10.6 Processen vid pressgjutning

En av pressgjutningens stora fördelar är metodens relativt höga produktivitet. Cykeltiden varierar från under en sekund till cirka 3 min för stora detaljer där metallens stelningstid och kylningen av verktyget är avgörande för cykeltiden.

Skriv ut
Innehållsförteckning

    10.6.1 Processen vid pressgjutning

    Processcykeln kan delas in i fyra olika faser, som det går att läsa mer om i kommande kapitel.

    Den första fasen förbereder smältan för fas 2 genom att skjuta fram den smälta metallen under låg hastighet med så lite luftinblandning som möjligt fram till inloppet till formhåligheten.

    Under den andra fasen, formfyllningsfasen, fylls formen med smälta, vanligtvis i hög hastighet.

    Syftet med den tredje fasen, eftermatningsfasen, är att skapa ett högt metalltryck i detaljen, vilket dels motverka porositeter som uppstår på grund av materialets krympning under stelnandet, dels komprimerar eventuella luft- eller gasblåsor som finns i godset.

    I den fjärde fasen stöts den gjutna detaljen ut ur formverktyget.

    10.6.2 Första fasen

    Syftet med fas 1 är att med hjälp av en kontrollerad kolvrörelse flytta smältan i fyllkammaren, genom ingjutsystemet ända fram till inloppet på detaljen. Skottkolven skall röra sig mjukt och ofta med en accelererande rörelse för att undvika en oönskad vågbildning i smältan, vilken kan leda till luft- och gasinblandning i metallen.

    Under den första fasen rör sig kolven från sitt startläge med låg hastighet förbi hålet i fyllkammaren. Syftet är att flytta smältan förbi påfyllningshålet utan att smälta skvätter ut.

    Ett ytterligare skäl till låg kolvhastighet under fas 1 är att man önskar minimera luftinblandning i smältan. Oftast har kolven en accelererande rörelse. Detta ger mindre risk för inblandning av luft i smältan än vid konstant kolvhastighet. Vanligtvis väljs en parabelformad acceleration för att undvika vågbildning, som kan leda till att luft innesluts i smältan.

    En för hög hastighet på kolven kan skapa en rullande våg och risk för luftinneslutningar. Det samma gäller vid för låg hastighet.

    Figur 56. Det är viktigt att hitta en optimal hastighet för kolvrörelsen.

    Fas 1 bör pågå tills fyllkammaren och ingjutet fyllts med smälta. Eftersom hastigheten är låg i fas 1 (0,1 – 0,2 m/s) drivs vanligen injektionscylindern med ett hydraulflöde som kommer direkt från hydraulpumparna utan hjälp av tryckackumulatorer.

    Övergången till fas 2 styrs av en gränslägesbrytare eller en lägesgivare påverkad av injektionskolven.

    Fyllnadsgrad

    Fyllnadsgraden är ett mått på hur stor volymsandel smälta som har hällts i fyllkammaren i förhållande till fyllkammarens totala volym. Med hänsyn till risken för luftinneslutningar bör fyllnadsgraden vara så hög som möjligt. Vid för låga fyllnadsgrader (< 50%) kan det vara svårt att erhålla en lämplig vågfront under förstafasen. Dessutom kan metalltemperaturen sjunka snabbt. Vid för höga fyllnadsgrader (> 65%) finns risk för att smälta skvätter ut genom påfyllningshålet.

    Orsaken till att man vanligtvis har låga fyllnadsgrader är att man vill undvika allt för höga kolvhastigheter under andrafasen och därigenom undvika skäggning och allt för hög dynamisk påfrestning på maskinen.

    10.6.3 Andra fasen

    Under den andra fasen, formfyllningsfasen, fylls formen med smälta, vanligtvis under några tiondels sekunder. Fas 2 startar omedelbart efter att fyllkammaren och ingjuten helt fyllts med smälta. Under fas 2 fylls formhåligheten och övergöten (luftfickor) med smälta. För att underlätta formfyllningen är det vanligt att luften i formhåligheten evakueras med hjälp av ett vakuumsystem.

    Lämplig hastighet och kolvtryck bestäms av kolvstorleken samt utformningen av detaljen och ingjutsystemet. Som regel gäller att lägsta möjliga kolvhastighet skall användas för att skona maskin och verktyg. Dock måste formhåligheten fyllas så snabbt att man inte riskerar kallflytningar. Vanlig kolvhastighet är 1 – 3 m/s, i extrema fall förekommer hastigheter på 6 – 8 m/s.

    Den höga kolvhastigheten under fas 2 kan inte uppnås endast med hjälp av maskinens hydraulpump. Det krävs därför en ackumulatorenhet.

    Inloppshastigheten är den hastighet smältan har vid inloppet till detaljen. Inloppshastigheten har stor betydelse för gjutgodsets kvalitet. För låg inloppshastighet ger risk för turbulent formfyllning istället för sprayfyllnad som man vill uppnå. För hög inloppshastighet ger risk för verktygsslitage och att maskinen inte förmår att hålla ihop verktyget i slutet av formfyllningsfasen. Detta kan i sin tur leda till metallsprut mellan verktygshalvorna.

    Med ökad inloppshastighet förbättras vanligtvis gjutgodsets ytor. Ur ekonomisk synvinkel bör man dock inte använda högre inloppshastigheter än nödvändigt med tanke på verktygs- och maskinslitage. Eftersom ackumulatorn måste återladdas mellan varje skott kan en hög kolv- och ingjutshastighet också påverka cykeltiden negativt.

    Inloppshastigheter

    Följande rekommendationer gäller för inloppshastigheten:

    Tabell 11. 

    Fylltid

    Definitionen på fylltid är den tid det tar för den smälta metallen att ta sig från inloppet, det vill säga där ingjutssystemet övergår till detalj, till att detalj, övergjöt och avluftningar är fyllda med metall. Fylltiden är oftast mycket kort och avgörs enkelt uttryckt av godstjockleken hos den del av detaljen som fylls sist i verktyget. Nedan följer några rekommendationer på fylltider, baserat på godstjockleken i det sist fyllda partiet. Normala fylltider är:

    Tabell 12. 

    Värmeflöde under injektion

    Gjutning är i huvudsak en termisk process. Kritiska faktorer för att få ett bra gjutgods och en hög produktivitet är att få en optimal värmebalans i verktyget. Kort sagt, lika stor energimängd som tillförs verktyget via smältan, måste transporteras bort genom kylning. Emedan det finns flera viktiga faktorer att ta hänsyn till för att få en optimal kvalitet på det färdiga gjutgodset, så är det smältans temperatur som påverkar dess flytbarhet allra mest.

    Värmeenergin i den smälta metallen överförs under formfyllning och stelning till det relativt kalla formverktyget. Områden som utsätts för stora metallflöden utsätts för en kraftig termisk belastning, exempelvis kring ingjut i detaljen där all metall måste passera och där metallen är som varmast innan den börjar svalna i verktyget. I områden av verktyget som fylls sist är dels metallmängden mindre, dels är temperaturen lägre. Vid tunnväggiga komponenter kan det innebära att verktyget måste få hjälp med temperering i form av extra tempereringskanaler i verktyget eller att man placerar extra övergötskanaler eller avluftning i dessa partier för att hålla uppe verktygstemperaturen och därmed undvika kallflytningar på detaljen. Motsvarande gäller vid tjockväggiga avsnitt på komponenter som är placerade nära insläppet. Här kan det behövas extra kylåtgärder för att avleda den stora mängden värmeenergi.

    10.6.4 Tredje fasen

    Syftet med den tredje fasen, eftermatningsfasen, är att skapa ett så högt metalltryck i detaljen att man kan kompensera för den krympning som sker under stelningen, samt pressa ihop eventuella luft- och gasblåsor som finns inneslutna i metallen. Eftermatningen ger dessutom en snabbare stelning vilket ökar den gjutna detaljens mekaniska egenskaper och säkerställer att den färdiga detaljen har en hög dimensionsnoggrannhet.

    Aluminium krymper cirka 4 – 7 procent i volym under övergången från flytande till fast fas. Det är därför nödvändigt att kompensera för denna krypmning, annars bildas porositeter i den färdiga detaljen. Den tredje fasen, eftermatningsfasen, har som uppgift att kompensera för krympningen genom att under högt tryck pressa in motsvarande volym flytande metall i formen. Detta sker genom att maskinen, direkt efter att formfyllnaden har avslutats, lägger på ett högt tryck med hjälp av skottkolven. Detta sker under en kort tid innan metallen stelnar och detaljen inte kan krympa mer. I samband med att krympningen kompenseras meför också det höga metalltrycket att eventuella luft- eller gasblåsor som finns inblandade i godset, komprimeras till en så liten volym att de i allmänhet inte har någon påverkan på godsets kvalitet. Luftblåsorna har oftast sitt ursprung från första fasen då luft kan blandas in i smältan på grund av vågbildning. Gasblåsor kan ha sitt ursprung från den kolv- och formsmörjning som används.

    Övergången till fas 3 sker när kolven känner av ett ökat mottryck på grund av att formhåligheten helt fyllts med smälta.

    Om trycket under fas 3 är för lågt riskeras porer i gjutgodset. Ett för högt tryck medför risk för att metall sprutar ut mellan verktygets formhalvor. Även den hastighet med vilken eftertrycket byggs upp har stor betydelse. Är denna för låg finns risk för att smältan fryser i ingjuten och förhindrar möjligheten till eftermatning. Specifikt gjuttryck är angivet i nedanstående tabell. Eftermatningstrycket för tekniskt gods i aluminium bör till exempel. ligga i intervallet 400-600 bar. Om den är för hög riskeras även här att metall sprutar ut mellan verktygshalvorna. Optimalt är om eftermatningen läggas på efter att ett tunt metallskinn stelnad på ytan inuti hela formrummet. Detta stelnade skal förhindrar då att metall sprutar ut, samtidigt som den inre delen av detaljen fortfarande är flytande och kan eftermatas med metall.

    Specifikt gjuttryck

    Tabell 13. Följande specifika gjuttryck (MPa) rekommenderas:

    Värmeflöde efter injektion

    Merparten av värmeenergin i smältan överförs till verktyget under eftermatningsfasen då metallen stelnar. Formlerna för att beräkna den termiska balansen, aktuella värmeövergångstal och värmeledningen i stål är väl kända faktorer vilka kan användas för att grovt beräkna kylbehovet och därmed också cykeltiden. En viktig faktor är just värmeöverföringskoefficienten mellan metallen/komponenten och formstålet, som kommer att variera med ett antal faktorer – såsom typen av formsmörjning som används och metalltrycket. Det bör nämnas att även den yttre formsmörjningen (kylningen) har stor betydelse för vilken cykeltid som kan uppnås.

    Den termiska ledningsförmågan hos vanligt H-13 stål är förhållandevis låg, vilket innebär att värmeledningen genom stålet går ganska långsamt. Detta är bra på ett sätt för att det hjälper till att hålla värmen i verktyget, exempelvis vid gjutning av tunna detaljer, men det kommer också orsaka lokala värmecentra, hot-spots, på grund av att värmen inte kan ledas bort från ställe med hög värmebelastning. Under tredjefasen, då metallen ligger med högt tryck mot verktygsytan, kan temperaturen i verktygsytan bli relativt hög, dock inte i nivå med den smälta metallens temperatur.

    Komplexa geometriska former gör att värmeflödet i formverktyget blir mycket ojämnt och svårberäknat. Detta innebär att det kommer att bli varma och kalla fläckar på verktyget, och den relativt långsamma värmeledning i formstålet ökar denna effekt, vilket kommer att förvärra vissa gjutdefekter.

    Squeeze pins

    Inloppet är bara öppet under en väldigt kort tid efter att formen har fyllts med metall. Efter att inloppet har fryst är det omöjligt att kompensera för krympning av detaljen. Det finns dock ett alternativ till och det är squeeze pins. Squeeze-pin är en sorts pinne, lik en utstötarpinne, som lägger på ett extra tryck på en viss del av komponenten som är speciellt utsatt när det gäller krympporisitet. Denna pinne lämnar ett avtryck på detaljen, och kan därför med fördel placeras där det inte spelar någon roll, eller där man exempelvis i en senare operation skall borra ett hål eller fräsa en yta.

    10.6.5 Fjärde fasen

    Under den fjärde fasen stöts, utstötningsfasen, stöts gjutdetaljen och ingjutssystemet ut ur formverktyget. Innan dess har alla kärnor dragits tillbaka ut ur detaljen. Vid utstötningen gör skottkolven också en kort framåtriktad rörelse för att trycka ut tabletten ur den fasta formhalvan.

    Gjutstycket krymper kraftigt och kläms därfor fast i verktyget under stelnandet. Vid stor yta med snäva släppningar fordras därför stor kraft i maskinens utstötarenhet. Om detaljen sitter hårt kan utstörarpinnarna lämna oönskade märken på gjutgodsdetaljen. Tunna detaljer kan också bli skeva i samband med utstötningen.

    Utstötarenheten består av en grundplatta som är rörligt fäst och styrd av två kolvstänger som når in i det rörliga formbordet. Hydraulcylindrar är monterade på det rörliga maskinbordets baksida med ett antal distansstänger. Denna konstruktion ger en stabil och linjär utstötningsrörelse. Utstötarpinnarna utsätts för stor belastning och är normalt nitrerade för att få en mycket hård yta vilket minskar risken för att de kärvar i verktyget. Utstötarpinnarna brukar oftast vara cylindriska med ett cylindriskt alternativt koniskt huvud. Cylindriska utstötare med cylindriskt huvud är standardiserade och hittas i standarden SS-ISO 6751.

    Värmeflöde efter utstötning

    Efter att detaljen har stötts ut ur formen fortsätter svalningen, främst genom strålning och konvektion. I vissa fall doppas detaljen i vatten för att snabba på nedkylningen, exempelvis om den gjutna detaljen ska skäggas eller gradas direkt efter urplockningen. Under kylprocessen finns en viss att detaljen ändrar form och blir skev (distorsion). Det bästa sättet att undvika eller kontrollera dessa förändringar är att ha en jämn svalning efter utstötningen.

    10.6.6 Verktygstemperatur

    Verktygstemperaturen är en kritisk faktor vid pressgjutning. Termisk obalans och en ojämn temperaturfördelning i verktyget är ett par av de vanligaste orsakerna till kvalitetsströrningar hos gjutgodset. Rätt verktygstemperatur är också en förutsättning för att formsläppmedlet skall ge en fullgod funktion.

    Termisk utmattning, vilken leder till att ytan på verktyget spricker (krackelerar)  är den vanligaste orsaken till att pressgjutverktyg måste skrotas. För att så långt som möjligt hindra uppkomsten och minska tillväxten av krackelerinar måsta man förvärma verktyget innan gjutningen påbörjas. Det är viktigt att detta sker jämnt och försiktigt via kylkanaler i verktyget och därför rekommenderas ett termostatiskt styrt uppvärmningssystem. Utvändig uppvärmning med till exempel gasolbrännare skall undvikas. På samma sätt bör kraftig nedkylning undvikas, vilket innebär att mängden kallt formsläppmedel som sprutas på verktygsytan bör minimeras. Verktyg med insatser måste värmas sakta så att både insatser och hållarmaterial hinner med i temperaturstegringen och utvidgar sig likformigt.

    Under drift är det viktigt att verktyget behåller en termisk jämvikt. Det betyder att samma energimängd som tillförs verktyget via den smälta metallen också måste ledas bort från verktyget, främst via interna kylkanaler i verktyget, men också via formsläppmedlet. Se nedanstående illustration:

    Figur 57. Värmeflödesdiagram (Sankey-diagram) för ett verktyg i en varmkammarmaskin.

    Värden i figuren ovan (procent)
    A.    Rörelseenergi
    B.    Smälta
    C.    Uppvärmning av munstycke
    D.    Smörjning
    E.    Kylning
    F.    Temperaturstyrning
    G.    Gjutgods
    H.    Termisk strålning
    I.      Värmeledning och konvektion

    Värme avges till omgivningen genom termisk strålning, värmeöverföring till den omgivande luften och genom värmeledning till maskinborden. Energin som tas upp av kylvätskan kyls bort i ett separat tempereringsaggregat.

    Reglering av verktygstemperaturen är en kritisk faktor för att verktyget skall hålla sin avsedda arbetstemperatur oavsett cykeltid. Målet är att därigenom säkerställa en konstant och hög gjutgodskvalitet, avsedd cykeltid samt öka verktygslivslängden.

    Följande verktygstemperaturer rekommenderas:

    Tabell 14. Verktygstemperatur.

    Kontrollering av verktygstemperaturen

    Styrningen av värmeflödet i verktyget sker i allmänhet genom tre förfaranden. En är användningen av formsläppmedel, i synnerhet för aluminiumpressgjutning. Sprayen består till cirka 98 % av vatten, och med denna vattenspray kyls formytan mycket snabbt. Denna metod för kylning sliter hårt på verktygsstålet och kommer att förkorta verktygets livslängd, men det är ett mycket effektivt sätt att kyla ner heta partier på verktygsytan.

    Den andra metoden är användning av kylkanaler eller tempereringskanaler i verktyget. Dessa kanaler borras in från olika håll i verktyget och kan antingen serie- eller paralllellkopplas. Det är viktigt att detta sker på ett korrekt sätt för att få en såväl effektiv uppvärmning som kylning av verktyget. Kylledningar ska placeras så nära formytan som möjligt för att vara effektiva. Den mängd värme som kan avlägsnas beror på dels antalet kanaler, på flödet i kanalerna samt på temperaturen hos kylvätskan.

    Den tredje metoden för styrning av verktygstemperaturen är att hantera energitillförseln genom att justera cykeltakten. I allmänhet eftersträvas en så hög cykeltakt som möjligt. Oftast avgörs cykeltakten av de två övriga metodernas förmåga att avlägsna energi från formverktyget. Idag finns det bra simuleringsverktyg för att beräktna och analysera den termiska jämnvikten i pressgjutverktyg.

    Figur 58. Exempel på placering av kylkanaler.

    För att kunna kontrollera värmebalansen i verktyget behöver det köras ett antal cykler så att alla parametrar hinner stabilisera sig. Det är stor skillnad på gjutresultatet mellan den första detaljen, som är tillverkad i ett kallt verktyg, och en detalj tillverkad vid normal driftstemperatur.

    Figur 59. Temperaturfördelning i ett verktyg efter en cykel (t v) och efter 20 cykler (t h).

    Problem vid för låg verktygstemperatur

    • Försvårad utstötning av gjutgodset ur verktyget (ökade klämkrafter).
    • Vidhäftning av metall.
    • Dålig smörjeffekt av släppmedlet.
    • Kallflytningar.
    • Ökat verktygsslitage (ökad termisk chockverkan).
    • Försämrad dimensionsnoggrannhet.
    • Risk för fukt kvar i verktyget efter stängning

    Problem vid för hög verktygstemperatur

    • Försvårad utstötning av gjutgodset ur verktyget (beroende på deformation eller vidhäftning).
    • Dålig vidhäftning av formsläppmedlet.
    • Ökad förbrukning av släppmedel.
    • Längre cykeltid.
    • Ökad verktygsförslitning (felaktig funktion hos rörliga verktygsdelar, slider etc).
    • Verktygsdeformation (på grund av temperaturskillnader mellan verktygshalvorna).
    • Försämrad dimensionsnoggrannhet.
    • Ökad risk för sugningar.

    10.6.7 Formsmörjning

    Formsmörjningen har många viktiga funktioner, bland annat att skydda verktygsytan, underlätta formfyllningen och förhindra vidhäftning mellan metallen och formytan. Formsläppmedlet läggs på mellan varje skott, oftast automatisk med hjälp av ett formsmörjningsaggregat. Förutom vattenburna formsläppmedel finns det släppmedel i pulverform och vattenfria högkoncentrade oljor. Släppmedel i pulverform kan läggas på med hjälp av elektrostatisk laddning.

    Formsmörjningen har en viktig roll både för gjutgodsets kvalitet och för verktygslivslängden. Den smörjmedelshinna som påförs verktyget underlättar formfyllningen och uppträder som skyddsfilm mellan den smälta metallen och verktygsytan. Det smörjmedel som påförs formverktyget benämns oftast formsläppmedel eller enbart släppmedel.

    Som beskrivits i avsnitt 10.5 Verktyg så skall man alltid skapa ett tunt oxidskikt på formytan på nya verktyg. Tanken är att detta oxidskikt skall vara permanent och isolera verktygsytan från den smälta metallen och därmed förlänga livslängden. När formsläppmedlet läggs på bildas en skyddande film ovanpå oxidskiktet vilket gör att detta inte nöts ned vilket annars skulle ske mycket snabbt. Därmed bidrar formsläppmedlet till att fördröja den termiska utmattningen och krackeleringen av verktygsytan och förhindrar dessutom en sammansvetsning mellan det gjutna ämnet och verktygsstålet. Detta innebär att en estetiskt tilltalade yta erhålls på gjutgodset. Om för mycket släppmedel, eller släppmedel av olämplig sort, läggs ovanpå oxidskiktet kan missfärgning av detaljen förekomma.

    Figur 60. Formsmörjning har tre uppgifter; att separera, att smörja och att kyla.

    En annan viktig uppgift för formsmörjningen är att förbättra släppningen och underlätta utstötningen av deltaljen. Dessutom underlättas formfyllningen genom att släppmedlet bildar en tunn glidfilm som ”bär” smältan över ytan och gör så att denna fyller ut formhåligheten bättre.

    Ytterligare en uppgift för formsmörjningen är att kyla verktyget. Pressgjutverktyget har ofta otillräckliga inre kylkanaler och vissa kärnor kan endast kylas via formsmörjningen. På partier med hög värmebelastning kan i vissa fall därför över hälften av den värmeenergi som tillförs av smältan behöva kylas bort via formsmörjningen.

    Alla typer av släppmedel har ett temperaturintervall där de fungerar bäst, det vill säga bildar ett skyddande skikt ovanpå verktygets oxidskikt. Tjockleken av skyddsfilmen är främst beroende av temperaturen på verktygsytan, och i viss mån spruttiden. Filmbildningen för vanliga släppmedel är som bäst i intervallet 160 – 220ºC. Därför måste formytan först kylas ner till denna temperatur. Detta görs genom påsprutning av små droppar med hög hastighet. Såväl spruttrycket som anslagsvinkel är viktig för att eliminera risken för en ångspärr på formytan, vilken förhindrar släppmedlet att väta formytan. Tryckluften som transporterar släppmedlet medverkar till att blåsa undan en del av den ånga som bildas på formytan. Det är under de första 1 – 3 sekunderna av sprayningen som störst kyleffekt erhålls, därefter sjunker denna i takt med att temperaturen på formytan sjunker. Formsmörjningen kan sänka yttemperaturen från typiskt 550 grader ner till cirka 150 grader. Dessa temperaturer avser formytan. På grund av stålet dåliga värmeledning så påverkas temperaturen inuti verktyget i mindre utsträkning. Efter sprayningen kan ytan på verktyget åter öka i temperatur då värmen från centrum på verktyget leds tillbaka till ytan. Detta kan vara positivt då det bidrar till att torka upp rester från formsläppmedlet innan nästa gjutcykel.

    Efter nedkylningsfasen appliceras smörjfilmen. Verktygsytan bör nu ha en temperatur mellan 160 och 220°C. Mängden släppmedel bör anpassas så att den är lika stor som den mängd vatten som verktygets värme förmår förånga. För stor mängd släppmedel bör undvikas då detta leder till uppbyggnad av släppmedelsrester. Även långa spraytider bör undvikas, dels för att uppbyggnaden av skyddsfilmen endast kräver sprayning under några tiondels sekunder, dels för att minska föbrukningen och spillet av formsläppmedel. Det kan till och med vara så att långa spraytider är negativt för skyddsfilmen då det finns en risk för att den spolas bort om ytan blir för kall.

    Ett enda universalsläppmedel som fungerar bra under alla förutsättningar finns inte. Metallegering, metalltemperatur, formverktygstemperatur och detaljens geometri är parametrar som kräver formsläppmedel med specialanpassade egenskaper. Ett vanligt problem är att oljefria släppmedel inte klarar av att bilda filmer på varma verktygsytor.

    Några egenskaper som alltid förväntas vara uppfyllda är:

    • Bra släppningsegenskaper
    • Bra smörjförmåga på kärnor, slider och ventiler
    • Lukt- och rökfritt
    • Liten gasutveckling
    • Liten påverkan på detaljen yta
    • Låg kostnad

    Följande typer av formsläppmedel förekommer:

    • Flytande, vattenblandbara
    • Flytande, ej vattenblandbara
      • fria från lösningsmedel
      • med lösningsmedel
    • Torra produkter

    De vanligast förekommande släppmedlena är de vattenblandbara. Av miljöskäl används oljebaserade släppmedel endast vid extrema fall. Oljebaserade släppmedel är inte alltid vattenblandbara. Utvecklingen går mot pulverbaserade släppmedel, vilka ger en rad fördelar. I de vattenblandbara utgör rent vatten mer än 98 % av den färdiga bruksblandningen.

    Formsläppmedel består av flera olika verksamma ämnen, en bärsubstans och flera additiver. De verksamma ämnena utgörs av oljor, vax och siloxaner. Oljorna har till uppgift att smörja verktyget och se till att detaljen släpper från verktyget. Vaxerna skall ge en barriär, som skyddar verktyget från yttre påverkan. Siloxanerna, som är målningsbara silikoner, används för att öka flytbarheten på smältan. Som bärsubstans används främst syntetiska oljor utspädda med vatten.

    Additiverna, det vill säga tillsatserna, utgörs bland annat av korrosionsinhibatorer, som tillsätts i syfte att skydda verktyget mot rost. På grund av risken för bakterieangrepp tillsätts baktericider. Vidare används emulgatorer för att öka mixbarheten på lösningen och anti-solder för att den gjutna detaljen inte skall fästa mot verktyget.

    Av miljöskäl har användningen av mineralolja som släppmedel i stort sett försvunnit. Av samma skäl minskar användningen av silikoner och pigment i släppmedlet.

    Applicering

    Applicering av formsläppmedel kan ske dels med handpistoler, dels med helautomatiskt arbetande sprayutrustningar. Trenden går mot ökad automatisering.

    När smörjmedlet appliceras är det viktigt att se till så att allt vatten förångas. Har verktyget för hög temperatur (över 250°C) hindras denna förångning av den så kallade Leidenfrost-effekten, det vill säga när släppmedel bildar droppar (som vatten på en het kokplatta) och därmed inte förmår väta ytan. För att motverka denna effekt eftersträvas en sänkt formverktygstemperatur, fin sprutdimma, sned anslagsvinkel samt en höjning av spraytrycket. Vid för låg temperatur (under cirka 160°C) hinner vattnet inte förångas och därmed kan ingen smörjfilm bildas.

    Figur 61. Formsmörjning.

    När smörjmedel rinner av ett verktyg tyder detta på en överdosering. Resterna som rinner av har varken smörjt eller bildat någon skyddande hinna. Den kylande effekten är ej heller så stor som när vattnet förångas från verktygsytan. För att förångningen av smörjmedlet skall gå snabbt rekommenderas små droppar.

    Smörjning som sker efter att den skyddande filmen har bildats, har motverkande smörjande effekt, eftersom filmen kommer att spolas bort utan att någon ny film har bildats.

    Många faktorer påverkar processen vid formsmörjning. Några är följande:

    • Den kemiska sammansättningen påverkar hur släppmedlet kan bilda en smörjande hinna. Den styr även ämnets kylförmåga samt dess Leidenfrosttemperatur, det vill säga den temperatur vid vilken ovan nämnda Leidenfrosteffekt börjar uppträda.
    • Smörjtiden påverkar kylningen av verktyget samt hur mycket släppmedel som förbrukas.
    • Anslagshastighet och anslagsvinkel påverkar filmbildningen. Ju snabbare hastighet dropparna har, desto högre tryck på luften bör användas. En högre hastighet ger finare droppar. Ett högre tryck på släppmedlet påverkar volymen släppmedel som sprayas på under en viss tidsperiod.
    • Avståndet från verktyget bestämmer hur stor area som sprayas samt dropparnas storlek och hastighet.
    • Olika munstycken påverkar spraybilden samt fördelningen av dropparna. Detta bestämmer i hög grad filmbildningen samt förbrukningen av släppmedel. Den bästa kyleffekten uppnås när släppmedlet förångas från ytan, vilket erhålls bäst med små finfördelade droppar.
    • Vinkeln som spraymolnet träffar verktyget med påverkar både filmbildningen och kylförmågan.

    Elektrostatisk beläggning av släppmedel finns även på marknaden. I princip fungerar det som vid pulverlackering av plastkomponenter och metallkomponenter. Fördelen med teknik är att man belägger kärnor och insatser som är svåra att komma åt. Effekten blir som ett magnetfält som drar åt sig partiklarna tack vare olika laddningar, positiva och negativt laddaded. Antalet munstycken eller dysor som krävs är betydligt mindre. Cykeltiden påverkas även åt det positiva hållet. Nackdelen är att systemet kräver extra utrustning än traditionella formsmörjningsaggregat för att uppnå elektrostatisk laddning.

    Film från Lubrolene kring smörjning med hjälp av elektrostatisk laddning.

    Lubrolene - Water-Free Electrostatic Spray Technology for High Pressure Die Casting.

    Högkoncentrerade formsläppmedel används hos vissa gjuterier. Med den högre koncentrationen av släppmedel kan filmbildningen ske vid en högre yttemperatur på verktyget. Det leder till att den termiska balansen bibehålls och därmed att verktygets livslängd ökar. En annan fördel är att mängden spillvatten minskar. När pålödning uppstår på verktyget kan det vara befogat med pastösa formsmörjmedel, som till exempel appliceras med pensel.

    På nedanstående filmer kan först ses konventionell formsmörjning (med lågkoncentrerat släppmedel) och därefter formsmörjning med högkoncentrerat släppmedel.

    Konventionell formsmörjning.

    Minimal formsmörjning med högkoncentrerat släppmedel (teknologi från Trennex).

    Minimal formsmörjning.