Tilvirkningsteknikk 8200420450 [PDF]

Zitiervorschau

Odd Solheim

j NB Rana I Depotbiblicteket

Tilvirkningsteknikk VK1 maskinfag Bokmål

Universitetsforlaget

© Universitetsforlaget AS 1997 ISBN 82-00-42045-0

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopie­ ring inngått med Kopinor, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i juni 1997 til bruk i videre­ gående skole på studieretning for mekaniske fag, VK1 maskinfag, i faget tilvirkningsteknikk, modul 5.

Godkjenningen er knyttet til fastsatt læreplan av juni 1994 og gjelder så lenge lærepla­ nen er gyldig.

Forfatteren har mottatt støtte fra Norsk Faglitterært Fond.

Henvendelser om denne boka kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 2959 Tøyen 0608 OSLO Internettadresse: http://www.scup.no

Illustrasjoner og tegninger: hefte fra Teknologisk Institutt: Skruer. Forbindelser, SAPA Hvordan man lykkes med aluminiumsprofiler, skanAluminium Aluminium. Forming och bearbetning, Sammenføyning; Produktutvikling med aluminium, Rolf Garbo Corneliussen Tilvirkningsteknologi. Støperiteknikk, Plastiske bearbeidingsprosesser, Thorleif Larsstuvold Malm, jern og stål, Arne Dørum Dimensjonering av maskindeler, Sjostrom, Peterson Eklof Maskinelementer, Odd Solheim Materiallære, Håvard Bergland Mekanikerpermen. Sammenføyningsmetoder; Montering og reparasjonsteknikk, X. Almar-Næss Tilvirkningsprosesser; Metalliske materialer (TAPIR forlag 1993), B. Schumacher/D. Weckerle Funkenerosion (Technischer Fachverlag 1988), Kjell Reiersen Sveiseboka, Åge 0. Waløen Maskindeler 1 (TAPIR forlag 1978), AGIE, utdrag fra NS 1421 Sveising. Symboler for angivelse på tegninger, Kongsberg Automotive, Hydro Magnesium, Hiittenes-Albertus, Heson, Gebriider Biihler AG, Thermcon Ovens B.V., Bjørn Norheim Illustrasjonene i kapittel 6 Automatisert tilvirkning er hentet fra Terje Kristoffer Lien Industrirobotteknikk (TAPIR forlag 1993) Omslag: Tor Berglie Trykk: HS-Trykk A/S, 1997

Forord Tilvirkning betyr å framstille eller produsere et produkt. Vi bru­ ker alltid en eller flere tilvirkningsteknikker når vi skal framstille produkter som maskindeler, husholdningsutstyr, møbler, hus, biler, broer osv. Det finnes mange tilvirkningsteknikker, og fagområdet tilvirkningsteknikk er svært omfattende og vanskelig å begrense. I denne boka behandler vi tilvirkningsteknikkene støping, varmforming, kaldforming og sammenføyning av metalliske materia­ ler. Videre omtaler vi maskiner og utstyr, og verktøy, deler og maskinelementer som du kan benytte for tilvirkning. En kort omtale av automatisert tilvirkning er også tatt med. Sponfraskillende bearbeiding er behandlet i en egen bok, og er ikke omtalt i denne boka. For at du lettere skal forstå hva som foregår i materialene når du bearbeider dem, er det en fordel om du har lest en del material­ teknikk på forhånd.

Stadig økende krav til produktivitet gjør at både konstruktører og produsenter må ha gode kunnskaper i tilvirkningsteknikk. Kon­ struktøren må konstruere produktene slik at de er lette å fram­ stille. Han eller hun må derfor kunne vurdere om de skal fram­ stilles ved støping, smiing eller sveising, og så konstruere og utforme dem slik at de kan framstilles etter den tilvirkningsteknikken som er valgt, med høy kvalitet og god økonomi. Produsentene må også beherske de beste tilvirkningsteknikkene for å kunne framstille aktuelle produkter med kvalitet og god økonomi. Boka kan være nyttig i mange situasjoner og i ulike fag, og kan anbefales som støttelitteratur i skoleverkstedet. Forfatteren vil takke Per G. Werner, Tomislav Ciric og Tron Strand for verdifulle kommentarer.

Fjellstrand i februar 1997 Odd Solheim

Innhold Historikk 1 Støping Støpbarheten til et metall Noen viktige ord brukt i forbindelse med støping Smeltetemperatur og støpetemperatur Formfyllingsevnen (flyteevnen) Størkning av smelta Seigring HMS-rute Gassutskilling under størkningen Volumforandringer under avkjøling og størkning Støpemetoder Støping i engangsformer Støping i permanente former HMS-rute - støping Formgiving av støpte produkter Kont rollspørsmål Øvingsoppgaver

7

11 12 12 13 13 14 15 16 17

17 18 19 25 26 32 34 35

2 Varmforming Noen viktige ord brukt i forbindelse med varmforming Smibarheten til et metall Varmformingsmetoder HMS-rute - smiing og annen varmforming Varmvalsing Kontrollert valsing av stål Smiing Utstyr for smier Pressing Kontrollspørsmål Øvingsoppgaver

37

3 Kaldbearbeiding Kaldformingsevnen til et metall Noen viktige ord brukt i forbindelse med varmforming Varmebehandling i forbindelse med kaldbearbeiding Smøremidler Kaldbearbeidingsmetoder HMS-rute - kaldbearbeiding Kaldvalsing Trekking Kaldpressing

59 59

38 38 39 40 40 43 44 48 53 58 58

60 62 63 64 65 65 67 73

Preging Trykking Strekkforming Eksplosj onsforming Klipping og stansing Bøying Verktøy for kaldbearbeiding Gnisterosjon Gnisterosjonsmetoder Maskiner for gnisterosjon Kontrollspørsmål Øvingsoppgaver

75 76 77 77 78 79 84 84 86 88 90 90

4 Deler og maskinelementer Påkjenninger og sikkerhet HMS-rute - maskinsikkerhet Dimensjonering av maskindeler Deler som er utsatt for hvilende påkjenning Deler som er utsatt for vekslende påkjenninger Toleranser og pasninger Viktige ord brukt i forbindelse med valg av deler og maskinelementer Noen viktige maskindeler Aksler Lager Kulelager Rullelager Tannhjul Fjærer Kontrollspørsmål Øvingsoppgaver

91 91 92 94

102 103 103 104 106 106 107 110 113 113

5 Sammenføyning Press- og krympeforbindelser Pressforbindelser Krympeforbindelser Kileforbindelser Langkileforbindelser Tverrkileforbindelser Flerkileforbindelser (splines) Skrueforbindelser Gjengesystemer Fasthetsklasser og merking Skrue- og muttertyper Typer av skrueforbindelser Skruesikringer

115 115 117 117 118 118 120 120 121 121 122 124 125 126

94 97 98

N agleforbindelser Utføring av nagleforbindelser Nagletyper Sveiseforbindelser HMS-rute - sveising Sveisemetoder Typer av sveiseforbindelser Lodding HMS-rute - lodding Bløtlodding Hardlodding Liming HMS-rute - liming Limtyper Limingen Limte forbindelser

127 127 129 130 131 132 138 139 140 140 141 143 143 143 145 146

Annen bruk av lim Andre sammenføyningsmetoder Kontrollspørsmål Øvingsoppgaver

146 147 148 148

6 Automatisert tilvirkning Industriroboter Viktige ord brukt i forbindelse med automatisert tilvirkning Fleksible tilvirkningssystemer (FMS-systemer) Kontrollspørsmål Øvingsoppgaver

149 150

Stikkord

155

151

153 154 154

Mål

Når du har arbeidet med dette kapitlet, skal du • vite litt om den historiske utviklingen av tilvirkningstek­ nikkene støping og varm- og kaldforming av metaller • kunne vurdere hvilken betydning det har for deg å lære mer om tilvirkningsteknikk

Støping er antakelig den eldste tilvirkningsteknikken for framstil­ ling av produkter i metall. Bronse, som var det første metalliske materialet mennesker tok i bruk for å lage våpen, redskap og smykker, egner seg svært godt til støping. Gamle egyptiske veggbilder viser også arbeidere opptatt med bronsestøping. Bronse er en legering av kopper og tinn. De to metallene ble smeltet sammen, og så ble smelta helt over i former med hulrom med samme form som produktet de ønsket å framstille. Når smelta hadde størknet, ble formene slått i stykker, og produktet var ferdig. Allerede for over sju tusen år siden brukte de bronse i Lilleasia.

I Det gamle testamente i Bibelen er det nevnt flere steder at det ble støpt store og kompli­ serte ting. I 1. Kongebok, kapittel 7 er det beskrevet hvordan kong Salomo bygde tem­ pelet i Jerusalem, ca. år 1000 f. Kr. Det står blant annet

• det ble støpt to store koppersøyler som var «atten alen» høye (11,3 m) og «tolv alen» i omkrets (7,6 m)

• «Så laget han det støpte hav. Det var helt rundt og målte ti alen (6,3 m) fra kant til kant. Høyden var fem alen

(3,15 m), og det trengtes en snor på tretti alen (19 m) for å nå rundt det.» • «Havet stod på tolv okser, tre av dem vendte mot nord, tre mot vest, tre mot sør og tre mot øst, og de stod alle med bakkroppen innover, og havet hvilte på dem.» • «Karet var en håndsbredd tykt, og kan­ ten var laget som kanten på et beger, formet som en lotusblomst. Det rommet to tusen bat.» (1 bat = 36,44 liter)

8

Historikk

Støpte gjenstander fra oldtiden viser at våre forfedre behersket støpeteknikken og kunne framstille produkter som også i dag hol­ der mål, for eksempel smykker og prydgjenstander.

Figur 1 Bærum Jernverk i 1837

Bronsen ble importert til Norge, og produksjonen av bronsegjenstander var derfor liten her i landet. Det ble imidlertid støpt smykker i klebersteinsformer. Først på 1500-tallet ble det fart på støpingen. Da begynte en å støpejern, og jern kunne vi framstille også her i landet fra egne råvarer. I de første ovnene som ble brukt til framstilling av jern fra ca. år 0 til ca. år 1500, ble ikke temperaturen høy nok til at jernet smeltet og ble flytende. Det første jernet som ble framstilt, var en glødende klump som ikke kunne støpes. Det måtte formes ved smiing. Omkring år 1500 lærte en å framstille flytende jern i masovner ved en reduksjonsprosess av jernmalm med trekull.

Det vokste fram mange norske jernverk. Omkring 1750 var det ca. 40 jernverk i drift, de fleste i Sørøst-Norge.

Figur 2 24-punds kanon støpt ved Fritzøe Jernverk ca. 1790

Damascenerstål har sitt navn etter byen Damaskus, der stålet først ble framstilt. Det skjer ved at stykker av ulike ståltyper blir lagt på hver­ andre og smidd sammen. I herdeprosessen får sverd og våpen både stor seighet og hardhet. Slike sverd var alle andre typer sverd over­ legne.

Araberne spredde kunnskapen om damascenersmiing i sin storhetstid fra år 650. Sverdene ble derfor også kjent av europeerne og var ettertraktet langt inn på 1800-tallet. De beste ble smidd av indiske ståltyper. såkalte «wootz», i det daværende Persia, men også europeiske smeder for­ søkte seg på smiteknikken. Damascenersmiing ble også brukt av gamle norske smeder. I Oldsak­ samlingen i Oslo finnes det vikingsverd som er framstilt med denne smiteknikken.

De støpte produktene var i hovedsak ovner, kanoner og husholdningsutstyr.

I dag blir de aller fleste metaller og legeringer framstilt ved smel­ ting. Støping er derfor den korteste tilvirkningsveien fra råmate­ riale til ferdig produkt. Mange metaller er vanskelige å tilvirke både ved kaldbearbeiding og varmbearbeiding. Støping er derfor den mest aktuelle framstillingsteknikken for metaller som mag­ nesium, mkkellegeringer og titan. Varmforming har også vært kjent siden oldtiden. Vi antar at smi­ ing blomstret opp samtidig med at mennesket tok i bruk jernet. Det første jernet ble framstilt i Asia før år 1400 f. Kr. ved at en brente jernmalm i et bål. Temperaturen i bålet ble ikke så høy at jernet smeltet. I stedet fikk de en klump av jern og slagg som måtte hamres for å bli til et brukbart materiale. På denne måten gjorde smiingen sitt inntog, og den viste seg å være en god tilvirkningsteknikk til å lage våpen og redskap av jern.

Vi vet at Aleksander den store av Makedonia, som bygde opp et verdensrike, allerede i år 320 f. Kr. hadde et sverd som var fram­ stilt ved damascenersmiing eller mønstersmiing. Sverd og kniver framstilt på denne måten regnes også i dag som de beste som kan lages. Omkring år 1000 f. Kr. kom kunnskapen om jernframstilling og smiing til Italia, og romerne spredde den videre langs de tusen­ årige handelsvegene til Østersjøområdet og Skandinavia. Til Norge kom kunnskapen om framstilling av jern like før år 0. Vi hadde råvarene vi trengte, i myrmalmen fra myrer og bekker. For å brenne jernet ut av malmen ble det brukt trekull, som er produk­ tet av en ufullstendig forbrenning av stokker og ved i kullmiler.

9

Historikk

Jern ble framstilt på denne måten helt fram til 1500-tallet. Da ble det bygd jernverk som framstilte råjern av jernmalm fra fjellet i store masovner. En masovn er en flere meter høy ovn av ildfast stein. Den ble fylt lagvis fra toppen med malm og trekull. Nederst i ovnen brant trekullet og utviklet karbonmonoksid, som redu­ serte malmen til jern. Temperaturen i masovnen var så høy at jer­ net smeltet og kunne tappes ut i bunnen av ovnen og så støpes til stenger. Jernstengene ble smidd til redskaper som øks, sigd og ljå, og til våpen. I de norske sagaene er våpensmedene omtalt mange steder. Gode våpen- og redskapssmeder var svært viktige personer i samfunnet.

Kaldforming har også vært brukt så lenge mennesket har kjent metaller. Smykker og våpen ble dekorert med mønstre som ble preget inn. Trekking av metalltråd var også kjent. I moderne tid er kaldforming av metaller en tilvirkningsteknikk som blir brukt til framstilling av kjeler, oppvaskbenker, tråd og trådprodukter som skruer, spiker, fjærer og fiskekroker. Bedriften O. Mustad & Søn utviklet suverene kaldformingsteknikker og opparbeidet seg en framtredende posisjon i verden ved produksjon av hesteskosøm og kaldsmidd spiker. Senere ble det utviklet en avansert teknikk for produksjon av fiskekroker. Takket være en avansert produksjonsteknikk er Mustad i dag ver­ dens største produsent av fiskekroker.

Figur 3: Fiskekroker fra Mustad & Søn

Et annet eksempel på norske bedrifter som har utviklet avanserte kaldformingsteknikker, er Raufoss A/S, som i dag er ledende pro­ dusent av kaldformede bildeler av aluminium, for eksempel støt­ fangere og rattstammer.

Historien om O. Mustad & Søn I 1832 grunnla Hans Sikkelstad «Brusveen Spiger- og Staaltrådfabrikk» i Gjøvik. Sviger­ sønnen Ole Mustad utvidet virksomheten, og i 1874 ble sønnen hans Hans Mustad medeier i firmaet som nå heter O. Mustad & Søn. Det blir produsert spiker, fiskekroker, hestesko­ søm, økser og støpte ovner. I 1920-årene er firmaet ledende i verden i produksjonen av hesteskosøm og fiskekroker.

I 1930- og 40 årene har firmaet 25 fabrikker i 13 land i Europa, men etter den 2. verdens­ krigen ble fabrikkene i Polen Tsjekkoslovakia, Romania og Jugoslavia nasjonalisert. I dag er firmaet fortsatt ledende i produksjonen av fis­ kekroker og er delt inn i flere aksjeselskaper.

Mål Når du har arbeidet med dette kapitlet, skal du

• vite litt om hva som påvirker støpbarheten til et metall • kjenne støpemetodene sandstøping og støping i keramiske former, der støpingen foregår i engangsformer • kjenne støpemetodene kokillestøping og presstøping, der støpingen foregår i permanente former • vite litt om hvordan produkter som skal støpes, bør formgis for å sikre en økonomisk støping med høy kvalitet

Når vi støper, smelter vi et metall eller en metallegering i smelte­ ovnen og heller den flytende massen (smelta) i en form. Materialet fyller hulrommet i formen og størkner til et ferdig produkt.

Vi kan lage formen av for eksempel sand, og etter støpingen slår vi formen i stykker og tar ut det ferdige støpestykket. Denne stø­ peformen er en engangsform. Vi kan også lage formen av et ma­ teriale slik at vi kan bruke den mange ganger. Da kan vi åpne for­ men når metallsmelta er størknet, og ta ut støpestykket uten at formen blir ødelagt. Slike former kaller vi permanente former.

Vi kan forme sandformer for hånd eller med spesielle formemaskiner. Formsanden består som regel av kvartssand tilsatt binde­ middel, vann og i noen tilfeller organiske stoffer. Den blir stampet rundt støpemodeller iformkasser Støpemodellen har samme form som støpestykket, men er laget i tre, plast eller metall. Den er van­ ligvis oppdelt i flere stykker slik at den lett kan fjernes fra formen uten at den blir ødelagt. De delene av formen som skal danne hull eller hulrom i støpestykket, kaller vi kjerner. De stikkes inn i for­ men, og smelta flyter rundt dem når formen blir fylt. De blir der­ for utsatt for spesielle påkjenninger under støpingen og må fram­ stilles med spesielt god styrke. Etter støpingen sitter ofte kjernen igjen inne i støpestykket og kan være vanskelig å fjerne. Det er derfor viktig at kjemematerialet kan pulveriseres og fjernes. Permanente former skal brukes flere ganger. De blir framstilt av støpejern eller spesialstål og er konstruert slik at støpestykket lett kan tas ut uten at formen blir ødelagt.

12

Støping

Støpbarheten til et metall Støpbarheten til et metall er den evnen metallet har til å gi et godt og feilfritt støpegods etter støping. Det vil si at metallet må fylle alle delene av formen, og det må størkne jevnt uten at det danner seg hulrom og urenheter i støpestykket. Støpejern, stål, kopperlegeringer, aluminiumslegeringer, tinn, bly, sink og magnesium er gode støpemetaller.

Her er noen faktorer som virker inn på støpbarheten til et metall • Smeltetemperaturen • Formfyllingsevnen, det vil si hvor lett smeltet metall flyter inn i alle deler av formen • Størkningsforløpet • Seigringer, det vil si at metallsmelta skiller ut urenheter og andre stoffer mens den størkner. Seigringer fører til forskjellig kjemisk sammensetning i den delen av støpegodset som har størknet først, og den delen som har størknet sist. Derfor blir heller ikke støpestykkene homogene • Utskilling av gass under størkningen

Noen viktige ord brukt i forbindelse med støping smeltetemperatur ved smeltetemperaturen går fast metall over til flytende smelte

støpetemperatur temperaturen i smelta når den helles fra smelteovnen i en støpeform seigring urenheter blir skilt ut under størkning. Det gir en ujevn fordeling av legeringselementer og forurensninger i stø­ pestykket desoksidasjonsmiddel stoff som settes til smelta for å fjerne oksygen

krystallisasjon det danner seg krystallkom i smelta ved at de frittflytende atomene slutter seg sammen og danner faste gittere søylekrystaller avlange søyleformede krystaller som kan dannes når metallsmelta størkner kimer punktene i smelta der dannelsen av krystaller starter. Kimene kan f.eks. være små partikler i smelta

dendritter store søyleformede krystaller som dannes når smelta har få kimer og avkjøles langsomt

krystallkom krystallene i et metall kornforfining tilsetting av stoffer i metallsmelta som danner små parti­ kler. Partiklene virker som kimer under krystallisasjo­ nen. Det gir små korn i støpestykkene. Kornforfining av støpejern kalles ymping

viskositet seigheten i en væske eller metallsmelte

overflatespenning i væsker og metallsmelter har overflaten en tendens til å trekke seg sammen. Vi kaller det overflatespenning. Vann danner dråper på grunn av overflatespenningen

lunker hulrom som oppstår inne i støpestykkene fordi smelta trekker seg sammen når den blir avkjølt og størkner matere tilleggsformer som blir brukt til å etterfylle smelte til støpestykket under størkningen slik at vi unngår lunker. Se figur 1.8

kokille permanente støpeformer av metall

Støping

13

Smeltetemperatur og støpetemperatur Jo lavere smeltetemperatur metallet har, desto lettere er det å støpe. Det trengs mindre varme for å smelte metallet, og vi kan bruke enkle smelteovner og ovnsforinger. Når vi støper i perma­ nente former, kan vi bruke billige formmaterialer, og formene kan brukes til flere avstøp. Smeltetemperaturen for noen viktige støpemetaller

Grått støpejern Hvitt støpejern Stål Bronse Messing Aluminium - støpelegeringer Bly Tinn Sink Magnesium

1150-1250 °C 1150-1350 °C 1400-1600 °C 925-980 °C 925-1010 °C 550-650 °C 327 °C 232 °C 420 °C 650 °C

Støpetemperaturen må alltid være høyere enn smeltepunktet. Smelta blir avkjølt i tidsrommet fra den forlater smelteovnen, til den helles i formen. Den bruker også tid på å fylle alle delene i formen før den størkner. Men støpetemperaturen bør ikke være for høy, for da vil smelta reagere med oksygenet i lufta og oksi­ dere, og det danner seg slagg og gassporer i støpestykket. Ved for høy temperatur kan støpestykket også brenne seg fast i formen.

Formfyllingsevnen (flyteevnen) Metall

Figur 1.1 Virkningen av høy over­ flatespenning under støping

For at formen skal bli helt fylt, må metallet eller metallegeringen ha god flyte- og formfyllingsevne. Smeltas viskositet, overflatespen­ ningen, varmeinnholdet (støpetemperaturen), innholdet av foru­ rensninger og størkningsforløpet virker inn på formfyllingsevnen.

Stor viskositet (mer seigtflytende), overflatespenning og forurensningsinnhold minsker flyteevnen. Stort varmeinnhold og høy støpetemperatur øker flyteevnen. Vi kan måle formfyllingsevnen til et metall med en støpespiral. Da støper vi metallet i en spiralformet form og måler hvor langt metallet flyter inn i formen før det størkner.

Støping

14

Til støpejern og stål bruker vi Piwowarsky støpespiral. Den består av en spiralformet streng med avstandsmerker i form av «vorter». Spiralen har 30 vorter med en 50 mm innbyrdes avstand. Vi måler formfyllingsevnen ved å telle antall vorter som metallet har fylt under prøvestøpingen. Oversikten nedenfor viser verdier for formfylling for to vanlige støpemetaller målt med en Piwowasky støpespiral.

Grått støpejern

Stål

formfyllingsverdi formfyllingsverdi

16 6

Figur 1.2 Formfyllingsprøve etter Piwowarsky

Størkning av smelta Smelta størkner i støpeformen ved at det danner seg kimer i den når temperaturen ligger like under smeltepunktet for metallet. Fra kimene vokser det krystaller. Så lenge størkningen foregår, dan­ ner det seg stadig nye kimer i mellomrommene mellom krystalle­ ne, og det vokser stadig ut nye krystaller. Til slutt har det dannet seg så mange krystaller at de støter sammen.

Støping

15 A

Formen på krystallene er avhengig av hvor raskt smelta blir avkjølt. Avkjølingen skjer svært raskt inne mot veggen av en kald form. Det danner seg mange kimer i sjiktet langs veggen, og det danner seg en støpehud som består av mange små, kuleformede krystaller. Lenger inne i metallsmelta skjer avkjølingen langsommere, og dannelsen av nye kimer er mindre. I dette området blir derfor krystallene store. De blir også hindret i å vokse innover mot formveggen av støpehuden som allerede er dannet, og til sidene av nabokrystallene. Vi får dermed søyleformede krystaller her, som vi kaller dendritter.

Figur 1.4 Krystallformer som dan­ nes ved utstøp ing i kaldform A støpehud av små kuleformede krystaller B område med søyleformede krys­ taller, dendritter C sentrum bestående av små ku­ leformede krystaller

Midt i formen blir smelta avkjølt nesten til smeltepunktet før den størkner. Det fører til at størkningen skjer svært raskt. Det danner seg mange kimer under størkningen, og vi får igjen mange små, kuleformede krystaller.

Korntypen som danner seg i støpestykkene, betyr mye for kvali­ teten. De små krystallene gir større styrke og seighet enn de store. Vi forsøker derfor å legge forholdene til rette slik at det danner seg små krystaller, ved å avkjøle støpestykket raskt etter stø­ pingen, eller ved kunstig kornforfining. I støperier blir den kuns­ tige komforfiningen ofte kalt ymping. Da tilsetter vi smelta stof­ fer som danner kimer, slik at vi øker antallet kimer som krystallene kan vokse ut fra.

Seigring Figur 1.5 Kornstrukturen i en støpt aluminiumsblokk

Metallegeringen som først størkner i støpeformen, har høyest smeltepunkt. Som regel er den både renere og mindre legert enn den som størkner sist. Se nærmere på tilstandsdiagrammet for sølv- og kopperlegeringer på figur 4.14 i materiallæren. Du ser da at kopperlegeringer med lavt sølvinnhold har høyest smelte­ punkt. Slike legeringer blir derfor først skilt ut når smelta blir avkjølt. Sølvlegeringer med lite kopper, derimot, har høyt smelte­ punkt og blir først skilt ut.

Når metallet som blir skilt ut under størkning, forandrer sammen­ setning etter hvert i størkningsprosessen, kaller vi det seigring. Seigring gjør at det er kvalitetesforskjeller i ett og samme støpestykke, for eksempel i ytterkant og i midten. Metallet som størk­ net først, for eksempel støpehuden inntil formveggen, er renere enn det som størknet senere inne i støpestykket. I store krystaller har vi krystallseigring. I slike krystaller er mas­ sen som størknet først, det vil si i midten av krystallet, renere enn ytterkanten, som størknet sist. Det er derfor også forskjell i kvali­ tet fra innerst til ytterst i krystallene.

Støping

16

Forkortelsen HMS står for helse, miljø og sikkerhet. Disse tre faktorene angår deg direkte, arbeidskameratene dine, trivselen på arbeidsplassen og området omkring arbeids­ plassen. Du må derfor sette deg inn i de sakene som angår HMS, og ta dem på alvor. Du finner HMS-ruter i alle kapitlene, og der finner du vik­ tige ting som du bør vite om helse, miljø og sikkerhet når du bruker de ulike tilvirkningsteknikkene. Les det som står i rutene, og ta hensyn til det. På den måten kan du unngå arbeidsulykker, øke trivselen på arbeidsplassen og bevare miljøet på bedriften og i miljøet rundt.

I denne første ruten skal vi se nærmere på hvordan HMSarbeidet skal organiseres i bedriften. Målet med HMS-arbeidet er • å forebygge ulykker, miljøskader og helseskader • å skape trivsel på arbeidsplassen • at driften skal påvirke det ytre miljøet minst mulig • at bedriftens produkter og tjenester skal være sikrest mulig for bedriftens kunder Alle bedrifter er pålagt å drive HMS-arbeid (internkontroll). Dette arbeidet skal være prioritert på lik linje med produk­ sjon og økonomi. Hvordan internkontrollen skal gjøres, er beskrevet i Ar­ beidstilsynets Forskrift om systematisk helse-, miljø- og sik­ kerhetsarbeid i virksomheter (intemkontrollforskriften).

• Bedriftens daglige leder har det overordnede ansvaret for Iat internkontrollen blir utført, og for at alle lover og regler innenfor HMS blir overholdt • Arbeidslederen har ansvar for å følge opp og iverksette HMS-tiltak og rapportere til daglig leder • Ansatte har ansvar for å melde fra om uløste saker som vedrører helse, miljø og sikkerhet Internkontrollen er et systematisk helse-, miljø- og sikker­ hetsarbeid som legges opp på denne måten:

Kartlegging • skaffe oversikt over akturelle lover og forskrifter • kartlegge bedriftens rutiner for helse, miljø og sikkerhet • finne og kartlegge bedriftens HMS-problemer

17

Støping

Planlegge tiltak • planlegge og prioritere tiltak • lage handlingsplan for gjennomføring av tiltak

Følge opp • gjennomføre tiltakene • rette opp feil og mangler • foreta regelmessige internkontroller

Gassutskilling under størkningen Når vi smelter metall, kan gasser som nitrogen, hydrogen og oksy­ gen løses i smelta. Metall smelta som vi heller i støpeformen, kan derfor ofte inneholde store mengder oppløst gass. Smeltet metall kan løse mye mer gass enn størknet metall, og derfor blir den oppløste gassen skilt ut når smelta størkner. Hvis vi ikke har fjernet gassen før vi støper, vil det smeltede metallet skille ut gass når det størkner i formene, og vi får store og små gassblærer innesluttet i metallet.

Den gassmengden smelta kan løse, kaller vi løseligheten. Fallet i løselighet fra smeltet til fast tilstand er forskjellig fra metall til metall. Generelt kan vi si at metaller med lite fall (merket a på fi­ guren) har bedre støpbarhet enn metaller med stort fall. Figur 1.6 Løselighet av gass i fast og flytende metall som funk­ sjon av temperaturen

Vi kan minske skadevirkningen ved å skille ut gasser under størk­ ningen ved å

• tilsette smelta et desoksidasjonsmiddel like før utstøpingen som binder seg til oksygenet slik at gassene blir fjernet • la utstøpingen foregå i vakuum • spyle smelta med gasser som ikke er skadelige for kvaliteten. Argon kan brukes til mange metaller. Klor og nitrogen gir gode resultater for messing og aluminium

Volumforandringer under avkjøling og størkning Volumet av smelta er størst idet den blir helt i formen. Da er den også varmest. Etter hvert som temperaturen faller, minker volumet. Først avtar volumet når smelta kjøles ned mot størkningspunktet. Deretter skjer det en brå volumforandring idet metallet størkner. De aller fleste metaller trekker seg da sammen og får mindre vo­ lum. Et unntak er støpejern, som utvider seg når det størkner. Etter at metallet har størknet i formen, vil også støpestykket trekke seg sammen når temperaturen faller ned mot romtemperatur.

Volumforandringer som har betydning for støpekvaliteten

18

Støping

• Størkningssvinn (krymping), som foregår i overgangen fra smelte til fast metall • Avkjølingssvinn (godskrymping), som inntreffer når støpestyk­ ket blir avkjølt fra smeltepunktstemperatur til romtemperatur

På grunn av avkjølingssvinnet må hulrommet i formene være litt større enn de oppgitte målene på den ferdige gjenstanden. Model­ lene må ha et krympingsmonn. Krympingsmonnet for de vanligste støpelegeringene er Grått støpejern Adusergods Støpestål Aluminium Silumin Bronse, messing og rødmetall

1 % 1,5 % 1,5-2% 1,8 % 1 % 1,5 %

Endring i volumet under avkjøling og størkning kan føre til feil i støpegodset. Når det første metallet størkner i formen, danner det seg et fast skall mot formveggen. Det omslutter smelta som en pose. Når resten av smelta inne i posen blir avkjølt og størkner, minker volumet, og det kan oppstå hulrom, som vi kaller lunker, inne i det størknede støpestykket. Vi kan unngå det ved å velge riktig utforming på støpestykket og ved å bruke matere.

Avkjølingssvinnet, det vil si volumkrympingen som inntreffer Figur 1.7 Lunkere dannes når støpe­ når godset blir avkjølt fra størkningstemperatur til romtempera­ tur, kan føre til store indre spenninger i støpestykket. Slike støpestykket størkner spenninger oppstår i områder der temperaturen er ujevn under størkning og avkjøling, for eksempel i områder med overgang fra tykke til tynne vegger. De tynne veggene størkner først. Når så de tykke områdene størkner, blir de hindret i å trekke seg sammen av de størknede tynne områdene. Vi kan da få så store strekkspen­ ninger at støpegodset sprekker. Små spenninger kan føre til at støpestykkene «kaster seg» under maskinering. Vi kan fjerne støpespenninger ved å spenningsgløde støpestykke­ ne. Dette er en gløding ved lav temperatur som du vil lære mer om når du leser kapitlet om kaldbearbeiding. Figur 1.8 Virkning av matere

Støpemetoder Vi deler støpemetodene inn i to hovedgrupper etter formen som blir brukt i støpingen • støping i engangsformer • støping i permanente former

Vi skal se nærmere på de viktigste støpemetodene i hver hoved­ gruppe.

19

Støping

Figur 1.9 Støpemetoder

Støping i engangsformer Engangsformene kan ikke brukes om igjen når det har vært støpt i dem. Formen blir ødelagt etter hver støp fordi vi må knuse den når vi skal ta ut støpestykket. Materialene som formene er laget av, kan imidlertid brukes mange ganger. Etter finknusing, sikting og tilsetting av nytt bindemiddel kan vi bruke det resirkulerte ma­ terialet til å framstille nye former.

Støping i sandformer Nesten alle typer metaller kan støpes i sandformer, men metoden er mest brukt til støping av støpejern.

20

Støping

Figur 1.10 Eksempler på sandstøpte produkter Når vi skal bruke sandformer, lager vi først en modell av støpe­ stykket i tre, gips, plast, voks eller metall. Husk at modellen må lages litt større enn de ferdige målene på støpestykket. Metallene krymper under avkjølingen etter støpingen. Modellen må også la­ ges med slipp slik at vi kan ta den ut av formen uten at formsanden følger med.

Figur 1.11 Figuren viser hvordan formen blir ødelagt når vi tar ut en modell uten slipp

Vi legger modellen i en formkasse med støpesand tilsatt binde­ middel, og stamper sanden godt. Når vi tar ut modellen, etterlater den seg et hulrom som kan fylles med smeltet metall.

Støping

21

Figur 1.12 Framgangsmåte ved forming av støpeform for tann­ hjul

Du har nå en todelt modell og en kjerne som du må sette inn i for­ men ettersom tannhjulet har et hull i sentrum. Framgangsmåten blir slik:

1 Legg den ene halvdelen av modellen på elformbrett sammen med underkassen. Pudre modellen med formpudder slik at sanden ikke fester seg på modellen når du tar den ut. Fyll på sand og stamp hardt. 2 Snu formen og formbrettet og plasser dem på et bunnbrett. Ta bort formbrettet og strø tørr sand eller formpudder på deleflaten. 3 Legg den andre modellhalvdelen på plass over den første. Legg overkassen oppå underkassen og sett på løp- og stigetappen. Fyll så denne formhalvdelen med sand, og stamp som med den første. Ta ut løptappen og skjær en konisk åpning i det hullet den etterlater seg, slik at du får en trakt til å helle smelta gjennom. 4 Ta av overkassen og snu den. Ta ut den ene modellhalvdelen. 5 Ta ut den andre modellhalvdelen og lag en innløpsrenne i overflaten av underkassen. 6 Når du må bruke kjerne, setter du en ferdig framstilt kjerne i fordypningen som modellen har laget for det. I vårt eksempel

22

Støping

må vi ha kjernen for å lage hullet i tannhjulet. Sett inn formveggene med grafitt slik at støpestykket ikke setter seg fast i formen. 7 Snu overkassen tilbake og plasser den oppå underkassen. Klem sammen de sammensatte formene med lodd eller tving­ er slik at de ikke glir fra hverandre under støpingen. Så er det klart for støping.

Figur 1.13 Formkasser

Vi kaller denne formemetoden håndforming. Den er mest brukt i mindre støperier som ikke framstiller store serier av samme støpestykke. I større støperier som støper i store serier, blir formene laget i formemaskiner. Det letter arbeidet med stamping og snu­ ing av formkassene. Det finnes tre typer formemaskiner:

risteformemaskiner pressformemaskiner sandslyngemaskiner

Figur 1.14 Arbeidsprinsippene for komprimering av sand i for­ memaskiner

Figur 1.15 Automatisk formemaskin

23

Støping

Når vi lager sandformer, bruker vi støpesand tilsatt forskjellige typer bindemidler som materiale i formen. Bindemidlene herdes på forskjellige måter, slik at formene blir faste. I tabell 1.1 finner du en oversikt over de vanligste sandblandingene, bindemidlene og herdemetodene.

Tabell 1.1 Formmaterialer for sandformer Sandblandingstyper

Bindemidler

Blir brukt til

Merknad

Råsand

Leire-bentonitt

Former

Blir brukt som råform eller skinntørket

Sand for tørket form

Leire-bentonitt

Former Kjerner

Tørkes i ovn ved 200-300 °C

Sementsand

Sement

Former Kjerner

Selvherdende i rom­ temperatur

Furansand

Furan-fenolkarbonid

Former Kjerner

Herding med fosforsyre eller paratuloensulfonsyre

Vannglassbundet sand

Vannglass

Former Kjerner

Herdes med CO2 eller en estertilsetning

Skallsand

Fenolharpiks

Former kjerner

Trenger varmeformplater og kjernekasser

Sand for vakuumforming

Ikke noe binde­ middel, sanden bindes ved vakuum i plastfolie

Former

Metoden er under utvikling. Begrenset utbredelse

Varmbokssand

Furan eller fenolharpiks

Kjerner

En varm kjernekasse starter en eksotisk reaksjon

Kaldbokssand

Fenil og isocyanat

Kjerner

En katalysator blir blåst gjennom kjernekassen ved hjelp av trykkluft og starter herdingen

Oljesand

Tørrende oljer

Kjerner

Tørkes i ovn ved 200-300°C

Støping i keramiske former Vi støper i keramiske former på to måter:

• støping i skallformer • presisjonsstøping Vi lager skallformen ved å forvarme en modell av metall til ca. 250 °C. Den varme modellen legger vi så i en kasse med sand blandet med fenolharpiks. Kassen med formsand og den varme modellen snus flere ganger. Etter hvert vil harpiksen i sanden som legger seg på modellen, smelte. Sandkornene binder seg sammen, og det dannes et ca. 5 mm tykt skall utenpå modellen.

24

Støping

Så tar vi modellen med sandskallet opp av kassen, og varmer den i 30-60 sekunder ved ca. 500 °C. Denne temperaturen herder skallet, og det kan fjernes fra modellen. Formen består av to halv­ deler som limes sammen. De ferdige skallformene henges til slutt i et stativ. For å støtte opp formene under støpingen fylles det sand rundt dem.

Figur 1.16 Framstilling av skallformer

Presisjonsstøping etter voksmodellmetoden foregår ved at vi dyp­ per en voksmodell i en flytende keramisk masse. Massen legger seg som et tykt belegg rundt modellen. Når modellen er størknet, varmer vi den opp til over smeltepunktet for voksen slik at vok­ sen smelter og kan helles ut. Vi står da igjen med et keramisk skall som har et hulrom likt modellen. Skallet blir så brent ved så høy temperatur at den keramiske massen sintrer. Det vil si at den keramiske massen blir hard og ildfast.

Vi heller metallsmelta i den sintrede keramikkformen. Når stø­ pingen er ferdig, og støpestykket har størknet, knuser vi formen og tar ut delene. Med denne støpemetoden unngår vi å splitte formen når vi tar ut modellen fordi vi bare smelter voksmodellen og heller voksen ut. Vi får derfor ingen grader eller noe skille mellom for­ mene, og delene kan konstrueres uten slipp. Mange deler kan der­ for framstilles med denne metoden uten at det er behov for videre bearbeiding. Derfor har metoden fått navnet presisjonsstøping.

25

Støping

Det finnes liknende metoder med modeller av brennbart materia­ le. Når formen blir sintret, blir modellen inne i formen brent opp i stedet for at den smelter som voksmodellen. Det blir også brukt modeller av isopor. Modellen blir da lagt ned i en kasse med sand, og vi støper rett på den. Modellen brenner opp når den var­ me smelta treffer den, og det smeltede metallet fyller hulrommet etter isopormodellen.

D Strøing med sand

G Støping

B Bygging av modelltre E Innforming i sand

C Dypping i oppslemmet keramisk pulver

F Utsmelting av voksmodell

I Støpestykkene skjæres fra løpet

Figur 1.17 Presisjons støping - framstilling av former og støping

Støping i permanente former I permanente former kan vi lage mange avstøp uten å ødelegge formen. Den er av metall, og hulrommene som vi fyller smelte i, er maskinert ut.

Vi kan bruke flere metoder for å fylle smelta i permanente former. • kokillestøping, vi heller smelta i formen med en øse eller lik­ nende • presstøping, smelta blir presset inn i formen med høyt trykk og stor hastighet • lavtrykksstøping, smelta blir trykt inn i formen med moderat trykk

26

Støping

I støperiet er det følgende HMS-problemer:

• formingen gir støv og helsefarlige gasser • smeltingen gir metallrøyk og fare for sprut av smeltet metall • rensingen av støpegodset ved meisling eller sandblåsing gir støv • fra tømmeplasser for avfall kan det sige ut miljøskadelige stoffer til omgivelsene

Legg spesielt merke til: Når vi blander, former og støper, vil de organiske bindemidlene utvikle gasser som kan være helsefarlige.

Furan danner gassformig furfurylalkohol og formaldehyd. Furfurylalkohol kan virke irriterende på øynene og er lett bedøvende. Det er ikke påvist noen varig skadevirkning. Formaldehyd kan gi kortvarig allergisk eksem og irritasjon, og skade på luftveiene.

Kaldboksmetoden (cold-box-metoden) gir gassen trietylamin isocyanat. Stoffet kan irritere luftveiene og øynene, og det kan gi astma. Denne metoden gir også en ubehagelig lukt som kan irritere omgivelsene. Varmboksmetoden (hot-box-metoden) utvikler formaldehyd. Skallforming utvikler karbonmonoksid og andre gasser som i store mengder virker kvelende. Videre utvikles fenol, am­ moniakk og formaldehyd. Fenol kan virke på sentralnerve­ systemet. Mange uhell i støperier skyldes sprut av smeltet metall. Kommer smeltet metall i forbindelse med vann og fukt, kan en få kraftige eksplosjoner, og smeltet metall kan sprute ut i lokalet.

HMS-tiltak Arbeidstilsynet har utgitt forskrift 165b Støperier, som gir verneregler for arbeid i støperier. Formemetodene kan innebære en helserisiko dersom du ikke går fram etter forskriftene. Bruk beskyttelsesmasker og sørg for at blandingen av sand og bindemiddel foregår i godt ventilerte rom.

Arbeider du med smeltet metall, må du bruke ansiktsskjerm, hansker og klær av lite brennbart materiale.

27

Støping

Kokillestøping Kokiller er permanente former av støpejern eller stål. Kokillen består som regel av to deler som blir presset sammen før støping. Etter at metallsmelta er størknet, deles formen og støpestykket tas ut. Ved kokillestøping heller vi smelta i kokillen, slik at den fyller kokillen ved sin egen tyngde (ikke trykk), på samme måte som ved sandstøping.

Kokillestøping blir mest brukt til masseproduksjon av deler av aluminiumlegeringer, sinklegeringer og magnesiumlegeringer, men kan også brukes til støping av kopperlegeringer som bronse og messing. Kokillene er kostbare å framstille og har begrenset levetid alt et­ ter hvilke legeringer vi støper. Levetiden for noen av dem er:

Kopperlegeringer ca. 5000 avstøp Aluminiumslegeringer ca. 50 000 avstøp Sinklegeringer ca. 200 000 avstøp

Figur 1.18 Kokillestøping

Strengstøping og sentrifugalstøping er spesielle former for kokil­ lestøping. Ved strengstøping støper vi kontinuerlig gjennom en vannkjølt kokille. Det ferdig støpte materialet kommer ut på bak­ siden av kokillen og blir kappet etter hvert. Metoden egner seg bare til støping av stenger og profiler. Den blir blant annet brukt til å støpe råemner i aluminiumsverk og stålverk.

28

Støping

Figur 1.19 Strengstøperi i et moderne stålverk Sentrifugalstøping eller slyngestøping foregår som regel i sylinderformede vannkjølte kokiller. Formene roterer under støpingen, og smelta blir slynget mot sylinderveggen av sentrifugalkraften. Metoden egner seg best for støping av rør. Slyngestøping blir også brukt av gullsmeder til framstilling av smykker i gipsformer.

Figur 1.20 Sentrifugalstøpemaskin for støping av rør

Presstøping Ved presstøping bruker vi også kokiller, men metallsmelta blir her presset inn i formen under trykk. Presstøping er den raskeste veien fra smeltet metall til ferdig produkt. Metoden er derfor den

Støping

29 viktigste tilvirkningsteknikken når vi skal masseprodusere deler av ikke-jemmetaller som aluminiums-, sink-, magnesium- og kopperlegeringer.

Vi har to metoder for presstøping • varmkammermetoden • kaldkammermetoden

Når vi presstøper i en varmkammermaskin, blir metallet smeltet i en digel i selve maskinen. I digelen med smelte er det satt inn en pumpe som sprøyter metallet inn i kokillen under trykk (70-250 bar) hver gang den lukkes. Når metallet er størknet, åpner kokil­ len seg, og det ferdige støpestykket blir støtt ut.

Figur 1.21 Varmkammermaskin Bare metallegeringer med lavt smeltepunkt, for eksempel sink-, magnesium-, tinn- og blylegeringer, kan støpes i en varmkam­ mermaskin. Støpemetoden er lett å automatisere, og en maskin kan støpe 1000 små detaljer i timen.

I en kaldkammermaskin smelter metallet i en digel ved siden av maskinen. Før hvert avstøp helles det smeltet metall inn i maski­ nen. Et stempel presser så metallet inn i kokillen med et trykk på 200-1500 bar.

1 Fylling av metall i trykk-kammer

2 Formfylling ved pressing

3 Støpedel med løp fjernes med utstøterpinnen

Figur 1.22 Presstøping i kaldkammermaskin

Støping

30

Vi bruker denne støpemetoden til aluminiums- og kopperlege­ ringer, men den egner seg også til støping av magnesiumlegeringer. Kaldkammermaskiner har lavere arbeidstakt enn varmkammermaskiner. Med middels store maskiner kan vi framstille 20 støpestykker i timen.

Figur 1.23 Fullautomatisert presstøpeanlegg

Figur 1.24 Presstøpt motorblokk for Volvo

Lavtrykksstoping Ved lavtrykksstøping blir smelta presset inn i kokillen med et lavt overtrykk (0,2-1,5 bar). Kokillen er som regel plassert over en lukket smelteovn. Fra hulrommet i kokillen går det et rør ned i

Støping

31

metallsmelta. Gjennom et hull i ovnslokket blir det presset gass under trykk inn i ovnen over metallbadet. Trykket presser smelta opp i formen. Vi bruker metoden spesielt til støping av aluminiums- og magnesiumlegeringer, blant annet blir metoden brukt av Hydro Aluminium til framstilling av bilfelger. Arbeidstakten for lavtrykksstøping er mye lavere enn for de to andre presstøpemetodene. Maskinen produserer ca. fem større støpestykker i timen. En spesiell metode er trykkstøping (squeezestøping) som vi bru­ ker når vi skal støpe metaller som er forsterket med en eller annen form for armering. En halvstørknet smeltemasse iblandet armeringspartikler blir presset inn i formhulrommet.

Figur 1.25 Lavtrykks støping

Kokiller og støpeformer Kokiller og permanente støpeformer er svært kostbare, og prisen på deler som er støpt i permanenente former, er derfor avhengig av hvor mange støp som kan gjøres i samme form før den er utslitt.

Vi framstiller som regel kokiller og former av verktøystål. Til stø­ ping av legeringer med lavt smeltepunkt, for eksempel sink-, blyog tinnlegeringer, bruker vi ulegert stål. Til legeringer med høye­ re smeltepunkt, som kopper- og aluminiumslegeringer, bruker vi varmefast stål legert med krom, vanadinium ellet molybden. For å øke levetiden kan formene nitreres i overflaten, eller beleg­ ges med hardkrom eller et karbidbelegg.

Levetiden for formene er også avhengig av kjølingen under stø­ ping, og av hvilken legering vi støper. Høy temperatur og høyt trykk gir kortere levetid. Normal levetid til kokiller for presstøping er:

Figur 1.26 Støpt hjulfelg

Sinklegeringer Aluminiumslegeringer Magnesiumlegeringer Kopperlegeringer

1 000 000 80 000-100 000 100 000-150 000 5 000-20 000

støp støp støp støp

Støping

32

Formgiving av støpte produkter Når du skal konstruere støpte produkter, bør du utforme produk­ tet slik at modeller og former kan framstilles så billig som mulig. For sandstøping bruker vi som regel tremodeller. Det er derfor viktig at du bruker former som lett lar seg framstille i snekkermaskinene i modellverkstedet.

Modellen bør være konstruert slik at den kan settes sammen av enkle deler. Norsk Standard NS 1690 angir tekniske krav til støpemodeller. Når du skal støpe i permanente former, må du også ta hensyn til at støpeformene må kunne framstilles i et materiale som ofte er vanskelig å bearbeide i verktøymaski­ ner.

For at modellen skal kunne trekkes ut av formen, må den ha en slipp. Det vil si at alle flatene må skrå i samme retning som mo­ dellen blir trukket ut av formen på (figur 1.11). Hvor stort slipp som er nødvendig, er avhengig av høyden på flaten. Høyden på flaten 3 mm 35 mm 50 mm 200 mm 600 mm Uheldig konstruksjon

Forbedret konstruksjon

Minimum slipp 3° 1° 0,8° 0,5° 0,3°

Du bør også unngå vorter og andre utvekster når du konstruerer støpestykker. De kan komme i motslipp og låse modellen fast til formen. Dersom du må bruke slike konstruksjoner, kan du løse problemet med løse tilleggsmodeller som kan tas ut av formen et­ ter at hovedmodellen er tatt ut.

Figur 1.27 Unngå frittstående vorter Delene må konstrueres slik at det ikke danner seg feil i støpegodset. Vanlige feil er sår og sandrester, lunke rdannelse eller sugog utvekster ninger og krympesprekker.

Sår og sandrester skyldes feil på modellen og løs sand inne i for­ mene. Årsakene finner du som regel i måten formene blir hånd­ tert på. Formgivningen har liten betydning. Som du husker, trekker smelta seg sammen når den størkner, og det danner seg sprekker i de områdene som størkner til slutt. Krympesprekker får du når spenningene som oppstår i støpestyk­ ket når det størknede metallet trekker sammen, er større enn ma­ terialets strekkfasthet. For å unngå lunkere i støpegodset setter støperiet på matere. De settes slik at smelta kan renne fra materen inn i støpestykket og

33

Støping

etterfylle hulrommet som oppstår når smelta krymper. Mateme bør dimensjoneres og plasseres slik at smelta størkner sist inne i materen. Lunkere og slagg vil da samle seg der. Materne gir synkehoder som sitter på støpestykket. De blir kuttet av støpestykket etter støping, og støpestykket blir uten lunkere og slagg. For at støpegodset skal være tett og mest mulig feilfritt, bør godstykkelsen øke mot materen. Konstruksjonen bør være slik at vi får en jevn varmefordeling i støpestykket når det blir avkjølt, og gass og lunker ikke samler seg inne i støpestykket.

Figur 1.28 Økning av godstykkelsen mot materhodet for å få tett gods

• Unngå store forskjeller i godstykkelsen og brå tverrsnittsoverganger, se figur 1.29 • Unngå skarpe hjørner, se figur 1.30 a og b • Pass på at sammenstøtende sider ikke danner spisse vinkler, se figur 1.31 • Unngå mange sammenstøtende vegger i ett punkt, se figur 1.32

Figur 1.29 Unngå brå tverrsnittsoverganger

Figur 1.30a og b Et rettvinklet skarpt hjørne gjør at søylekrystal­ lene støter sammen på en uheldig måte, og vi får en svekkelse av hjørnet

34

Støping

Uheldig konstruksjon

Forbedret konstruksjon

Formsand

Figur 1.31 Unngå skarp innføring av vegg Uheldig konstruksjon

Forbedret konstruksjon

Figur 1.32 Ribber som sitter rett overfor hverandre, må forskyves

Kontrollspørsmål 1

2 3 4 5 6

Hva er formkasser, formsand, bindemidler, støpemodeller og kjerner? Hva er forskjellen på en engangsform og en

7 Hvordan foregår presstøping i en kaldkam­ mermaskin? 8 Hva er lavtrykksstøping?

permanent støpeform? Kan du nevne fem ting som påvirker metalle­ nes støpbarhet? Kan du forklare hva seigring er? Hva er sandstøping? Hva er presisjonsstøping?

9 Hva er lunkere, sugninger, krympesprekker og matere? 10 Kan du nevne fem ting som du må ta hensyn til når du konstruerer produkter som skal stø­ pes? 11 Hva står forkortelsen HMS for? 12 Hva er internkontroll?

35

Støping

Øvingsoppgaver 1

2

3 4

5

Forklar hvordan lunkere (sugninger) oppstår når smeltet metall størkner i en form, og hvordan de kan fanges opp av matere. Forklar hvordan støpespenninger oppstår, og angi noen tiltak du kan gjøre for å minske slike spenninger. Angi hvordan presisjonsstøping utføres. Du skal framstille en serie på 200 000 dør­ klinker. Hvilket materiale og hvilken støpemetode bør du velge? Redegjør, med tekst og skisser, for noen

konstruksjonsregler du bør følge for å få feil­ fritt støpegods. 6 7 8

9

List opp noen bildeler som ofte er presstøpt. List opp noen bildeler som ofte er sandstøpt. En kokille for presstøping koster kr 40 000. Hva blir verktøykostnadene per støp når du bruker denne formen til den er utslitt? Regn ut kostnaden for støping av a) aluminiumsle­ gering b) sinklegering og c) kopperlegering. Skriv kort om de HMS-problemene som du mener et støperi må ta hensyn til.

2 Var

Mål

i

Når du har arbeidet med dette kapitlet, skal du • vite hva varmforming er vite hva som påvirker smibarheten til et metall vite noe om varmvalsing kjenne valsemetoder og valseverk kjenne smimetoder og smiutstyr vite noe om varmpressing vite hvordan ekstrudering foregår vite hvordan varmsmidde produkter bør formgis vite noe om stangpressede aluminiumsprofiler

Varmforming foregår ved temperaturer som ligger over rekrystallisasjonstemperaturen. Da blir det dannet nye krystaller i metal­ let. Når vi former et produkt, for eksempel ved valsing, smiing eller pressing ved en temperatur som ligger over rekrystallisasjonstemperaturen, vil det derfor umiddelbart etter bearbeidingen dan­ ne seg nye krystaller som erstatter de krystallene som er defor­ mert i bearbeidingen. Strukturen i metallet fornyer seg stadig, og vi har hele tiden samme type struktur som da vi startet formingen.

Figur 2.1 Rekrystallisasjon under varmvalsing Varmvalsing, varmsmiing og varmpressing kan derfor fortsette så lenge temperaturen ikke faller under metallets rekrystallisasjonstemperatur.

Tabell 2.1 Rekrystallisasjonstemperatur for metaller Metall/legering

Temperatur i °C

Karbonstål

500-600

Rustfritt stål

800-900

Kopper

210

Aluminium

240

Aluminiumslegeringer Tinn

320 -4

38

Varmforming

Noen viktige ord brukt i for­ bindelse med varmforming rekrystallisasjon det dannes nye krystallkom i metallet rekrystallisasjonstemperaturen den laveste temperaturen vi må varme til for at metallet skal kunne rekrystallisere kalibrerte valser valser som det er dreid ut spor i, for å for­ me emnet under valsingen mikrolegert stål stål som inneholder små mengder spesielle legeringselementer. Legeringselementene danner krystallkimer, og mikrolegerte stål har derfor små krystallkom

kontrollert valset stål stål der varmvalsingen er avsluttet ved en

lav temperatur like over rekrystallisasjons­ temperaturen. Krystallkomene får da liten mulighet til å vokse, og stålene blir finkor­ net

matrise verktøy for forming av metaller ved pres­ sing og smiing senker verktøy der det er maskinert ut hulrom for forming av emner ved smiing. Verktøyet består som regel av to deler, en oversenke og en undersenke

ekstrudering forming av metallemner til stenger eller profiler ved at massen blir presset gjen­ nom en åpning eller et hull i verktøyet

Smibarheten til et metall Metallets evne til å la seg forme når det er varmet opp over re­ krystallisasjonstemperaturen, kaller vi metallets smibarhet. Smi­ barheten er en kombinasjon av motstanden mot å la seg deforme­ re og evnen til å bli deformert uten å sprekke. Tre faktorer virker inn på metallets smibarhet:

• Smibarheten er påvirket av hvordan metallatomene er ordnet i gitterstrukturen. Vi har tre hovedtyper av gitterstrukturer: ku­ bisk romsentrert, kubisk flatesentrert og heksagonal tettpakket struktur. Metaller som har en kubisk gitterstruktur, for eksem­ pel jern, kopper og aluminium, har bedre smibarhet enn metal­ ler med en heksagonal gitterstruktur, for eksempel sink og magnesium. • Legeringer med høyt innhold av legeringselementer er vans­ keligere å smi enn lavlegerte legeringer. • Smibarheten til et metall øker med økende temperatur.

For å oppnå god kvalitet må vi likevel holde smitemperaturen in­ nenfor bestemte grenser, og det er spesielt viktig at temperaturen ikke er for høy når smiingen avsluttes. Det kan gi kom vekst i smistykkene når de blir avkjølt.

39

Varmforming

■■ Støping Temperatur område [------ 1 Varmforming

Materiale Støpejern Støpestal Bygg stal Lovleg. stST VerktøystSl Hurtigstal Nikkel Kopper Bronse Messing Duralumin. Renalumin. Silumin Elektron

Figur 2.2 Temperturområdene for støping og varmforming av en del metaller

Figur 2.3 Varmformingstemperatur for stål

Varmformingsmetoder De vanligste varmformingsmetodene for metaller er • valsing, der det varme metallemnet blir klemt mellom to valser • smiing, der metallemnet blir hamret med håndkraft eller med en maskinhammer til den formen vi ønsker • pressing, der det varme emnet blir presset i en form eller gjen­ nom en dyse til den formen vi ønsker

40

Varmforming

VALSING

Blokkvalseverk Glatte ~ . / valser Growalseverk \ Kalibrerte valser

Finvalseverk

Glatte valser

Kalibrerte valser

Figur 2.4 Varmformingsmetoder for metaller

Når du smir og varmformer, har du disse HMS-problemene: • berøring av varmt metall gir brannsår • røyk fra smøremidler og ovner • i smier der det blir brukt smihammere, er støynivået svært

! I

høyt • du kan skade deg i smipresser og transportutstyr

HMS-tiltak Arbeidstilsynet har utgitt forskriften 484 Presser, som gir ver­ neregler for arbeidet i presser. Når du varmformer, må du bruIke hjelm, hørselsvern, ansiktsskjerm, hansker og klær av lite brennbart materiale.

Varmvalsing Vi bruker varmvalsing mest til framstilling av plater og profiler. Når det blir laget plater og profiler av stål i et jernverk, blir stålet først støpt i kokiller til store blokker, eller strengstøpt til stangemner ved kontinuerlig støping. Blokkene eller stangemnene blir så valset i et blokkvalseverk til store firkantete råemner. I et grovvalseverk blir grovemnene valset videre til profiler eller emner for tråd- eller stangvalsing. Emner for tråd eller stenger valses så nok en gang i et finvalseverk til tråd, stenger eller armeringsjern. Varmvalsing av plater, stenger, tråd og profiler av kopper, mes­ sing, aluminium, nikkel og andre metaller foregår på samme måte som for stål.

41

Varmforming

Oppvarming

Fra mellomlager

i Emnetemperatur * ca. 1200 °C Grovvalseverk

[ Forverk

Lederenner

Finvalseverk

Haspel for trådbunting Stangstål til kjølerist

Figur 2.5 Framstilling av varmvalsede produkter i stålverk

Under varmvalsingen skjer det en tverrsnittsreduksjon, og tverr­ snittet forandrer gradvis form, slik at vi for eksempel valser pro­ filer ut fra kvadratiske stålblokker. Tverrsnittsforandringen skjer trinnvis ved at emnet blir kjørt flere ganger gjennom valsene, og for hver gang (hvert stikk) reduserer vi avstanden mellom valse­ ne. Etter hvert som tverrsnittet blir mindre, øker lengden på valseemnet tilsvarende. Si

Figur 2.6 Valsing av plate

Valsingen foregår med glatte valser når vi valser plater eller fir­ kantete emner. Når vi valser rundstål, tråd, profiler og armeringsjem, valser vi i kalibrerte valser, det vil si valser der det er dreid ut spor.

ter emnet mot venstre ved hvert stikk, blir tverrsnittet mindre og får gradvis den profil og dimensjon vi ønsker

42

Varmforming

Valseverk Vi deler valseverkene inn etter • størrelsen på valsene • tallet på valser • produktet som valses

Et valseverk blir kalt et 600 millimeters valseverk hvis valsediameteren er 600 mm. Vi skiller mellom duo-, trio-, kvarto- og seksvalseverk etter hvor mange valser valsestolene har. Vi kan også kalle valseverkene plate-, tråd-, rør- og hjulringvalseverk et­ ter produktene som framstilles.

Duovalseverk blir i hovedsak brukt til valsing av emner og plater.

Duovalseverkene utføres som regel som reverserverk. Det vil si at rotasjonsretningen på valsene kan snus, slik at maskinen valser i begge retninger. På den måten slipper vi å føre emnet tilbake over valsene etter hvert stikk. Triovalseverk roterer hele tiden i samme retning, mens valseemnet sendes avvekslende inn over og under mellomvalsen.

Kvartovalseverk har to arbeidsvalser og to støttevalser. Arbeidsvalsene har den minste diameteren.

Små valser bearbeider emnene bedre. Det gir kraftbesparelse og god valsekvalitet. Når vi bruker små arbeidsvalser, kan valsene gi etter under valsingen, og vi må derfor ha støttevalser. De reduse­ rer bøyningen av arbeidsvalsene under den store påkjenningen som valsetrykket gir. De holder seg derfor rette hele tiden. Når det stilles strenge krav til jevn platetykkelse, valser vi i kvarto­ valseverk. Det er særlig viktig for brede plater. Rørvalsing etter mannesmetoden foregår i valseverk med to dobbeltkoniske valser som er stilt i kryss på hverandre. Valsene rote-

43

Varmforming

Figur 2.11 Manne smannmetoden for valsing av rør a) Fra emne til rør b) Detalj av valsene

rer i samme retning, og et sylindrisk emne blir ført inn mellom valsene. Kryss-stillingen av valsene gjør at emnet trekkes og skrus inn mellom valsene. Diameteren på sylinderemnet blir mindre, og det blir skrudd framover mellom valsene samtidig som en dor lager hullet i røret. Se figur 2.11. Hjulringvalseverk er én av mange typer spesialvalseverk. Vi bru­ ker dette valseverket til å framstille hjulringer for jembanehjul. Emnet er en støpt eller smidd ring som legges mellom to valser a og b. Driften skjer på a, mens b bare er en løpevalse. Valsen a trykkes imidlertid hydraulisk inn mot b under valsingen. På den­ ne måten blir tverrsnittet mindre, og ringdiameteren øker.

Figur 2.12 Valsing av hjulring

Kontrollert valsing av stål Komstørrelsen har mye å si for styrken i stålet. Jo mindre korn, desto større styrke.

En vanlig måte å produsere høyfaste stål på er derfor å framstille stål med små kom. Det gjør vi ved å tilsette stoffer som danner mange krystallkimer, slik at det utskilles mange små krystaller. Ståltilsetninger som danner kimer, er aluminium, vanadium, titan og niob. Disse kimdanneme tilsettes i svært små mengder. Vi kal­ ler høyfaste stål som er framstilt på denne måten, mikrolegerte stål.

Komstørrelse

। mm

Figur 2.13 Flytegrensens avhengig­ het av komstørrelsen i bløtt stål

Det finnes imidlertid flere måter å framstille finkomstål på. Vi kan få små kom etter valsing av profiler og plater ved å avslutte valsingen ved en lav temperatur som ligger like over rekrystallisajonstemperaturen. Komene får da liten tid til å vokse før valseproduktet blir avkjølt ned til rekrystallisasjonstemperaturen, og kornveksten stanser. Vi sier at høyfaste stål som er framstilt på denne måten, er kontrollert valset. Både mikrolegerte og kontrol­ lert valsede høyfaste stål er brukt i oljeinstallasjoner til havs.

44

Varmforming

Standardisering av valsede stålprodukter Form- og toleransegrenser for plater, bånd og profiler i stål er samlet i emnegruppe 755 i katalogen for Norske Standard. Gruppen inneholder i underkant av 50 forskjellige standarder. Antall NS forteller oss noe om tallet på standardiserte stålprofiler som blir brukt når et produkt blir tilvirket. Som eksempel kan vi nevne NS 1900 Varmvalset rundtstål NS 1901 Varmvalset firkantstål NS 1902 Varmvalset flatstål NS 1903 Varmvalset vinkelstål. Likebente og rundkantede NS 1904 Varmvalset vinkelstål. Ulikebente og rundkantede NS 1905 Varmvalsede T-stål. Rundkantede NS 12604 Konstruksjonsstål for installasjon på kontinental­ sokkelen. Valsede profiler • NS-EN 10225 Sveisbare stål for offshorekonstruksjoner

• • • • • • •

Smiing Smiing blir mest brukt til framstilling av verktøy, maskindeler og emner for videre tilvirkning med sponskjærende bearbeiding. Materialet som smis, er som regel stål, men også andre metaller blir brukt. Vi skiller mellom friformssmiing og senkesmiing.

Friformssmiing Friformssmiing skjer ved håndkraft, maskinhammer eller smipresse. Det spesielle ved friformssmiing er at smeden med få verktøy kan gi arbeidsstykket nesten hvilken som helst form. En god smed må ha godt øyemål og god formsans. Han har som re­ gel begrenset tid til rådighet før emnet blir for kaldt, og må med andre ord smi mens jernet er varmt. Formgivingen skjer ved en kombinasjon av noen smioperasjoner:

• • • • •

strekking stuking nedsetting kapping lokking

Strekking blir brukt til å forlenge smiemnet eller gjøre det bredere.

45

Varmforming

Figur 2.14 Strekking i plant verktøy

Figur 2.15 Strekking av sylinder

Figur 2.16 Strekking av ring

Varmforming

46

Stuking foregår ved at smiemnet blir presset eller hamret mellom to verktøy eller mellom hammeren og ambolten. UTGANGSTILSTAND

ØYEBLIKKSTILSTAND

SLUTTILSTAND

ØVRE MATRISE

ARBEIDSSTYKKE

NEDRE MATRISE

Figur 2.17 Stuking

Doring, lokking, kapping, slissing og nedsetting er vist på figur 2.18.

DORING

LOKKING (HULLING)

KAPPING

KAPPING

NEDSETTING

Figur 2.18 Noen smioperasjoner

HULDORING

Varmforming

47

Senkesmiing Ved senkesmiing blir smiemnet slått til riktig form mellom to verktøy. De to verktøyene kalles senker og er laget av verktøystål. I senkene er det frest ut et hulrom som smiemnet blir formet i. Oversenken og undersenken blir styrt med styrepinner når de slår mot hverandre, slik at de treffer hverandre nøyaktig likt hver gang. Hulrommet i senken må også ha tilstrekkelig slipp slik at delene lett kan tas ut når de er ferdig formet.

Figur 2.19 Verktøy for senkesmiing

Når vi smir delene i en form på denne måten, er vi ikke avhengi­ ge av smedens skjønn og øyemål på samme måte som ved fri­ formssmiing. Delene som skal framstilles, blir helt like, og vi får større nøyaktighet. Verktøyene til senkesmiing er svært kostbare, og metoden egner seg derfor best til masseproduksjon, for ek­ sempel av bildeler og håndverktøy.

For å være sikker på at formen blir helt fylt når vi senkesmir, må vo­ lumet av emnet være litt større enn den ferdige delen. Under smiingen blir overskuddsmaterialet presset ut og legger seg mellom senke­ ne. Smistykkene har derfor en finne når vi tar dem ut. Finnen, eller skjegget, må fjernes med et spesielt klippe verktøy, skjeggsenken. Dersom vi skal framstille deler som ikke trenger stor formforandring i forhold til utgangsemnet, kan de framstilles med ett slag. Er formforandringen stor, må de formes i flere slag i en eller flere forsenker før de til slutt kan formes i ferdigsenken. Figur 2.20 Skjeggsenke

Figur 2.21 Senke for smiing i flere trinn

Figur 2.22 Eksempler som viser produkter som er senke smidd i flere trinn

Varmforming

48

Figur 2.23 Senkesmidde bildeler: styrearmer og hevarmer for tunge kjøretøyer

Utstyr for smier Ovner Vi bruker de samme ovnene til all varmebehandling av metallis­ ke materialer uansett om materialet skal smis, valses, herdes eller glødes. Ovnene er likevel litt ulike fordi smiing, herding og gløding krever ulik oppvarmingshastighet og topptemperatur. Noen ganger er det viktig at luften i ovnen ikke får ødelegge overflaten til emnet som varmes opp. Da blir ovnen konstruert slik at det kan tilsettes gasser som gir en beskyttende atmosfære. Elektriske ovner er mest brukt. Varmen kommer enten fra elekt­ riske spiraler i en kammerovn eller fra en spole (induktiv oppvar­ ming). I elektriske ovner kan vi varme opp emnene til en jevn temperatur. Det er også lett å automatisere disse ovnene ettersom oppvarmingshastigheten og temperaturen kan styres med elektro­ niske instrumenter. Spesielt gjelder det induktiv oppvarming.

49

Varmforming

I en elektrisk kammerovn kan du regne med at virkningsgraden er ca. 60 %. Ved induktiv oppvarming er virkningsgraden lavere.

Figur 2.24 Elektrisk kammerovn. Ovnen har glødespiraler i veg­ ger og tak. Temperaturen måles med et termoelement som er plassert inne i ovnskammeret og leses av i et kontrollskap Induktiv oppvarming foregår ved at emnet blir plassert i en spiral som er tilpasset emnet. I spiralen går det høyfrekvent strøm som induserer virvelstrømmer i emnet. Motstanden mot de induserte strømmene gjør at emnet varmes opp svært raskt. Oppvarming i en induksjonsspiral tar bare noen sekunder, mens det i en elekt­ risk kammerovn tar flere minutter.

Figur 2.25 Induktiv oppvarming av smiemne

50

Varmforming

Gassfyrte eller oljefyrte ovner og smiesser brukes også i noen grad til oppvarming av smiemner. Her er imidlertid ikke temperaturkontrollen så god, og de brukes derfor ikke så mye til industri­ ell produksjon.

Saltbadovner er elektrisk oppvarmede gryter med smeltet salt. Smiemnet blir senket ned i saltsmelta, som holder riktig oppvarmingstemperatur. Emnet blir raskt varmet opp. I en saltbadovn er det ikke noe luft som kan reagere med materialet på over­ flaten av emnene, og det skjer derfor ingen oksidasjon eller avkarbonisering. Vi kan varme emner av forskjellige størrelser samtidig, og saltbadovner passer derfor godt i smier med variert stykkproduksjon. Vær forsiktig når du bruker saltbadovnen. Dersom du varmer opp saltet for raskt eller til for høy temperatur, slik at det blir over­ trykk under den størknede saltskorpen eller fukt i saltbadet, kan det skje en eksplosjon. Beskytt derfor øyne og hud mot saltsprut med ansiktsskjerm og hansker.

Figur 2.26 Elektrisk saltbadovn

Maskinhamrer og presser I mindre smier blir emnene smidd med håndkraft. Smeden bruker forskjellige hamrer og slegger og holder smiemnet mot en ambolt når han slår. I industriell serieproduksjon og til store smistykker duger ikke håndkraft, og det er nødvendig med maskinhamrer og smipresser. Til mindre og middels store emner, opp til ca. 2-5 tonn, kan vi bruke maskinhamrer. Til store emner over 5 tonn bruker vi presser.

Maskinhamrer En maskinhammer blir karakterisert etter hvor hardt hammeren kan slå, det vil si slagarbeidet den utfører i hvert slag. Du kan be­ regne slagarbeidet (hammerens bevegelsesenergi når den treffer emnet) når du kjenner vekten av hammeren, det vil si hammerens masse og hastigheten hammeren har i slagøyeblikket. Figur 2.27 Lufthammer

A = 1/2 mv2

51

Varmforming

A - slagarbeidet i joule, m = hammerens masse og v = hamme­ rens hastighet i slagøyeblikket Hammerhodet kan heves og senkes på forskjellige måter. Det enkleste er å heise det opp og så la det falle ned. Det skjer i fallhammeren. Hastigheten kan økes ved at en samtidig som en he­ ver hammeren, spenner en fjær som blir utløst når hammeren fal­ ler. Det skjer i fjærhammeren. I en lufthammer blir hammeren hevet og senket med pressluft.

Presser I en presse foregår smiingen med lavere hastighet og med en mer langvarig trykkpåvirkning enn i smihammeren. Det gjør at vi får bedre gjennomarbeiding av smiemnene, og derfor en bedre korn­ struktur og kvalitet enn vi får med hammer.

Figur 2.28 Eksenterpresse. En veiv eller en eksenteranordning beveger verktøyet opp og ned

Figur 2.29 Friksjonspresse. Presskraften fås ved at et drivhjul setter et svinghjul i rotasjon. Til svinghjulet er det festet en gjen­ get spindel som skrur oversenken opp og ned med stor hastighet Presser har som regel også større arbeidshøyde mellom bord og formingsverktøy enn smihammeren. Vi kan derfor smi større em­ ner i en presse enn i en smihammer. Det er et lavere støynivå og mindre vibrasjoner.

Vi har to hovedtyper av presser: • Mekaniske presser, for eksempel veiv-, eksenter- og friksjonspresser • Hydrauliske presser

Mekaniske presser blir mest brukt til smiing av små og middels store smiemner, for eksempel håndverktøy og bildeler. Figur 2.30 Hydraulisk presse. Presskraftenfåsfra et stempel som trykkes opp og ned i en sylinder av en væske, vann eller olje. Jo større trykk en har i væsken, og jo større stempelet er, desto større presskraft

Vi bruker hydrauliske presser til friformssmiing og senkesmiing av de største smiemnene. Det finnes smipresser som kan smi em­ ner med opp til 2 m tverrmål.

52

Varmforming

Figur 2.31 Automatisk produksjon av senkesmidde deler a) Lager for stangmateriale b) Presse for kapping av smiemner c) Transportør d) Induksjonsovn e) Presse for senke smiing og avskjegging f) Beholder for ferdigsmidde deler g) Beholder for skjegg og avfall

Smiverktøy Når vi smir, kan middeltemperaturen i smi verktøyet komme opp i 150-200 °C. På overflaten av smiverktøyet kan temperaturen være 600 °C, og verktøyet er utsatt for stor trykkpåkjenning. Riktig valg av materiale i smisenker o.l. er derfor svært viktig. Vi bruker derfor varmefast verktøystål for å oppnå normal levetid for smisenken, det vil si 400-6000 smiinger avhengig av hvor brutal smioperasjonen er mot verktøyet. Mest brukt er verktøy­ stål legert med krom, nikkel, molybden og wolfram som du varmebehandler til en strekkfasthet på 1300-1700 MPa.

Vi kan framstille en smisenker på forskjellige måter: • ved sponfraskillende bearbeiding • ved å framstille en «master» som er en kopi av delen som skal smis. Senken varmes til den blir plastisk. Masteren blir så presset inn i senken slik at den får riktig hulrom • ved å framstille gravyren i senken ved elektroerosjon eller elektrokjemisk maskinering. I motsetning til de andre metode­ ne kan denne brukes på en allerede herdet senke

Når smiverktøyet brukes, er det viktig at det smøres godt med spesielle smøremidler som er utviklet for smøring av smiverktøy.

Formgiving av smidde produkter Det kan ikke gis generelle regler for formgiving ved friformssmiing. Bare smedens dyktighet setter grenser. Men dyktige smeder er blitt mangelvare, og hvis en ikke har avtale med en dyktig smed, bør en velge enkle utforminger.

53

Varmforming

Ved senkesmiing er verktøyet svært kostbart. Det lønner seg der­ for å ta kontakt med den som skal smi delene, allerede på konstruksjonsstadiet. Senkesmidde deler må ha slipp. Smistykkene blir avkjølt i sen­ ken, og slippet må være større på innsiden enn på utsiden. Anbe­ falt slippstørrelse varierer med materialene i delen.

Materiale

Figur 2.32 Innvendig og utvendig slipp på smidd del

Stål Messing Aluminiumslegeringer

Utvendig slipp 6° 0,5° 3-6°

Innvendig slipp

10° 1° 6-10°

Alle kanter og hulkiler må ha radius over et visst minstemål. Det er viktig for å hindre sprekker i senkene og oppnå at materialet flyter ut og fyller hele formen når vi smir.

For senkesmiing av ståldeler gjelder Høyde eller dybdemål i mm (angitt med h på figur 2.33)