Gieten (metaalkunde)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Het gieten van ijzer.
Het verspanend bewerken van een gietstuk: een behuizing van een grote membraanpomp

Gieten is de techniek van het vervaardigen van producten door een vloeibare substantie, bijvoorbeeld gesmolten metaal, in een vorm, een matrijs, te gieten. Het productiewerk wordt uitgevoerd in een gieterij.

Algemeen[bewerken]

Deze vormgevingstechniek bestaat al duizenden jaren. Men kan halffabricaten of eindproducten gieten, zoals lang geleden al sieraden of gebruiksvoorwerpen van gesmolten goud, zilver, brons, tin en ijzer. (Voor het gieten van kunststoffen zie spuitgieten) Al vanouds wordt gebruikgemaakt van vormen in zand. Voor gietvormen zouden ook holtes in stenen kunnen worden gebruikt.

Nu worden giettechnieken gebruikt om allerlei verschillende producten te maken zoals: behuizing voor mobiele telefoons, scheepsschroeven, vrachtwagenonderdelen en auto-onderdelen, machineonderdelen, luidklokken, keukengerei als een wok, grillpan en gaskookplaat.

Metalen die gebruikt worden om te gieten zijn: aluminium, brons, gietijzer, gietstaal, goud, lood, magnesium, titanium, tin, zamak, zilver en zink.

Gieten is veelal de kortste weg tot een product. Wanneer de gevraagde toleranties en oppervlaktekwaliteit worden behaald is verdere nabewerking niet nodig. Worden deze eisen overschreden, dan moet het product nog wel worden nabewerkt. Dit gebeurt vaak door middel van verspanende bewerkingen.

Productietechnieken[bewerken]

De productietechniek om te gieten kan worden verdeeld in:

Zandgieten[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie zandgieten voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Om een gietstuk te vervaardigen is een driedimensionale afdruk (in de vorm van een holte) van het uiteindelijke product in een matrijs nodig. Daarvoor wordt een materiaal gebruikt dat veel gemakkelijker is te bewerken dan het metaal. Het wordt bijvoorbeeld gemaakt van hout.

Coquillegieten[bewerken]

Coquille voor het gieten van tinnen soldaatjes.

Bij coquillegieten wordt het vloeibaar materiaal in een metalen matrijs (de Coquille) gegoten. Deze coquille bestaat meestal uit twee of meerdere metalen matrijshelften. Dit proces wordt voornamelijk met de hand uitgevoerd. Het vloeibaar metaal wordt met een gietlepel in de vormholte gegoten. Ook hier kan gebruikgemaakt worden van zand of metalen kernen.

Coquillegieten wordt voornamelijk toegepast voor het vervaardigen van eenvoudige stukken waarvan er een groot aantal gemaakt moet worden.

Spuitgieten[bewerken]

Spuitgegoten cilinderblok van BMW-6 cilindermotor.
Nuvola single chevron right.svg Zie Spuitgieten voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Materialen met een laag smeltpunt, zoals lood, zink, aluminium en magnesium zijn geschikt voor spuitgieten. Dit komt doordat de matrijs meestal van staal is gemaakt. Dit is niet bestand tegen de hoge giettemperaturen van bijvoorbeeld gietijzer, gietstaal of titanium. Spuitgieten is een volledig automatisch proces. Een spuitgietmachine bestaat grofweg uit 2 delen. Eén deel dat de matrijsdelen samenperst en één deel dat het vloeibare metaal onder druk in de matrijs spuit.

Een spuitgietcyclus begint met het sluiten van de 2 matrijshelften. Wanneer de matrijs gesloten is wordt onder hoge druk (0,3 tot 7 bar) het vloeibare metaal ingespoten. Na het afkoelen gaat de matrijs weer open en wordt het product uitgestoten. Vanwege de hoge investeringskosten in de matrijs is spuitgieten pas vanaf grote serie een interessante productiemethode.

Kenmerken van een spuitgietproduct zijn:

  • Middelgroot, 100 g tot 20 kg
  • Dunwandig
  • Goede oppervlaktekwaliteit
  • Complexe vormen
  • Heeft lossing nodig
  • Weinig nabewerkingen nodig.

Voorbeelden van spuitgietonderdelen zijn: behuizingsdelen en tandwielkasten in auto's en consumentenproducten

Verloren was gieten[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Verloren was voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Kleine producten met een hoge maatnauwkeurigheid en van middelgrote tot grote serie kunnen vervaardigd worden met de verloren was-methode.

Positieve vormen van het te maken product worden eerst van was gemaakt in een spuitgietmachine. Of met rapid prototypingtechnieken. Verschillende van deze wasproducten worden aan een gietboom geplakt, een vertakte structuur van gietkanalen. Deze hele gietboom wordt vervolgens in meerdere stappen voorzien van een stevige keramische laag. Op een middelhoge temperatuur en onder hoge druk wordt de was gesmolten en loopt deze uit de boom. Deze kan in een volgende cyclus weer gebruikt worden. De overgebleven keramische buitenvorm wordt op hoge temperatuur uitgebakken en vormt de gietvorm.

De keramische vorm wordt volgegoten met vloeibare metaal en weggezet om af te koelen. Eenmaal afgekoeld worden de producten weer losgeslagen of geslepen van de gietboom.

Kenmerken van een verloren was product zijn:

  • Klein, van 10 g tot 2 kg
  • Goede oppervlaktekwaliteit
  • Zeer complexe vormen
  • Hoeft niet lossend te zijn
  • Weinig nabewerkingen nodig
  • Van enkelstuks (model gemaakt met rapid prototyping) tot zeer grote series
  • Kunnen in hoogwaardige metalen gegoten worden.

Voorbeelden van verloren was producten: tandwielen, kleppen en pompwaaiers in auto's, machines en industrie.

Verloren schuim gieten[bewerken]

Zeer complexe middelgrote tot grote vormen kunnen worden gemaakt met verloren schuim gieten. Deze methode lijkt een beetje op verloren was gieten, alleen blijft de positieve vorm in de keramische laag zitten tijdens het gieten.

Allereerst worden nauwkeurige piepschuim (polystyreen) vormen gemaakt in een soort spuitgietmachines. Polystyreenbolletjes zetten door hete stoom uit en worden aan elkaar geplakt in een schuimmatrijs. Verschillende van deze positieve vormen worden aan elkaar gelijmd tot een complexe vorm. Hier kunnen ook holtes en kanalen binnen in het product zitten. Verschillende vormen worden op een gietboom geplaatst. De hele gietboom met producten krijgt een dunne keramische coating en wordt in een bak geplaatst. Van bovenaf wordt er zand in de bak 'geregend' zodat overal waar geen schuim is zand zit, ook binnenin.

Bovenop het schuim wordt vloeibaar metaal gegoten, waardoor het schuim wegsmelt en verdampt. Het metaal krijgt precies dezelfde vorm als dat het schuim had. Na het afkoelen worden de producten van de boom af geslagen of geslepen.

Kenmerken van een verloren schuim product zijn:

  • Middelgroot tot groot, van 1 tot 200 kg
  • Oppervlakte waar soms de structuur van piepschuim te zien is.
  • Zeer complexe vormen met kanalen en holtes
  • Hoeft niet lossend te zijn
  • Weinig nabewerkingen nodig
  • Van middelgrote tot grote series

Voorbeelden van verloren schuim producten: motorblokken, pomphuizen met waterkoeling en warmtewisselaars.

Eigenschappen[bewerken]

Gegoten stukken hebben een bepaalde gietstructuur. De afmetingen van de kristallen zijn bij gieten meestal groter dan bij omvormen. Ook is het afkoelen van het gietstuk van belang voor de gietstructuur (segregatie). Dit wil zeggen dat de structuur in de kern en de omtrek van het gietstuk verschillen. De mate hiervan is afhankelijk van de afkoelsnelheid. Door een warmtebehandeling kan er een betere structuur en daarmee betere mechanische eigenschappen worden verkregen.

Speciale gietlegeringen[bewerken]

In de afgelopen jaren zijn er naast het traditionele legeringen, speciale gietlegeringen ontwikkeld. Dit komt de sterkte en taaiheid ten goede. Een voorbeeld is de krukas van een auto die kan worden gegoten uit nodulair gietijzer. Deze heeft hierdoor beter dempings- en noodloopeigenschappen dan een gesmede krukas.