rätt använt kan det minska porbildningen så långt att godset går att svetsa samt värme- och ytbehandla utan kvalitetsstörningar. Vakuum ersätter dock inte övriga åtgärder: processparametrar och förutsättningar i övrigt måste också vara rätt inställda. Mer om hur gjutbar konstruktion ser ut finns i DFM-guiden för gjutgods.
Strukturdetaljer kräver mer än vakuum
Vid strukturdetaljer med höga krav på styrka och bockbarhet behöver processen ändras på flera sätt förutom själva vakuumet.
- Legering. Aluminiumlegeringar för högvakuum innehåller oftast 6,5–11,5 procent kisel och högst 0,25 procent järn, vilket ger hög töjbarhet. Mangan i halter på 0,25–0,8 procent minskar påsvetsning mot verktygsstålet.
- Smältabehandling. Metallen rengörs med flussmedel och filtrering och avgasas med en roterande impeller som för in små bubblor av inert gas. Väte och oxider fastnar på bubblorna och flyter upp till ytan.
- Verktygsutformning. Ingjutssystemet ändras: upp till 20–50 inlopp per detalj, jämfört med 3–5 vid konventionell pressgjutning. Avluftning och vakuumkanaler måste dimensioneras så att ingen metall kommer in i vakuumsystemet.
- Täta verktyg och vakuumstyrning för att nå önskade nivåer i formrummet.
- Styrd värmebehandling för rätt kombination av bockbarhet och styrka.
Resultatet är att högvakuumgjutna och svetsade delar kan uppvisa en förmåga att ta upp energi som konventionellt gods, även vakuumassisterat, inte har.
Kostnad och avvägning
Tekniken ger högre verktygskostnad, eftersom verktyget måste anpassas, och kräver vakuumventil och mer kringutrustning. Den mer komplexa processen ger också ett ökat underhållsbehov, och totalkostnaden blir betydligt högre än för konventionell pressgjutning. Mot det står den kassation som kan undvikas och mervärdet vid komplexa geometrier. Användningen tycks öka, särskilt för större strukturdetaljer där vikt och prestanda är viktigast. Ska detaljen göras i aluminium finns grunderna om legeringar och processen i guiden till pressgjutning av aluminium.
Traficator hjälper inköpare att matcha detaljen mot rätt leverantör via sitt leverantörsnätverk i Europa och Asien.
Vanliga frågor
Vad är vakuumpressgjutning?
Pressgjutning där luft och gas sugs ur formrummet innan smältan sprutas in. Det ger färre och mindre porer än konventionell pressgjutning.
Varför går poröst pressgjutet gods inte att svetsa eller värmebehandla?
Instängd luft och gas ger porer. Vid värme expanderar luften medan metallen försvagas, vilket ger blåsor i ytan, och porerna gör att detaljen inte går att svetsa.
Är vakuumpressgjutning alltid bättre?
Nej. Det ger bättre kvalitet när kraven motiverar det, men kostar mer i verktyg, utrustning och underhåll. Övriga processparametrar måste ändå vara rätt inställda.
Vilka legeringar används för strukturdetaljer?
Särskilda aluminiumlegeringar med lågt järninnehåll, högst 0,25 procent, och oftast 6,5–11,5 procent kisel. Låg järnhalt ger hög töjbarhet.
Tillbaka till översikten: Pressgjutning