Wat is zandgieten en hoe werkt het in de moderne productie?- Zhejiang Fantian Foundry & Trading Co., Ltd.

Zandgieten is een veelgebruikte metaalgiettechniek die al duizenden jaren bestaat. Het is nog steeds een belangrijke methode in de moderne productie vanwege de kosteneffectiviteit, veelzijdigheid en mogelijkheid om complexe onderdelen te produceren. Bij het zandgietproces wordt gesmolten metaal in een mal van zand gegoten om een stevig object te vormen zodra het afkoelt en stolt. Dit proces wordt in verschillende industrieën gebruikt, waaronder de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, de bouw en de machinebouw.

1. Patrooncreatie: de basis van zandgieten

Het patroon is een exacte replica van het eindproduct, maar meestal iets groter om rekening te houden met metaalkrimp tijdens het koelproces. Traditioneel werden patronen gemaakt van materialen zoals was, hout of metaal. Bij modern zandgieten is 3D-printen echter een veelgebruikte techniek geworden voor het maken van patronen, vooral voor ingewikkelde ontwerpen. De mogelijkheid om 3D-printen te gebruiken vermindert de tijd en kosten die gepaard gaan met traditionele methoden.

Het patroon wordt gemaakt op basis van de ontwerpspecificaties van het laatste onderdeel. Om ervoor te zorgen dat het gegoten product de juiste afmetingen en eigenschappen heeft, is een hoge mate van nauwkeurigheid vereist. Patronen kunnen ook in meerdere stukken worden gemaakt als het onderdeel complex is, waarbij elk deel van de mal wordt samengevoegd om de uiteindelijke vorm te vormen.

2. Vormvoorbereiding: ruimte creëren voor het gietstuk

Zodra het patroon is voorbereid, wordt het in een doos of fles geplaatst en begint het mallenmaakproces. De mal zelf is gemaakt van een mengsel van zand en een bindmiddel, meestal klei, en soms water of chemicaliën, die helpen de zanddeeltjes bij elkaar te houden. Dit zandmengsel wordt rond het patroon verdicht om een vaste vormholte te vormen.

2.1 Soorten zand gebruikt

Het soort zand dat bij het gietproces wordt gebruikt, is van cruciaal belang, omdat dit de kwaliteit van het gietstuk beïnvloedt. Silicazand is het meest gebruikte materiaal bij zandgieten vanwege de beschikbaarheid, kosteneffectiviteit en hittebestendigheid. Afhankelijk van de gietvereisten worden echter verschillende andere zandsoorten gebruikt, zoals olivijnzand en zirkoonzand, die een betere hittebestendigheid bieden en voor meer specifieke toepassingen kunnen worden gebruikt.

2.2 Het zand verdichten

Het zandmengsel wordt handmatig of mechanisch rond het patroon verdicht. Bij het verdichten van het zand wordt erop gelet dat er geen kieren of luchtbellen ontstaan, aangezien deze tot defecten in het gegoten onderdeel kunnen leiden. Als de mal niet goed wordt verdicht, kan het gesmolten metaal ongelijkmatig vloeien, wat kan resulteren in porositeit of zwakke plekken in het uiteindelijke gietstuk.

3. Smelten en gieten: de kern van het proces

Nadat de mal is gemaakt, is de volgende stap het smelten van het metaal dat in de mal wordt gegoten. Het metaal wordt doorgaans in een oven verwarmd tot zijn gesmolten toestand. Veel voorkomende metalen die bij zandgieten worden gebruikt, zijn onder meer aluminium, brons, staal en ijzer.

3.1 Ovens en apparatuur

Er zijn verschillende soorten ovens die worden gebruikt om het metaal te smelten, afhankelijk van het specifieke metaal en de grootte van het gietstuk. Elektrische inductieovens worden vaak gebruikt voor non-ferrometalen zoals aluminium, terwijl olie- of gasgestookte ovens doorgaans worden gebruikt voor ferrometalen zoals staal en gietijzer.

Het metaal wordt gesmolten tot een bepaalde temperatuur, afhankelijk van het type. Aluminium wordt bijvoorbeeld doorgaans gesmolten rond de 660°C (1220°F), terwijl voor staal temperaturen boven de 1370°C (2500°F) nodig zijn. Het gesmolten metaal wordt vervolgens via een gietbeker in de mal gegoten en in kanalen die bekend staan als poorten en lopers. Deze kanalen leiden het gesmolten metaal naar de holte waar het patroon werd verwijderd.

3.2 Gietproces

Het correct gieten van het metaal is cruciaal om defecten te voorkomen. Het metaal moet op de juiste temperatuur en met een gecontroleerde snelheid worden gegoten om turbulentie te voorkomen, waardoor luchtbellen kunnen ontstaan of het metaal voortijdig kan stollen.

4. Afkoeling en stolling: van vloeistof naar vast

Zodra het gesmolten metaal de holte vult, mag het afkoelen en stollen. De afkoeltijd varieert afhankelijk van de grootte en het materiaal van het gietstuk. Terwijl het metaal afkoelt, trekt het enigszins samen. Om hieraan tegemoet te komen, wordt het patroon iets groter gemaakt dan het gewenste laatste deel, en worden er in het ontwerp rekeningen gehouden om te voorkomen dat het gietstuk barst of kromtrekt.

Afkoeling en stolling zijn cruciale fasen. Als het metaal te snel afkoelt, kunnen er scheuren of zwakke plekken in het gietstuk ontstaan. Als het te langzaam afkoelt, kan het metaal ongewenste kristallisatiepatronen of insluitsels vormen. Het beheersen van de koelsnelheid is essentieel voor het produceren van hoogwaardige gietstukken.

4.1 Controle van de koelsnelheid

De koeling wordt soms geregeld door gebruik te maken van speciale koeltechnieken, zoals het toevoegen van koude rillingen (metalen stukken die strategisch in de mal worden geplaatst om warmte te absorberen en de koelsnelheid te regelen). Bij modern zandgieten worden vaak simulaties gebruikt om te voorspellen hoe het gesmolten metaal zich zal gedragen als het afkoelt en stolt, waardoor een betere controle over het proces mogelijk is.

5. Afwerking: Verfijning van het gietstuk

Zodra het metaal is afgekoeld en gestold, wordt de mal uit elkaar gehaald om het ruwe gietstuk zichtbaar te maken. Het gieten vereist meestal extra stappen om het tot een eindproduct te verfijnen. Deze stappen kunnen het volgende omvatten:

5.1 Reinigen en verwijderen van zand

De eerste stap is het verwijderen van eventueel overgebleven zand van het oppervlak van het gietstuk. Dit kan via verschillende methoden, zoals zandstralen, trilafwerking of waterstralen. Het reinigingsproces verwijdert al het vormmateriaal dat tijdens de afkoelfase aan het oppervlak van het gietstuk is blijven kleven.

5.2 Bewerking

Bewerking wordt gebruikt om overtollig materiaal te verwijderen en om de uiteindelijke afmetingen en oppervlakteafwerking van het onderdeel te bereiken. Bij het zandgieten worden vaak frees-, draai- en slijpprocessen gebruikt om de vereiste toleranties en oppervlaktekwaliteit te verkrijgen.

5.3 Warmtebehandeling

Bepaalde gietstukken kunnen een warmtebehandeling vereisen om hun mechanische eigenschappen, zoals sterkte en hardheid, te verbeteren. Dit kunnen processen zijn zoals gloeien, blussen of temperen, afhankelijk van het materiaal en de gewenste eigenschappen van het uiteindelijke onderdeel.

Voordelen van zandgieten

Zandgieten heeft een aantal belangrijke voordelen, waardoor het voor veel productietoepassingen de voorkeur geniet:

Voordeel	Uitleg
Kosteneffectiviteit	Zandgieten is inexpensive compared to other casting methods. The materials, such as sand and clay, are low-cost, and the process is highly adaptable for both small and large quantities of parts.
Veelzijdigheid	Het kan worden gebruikt voor het gieten van een breed scala aan metalen en legeringen, waaronder aluminium, brons, staal en ijzer. Dit maakt het toepasbaar in veel industrieën, van de automobielsector tot de lucht- en ruimtevaart.
Complexiteit	Zandgieten can create parts with complex geometries, such as intricate internal passages, which would be difficult to produce with other methods.
Goedkope prototypes	Zandgieten is ideal for prototyping and low-volume production runs because the molds can be made quickly and at a lower cost compared to other methods like investment casting.
Maatbereik	Het kan worden gebruikt om onderdelen van verschillende afmetingen te gieten, van kleine componenten tot grote industriële onderdelen, wat flexibiliteit in de productie biedt.