English
Kort svar: Vid precisionsgjutning med vaxursmältning avgörs kostnad, ledtid och kvalitet av sex steg: vaxmodellverktyget, vaxmodellen, kärnorna, trädmonteringen, skalet och urvaxningen med bränning. Verktyget är den stora engångsinvesteringen, medan skalets uppbyggnad och värmebehandlingen styr hur tunna och komplicerade detaljer som går att gjuta. Den som förstår stegen kan ställa rätt frågor till leverantören redan i offertskedet.
Vaxmodellverktyget: där investeringen sitter
Varje vaxmodell sprutas i ett verktyg. Verktyget tillverkas normalt i stål eller aluminium, och formhåligheterna tas oftast fram genom skärande bearbetning eller gnistbearbetning utifrån ett CAD-underlag. Ett alternativ är att gjuta verktyget med hjälp av en modell som ofta framställs med rapid tooling.
För inköparen betyder det att verktyget är en kostnad som tas innan första detaljen finns. Dimensionerna i formhåligheten måste räknas upp för att kompensera krympningen, både hos vaxet och hos den legering som ska gjutas. Verktyget förses dessutom med gångjärn och styrpinnar så att halvorna läggs ihop exakt, med ingjutskanaler för vaxet och med utstötare som trycker ut den färdiga modellen.
Behöver ni prototyper snabbt kan vaxmodellerna ersättas av modeller som tillverkas med rapid tooling direkt från en CAD-ritning. Gjutningen sker därefter på liknande sätt som med vaxmodeller. Det kan korta vägen till första provdetaljen, eftersom ett fullständigt serieverktyg inte behöver vara klart.
Vaxmodellen: sprutning, kontroll och sammansättning
Modellen skapas genom att smält vax sprutas in i verktyget. Vaxet måste ha god mekanisk stabilitet och liten krympmån, annars förs felen vidare till gjutgodset. Efter sprutningen kontrolleras modellen och eventuella partgrader tas bort.
Är detaljen komplicerad kan modellen byggas av flera delar. De limmas då ihop genom att sammanfogningsytan på ena delen värms med ett verktyg liknande en lödkolv. Underskärningar och håligheter kan dessutom åstadkommas med lösa verktygsdelar som tas bort samtidigt som vaxdetaljen. Det är en av anledningarna till att konstruktören får stor frihet vid utformningen, och att även konstruktioner med motsläppningar går att gjuta. Sammansatta modeller innebär dock fler arbetsmoment per detalj.
Allmänna konstruktionsprinciper för gjutgods finns i guiden om konstruktion för gjutgods, och en översikt av metoden finns på sidan om metallgjutning.
Kärnor: keramiska eller vattenlösliga
Gjutgods med komplicerade inre hålrum framställs genom att använda keramiska kärnor. Ett alternativ är en vattenlöslig kärna, som läggs in när den egentliga vaxmodellen tillverkas och som sedan löses upp i vatten. Valet påverkar hur inre kanaler och håligheter kan se ut och hur de rengörs.
För inköparen är kärnan ofta den detalj som skiljer en enkel detalj från en krävande. En detalj med inre hålrum kräver ett extra tillverkningssteg före vaxsprutningen och ett extra moment för att få bort kärnan efteråt. Fråga därför alltid leverantören vilken kärntyp som planeras och hur kärnresterna kontrolleras.
Trädmontering: många detaljer i en gjutning
Av ett större antal modeller byggs ett så kallat träd. Modellerna fästs på trädets stam och grenar genom att en av ytorna värms. Stammen och grenarna är också tillverkade i vax och fungerar som gjutsystem när metallen väl hälls.
Poängen med trädet är att flera detaljer gjuts samtidigt. Antalet modeller per träd påverkar därför hur effektivt en serie kan köras. Placeringen av grenarna avgör hur smältan fyller detaljen, så trädets utformning är en del av gjutkvaliteten, inte bara en logistikfråga.
Skaluppbyggnad: lager på lager
Formen byggs upp kring trädet genom att det doppas i en slurry, det vill säga en uppslamning av mycket små keramiska partiklar och ett bindemedel. Ett skikt av keramisk massa fastnar. Eftersom ytan är fuktig fastnar sedan en viss mängd torr sand när trädet beströs. Proceduren upprepas flera gånger, med torkning eller härdning mellan varje varv, och på så sätt växer ett skal fram runt vaxmodellerna. Normal skaltjocklek är 5 till 10 mm.
Torkningen mellan varven är det som gör skaltillverkningen tidskrävande. Ledtiden påverkas alltså av hur många lager skalet behöver och hur snabbt varje lager hinner torka eller härda. Vid serietillverkning är momentet oftast automatiserat och träden hanteras med industrirobotar, vilket ger jämnare resultat än manuell hantering.
Skalets yta avtecknar sig i gjutgodset, vilket är en förklaring till att metoden ger god måttnoggrannhet och ytjämnhet. Toleranser och material behandlas i översikten om precisionsgjutning.
Urvaxning och bränning: sista steget före gjutning
När skalet fått rätt tjocklek torkas det, och därefter smälts vaxet ur. Det sker oftast med vattenånga vid cirka 6 bar och en temperatur på 150 °C.
Därefter upphettas formen successivt till hög temperatur. Under upphettningen får den en lämplig skaltemperatur, luften i formen förtunnas så att mottrycket vid gjutningen minskar, och alla rester av vax och organiska ämnen bränns bort. Gjutningen utförs normalt direkt efter att formen tagits ut ur ugnen. Eftersom skalet fortfarande är varmt underlättas formfyllningen av tunna sektioner.
Efter gjutningen slås det keramiska skalet sönder och godset efterbehandlas på sedvanligt sätt, till exempel genom slungrensning. Skalet är alltså en engångsform. Det förklarar varför ämnespriset är förhållandevis högt, men det kompenseras av att den goda måttnoggrannheten ofta minskar behovet av efterbearbetning, och i många fall krävs ingen efterbearbetning alls.
Alternativa modeller och 3D-printning
Modeller kan också skrivas ut i 3D. Polymeren måste då inte expandera när den värms upp innan den smälter, eftersom det annars finns risk för spruckna keramiska skal. Ett exempel på ett lämpligt material är polymetylmetakrylat (PMMA), som kollapsar när det hettas upp. Tekniken har gjort det möjligt att precisionsgjuta alltmer komplicerade komponenter.
Vad inköparen bör fråga leverantören
- Hur tillverkas verktyget, och vad krävs för att göra ändringar efter provgjutning?
- Är detaljen en sammansatt modell, och hur kontrolleras fogarna?
- Behövs keramiska eller vattenlösliga kärnor, och hur verifieras att de är helt borta?
- Hur många detaljer sitter på ett träd och hur hanteras träden?
- Vilken efterbearbetning krävs? Se efterbearbetning av gjutgods.
Traficator hjälper inköpare att matcha detaljen mot rätt leverantör via sitt leverantörsnätverk i Europa och Asien.
Vanliga frågor
Vad kostar mest vid precisionsgjutning med vaxmodeller?
Vaxmodellverktyget är en stor engångskostnad, och själva ämnespriset är förhållandevis högt eftersom skalet är en engångsform. Det kan kompenseras av att detaljen oftast behöver mindre efterbearbetning.
Hur tjockt är det keramiska skalet?
Normal skaltjocklek är 5 till 10 mm, uppbyggd genom upprepad doppning i keramisk slurry och beströning med torr sand, med torkning mellan varje varv.
Hur får man bort vaxet ur skalet?
Oftast med vattenånga vid cirka 6 bar och 150 °C. Därefter värms skalet successivt så att resterande vax och organiska ämnen bränns bort.
Kan detaljer med inre hålrum precisionsgjutas?
Ja, med keramiska kärnor eller med en vattenlöslig kärna som löses upp i vatten efter att vaxmodellen tillverkats.
Tillbaka till översikten: Precisionsgjutning och vaxgjutning