Gieten en Kneden: Primaire technieken voor het vormgeven van bouwelementen

(1)

GIETEN EN KNEDEN

(2)

(3)

GIETEN EN KNEDEN

PRIMAIRE TECHNIEKEN VOOR HET VORMGEVEN VAN BOUWELEMENTEN

Ir. Jan van der Woord, auteur

Oud-universitair hoofddocent leerstoel Productontwikkeling 1992-2006 Faculteit Bouwkunde TU Delft

Prof.dr.ir. Mick Eekhout, redacteur

Hoogleraar Productontwikkeling TU Delft 1991-2015 Faculteit Bouwkunde TU Delft

(4)

GIETEN EN KNEDEN

REDACTEUR Mick Eekhout

LAYOUT Manuela Schilberg, Saphira Jon, Octatube, Delft ESIGN Sirene Ontwerpers, Rotterdam

This book is published online with Open Access by IOS Press and distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License.

ISBN 978-90-5199-540-4 (print) ISBN 978-90-5199-541-1 (online) DOI 10.3233/978-90-5199-541-1-i PUBLISHER AND DISTRIBUTOR IOS Press BV Nieuwe Hemweg 6B 1013 BG Amsterdam The Netherlands fax: +31-20-687-0019 e-mail: order@iospress.nl

(5)

VOORWOORD

Mick Eekhout (© Nadine Maas)

Dit boek ‘Gieten en kneden’ is het werk van Jan van der Woord, die er een speciale belangstelling voor had in de jaren dat hij in de leerstoel Productontwikkeling aan de Faculteit Bouwkunde TU Delft universitair hoofddocent was. Hij heeft het als nalatenschap geschreven voor studenten die hiermee één of meer complexe bouwconstructies en

hoofddraagconstructies willen ontwerpen. In het algemeen zijn dit bouwtechnologiestudenten. Maar ook aan architectuurstudenten geeft het boek veel inzicht in mogelijkheden vanuit de productie. Bij het ontwerpen van nieuwe bouwkundige constructies en hoofddraagconstructies in hightechmaterialen is de kennis van productietechnieken die daartoe voorhanden zijn en die een ervaren gebruik hebben, van groot belang. Jan van der Woord heeft een collectie gemaakt van voor de hand liggende productietechnieken die voor de bouwtechnologie bruikbaar zijn. Het gieten van metalen, zoals dat reeds duizenden jaren gebeurt, heeft ook voor de bouw inmiddels een mooie industriële vorm gekregen. Het wordt ook frequent gebruikt, kan ik uit eigen ervaring op mijn werk als hoofdontwerper bij Octatube zeggen. Niet alleen voor grote massa’s identieke producten, maar ook voor kleinere series, ‘one-oﬀ ’s’, enkele stuks zeer speciaal ontworpen gietstukken als onderdeel van architectonische constructies en hoofddraagconstructies. Zeker als men minimaal wil ontwerpen, dus als men slank wil ontwerpen, komen vaak hoge geconcentreerde belastingen op onderdelen voor. Dan is gieten de aangewezen productiemethode. Ook porseleinen gietstukken, die in de architectuur soms als decoraties in de gevel worden gebruikt, kunnen op een soortgelijke wijze geproduceerd worden. Nieuwe methoden maken vaker gebruik van het sinteren van metaaldeeltjes, bij het maken van een complex werkstuk. Het enthousiasme om 3D prints te maken, gaat heden ten dage zo ver dat er plannen bekend zijn om een compleet grachtenhuis te maken op deze wijze. Of die productiemethode ook de vaststaande normen van materiële belastbaarheid en betrouwbaarheid van materialen kan doorstaan, zal wel blijken. Voorlopig beperkt dit boek zich tot de gevestigde productietechnieken met navenante normen en betrouwbare resultaten.

(6)

Het omvormen van metalen massa’s, staven, proﬁ elen en platen is een ander interessant onderdeel van het boek, waarmee een groter assortissement van aanbieders zich bezig houdt in vergelijking met de gieters. Ook hier geldt dat de schema’s voor de student zeer interessant zijn, maar dat de toegepaste producten echt de functie en de mogelijkheden van de productietechnieken in de praktijk weergeven. Bij de onwetendheid over dergelijke productiemethoden kan het zijn dat de architect zich moet laten leiden door design & build producenten, van wie de engineers mogelijk het boek wel hebben gelezen. In dat geval is de architect de leiding van het denkwerk bij het ontwerpen kwijt. Excessen zoals het explosief vervormen van een aluminiumplaat hebben in praktijkgevallen geleid tot zeer speciﬁ eke mogelijkheden om vrijevormarchitectuur perfect te maken.

Polymeren en composieten hebben een geheel eigen wereld aan mogelijkheden, grotendeels geïmporteerd vanuit andere industrieën voor kleinere onderdelen. Grotere onderdelen zoals gevels zijn in het recente verleden door een aantal industrieën

vervaardigd, die echter nogal wat problemen met zich meebrachten. Reden waarom hieraan in de toekomst verder aandacht besteed moet worden.

Het omvormen van glasplaten, speciﬁ ek te onderscheiden in de cilindrische glasplaten en de conische en vrijevormpanelen heeft veel meer aandacht nodig om up to date te zijn. Er zijn recente ervaringen met cilindrisch gebogen glas. Karel Vollers heeft een machine ontwikkeld voor het repeterend vormen van andere werkstukken in glas, dus het begin van de vrijevormglastechnologie is aanwezig.

Het boek heeft een tijdlang bestaan in de vorm van prototypes. Bij het naderend emeritaat van de hoogleraar Productontwikkeling, in 2015 heeft dit boek een update ondergaan, een nieuwe lay-out gekregen en wordt het in kleine papieren oplage gepubliceerd. Tevens wordt er een grotere toegankelijkheid nagestreefd in ‘open acces’, direct downloadbaar. Het wordt beschouwd als één van de acht boeken die bij het emeritaat wordt gepubliceerd. Het is de bedoeling om de tekst later eveneens in het Engels te vertalen voor een groter verspreidingsgebied van deze kennis, zodat ook buitenlandse masterstudenten eruit kunnen leren.

Prof.dr.ir. Mick Eekhout

(7)

INHOUDSOPGAVE

VOORWOORD

INTRODUCTIE XI

01 OERVORMEN 1

1.01 ALGEMENE ASPECTEN VAN HET GIETEN 2

1.02 ZANDGIETEN 2

1.03 VERLOREN WASGIETEN (LOST WAX INVESTMENT CASTING) 15

1.04 COQUILLEGIETEN (PERMANENT-MOULD CASTING, GRAVITY DIE-CASTING) 20

1.05 SPUITGIETEN 22

02 GIETEN VAN KLEIACHTIGE MATERIALEN, ZOALS PORSELEIN 29 02.01 AANZETGIETEN 29

03 POEDERMETAAL TECHNIEKEN (POWDER METALLURGY) 33

04 MATERIAAL-AANGROEITECHNIEKEN 41 04.01 SELECTIVE LASER SINTERING 45 04.02 STEREOLITHOGRAFIE 45

(8)

04.03 3D PRINTING/GLUEING 47 05 OMVORMEN 51

05.01 ALGEMENE ASPECTEN VAN HET OMVORMEN 51 05.02 PRIMAIRE EN SECUNDAIRE PROCESSEN 52

05.03 MASSIEF OMVORMEN EN HET OMVORMEN VAN PLAAT 54 05.04 WARM OMVORMEN VERSUS KOUD OMVORMEN 54 05.05 IN- EN UITGANGSGEOMETRIE 55

05.06 BLOB-ARCHITECTUUR EN DE VRAAG NAAR OMGEVORMDE PANELEN EN PROFIELEN 57 06 OMVORMTECHNIEKEN IN METAAL 63 06.01 OMVORMBARE MATERIALEN 63 06.02 FERROMETALEN 63 06.03 NON-FERROMETALEN 64 06.04 METALEN HALFFABRIKATEN 71 06.05 SMEDEN 72 06.06 WALSEN 79 06.07 FORCEREN EN VLOEIDRAAIEN 86 06.08 BUIGEN 87 06.09 RUBBERPERSEN 94 06.10 EXPLOSIEF OMVORMEN 96

06.11 SUPERPLASTISCH OMVORMEN (SUPERPLASTIC FORMING) 97

(9)

06.13 OMVORMEN VAN POLYMEREN 108 06.14 OMVORMEN VAN POLYMERE PLATEN 111 06.15 VORMMETHODEN VOOR THERMOHARDERS 114 06.16 PROFIELVORMIGE OMVORMING VAN GLAS 115 06.17 OMVORMEN VAN GLAS 115

06.18 OMVORMEN VAN HOUT 121 EPILOOG 131

(10)

(11)

XI INTRODUCTIE

INTRODUCTIE

Jan van der Woord

Een gebouw is een architectonisch object dat een samenhangend stelsel van ruimten voor menselijk gebruik bevat. Dat stelsel is de ruimtelijke structuur van het gebouw, in combinatie met een complementaire materiële structuur van dat gebouw. Deze materiële structuur bestaat uit het geheel van materiële onderdelen van het gebouw en wordt ook wel de gebouwconstructie genoemd. Een gebouwconstructie is op zich weer een verzameling van bouwkundige constructies ofwel bouwconstructies. Bouwconstructies worden gegroepeerd naar positie in het gebouw: funderingsconstructies, vloerconstructies, wandconstructies, dakconstructies, gevelconstructies, enz., of naar functie: scheidingsconstructies,

draagconstructies, installaties en (bouwkundige) voorzieningen zoals trappen en schachten. Bouwconstructies zijn veelal systemen, die uit diverse componenten zijn samengesteld. Dergelijke systemen en hun componenten worden industrieel, dat wil zeggen door gespecialiseerde bedrijven buiten de bouwplaats, geproduceerd. Het vervaardigen van bouwcomponenten komt in laatste instantie neer op het assembleren van elementen. Deze elementen kunnen op zich weer het resultaat zijn van vervaardigingsprocessen van toeleveringsbedrijven.

Het ontwerpen van een bouwconstructie als deel van een gebouwconstructie betekent, dat moet worden nagedacht over de wijze waarop die bouwconstructie uit componenten zal worden samengesteld. Dat geldt evenzeer voor de samenstellende onderdelen van die componenten. De industrie vervaardigt een enorme verscheidenheid aan bouwsystemen en bouwproducten in de vorm van standaardcomponenten en -onderdelen, waaruit bouwconstructies kunnen worden geassembleerd. Bouwkundige ontwerpers en

constructeurs kunnen in veel gevallen volstaan met een directe keuze uit het marktaanbod. Bovendien is het bij veel standaardproducten mogelijk om te kiezen uit een of meer klantgerichte variabelen, “semi-custom made” producten, hetgeen de keuze nog eenvoudiger maakt. Desalniettemin is het mogelijk, dat de bouwkundig ontwerper zelf wil of gaat ontwerpen, in het verlengde daarvan in overleg met leveranciers. Dat kan op systeemniveau, maar ook op componenten zelfs elementniveau. Daarvoor is een zekere

(12)

kennis nodig van materialen en productieprocessen. Zonder dat is een samenwerking met uitvoerende partijen niet goed mogelijk. Mick Eekhout beschrijft in zijn methodologieboeken de hiërarchie van bouwproducten die een algemene inleiding vormt van de zienswijze van uit de leerstoel Productontwikkeling op bouwproducten. Hij onderscheidt standaard bouwproducten, systeemproducten en speciale producten of projectcomponenten [EEK 01] Dit boek gaat in het bijzonder in op de technische problematiek van het ontwerpen en vervaardigen van onderdelen van componenten van bouwconstructies en bouwsystemen ofwel van bouwkundige elementen. De nadruk ligt daarbij op de materiaalgroepen, die in het bijzonder geschikt zijn voor industriële productie en die in traditionele bouwconstructies minder of in het geheel niet werden gebruikt. Aandacht wordt derhalve gegeven aan de toepassing van minder gangbare materialen en van voor de bouw minder aan de orde gestelde productietechnieken. In dit boek valt daarbij de nadruk op de techniekgroepen van het vloeibaar vormgeven, ook wel als “gieten” aangeduid, en het plastisch “om”vormen, waarbij een materiaal met een vaste vorm door middel van toegevoegde energie een andere vorm aanneemt. Deze toegevoegde energie bestaat uit een verhoging van de drukspanning in het materiaal, het “kneden”, al dan niet in combinatie met verhoging van de temperatuur. Metaallegeringen die zich goed later omvormen worden wel kneedlegeringen genoemd. Omdat de hoofdvorm van een element in eerste instantie door deze beide techniekgroepen wordt bepaald, zijn ze samen voor de elementproductie de primaire technieken. Voor het ontwerpen en ontwikkelen van elementen is het relatiepatroon tussen functie, materiaal, vorm en productietechniek van deze objecten van groot belang. Zonder inzicht in deze vier aspecten is een zinnig ontwerpen ontwikkelingsproces niet goed mogelijk. De invalshoek van de productietechnieken zal worden gekozen als inzichtgevend voor de daarmee te bewerken materialen en de met die combinaties van technieken en materialen te bereiken technische vormgeving. Het is de bedoeling dat samen met de genoemde literatuur inzicht verkregen kan worden in de mogelijkheden, die voor een bouwkundig ontwerper openstaan om buiten het bestaande aanbod aan bouwproducten op onderdelen tot een rijker geschakeerd en individueel ingekleurd bouwtechnisch ontwerp te komen. Wellicht dat contacten tussen ontwerpers en de industrie door verhoogd inzicht gemakkelijker tot stand zullen komen, onmisbaar voor het welslagen van productontwikkeling. Zie de stichting BOOOSTING, zie [BOOO88], zij streeft naar het verbeteren van de relatie tussen ontwerpende en producerende partijen in de bouwmarkt.

Dit boek is speciaal geschreven voor studenten in de opleiding architectuur en/ of bouwtechnologie met een interesse in productontwerpen. De oorsprong van het vak van technisch ontwerper is begrip van vormgevingseisen vanuit de gewenste architectuur en van mogelijkheden van de design engineering om door middel van een vernuftig ontwerp aan het architectonisch ontwerp tegemoet te komen, en die engineeringsvoorstellen te onderbouwen en uit te werken met het oog op bestaande en eventueel aan te passen productiemogelijkheden zoals in dit boek beschreven. Voor de technisch geïnteresseerde ontwerper is in dit boek dan ook een grote variëteit aan vormgevingstechnieken weergegeven.

(13)

XIII INTRODUCTIE

Mick Eekhout beschreef in het jubilieumboek van Booosting 25 jaar in 2013 ‘Booosting, Glimpses of the Future’ [B00015] de resultaten van de zoektocht van Booosting naar high tech architectuur en industrialisatie als volgt: “In de afgelopen 25 jaar hebben velen van de Booosting leden een groot aantal ontwerpen kunnen maken en realisaties van die ontwerpen kunnen leiden als architecten of als productontwerpers, respectievelijk die ontwerpen kunnen realiseren als producenten. Booosting heeft zijn best gedaan een bijdrage te leveren aan de industrialisatie van de bouw. Met die inbreng is de Nederlandse bouwwereld veranderd. Booosting is overigens niet de enige levendige groep professionals geweest die geïnnoveerd heeft, maar we hebben wel duidelijk onze sporen achter gelaten. Booosting surfte als het ware in de goede richting op de golven van de innovatie en technologie, steeds een paar stappen voor op de algemene ontwikkelingen.

In die 25 jaar hebben we veel van het Booosting uitgangspunt om te streven naar een meer geïndustrialiseerde bouwproductie, kunnen bereiken met voorzichtige ideeën, brutale voorstellen tot en met blufontwerpen, de realisaties van gebouwen en stukken architectuur en materialisaties. Vaak waren het enerverende processen, de moeite waard om vast te leggen voor de toekomst, voer voor gesprekken, discussies, debatten, publicaties en communicatie. Er zijn dan ook door de Booosting leden in die tijd heel wat publicaties en boeken verzorgd. Die ontwikkelingen gingen vaak niet onder de Booosting vlag maar waren vaak individuele prestaties. Booosting diende als platform om een gemeenschappelijke drang, namelijk de ergernis over achterblijvende industrialisering en technische professionalisering, te bespreken en naar buiten te communiceren. En om te laten zien hoe het wel kon.

Als individuele aangeslotenen van Booosting hebben we op zijn minst steun bij elkaar gezocht in onze industriële ambities. We hebben ons ook op enigerlei wijze ingezet in het bestuur. En zijn daarna onze eigen weg gegaan. Het was een betrekkelijk kleine club van pioniers en doorzetters. We hebben getracht elk op onze eigen positie en met eigen inzet en middelen een doel verderop in de toekomst te bereiken. We zijn professionals met een duidelijke visie op ons vakgebied. Om met Paolo Coelho te spreken: we beschouwen onszelf als een soort ‘Strijders van het licht’ [Arbeiderspers, 2002, ISBN 9789029509725]

Ik wens u veel inspiratie bij het lezen van dit boek. Jan van der Woord.

VERWIJZINGEN

REF. 1.01 [EEK01] Mick Eekhout, Methodology for Product Development in Architecture, IOS Press Amsterdam, ISBN 978-1-58603- 965-3 (print) | 978-1-60750-403-0 (online), 2008.

REF. 1.02 [BOOO88] http://www.booosting.nl/

(14)

(15)

1 OERVORMEN

01 OERVORMEN

Het proces van oervormen is het geven van een vaste geometrie aan een vormloze materie, zoals vloeistoﬀ en en poeders. Deze kunnen hun vaste vorm aannemen door al dan niet onder druk te worden ingebracht in de vormholte van een matrijs en dan in geval van vloeistoﬀ en te stollen of in geval van poeders enige en voldoende vorm van samenhang te krijgen. Als het een vloeistof betreft spreken we van vloeibaar vormgeven en als het om een poeder gaat noemen we het poedermetallurgie of poederpersen. Een geheel andere methode is het partieel laten stollen van een vloeistof (polymerisatie van een monomere vloeistof) of het partieel aanbrengen van een samenhang in een massa poeder door gerichte energie van buitenaf. Een dergelijke energiebundel kan bijvoorbeeld door een laser worden geleverd, welke een baan beschrijft die overeenkomt met de geometrie van het te vervaardigen product. Dergelijke methoden worden aangeduid als materiaalaangroeitechnieken. Deze groep technieken is volledig computergestuurd, zowel voor het aanleveren van gegevens als voor het daadwerkelijk uitvoeren: een absolute vorm van CAD/CAM. Oervormen kan ook aan de orde zijn zonder dat voorgevormde gereedschappen zoals matrijzen of computergestuurde technieken worden ingezet. Een beeldhouwer die vanuit zachte klei of pasta een beeld opbouwt bedient zich van een handmatige versie van oervormen. De klei heeft in essentie geen “vaste” vorm, maar wordt door de beeldhouwer in vorm gebracht. De hoofdgroepen van het oervormen zijn voor de bouwindustrie niet alle van evengroot belang. Het gieten heeft verreweg de meeste betekenis. De poedermetallurgie en de materiaalaangroeitechnieken komen in de bouw veel minder naar voren. Ze worden wel globaal besproken. De materiaalaangroeitechnieken nemen wel in belang toe, mede omdat ze steeds goedkoper worden en omdat ze bijzonder geschikt zijn om in korte tijd ten behoeve van ontwerp en/of engineering een model van een ingewikkeld object te vervaardigen, niet alleen in het veld van de bouwtechniek maar ook van de architectuur en de stedenbouw. De maquettetechniek maakt er voor presentaties al dankbaar gebruik van.

(16)

1.01

ALGEMENE ASPECTEN VAN HET GIETEN

Voor alle gietmethoden in alle materialen geldt, dat het materiaal dat in de gietvorm is gebracht, er ook weer uit moet. Het gietstuk moet kunnen worden “gelost”. Het al dan niet kunnen lossen van een gietstuk uit de gietvorm hangt af van de lossendheid van de gietstukvorm. Tenzij een gietstuk een platte kant heeft, waar het gietstuk verder geheel achter verscholen kan gaan, heeft een gietvorm tenminste twee delen. Dit is ook het meest voorkomende type. Als een gietstuk zonder extra voorzieningen uit een tweedelige gietvorm kan worden gelost dan kunnen we spreken van een tweevoudige lossing.

Ook meervoudige lossingen kunnen voorkomen. Als het probleem van de lossing niet door een meervoudige gietvorm kan worden opgelost, dan zijn z.g. kernen nodig. Kernen worden in het algemeen van zand vervaardigd, gemengd met een bindmiddel. Ze worden in de vormholte geplaatst en kunnen na het gieten worden uitgebroken. Als bij de behandeling van een bepaalde giettechniek niet anders wordt vermeld betreft het metaalgieten. Als het gieten van andere materialen aan de orde is wordt dat apart vermeld.

58a De complete gietvorm.

58b De gietstukvorm. 58c Vulsysteem vormplaat _onderkast bovenkast gietloop gietkom gietkanaal vormholte opkomer

FIG. 01 De lossing van vorm en contactvorm FIG. 02 Gietstukvom en vormholte

1.02

ZANDGIETEN

ALGEMEEN

Zandgieten is een zeer oude techniek. In Nederland worden bijvoorbeeld al meer dan 400 jaar bronzen luidklokken gegoten. Zandgieten is de aanduiding voor een groep van giettechnieken, waarbij door middel van een model van het gewenste gietstuk een

(17)

3 OERVORMEN

vormholte in zand wordt aangebracht, welke vervolgens met vloeibaar gietmateriaal wordt gevuld. Het model wordt daartoe volledig met vormzand omgeven. “Zand”gieten heeft dus niets van doen met het gieten van zand, maar van het gieten “in” zand(vormen). De naamsaanduiding slaat hier op het gebruikte “vorm”materiaal. Zandgieten staat voor een hele groep van giettechnieken, waarbij gebruik gemaakt wordt van zand als vormmateriaal. Hoewel in beginsel alle boven kamertemperatuur stollende materialen in zand kunnen worden gegoten, waaronder bijvoorbeeld ook glas, is het zandgieten toch voornamelijk in gebruik voor het gieten van metalen. Alle gietmetalen, zowel de ferro- als de non-ferrolegeringen kunnen met behulp van de diverse zandgiettechnieken worden gegoten. Zandgieten is bovendien als techniek door de hoge temperatuursbestendigheid en het éénmalige gebruik van de vorm bij uitstek geschikt voor het gieten van materialen met een hoog smeltpunt, zoals staal. Het om het model heen aangebrachte zandlichaam, dat de gietvormholte omsluit, noemen we de zandvorm. Alle denkbare lossende en niet lossende produkten kunnen in zandgietwerk worden gerealiseerd. Voorts gelden met betrekking tot de afmetingen en gewichten van gietstukken nauwelijks beperkingen. Zowel kleine als in geval van handvormen zeer grote gietstukken tot meerdere tonnen aan gewicht kunnen met behulp van het zandgieten worden geproduceerd. De afbeeldingen 03 en 04 tonen twee voorbeelden van toepassing van zandgieten van bouwkundige elementen. De eerste toont een fragment van het gebouw van de Western Morning News te Plymouth ontworpen door Nicholas Grimshaw en Ove Arup, een beglazingsarm van nodulair gietijzer. De tweede betreft een gietstalen knooppunt van het olympisch stadion te München ontworpen door Günther Behnisch en Frei Otto. (Voor dit laatste werden verloren polystyreenschuimmodellen gebruikt, zie ook bij verloren schuimmodelgieten.) De zandgiettechnieken hebben naast het zand als gemeenschappelijk vormmateriaal ook een aantal verschillen. Bij het zandgieten zijn de volgende variabelen te onderkennen:

1 het vormmateriaal, in casu het vormzand en ook het kernzand. Onder vormzand verstaan we het zand van de hoofdvorm. De wijze van binden ofwel de keuze van het bindmiddel is onder meer afhankelijk van de wijze van het maken van de vormholte en van de gewenste oppervlaktekwaliteit. Bovendien worden aan kernzand hogere eisen gesteld;

2 het soort model, permanent of éénmalig; 3 de wijze van het maken van de vormholte;

4 de omhulling van het vormzand tijdens het vormen het gietproces; 5 de wijze van inbrengen van het vloeibare materiaal.

Verschillende invullingen van deze variabelen leveren verschillende variaties van het zandgieten op. Deze variabelen kunnen invloed hebben op gietstukafmetingen en optimale seriegrootte. Hieronder worden de genoemde vijf variabelen verder uitgewerkt. Aan het eind van dit hoofdstuk zullen een tweetal bijzondere methoden van zandgieten worden besproken. Het betreft het verloren schuimmodelgieten en het schaalvormgieten.

(18)

(19)

5 OERVORMEN

FIG. 04 Knooppunt Olympisch Stadion München. Ontwerp: Frei Otto & Günther Behnisch

VORMMATERIAAL

Vormzand en kernzand zijn de materialen, waarmee de complete gietvorm bij het zandgieten wordt vervaardigd. Vormzand moet de volgende eigenschappen hebben:

–

het moet goed vormbaar zijn in de zin van op eenvoudige wijze een complexe vorm met eventueel een ﬁ jnmazige geometrie kunnen aannemen alsmede deze vorm tijdens het gieten kunnen handhaven;

–

het moet regenereerbaar zijn, d.w.z. de meeste bestanddelen moeten kunnen worden hergebruikt;

–

het moet vuurvast zijn: bestand tegen de temperatuur van het vloeibare gietmateriaal;

–

het moet gasdoorlaatbaar zijn, de lucht moet tijdens het gieten uit de vormholte kunnen ontsnappen;

–

het moet een korrelgrootte hebben, overeenkomend met de voor het gietstuk gewenste oppervlakte gesteldheid; dit laatste is van belang als aan het uiterlijk van het gietstuk bijzondere eisen worden gesteld.

De juiste vormbaarheid en vormstabiliteit wordt bereikt door het zand te mengen met een bindmiddel. Afhankelijk van het bindmiddel worden zo verschillende soorten vormzand verkregen. Deze verschillen kunnen tegemoet komen aan uiteenlopende eisen, zoals die gesteld kunnen worden bij onder meer bepaalde afmetingen van gietstukken. De meest voorkomende vormzandsoorten zijn:

(20)

–

kleigebonden vormzand: sterkte door verdichting;

–

kunstharszand, waterglaszand: sterkte door chemische reactie;

–

los zand (geen bindmiddel): sterkte door vacuümverpakken.

Kleigebonden zand is de oudste vorm van “gestabiliseerd”, d.w.z. goed vormbaar en tot op zekere hoogte goed in de aangebrachte vorm blijvend zand. Het bestaat uit 5-7% hoogwaardige klei (bentoniet), 2-3% water, ca. 0,5% steenkoolpoeder en voor de rest uit kwartszand. De klei en het water dienen om door samenpersen samenhang ofwel kleefkracht in het zand aan te brengen. Het steenkoolpoeder dient om hechting van het gietstuk aan het vormzand tegen te gaan en om de gladheid van het oppervlak van het gietstuk te bevorderen. Kleigebonden vormzand wordt toegepast in stalen vormkasten met horizontale vormdeling en bij het kastloos machinaal vormen met vertikale vormdeling. De voordelen van kleigebonden zand zijn:

–

het is uitstekend vormbaar;

–

het verkrijgt vormvastheid door samenpersen;

–

het is daardoor geschikt voor hoge produktiesnelheden;

–

het is zeer goed regenereerbaar. De nadelen zijn:

–

het heeft een matige sterkte, waardoor het maximale gietgewicht beperkt wordt tot ca 700 kg;

–

door vocht in het zand kunnen tijdens het gieten reacties plaatsvinden met als gevolg beschadiging van het gietstukoppervlak.

Harsgebonden zand bestaat uit kwartszand, vermengd met een kunsthars als bindmiddel, alsmede met een katalysator, om de binding en verharding van het harszand te bevorderen. Als kunsthars worden furaanhars, fenolhars of polyurethaanhars gebruikt. Verdichting van het mengsel komt door trilling tot stand. Binding en verharding van de vorm neemt enige tijd, zodat het model niet direkt verwijderd kan worden. Hierdoor treedt enige vertraging in het proces op. Ten behoeve van seriematige produktie zijn snelhardende systemen ontwikkeld. Harsgebonden zand wordt voornamelijk gebruikt voor de vervaardiging van grotere en zwaardere gietstukken. Het uitgeharde zand is zo sterk, dat vormkasten niet strikt nodig zijn, hoewel ze toch wel worden gebruikt. De vormholte kan een meervoudige vormdeling hebben. De voordelen van harsgebonden zand zijn:

–

het levert een zeer stabiele vorm op;

–

het is bijzonder geschikt voor enkel stuks of kleine series met gietgewichten van enkele tientallen kilo’s tot meerdere tonnen.

Een nadeel is dat het maken van de vorm meer tijd kost door de noodzaak van polymerisatie van de hars. Hierdoor gaat de produktiesnelheid omlaag. Harsgebonden zand kan worden geregenereerd. Voor gietwerk zonder speciale eisen wordt het zonder

(21)

7 OERVORMEN

meer vermalen en hergebruikt. Voor wat hogere eisen kan het worden vermengd met een hoeveelheid vers zand. In bijzondere gevallen kan het zand thermisch worden gereinigd, waarbij de harsresten worden verbrand.

Los zand zonder bindmiddel is een ontwikkeling van de laatste decennia. Het wordt toegepast bij de techniek van het vacuümgieten. Het zand krijgt zijn vaste vorm door het ofwel in te pakken in een folie en dit pakket vacuüm te zuigen, ofwel het tegen een schuimmodel aan te zuigen. De voordelen van los zand zijn:

–

het is uitstekend te vormen;

–

er zijn geen extra kosten voor zandbereiding en zandreiniging, het zand is direct opnieuw te gebruiken;

–

er is geen extra milieubelasting;

–

door het ontbreken van water of harsen treden geen reacties op tussen het

gietmetaal en het vormzand, waardoor een veel beter oppervlak van het gietstuk kan worden gegarandeerd.

Een nadeel is, dat bij de methode van het vacuümgieten, waarbij van folie gebruik wordt gemaakt, het folie slechts beperkt kan worden vervormd. Een ander nadeel komt voort uit de hoge kosten van de apparatuur. Aan kernzand worden andere eisen gesteld dan aan vormzand. Het moet in ieder geval een grotere vuurvastheid hebben, doordat de kern volledig door vloeibaar metaal wordt omgeven, en ook een grotere sterkte, doordat de kern blootstaat aan opwaartse druk in het vloeibare metaal. Zodoende is kleigebonden zand niet geschikt om er kernen van te maken. Bovendien moet het kernzand goed uitbreekbaar zijn uit het gietstuk. Om aan deze eisen tegemoet te kunnen komen zijn een tweetal bindmiddelen voor het kernzand geschikt, en wel: hars en waterglas.

Harsgebonden kernzand (zand met phenol- of polyurethaanharsen) lijkt op het eerder besproken harsgebonden vormzand. Bij de fabricage van kernen wordt echter naast de methode van verharding door middel van een gasvormige katalysator (cold box methode) ook wel gebruik gemaakt van warmte om het verhardingsproces te versnellen (hot box methode).

Waterglaszand is zand waaraan een hoeveelheid waterglas is toegevoegd. Waterglas is een in water oplosbaar mengsel van natriumsilicaat en kaliumsilicaat, dat door verdamping uit zichzelf maar door inwerking van koolzuurgas versneld overgaat in een harde glasachtige massa. Voor waterglaszand worden twee manieren van uitharden toegepast. Op de eerste plaats is er de mogelijkheid van zelfuitharding met behulp van CO₂ uit de lucht. Dit vergt enige tijd, afhankelijk van de afmetingen van de kern 6-24 uur. Op de tweede plaats bestaat de mogelijkheid van doorgeleiding van CO₂-gas. In dat geval treedt er een snellere chemische bindingsreactie op, waardoor de kern direct bruikbaar is.

(22)

HET MODEL

In beginsel is een model een kopie van het te vervaardigen gietstuk. Het model wordt omhuld door het vormmateriaal, bij zandgieten dus het vormzand. Na verwijderen van het model uit het vormmateriaal blijft een vormholte over, die later gevuld wordt met het vloeibare gietmateriaal. Een model is niet een exacte 1:1-afbeelding van het uiteindelijke gietstuk. Er doen zich de volgende verschillen voor:

–

de afmetingen van de vormholte en dus ook die van het model moeten groter zijn dan de afmetingen van het gietstuk, doordat het gietmateriaal onderhevig is aan temperatuurkrimp;

–

Ten behoeve van bepaalde (verspanende) nabewerkingen moet op het gietstuk soms plaatselijk extra materiaal aanwezig zijn;

–

Ten behoeve van de positionering van eventuele kernen zullen op het model extra uitstekende delen moeten worden aangebracht ten behoeve van plaatselijke vergrotingen van de vormholte, z.g. kernprenten.

Er zijn twee typen modellen: permanente en éénmalige.

Permanente modellen kunnen een zeer groot aantal malen voor het maken van een vormholte worden gebruikt. Afhankelijk van het gewenste aantal wordt hout, kunststof (een speciale modelhars) of metaal gebruikt. Hout is voor het handvormen gebruikelijk. Bij machinaal of automatisch vormen, waarbij sprake is van grotere series, wordt kunststof of metaal gebruikt. De belangrijkste eigenschappen van een permanent model zijn dat dit lossend moet zijn en dat het voldoende slijtvast moet zijn in relatie tot de seriegrootte. Permanente modellen worden veelal volgens de vormdeling in twee delen gesplitst en aan weerszijden tegen een modelplaat aan gemonteerd. Afhankelijk van de afmetingen van de gietvormen worden meer dan één model op een modelplaat samengebracht. Ook kunnen modellen ten behoeve van de lossing in meer dan twee delen worden gesplitst. Deze methode is door de opkomst van het machinaal vormen wat in onbruik geraakt. Eénmalige modellen kunnen slechts éénmaal kunnen worden gebruikt, omdat ze tijdens het procedé verloren gaan. Twee gietmethoden maken gebruik van z.g. verloren modellen: het verloren wasmodelgieten en het verloren schuimmodelgieten. Het voorbeeld van afb. 80 toont een schuimmodel van een knooppunt van een spant van het Aluminium Centrum te Houten, ontwikkeld door Octatube te Delft. Bij het verloren schuimmodelgieten wordt van geëxpandeerd polystyreenschuim een model gemaakt. Dit model kan voor enkelstuks of kleine series handmatig of met handmachine’s worden vervaardigd. Voor grote series wordt het schuim in een matrijs geïnjecteerd. Omdat het schuimmodel niet vóór het gieten uit de vormholte behoeft te worden verwijderd, hoeft het model niet lossend te zijn. Hierdoor is ook de toepassing van (dure) kernen overbodig. Een schuimmodel kan door middel van verlijming uit meerdere stukken worden samengesteld. Een niet lossend schuimmodel moet worden samengesteld uit in afzonderlijke matrijzen vervaardigde lossende modeldelen. Dit gebeurt in het algemeen door een opbouw in op zich lossende lagen. Met behulp van verloren schuimmodellen kunnen zeer complexe niet lossende produkten direct worden gegoten. Bij het verloren wasmodelgieten wordt een model van was vervaardigd. Hiervoor

(23)

9 OERVORMEN

geldt met betrekking tot de vervaardiging vrijwel hetzelfde als voor het bovenbeschreven schuimmodel. Het proces van vervaardiging van de gietvorm verloopt echter op een andere wijze dan bij zandgieten.

DE VORMHOLTE

Het vormen ofwel de wijze, waarop door middel van het model een vormholte in het vormmateriaal, i.c. het vorm-zand, wordt aangebracht, heeft in de loop van de tijd een ontwikkeling doorgemaakt, welke min of meer parallel loopt aan de ontwikkelingen in de industrieële mechanisatie. We onderscheiden hierbij vier methoden: het handvormen, het machinaal vormen het automatisch vormen, en het vacuümvormen in folie.

FIG. 05 Een permanente modelplaat met gemonteerde modelhelften

FIG. 06 Een eenmalig model: een schuimmodel, ingebed in zand, dat tijdens het gieten wordt verdrongen door het gietmateriaal

Het handvormen is de oudste techniek om gietvormen te maken en is zo oud als de gieterijtechniek zelf. Het vormzand wordt met handkracht en met behulp van handbediende machines om het model heen in de vormkast aangebracht en in geval van kleigebonden vormzand verdicht. De techniek is voor alle denkbare produkten geschikt, onafhankelijk van de complexiteit en afmetingen van deze produkten. Voor zeer grote gietstukken en voor heel kleine series is het handvormen de aangewezen methode. In de geïndustrialiseerde landen is de methode voor in serie vervaardigde kleine gietstukken niet meer in gebruik. Bij het handvormen in kleigebonden zand wordt gebruik gemaakt van vormkasten. Bij het handvormen in furaanzand kunnen deze kasten achterwege blijven. Gietvormen worden met behulp van een gietpan gevuld. In afbeelding 7 worden de verschillende fasen van het zandgieten weergegeven, waarbij gebruik gemaakt wordt van handgevulde vormkasten, één kern en modelplaten voor de onderste en bovenste helft van de vormholte. Als waarde voor de haalbare ruwheid Ra wordt 12,5-75 µm opgegeven. De maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm gesteld op 2,5-5%. Het gewichtsbereik is bij handvormen onbeperkt. [BOSC93]

(24)

FIG. 07 Handvormen

Het machinaal vormen is voortgekomen uit het handvormen. Alle delen van het vormproces, waaronder het vullen, het eventueel verdichten en het lossen van het model, zijn hier door machines overgenomen. De machines worden echter handmatig bestuurd. De techniek is bij uitstek geschikt voor kleine en middelgrote series van niet te grote en zware produkten. Tijdens het proces kan handmatig worden ingegrepen. Kernen worden bijvoorbeeld handmatig geplaatst. Gietvormen worden evenals bij het handvormen met behulp van een

(25)

11 OERVORMEN

gietpan gevuld. Dit maakt het machinaal vormen ﬂ exibeler dan het automatisch vormen. Bij machinaal vormen wordt evenals bij het handvormen gebruik gemaakt van vormkasten. Als waarde voor de ruwheid Ra wordt 12,5-75 µm opgegeven. De maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm gesteld op 1,5-3%. De gietgewichten gaan tot enkele tonnen. [BOSC93] Het automatisch vormen is een wijze van machinaal vormen, waarbij de verschillende procesfasen door automaten worden gestuurd en waarbij deze fasen in een continue procesgang aan elkaar zijn geschakeld. Er wordt veelal geen gebruik meer gemaakt van vormkasten. De opeenvolgende zandpakketten sluiten direct op elkaar aan, hebben elk een half vulsysteem en het gietmateriaal wordt via dit vulsysteem tussen de zandpakketten in gegoten. Het is hierbij ook mogelijk, de kernen met behulp van robots te plaatsen. Zeer hoge produktiesnelheden tot ca. 300 stuks per uur kunnen worden gehaald. Dit maakt het automatisch vormen alleen geschikt voor produktie in grote series en massa. Het vullen van de gietvormen gebeurt hier bij voorkeur met behulp van een gietautomaat, d.w.z. een door lasercamera’s en automaten gestuurd machinaal gietproces. Het automatisch vormen levert de hoogste graad van reproduceerbaarheid op. Beperkingen van het automatisch vormen zijn gelegen in het gewicht, de afmetingen en de vormcomplexiteit van de gietstukken, dit laatste door de door het proces opgelegde beperkingen in lossingsrichtingen. Als waarde voor de ruwheid Ra wordt 12,5-75 µm opgegeven. De maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm gesteld op 1,5-3%. De gietgewichten gaan tot 300 kg. [BOSC93]

Het vacuümvormen is een vormtechniek, waarbij van een permanent model gebruik wordt gemaakt. Bij het vacuümvormen wordt door middel van een vacuüm een verwarmde kunststoﬀ olie over een op een modelplaat bevestigde modelhelft gezogen. De vormkast wordt over de modelplaat heen gezet en gevuld met droog kwartszand. Het zand wordt verdicht door middel van trillen en vervolgens afgedekt met een (vlak) folie. De zo ontstane zandvorm wordt vervolgens zelf vacuüm gezogen en de ruimte tussen modelplaat en zandvorm wordt onder overdruk gezet, waardoor het model loskomt van de zandvorm. De zandvorm blijft gedurende het gehele gietproces onder vacuüm. Tijdens het gieten smelt het folie , dat de vormholte direct omsluit, weg. Bij de lossing wordt het vacuüm opgeheven, waardoor de vorm letterlijk als los zand uit elkaar valt. Door het vacuüm ontstaat een zeer stabiele vorm, welke uitermate geschikt is voor dunwandig gietwerk met een grote maatnauwkeurigheid, vergelijkbaar met coquillegieten [ZAND94]. Zoals bij de behandeling van los zand als vormmateriaal al is opgemerkt heeft het vacuümvormen een beperking in de vormgeving en dimensionering door de beperkte vervormbaarheid van het folie. Vacuümvormen is een bijzondere manier van machinaal vormen. Als waarde voor de ruwheid Ra wordt 3,2-50 µm opgegeven. De maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm gesteld op 0,9%. De gietgewichten gaan tot enkele tonnen. [BOSC93]

(26)

FIG. 08 Vacuümvormen

DE VORMKAST

Een zandvorm wordt aan één zijde begrensd door de vormholte, die is ontstaan door het verdichten van het vormzand tegen het model. Het kleigebonden zand wordt opgesloten in een vorm”kast”, een opstaande rand van metaal, welke op de modelplaat over het model heen wordt gezet. De kast wordt gevuld met zand dat vervolgens wordt verdicht, afgedekt met een tweede vlakke plaat en het geheel wordt gekeerd, waarna de modelplaat met de modelhelft wordt gelost. Vervolgens wordt de handeling herhaald voor de andere modelhelft. Ter completering van de gietvorm worden de beide kasten met de “halve” vormholten nauwkeurig op elkaar gezet en kan de zo ontstane vormholte met vloeibaar materiaal worden gevuld. Dit vormen in een kast wordt toegepast bij het handvormen, het machinaal vormen en het vacuümvormen. Ook bij automatisch vormen wordt soms van kasten gebruik gemaakt. Als bijvoorbeeld bij het automatisch vormen en bij het handvormen in furaanzand geen gebruik meer van vormkasten wordt gemaakt, spreekt men van kastloos vormen.

(27)

13 OERVORMEN

DE GIET- OF VULMETHODE

Bij het zandgieten wordt gebruik gemaakt van het z.g. “zwaartekracht”gieten. Hierbij wordt de vormholte gevuld door de neiging van het vloeibare gietmateriaal, dat zonder verdere hulpmiddelen van boven wordt ingebracht, om naar het laagste punt te vloeien. Voor kleine en middelgrote series wordt gebruik gemaakt van een gietpan, welke een hoeveelheid gietmateriaal bevat, voldoende voor een aantal gietstukken. Deze gietpan wordt met de hand gestuurd. Voor grote series en vooral voor massaproduktie wordt tegenwoordig een gietautomaat ingezet. Een gietautomaat is een computergestuurde machine, die een grote hoeveelheid gesmolten gietmateriaal kan bevatten en die heel nauwkeurig en met hoge frekwentie een vooraf in te stellen hoeveelheid kan laten uitstromen. De voordelen van een gietautomaat boven het gebruik van een gietpan zijn onder meer:

–

een constante giettemperatuur van de automaat tegenover het langzaam afkoelen van de gietpan;

–

optimale sturingsmogelijkheid van het vulproces;

–

grote potentiële doorloopsnelheid;

–

door grote inhoud van de automaat kleinere schommelingen in de samenstelling van het gietmateriaal.

FIG. 09 Op elkaar geplaatste vormkasthelften FIG. 10 Gesloten vormkast

(28)

Een nadeel is dat de methode alleen voor grote fabrieken rendabel in te zetten is. Doordat bij de produktie verschillende vormkasten na elkaar kunnen worden gebruikt, kan de seriegrootte per produkt klein blijven, zolang de totale produktie maar groot genoeg is.

BIJZONDERE ZANDGIETMETHODEN

Ter beëindiging van het hoofdstuk over het zandgieten worden een tweetal bijzondere zandgiettechnieken behandeld, die elk onder een eigen naamsaanduiding bekend zijn en zich op een of meer aspecten van het normale zandgieten onderscheiden.

–

Verloren schuimmodelgieten (lost foam casting)

Het verloren schuimmodelgieten, ook wel schuimverdringingsmethode genoemd, wordt soms in één adem genoemd met het verloren wasmodelgieten. Beide technieken maken gebruik van een éénmalig model. Het vormmateriaal echter verschilt. Verloren schuimmodelgieten is feitelijk een variant van het zandgieten. Het schuimmodel wordt, na ter verbetering van het gietstukoppervlak van een coating te zijn voorzien, in ﬁ jn kwartszand ingetrild, waarna de vorm door een vacuüm wordt versterkt. Doordat het vloeibare

gietmateriaal direct op het schuimmodel wordt gegoten, gaat dit daarbij door verdamping verloren en wordt de vormholte gevuld. De kwaliteit van het oppervlak is in hoge mate afhankelijk van de modelkwaliteit. Als globale maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm een waarde 3-5% opgegeven [ZAND94].

–

Schaalvormgieten (case-hardened casting)

Het schaalvormgieten is rond 1945 ontstaan als nauwkeuriger alternatief voor het betrekkelijk onnauwkeurige conventionele zandgieten van die tijd. Tegen een stalen modelplaat met stalen modelhelft wordt harszand gestort. De plaat wordt verwarmd tot ca. 300° C, waardoor het hars tot een zekere laagdikte polymeriseert. De zo ontstane schaal wordt bij 450° C nagehard en levert tesamen met een andere schaal een complete gietvorm op. Deze gietvorm is ondanks de harding éénmalig te gebruiken. De vormmethode is door het goed vloeibare zand behoorlijk nauwkeurig. Bovendien behoeft het zand niet te worden verdicht. De techniek wordt vaak toegepast voor gietstukken met een ﬁ jne en dunwandige detaillering, bijvoorbeeld cilinders van motoren met koelribben. Door toepassing van ﬁ jn zand zijn gladde gietstukoppervlakken te bereiken. De haalbare ruwheid Ra ligt tussen de 3,2µm en 50µm. De maattolerantie wordt bij een nominale maat van 500 mm gesteld op 0,3-0,8%. De gietgewichten gaan tot 1 ton. [BOSC93]

(29)

15 OERVORMEN

1.03

VERLOREN WASGIETEN (LOST

WAX INVESTMENT CASTING)

HET TRADITIONELE PROCÉDÉ

De techniek van het verloren wasmodel gieten is evenals het zandgieten een techniek, die al in de prehistorie werd toegepast. Een andere overeenkomst met zandgieten is het gebruik van een éénmalige vorm. Een duidelijk verschil met het zandgieten is dat bij zandgieten een permanent model wordt gebruikt en bij het verloren wasmodelgieten een éénmalig model uit was. De techniek is gebaseerd op het volgende principe.

HET VERLOREN MODEL

Men maakt van was een copie van het produkt dat men wil hebben. Hiertoe wordt de was in een stalen matrijs gegoten met daarin het negatief van het bedoelde produkt. Zo’n matrijs moet lossend zijn, zodat de wasprodukten in eerste instantie lossende produkten zijn. Voor niet lossende produktvormen moeten delen van was aan elkaar gesmolten (“gelast”) worden. Een andere mogelijkheid is om gebruik te maken van matrijzen van siliconenrubber. Hierdoor hoeft de matrijs niet geheel lossend te zijn vanwege de ﬂ exibiliteit van het matrijsmateriaal. Zo’n was-produkt noemen we een wasmodel. Alvorens het proces voort te zetten worden, afhankelijk van de omvang van het produkt, een aantal van deze modellen aan een wasstaaf samengesteld tot een z.g. was”boom”. Hierdoor kunnen een aantal produkten tegelijk worden gegoten. De wasboom wordt zorgvuldig handmatig nabewerkt zodat een volmaakte foutloze modelcombinatie is ontstaan. De “stam” van de boom dient later als giettrechter.

DE GIETVORM

Deze wasboom wordt een aantal malen met tussenpozen in een slurrie van ﬁ jnkorrelig zirkoondioxyde (ZrO₂), ethylsilicaat, water en alkohol gedompeld, totdat zich om de wasboom een mantel van voldoende dikte heeft gevormd. Men dient er daarbij zorg voor te dragen, dat de wasboom via een opening in de keramische mantel een verbinding heeft met de buitenlucht. Dit gebeurt door aan de wasboom een “kraag” te monteren, welke tijdens het gieten als vulopening dient. Deze mantel wordt bestrooid met vuurvast korrelmateriaal, gedroogd en vervolgens verhit tot ca. 120° C. Tijdens deze verhitting smelt het wasmodel uit de mantel, reden waarom gesproken wordt van een verloren model. Er blijft hierna een vormholte in een keramische schil over, welke het negatief is van het gewenste gietstuk. De gietvorm wordt vervolgens bij een temperatuur van ca. 1000 °C door sintering verhard, waarbij ook de laatste wasresten verwijderd worden. Tevens moet er zorg voor worden gedragen, dat de gesinterde vorm voldoende poreus is om de bij het gieten vrijkomende gassen door te laten, dit om te voorkomen dat de vorm tijdens het gieten explodeert.

(30)

(31)

17 OERVORMEN

HET VULLEN

De gietvorm kan nu, nadat deze eventueel ter ondersteuning in zand is ingebed, met vloeibaar metaal worden gevuld. Dit geschiedt bij het traditionele procedé door middel van zwaartekrachtgieten, evenals bij het zandgieten.

HET LOSSEN

Er is geen lossingsprobleem omdat het wasmodel eerst is weggesmolten en vervolgens de gietvorm van keramisch materiaal wordt weggebroken. Bij het maken van het wasmodel kunnen, als dit niet uit op zich lossende delen kan worden samengesteld, wel kernen gebruikt worden. Bij het verloren wasmodelgieten is sprake van een dubbele negatief-positiefcyclus. Men begint met het negatief van de matrijs en vervaardigt daarmee het positief: het model. Hieromheen wordt het negatief van de gietvorm aangebracht, waarin vervolgens het positieve produkt wordt gegoten. De techniek van het verloren wasmodel gieten is evenals het zandgieten geschikt voor het gieten van alle soorten gietmetaal. De voordelen van de methode zijn:

–

een grote vormvrijheid zonder dat kernen nodig zijn;

–

een hoge oppervlaktekwaliteit; ook zeer gladde oppervlakken zijn te vervaardigen: gemiddelde waarden voor de oppervlakteruwheid Ra liggen tussen de

1,6 µm en 6,3 µm [BOS93];

–

een ﬁ jne detaillering en een kleine wanddikte (1-1,5 mm) zijn mogelijk;

–

een voor gietwerk grote maatnauwkeurigheid: bij een nominale maat van 500 mm is een tolerantie van 0,3-0,7% haalbaar [BOS93];

–

nabewerking is nauwelijks nodig door het ontbreken van vormdelingen en het nauwkeurig “voor”bewerken van het wasmodel en ook vaak ongewenst vanwege de nagestreefde hoge kwaliteit van de vorm en de textuur.

De nadelen zijn:

–

beperkte afmetingen en gewichten van de gietstukken (momenteel ca 1 meter resp. 100 kg), vergelijkbaar met het coquillegieten. De techniek wordt echter ook gebruikt voor het vervaardigen van afgietsels van relatief zeer grote beelden en plastieken (zie [JAN93]);

–

door relatief hoge arbeidskosten een relatief dure techniek per kg. Dit wordt deels gecompenseerd door de overbodigheid van nabewerkingen.

In afbeeldingen 15 en 16 wordt een voorbeeld getoond van een z.g. Quattro

beglazingsknooppunt van de ﬁ rma Octatube B.V. te Delft. Het betreft hier een speciaal voor het Finsbury Pavement project in London ontwikkelde versie, die met behulp van de verloren wasmodelmethode is gegoten door P.I. Castings te Cheshire. Het gebruikte metaal is een austenitisch chroom-nikkel-molybdeenstaal volgens BS 3146 (1975):part 2:ANC4 :Grade A, een legering met 18% Cr, 11% Ni en 3% Mo.

(32)

FIG. 14 Verloren wasmodelgieten, het traditionele procédé en CLA-gieten

Alternatieve technieken voor het verloren wasmodelgieten zijn binnen de gieterijwereld het verloren schuimmodelgieten en daarbuiten voor kleine elementen de poedertechnologie, in het bijzonder het Metal Injection Molding proces.

(33)

19 OERVORMEN

FIG. 15 Quattro knooppunt voor Finsbury Pavement, Londen FIG. 16 Detail Quattro knoop

LAGEDRUK GIETEN (COUNTER GRAVITY LOW PRESSURE AIR MELT (CLA) CASTING)

Voor het gieten van zeer hoogwaardige produkten is door ﬁ jngieterijen een verloren wasmodelgietproces ontwikkeld, waarbij de gietvorm op een andere wijze wordt gevuld. Door de haalbare zeer grote werkstukprecisie wordt hier wel gesproken van “net shape casting” in plaats van “near net shape casting”. Tot en met het sinteren van de keramische vorm loopt het proces parallel aan het traditionele proces. Daarna wordt de vorm niet van bovenaf door de zwaartekracht gevuld, maar wordt de nog hete vorm met de vulopening naar beneden geplaatst en van onderaf gevuld door middel van lage vloeistofdruk (vergelijk het lage druk coquillegieten). Dit levert een gelijkmatige en rustig verlopende vulling van de vorm op met een minimum aan turbulentie van de vloeistof. Het eﬀ ect van het metaalgewicht wordt verminderd door de verlaagde druk. Hierdoor wordt de druk op de gietvorm minder. Zeer dunwandige gietstukken zijn haalbaar (wanddikte tot 0,5 mm). Ook wordt een goede vlakheid van de gietstukken gewaarborgd. De intrinsieke voordelen van het lagedrukgietproces ten opzichte van het traditionele proces zijn:

–

in geval van een wasboom een ruime verdubbeling van het aantal gietstukken;

–

minder vormmateriaal per gieting;

–

verlaging van de giettemperatuur en daarmee van het energieverbruik;

–

“schonere” gietstukken omdat het metaal van onder het oppervlak van de smelt wordt gehaald;

–

zeer goede mechanische eigenschappen dankzij lagere temperaturen, resulterend in een ﬁ jnere korrelstructuur in de gietstukken;

–

de mogelijkheid van “net shape”;

–

nabewerking vrijwel overbodig;

–

lagere gieterijkosten per gietstuk.

De gehanteerde gegevens zijn ontleend aan een bedrijfspublikatie van MBC Precision Castings, Worcestershire, England.

(34)

1.04

COQUILLEGIETEN (PERMANENT-MOULD

CASTING, GRAVITY DIE-CASTING)

HET TRADITIONELE PROCÉDÉ

Het coquillegieten is een giettechniek, waarbij het gietmateriaal in een permanente metalen gietvorm (coquille = schelp, dop van een noot of van een ei) wordt gegoten. Een coquille bestaat uit twee goed op elkaar aansluitende helften, die met behulp van pennen exact op elkaar worden gepositioneerd en geﬁ xeerd. In de coquille is het negatief van het gewenste gietprodukt en het bijbehorende vulsysteem uitgespaard. Coquilles worden door gespecialiseerde matrijzenmakerijen gemaakt van speciale staalsoorten, bijvoorbeeld door middel van vonkverspanen. Ook met behulp van copieerfrezen van zacht staal, dat vervolgens gehard wordt, kunnen coquilles worden vervaardigd, zij het dat warmtebehandelingen na het frezen tot vormveranderingen kunnen leiden. Bij vonkverspanen is vormverandering uitgesloten. Het vervaardigen van niet lossende gietstukken is mogelijk doordat zandkernen kunnen worden toegepast. Het metaal wordt in het algemeen aan de bovenzijde in de coquille gegoten. Men spreekt in dit geval van zwaartekrachtgieten. Het gieten gebeurt zowel met de hand als mechanisch. Niet alle metalen kunnen in coquilles worden gegoten. Voor gietstaal geldt, dat de smelttemperatuur te hoog is en die van de coquille benadert. Het gieten van gietijzer in coquilles kan

in beperkte mate, door de iets lagere smelttemperatuur van gietijzer. De maximale seriegrootte per coquille voor gietijzer is 10.000 stuks. Bovendien moet de afkoeling van het gietijzer worden gecontroleerd vanwege het gevaar van stolling tot een materiaal dat moeilijk is te verspanen en bovendien zeer bros is. De belangrijkste toepassing van het coquillegieten is het gieten van nonferrometalen. De haalbare seriegrootte voor koperlegeringen is 10.000-20.000 stuks per coquille. Voor aluminiumlegeringen is deze 30.000. Voor de seriegrootte per coquille geldt: hoe hoger de giettemperatuur hoe meer slijtage aan de coquille en hoe kleiner de serie. De voordelen van het coquillegieten zijn:

–

een goede oppervlaktekwaliteit met gladde oppervlakken: de oppervlakteruwheid bedraagt 3,2-50 µm [BOSC93];

–

een goede maatnauwkeurigheid: bij een nominale maat van 500 mm is een tolerantie van 0,3-0,6% haalbaar [BOSC93];

–

weinig nabewerking is nodig. De nadelen zijn:

–

beperkte afmetingen en gewichten van de gietstukken (ca. 1 meter resp. 100 kg);

–

beperkte vormcomplexiteit;

–

niet geschikt voor alle legeringen;

–

wanddikten kunnen niet te klein zijn: minimaal ca. 2,5 mm voor aluminium;

(35)

21 OERVORMEN FIG. 17 Gietcoquille

LAGE DRUK(COQUILLE)GIETEN (LOW PRESSURE DIE-CASTING)

Het belangrijkste onderscheid met het normale (zwaartekracht)coquillegieten is de wijze van inbrengen van het vloeibare materiaal in de vormholte.

(36)

Bij zwaartekrachtgieten wordt het gietmateriaal van boven af ingegoten en stroomt het onder invloed van de zwaartekracht in alle delen van de vorm. Deze wijze van vullen brengt een niet voor alle delen van de gietvorm gelijke wijze van volstromen met zich mee. Het proces verloopt niet overal even gecontroleerd. Bij lage drukgieten wordt het materiaal van onderaf in de vorm gebracht via een stijgbuis, die met de onderkant van de vormholte verbonden is. De stijgbuis wordt verbonden met een reservoir met gietmateriaal. Door de druk op het oppervlak van het vloeibare gietmateriaal te verhogen, stijgt het materiaal in de stijgbuis en vult de gietvorm in een gecontroleerd tempo. Doordat het vullen op deze wijze gecontroleerd verloopt, worden hoogwaardiger en zwaarder te belasten gietstukken verkregen, weliswaar tegen een hogere stuksprijs. Evenals coquilles kunnen ook zandvormen via de lagedrukmethode worden gevuld. Op deze wijze kunnen ferrometalen worden gegoten. Dit wordt echter niet veel gedaan. Voor lage druk gieten gelden dezelfde werkstukwaarden (oppervlakteruwheid, maatnauwkeurigheid en gewichtsbereik) als voor het traditionele coquillegieten.

1.05

SPUITGIETEN

Spuitgieten lijkt op coquillegieten. Ook hier is sprake van een permanente metalen gietvorm: de spuitgietmatrijs. Een spuitgietmatrijs is een gecompliceerd gereedschap, dat een hoge investering met zich meebrengt en voor goed functioneren veel onderhoud vergt. Met behulp van spuitgieten kunnen zeer hoge produktiesnelheden worden behaald. De techniek is vanwege de hoge matrijskosten eigenlijk alleen geschikt voor produktie in massa en grote series van dunwandige gecompliceerde gietstukken. Als spuitgietmetalen komen op de eerste plaats de bij relatief lage temperatuur smeltende non-ferrometalen aan de orde. Vanaf de jaren ‘20 worden zinklegeringen gebruikt. In de jaren ‘30 kwamen daar aluminium-, magnesium- en koperlegeringen bij. Vanaf de jaren ‘70 worden op kleine experimentele schaal ook roestvaste staallegeringen verwerkt. Zink- en aluminiumlegeringen vormen evenwel meer dan negentig procent in volume van de toepassingen.[CHIV81] Voor zinklegeringen gelden maximale gietgewichten van ca. 20 kg. De levensduur van een zinkspuitgietmatrijs wordt gesteld op ca. 50.000 gietstukken. Voor aluminium zijn de overeenkomstige waarden ca. 45 kg en ca. 80.000 gietstukken [ZAND94]. Het inbrengen van het gietmetaal gebeurt via een injectiekanaal onder hoge druk. Na het vullen en stollen wordt het werkstuk uit de geopende matrijs verwijderd door in de matrijsconstructie opgenomen uitstoters. Bij het polymeerspuitgieten wordt het thermoplastische materiaal via een schroefas eerst door een verwarmingszône geleid. Deze plastiﬁ ceert daar en wordt vervolgens in de vormholte van de matrijs geperst. De matrijs wordt gekoeld, zodat het produkt stolt en kan worden uitgestoten. Doordat de kunststof niet in vloeibare maar in plastische toestand in de matrijs wordt gebracht, is hier eigenlijk geen sprake van vloeibaar vormgeven maar van plastisch vormgeven, ofschoon vloeibaar en vast bij thermoplasten minder heldere criteria zijn, en zou het kunststofspuitgieten meer lijken op warmpersen dan op gieten. Spuitgieten is een vormgevende techniek,

(37)

23 OERVORMEN

waarmee zeer gecompliceerde produkten kunnen worden gemaakt met een grote maatnauwkeurigheid en een zeer hoogwaardig oppervlak. Bij een nominale maat van 500 mm geldt voor metalen een tolerantie van 0,1-0,4% en kan gerekend worden op een gemiddelde waarde van de oppervlakteruwheid Ra van 0,1-0,4 µm.[BOSC93] De matrijs kan een meervoudige en gecompliceerde deling in verschillende richtingen hebben. Ook kan van metalen kernen gebruik worden gemaakt. Als maximaal gietgewicht geldt ca. 45 kg.

(38)

OVERIGE GIETTECHNIEKEN CONTINUGIETEN

Bij continugieten wordt in de trechtervormige opening aan de bovenzijde van een “doorloop”matrijs constant vloeibaar materiaal gegoten. Dit materiaal passeert aan de onderzijde een uitloop-opening. Doordat de matrijs gekoeld wordt, stolt het materiaal bij uitloop en verlaat de matrijs in vaste (plastische) toestand. Het proces levert in beginsel oneindig lange prismatische produkten, zoals plakken en geprofi leerde staven. De geprofi leerde staven hebben een doorsnedevorm, die de uiteindelijk te bereiken profi elvorm ruw benadert. de producten worden na uitloop direct via walsen verder omgevormd tot hun defi nitieve productvorm. Groot voordeel van het continu gieten is dat het materiaal, na uitgieten, voor het walsproces niet weer opnieuw hoeft te worden verhit, zoals dat het geval was bij het uitgieten in coquille’s.

FIG. 20 Continugieten

CENTRIFUGAALGIETEN (CENTRIFUGAL CASTING)

Centrifugaalgieten is een techniek, waarmee min of meer holle rotatiesymmetrische metalen produkten kunnen worden vervaardigd, in casu buisvormige producten. De techniek komt globaal op het volgende neer. In een snel om een as roterende coquille, al dan niet voorzien van een voering van vormzand, wordt vloeibaar metaal gegoten. Het vloeibare metaal wordt door de optredende centrifugaalkracht tegen de wand aan geslingerd en stolt daar in een produkt met globaal constante wanddikte. De rotatiesnelheid is afhankelijk van afmetingen en gietgewicht. Het binnenoppervlak ontstaat door de centrifugaalkracht en is rotatiesymmetrisch. Het buitenoppervlak van het produkt wordt rechtstreeks door de coquille gevormd en is rotatiesymmetrisch met kleine afwijkingen, welke in de coquille

(39)

25 OERVORMEN

kunnen worden opgenomen. Centrifugaalgieten wordt onder meer toegepast bij de produktie van buizen in een materiaal, waarin geen buisvormige halﬀ abrikaten voorhanden zijn. Een voorbeeld daarvan toont het Bush Lane House te London, voorzien van een uitwendig skelet van buizen, vervaardigd van de roestvaste en lasbare gietstaalsoort G-X CrNiMo 27 5. Een andere toepassing wordt gevonden in de produktie van buizen met een niet gestandaardiseerde doorsnede.

FIG. 21 Centrifugaal gieten

ROTATIEGIETEN

Bij rotatiegieten wordt de gietvorm, in tegenstelling tot het centrifugaalgieten, om twee loodrecht op elkaar staande assen geroteerd. Het gietmateriaal is een in het algemeen thermoplastische kunststof. Ook metalen kunnen worden verwerkt. Met behulp van deze techniek kunnen in dat materiaal alle mogelijke holle vormen worden geproduceerd, in de praktijk tot een maximum van ca. 1,50 m diameter. De holten in het produkt komen hier tot stand zonder dat van kernen gebruik behoeft te worden gemaakt. Het buitenoppervlak van het produkt is glad, het binnenoppervlak is onregelmatig en oneﬀ en. Uitwendig dient het produkt een lossende vorm te hebben. De maximaal haalbare wanddikte is ca. 30 mm. Het materiaal wordt in vloeibare toestand, in pastavorm met eventueel een weekmaker of in (ﬁ jne) korrelvorm in de voorverwarmde gietvorm ingebracht. Direct daarna begint de rotatie onder verdere toevoer van warmte, waardoor het materiaal gelijkmatig over de wand van de matrijs wordt verdeeld. Afwijkingen in de wanddikte en in de totaalafmetingen van de produkten kunnen tot 5% oplopen. Hoewel alle mogelijke gecompliceerde holle vormen kunnen worden vervaardigd, moet het produkt wel uit de matrijs kunnen worden gelost.

(40)

FIG. 22 Rotatiegieten

VERWIJZINGEN NAAR MATERIAALGIETEN

REF. 01.01 [ASHB92] Ashby, M.F. Materials Selection in Mechanical Design Pergamon, Oxford, 1992

REF. 01.02 [AVC-83] Audio-visueel Centrum TU Delft Vloeibaar vormgeven, VHS-videoband in opdracht van Fac. Materiaalkunde idem,

Delft, 1983

REF. 01.03 [BIND83] Bindernagel, I. Formstoﬀ en und Formverfahren in der Gießereitechnik serie: VDG Taschenbücher tl. 12 ießereiverlag GmbH, Düsseldorf, 1983

REF. 01.04 [BOSC92] Bosch, J.W. ten, The State of Current Foundry Technology, in: Application of Metal Castings in Contemporary Architecture, Leerstoel Produktontwikkeling TU Delft, Delft,1992

REF. 01.05 [BOSC93] Bosch, J.W. ten, o.m.: Wit smeedbaar gietijzer, een uitstekend konstruktiemateriaal Next Industrial BV,

Deventer, 1993

REF. 01.06 [CHIV81] Chivers, A.R.L., Zinc Diecasting Engineering Design Guides 41 Oxford University Press, 1981

REF. 01.07 [HEND94] Henderieckx, ir. G.D. Criteria voor de materiaalkeuze van ferrogietlegeringen Deel I: Mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur in: Gietwerk Perspektief 14 no. 1- januari/februari - pp. 4-11 De Vey Mestdagh BV,

(41)

27 OERVORMEN

REF. 01.08 [HODG73] Hodges, H., Techniek in de oudheid Fibula-Van Dishoeck, Bussum, 1973

REF. 01.09 [HUF91] Hufnagel, W. Aluminium Werkstoﬀ Datenblätter Aluminium-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1991

REF. 01.10 [HUFN92] Hufnagel, W. Key to Aluminium Alloys, 4th_{Edition / Aluminiumschlüssel, 4.Auﬂ age Aluminium-Verlag GmbH,}

Düsseldorf, 1992

REF. 01.11 [JANS93] Jans, Liesbeth; Scheerder, Henk; Villanueva, Felix A cire perdue Herman Molendijk stichting / Centrum Beeldende Kunst, Amersfoort, 1993

REF. 01.12 [KOSE90] Koser, J. Konstruieren mit Aluminium Aluminium Verlag, Düsseldorf, 1990

REF. 01.13 [LEWI86] Lewis, G.P., Barnhurst, R.J., Loong, C.A. Proceedings of the International Symposium on Zinc-Aluminium (ZA) Casting Alloys The Canadian Institute of Mining and Metallurgy, Montreal, 1986

REF. 01.14 [LUIJ92] Luijendijk, Ir. T., Welding or Casting, a Matter of Choice, in: Application of Metal Castings in Contemporary Architecture, Leerstoel Produktontwikkeling TU Delft, Delft,1992

REF. 01.15 [MOOR93] Moore, Rowan (ed.) Structure, Space and Skin The Work of Nicholas Grimshaw & Partners Phaidon Press Ltd.,

London, 1993

REF. 01.16 [MULL63] McMullen, A.L. Architectural Metalwork in Copper and its Alloys Copper Development Association No. 63 London,

1963

REF. 01.17 [NIES92] Nieswaag, Dr. ir. H., Cast Alloys to be used in Architecture, in: Application of Metal Castings in Contemporary Architecture, Leerstoel Produktontwikkeling TU Delft, Delft,1992

REF. 01.18 [NNI-66] Nederlands Normalisatie Instituut Nomenclatuur en deﬁ nities op het gebied van de gieterijtechniek NEN 3230 idem, Rijswijk, 1966

REF. 01.19 [PORT91] Porter, F.C. Zinc Handbook; Properties, Processing and Use in Design Marcel Dekker, New York, 1991

REF. 01.20 [WEIS84] Weiss, R. Formgrundstoﬀ e; Vorkommen, Eigenschaften, Prüfung, Einsatzmöglichkeiten serie: VDG Taschenbücher tl. 11 Gießereiverlag GmbH, Düsseldorf, 1984

REF. 01.21 [ZAND94] Zander, ing. R. Gieterijtechniek MB-Produktietechniek jrg. 60 Nr. 3 Maart 1994 De Vey Mestdagh BV,

(42)

(43)

29 GIETEN VAN KLEIACHTIGE MATERIALEN, ZOALS PORSELEIN

02 GIETEN VAN

KLEIACHTIGE

MATERIALEN, ZOALS

PORSELEIN

02.01

AANZETGIETEN

Het aanzetgieten is een techniek, waarmee keramische produkten (kristal-porselein) kunnen worden gegoten. Het gietmateriaal bestaat uit een gietpap, in dit geval een suspensie van diverse ﬁ jngemalen mineralen in onthard water. De techniek berust op het verschijnsel, dat het gips het water opzuigt en de vaste delen van de suspensie zich afzetten tegen de wand van de mal. Vulling van de mal geschiedt onder lage druk in een langzaam tempo van onderaf of in sneller tempo van bovenaf. Voordeel van het vullen van onderaf is het vermijden van luchtbellen in de pap. De lucht kan door een aantal gaatjes in de mal ontsnappen. Nadeel van het van onderaf vullen is de kans op “oriëntatie” in de pap door verschil in stroomsnelheden als gevolg van onzorgvuldig vullen. Deze oriëntatie toont zich uitwendig in een plaatselijk zichtbare “vezel”richting. Vulling van de mal kan ook van bovenaf plaatshebben. Hierbij is de kans op oriëntatie minder maar is het risico van luchtbellen weer groter dan bij het vullen van onderaf. Nadat de afgezette laag voldoende dik is aangegroeid, laat men de rest van de gietpap weglopen. Zo kunnen op betrekkelijk eenvoudige wijze holle produkten ontstaan. De mallen bestaan uit minimaal twee en maximaal zes delen. Dit bepaalt de complexiteit van de uitwendige geometrie in verband met de losbaarheid. De kosten van een produkt, dat met een tweedelige mal is vervaardigd bedragen ca. 20% van die van een produkt, waarvoor een zesdelige mal nodig is. Bij de produktie spreekt men van enkelwandige mallen en dubbelwandige mallen. Dit heeft te maken met de wanddikte van het produkt en de totale dikte van het produkt. Als de wanddikte groter of gelijk is aan de halve produktdikte zegt men een dubbelwandige mal te gebruiken. In andere gevallen (dus ter plaatse van holten) is de mal enkelwandig. In de praktijk zijn mallen zowel enkel- als dubbelwandig. De economisch maximaal haalbare produktafmetingen zijn die van een ligbad. De standaard wanddikten zijn ca. 10 mm. De economisch minimaal haalbare wanddikte is ca. 1 mm. Bij het maken van de vormholte moet rekening worden gehouden met een produktkrimp van 11%. Van oudsher worden gipsmallen gebruikt. Tegenwoordig worden ook kunststofmallen toegepast.

(44)

AANZETGIETEN IN GIPSMALLEN

Gips heeft de eigenschap om water op te zuigen, waardoor het aanzetten onder atmosferische druk vanzelf verloopt. Deze werkwijze wordt daarom in deze produktieomgeving ook wel aangeduid als lage druk-gieten. Afhankelijk van de te bereiken wanddikte blijft de pap 1-2 uur in de mal. Na het uitnemen uit de mal ondergaan de produkten een eerste droging (tot “leer”hard) en kunnen dan worden nabewerkt (“gepoetst”). Dat houdt in dat gietnaden kunnen worden verwijderd en kleine fouten kunnen worden hersteld. Vervolgens worden de produkten z.g. “wit”gedroogd. De gipsmallen worden geforceerd gedroogd, zodat een cyclustijd van 6 uur kan worden bereikt. De mallen gaan ca. 100 gietingen mee.

FIG. 23 Aanzetgieten

AANZETGIETEN IN KUNSTSTOFMALLEN

Teneinde het proces te versnellen door de cyclustijd te verkorten is het hoge druk-gieten ontwikkeld. Omdat gipsmallen normaal gesproken geen hoge drukken kunnen weerstaan, worden daartoe mallen van een speciale kunststof gebruikt. Het water verdwijnt onder de druk via kleine gaatjes in de mal. Gewerkt wordt met drukken van 1-4 MPa. Hierdoor wordt het aanzetproces aanzienlijk versneld. Het verblijf van de pap in de mal kan bij deze hoge drukken tot ca. 5 minuten worden teruggebracht en zodoende de cyclustijd worden gereduceerd tot ca. 10 minuten. De kunststofmallen kunnen ca. 10.000 cycli worden

(45)

31 GIETEN VAN KLEIACHTIGE MATERIALEN, ZOALS PORSELEIN

gebruikt en behoeven niet meer te worden gedroogd. Nadeel van de kunststofmallen is dat door de hoge werkdrukken de mallen relatief eenvoudig moeten blijven. Momenteel kunnen slechts mallen in twee delen worden toegepast, hetgeen de mogelijke produktvormen beperkt. Wastafels kunnen er echter wel mee worden geproduceerd.

FIG. 24 Gipsmal FIG. 25 Een kunststof mal

VERWIJZINGEN NAAR GIETEN VAN KLEIACHTIGE MATERIALEN

(46)

(47)

33 POEDERMETAAL TECHNIEKEN (POWDER METALLURGY)

03 POEDERMETAAL

TECHNIEKEN (POWDER

METALLURGY)

Poedermetallurgie is de aanduiding van een groep technieken, met behulp waarvan een metaalpoeder wordt omgezet in een massief metalen produkt. P/M is net als het gieten een directe vormgevingstechniek omdat het ingangsmateriaal vormloos is en in één proces direct de uitgangsvorm (near net shape) wordt vervaardigd. Vrijwel alle metalen die in poedervorm voorhanden zijn kunnen met behulp van P/M technieken worden vormgegeven. Voor de bouwwereld zijn de technieken van ondergeschikt belang. Ze komen voornamelijk in aanmerking voor de vervaardiging in grote series van kleine produkten met een

complexe vorm. Voor de bouw betekent dit, dat ze voornamelijk toepasbaar zijn in de sfeer van onderdelen voor hang- en sluitwerk e.d. Ontwikkelingen in de techniek maken toekomstige uitgebreidere toepassingen in de bouw, zeker waar het gaat om kleinere hoogwaardige metalen produkten, niet onwaarschijnlijk. Met behulp van P/M gefabriceerde onderdelen vinden in hoofdzaak hun toepassingen in de werktuig- en apparatenbouw met als belangrijk terrein de automobielindustrie. Een auto bevat bijvoorbeeld ca. 10 kg “poederprodukten”. De techniek is niet nieuw, maar bestaat al ruim zestig jaar. In Nederland wordt hij momenteel niet toegepast. Alle P/M produkten worden ingevoerd uit het buitenland. Poedermetallurgie kan worden ingezet in concurrentie met andere vervaardigingstechnieken. Enkele bijzondere redenen om gebruik te maken van P/M technieken zijn:

–

verwerking van materialen met zeer hoge smeltpunten, die vaak moeilijk te gieten zijn en in gegoten toestand tamelijk bros zijn;

–

tot stand brengen van moeilijk te verkrijgen legeringen en van bijzondere metaalmatrixcomposieten;

(48)

–

productie van poreuze materialen. De meeste metalen zijn in zekere mate poreus maar bij gesinterde metalen is een gecontroleerde porositeit te bereiken. Dit kan worden benut bij de produktie van bijzondere ﬁ lters en ook bij oliehoudende (of zelfsmerende) lagers. P/M is een relatief goedkoop proces voor het in grote aantallen vervaardigen van zeer maatnauwkeurige constructiedelen die door een uniforme microstructuur goede

mechanische eigenschappen bezitten, hoewel het lange duur gedrag t.o.v. kneedlegeringen achterblijft. De twee belangrijkste vormen van poedermetallurgie zijn het pers/sinterproces en het metaalpoederspuitgieten of Metal Injection Moulding (MIM).