Værktøjslære
formværktøj og snit & stans

Værktøjslære

Form Metal leg.

Generelt om trykstøbning

Støbeværktøj

Skilleflade

Slip og svind

Udvendige flader

Kerner

Udkastere

Støbetolerancer

Støbeteknik

Støbespændinger

Godstykkelser

Rundinger

Indløb

Værktøjslære

Konstruktion trykstøbeværktøj

Generelt om trykstøbning

Trykstøbning er først rentabel ved styktal over 1000 emner og egner sig særlig til masseproduktion af forholdsvis tyndvægede emner. Man kan opnå en forholdsvis god overfladekvalitet og kan i vid udstrækning undgå efterbearbejdning. Dette stiller særlige krav til konstruktionen.
Metallet afkøles og størkner, hvilket giver godset gode mekaniske egenskaber. Dog bør konstruktionen af formværktøjer ske i ettæt samarbejde med støberiet.

Støbeværktøj

Gods og indløbssystem skal kunne fjernes fra støbeværktøjet uden at beskadige hverken værktøj eller emne. Dette stiller krav til emnets indvendige og udvendige overflader, samt slippets størrelse, udformning af kerner mv.
Formen består normalt af to parter, fast og bevægelig, i den faste formpart er indløbssystemet og eventuelle stigtappe eller gennemløb er bearbejdet ud.
Derudover kan formen indeholde eventuelle faste kerner, bevægelige kerner, som trækkes ud af godset før formen åbnes, udstødere, som frigør det støbte emne fra formen.

Ved store seriestørrelser kan det være berettiget at fremstille meget komplicerede støbeværktøjer og dermed opnå en yderligere færfiggørelse af støbningen med eksempelvis modslip, underkerning og mange udkerninger af huller.
Ved mindre styktal vil man normalt undgå alt for komplicerede formværktøjer med bevægelige sidekerner og lignende.

Til top

Skilleflade

Skillefladernes placering bestemmer forst og fremmest, hvorledes støbegodset må forsynes med slip, og hvor nøjagtigt de forskellige dimensioner kan overholdes. Overflader i godset, der skal have størst mulig nøjagtighed i forhold til hinanden, bør ligge på samme side af skillefladen, det vil sige, de skal ligge i samme formpart.

Skillefladen vælges normalt i det plan, hvor godset har sin største udstrækning, for at undgå meget dybe formparter, der er kostbare at fremstille, og hvor det kan være vanskeligt at opnå korrekt formfyldning og afluftning.
Man kan afvige fra denne placering, hvis den medfører bevægelige kerner. En plan skilleflade er enklest og normalt også billigst, men også her kan der afviges, hvis man derved kan undgå at anvende sidekerner. I nogle tilfælde kan begge komplikationer undgås ved en ændring af værktøjskonstruktionen.

Emnet har plan skilleflade, men kræver en bevægelig sidekerne.
Det kan i sådanne tilfælde bedre betale sig at benytte en ikke plan skilleflade.

Til top

Slip og svind

For at støbegodset kan fjernes fra formen, skal alle flader have slip i forhold til udstødsretningen, som normalt er vinkelret på skillefladen. Bevægelige kerner skal have slip i udtræksretningen, og alle kerner og indvendige flader skal større slip end udvendige flader, fordi metallets sammentrækning får godset til at klemme omkring disse formdele.

Metal legeringer	Svind
Al-Si-legering Al-mg-legering Magnesiumlegering Zink legering Tinlegering Kobber-Zink-legering	0,5 til 0,7% 0,6 til 1,0% 0,6 til 1,0% 0,4 til 0,5% 0,2 til o,4% 0,8 til 1,2%

Metal legeringer	Slip udv.	Slip kerner
Aluminiums legeringer Magnesiumlegering Zink legering Tinlegering Kobber-Zink-legering	0,5 til 1,0º 0,5 til 1,0º 0,3 til 0,5º 0,2 til 0,4º 0,5 til 1,0º	0,8 til 1,5º 0,8 til 1,5º 0,4 til 0,6º 0,3 til 0,5º 1,5 til 2,0º

Rigeligt slip (5 - 10º) letter udkastningen og reducerer sliddet på formen, samtidig med at der er mindre chance for at beskadige støbegodsets overflade.

Til top

Udvendige flader

Gods med modslip i den udvendige form, kan kun støbes ved hjælp af bevægelige sidekerner, hvilket fordyrer formen en del. Man kan udngå dette ved at konturlinier føres frem til skillefladen.

På den anden side må man undgå for store godstykkelser, og dette medfører, at trykstøbegods ofte må afstives med ribber, som helst anbringes udvendig på støbegodset, hvor varmeafledningen i formen er bedst.
Ribbehøjden må ikke overstige 4 - 5 gange godstykkelsen, lige som ribbens tykkelse ikke må overskrides. (Se skitsen)
Formteknisk er en ribbekonstruktion ofte gunstigere end en lukket, kasseformet konstruktion, som kan kræve bevægelige sidekerner. (Se skitser nedenfor.)

Til top

Kerner

Mange emner kan støbes uden kerner, huller der går parallelt udkastningsretningen, kan dannes ved hjælp af faste kerner, som fremstilles seperat og monteres i formen.

Mindste diameter d
Materiale	Messing	Aluminium- legeringer	Magnesium- legeringer	Zink- legeringer
Kokilestøbning Trykstøbning	9 mm 3,5 mm	6 - 9 mm 2,5 mm	6 - 9 mm 2,0 mm	3 mm 0,8 mm
Største huldybde (kokilestøbning)
Kokilestøbning d = 6 - 9 mm d = 9 - 16 mm d over 16 mm	- 4 x d 6 x d	2 x d 4 x d 6 x d	2 x d 4 x d 6 x d	2 x d 4 x d 6 x d
Største huldybde (Trykstøbning)
Lukkede huller Trykstøbning d under 5 mm d over 5 mm Gennemgående huller d under 5 mm d over 5 mm	2 x d 3 x d 4 x d 6 x d	3 x d 4 x d 5 x d 7 x d	3 x d 4 x d 6 x d 8 x d	4 x d 4 x d 8 x d 8 x d

Man vil normalt foretrække at udkerne huller fremfor at fremstille dem ved spåntagende bearbejdning, derved undgår man ugunstige godsansamlinger og undgår at bearbejde hullerne i godsmidten, der ofte bliver porøs ved trykstøbning. Umiddelbart ved støbte overflader er metallet mere finkornet og stærkere, fordi det er størknet hurtigt. Opnåelige huldybder fremgår af tabellen ovenfor. Gennemgående huller kan være slankere en lukkede huller, fordi kernen får støtte i den modsatte formpart. Små kerner, der er anbragt langt fra hinanden i formen, må gøres kraftigere end angivet i tabellen for ikke at knække under metallets sammentrækning.

Til top

Udkastere

I formværktøjer kan metallet ikke frit trække sig sammen omkring kerner og fremspringende formpartier, og støbegodset vil bide sig mere eller mindre fast i værktøjet. Det støbte emne frigøres fra værktøjet ved hjælp af udkastere, som aktiveres når formen er åbnet. Omkring hver udkaster kan der dannes en lille støbefinne, og selve udkasteren kan også efterlade et mærke i emnet. Undertiden kan flere udkastere erstattes af en bevægelig kerne, eller en afriverplade, herved frigøres emnet når kernen trækkes ud, uden der efterledes spor i emnets overflade.

Der skal placeres udkastere tæt ved hver af de faste kerner, og langs kanten af det fremspringende formparti.
Udkasterne skal placeres så tæt som muligt ved de formelementer, som godset vil klemme over, navnlig faste kerner og fremspring, og støbegodset må ofte forsynes med forstærkninger, hvorpå udkasterne kan træde. Det er i øvrigt vigtigt at udstøderne virker således at der opstår tryk- og ikke trækspændinger i støbegodset, når emnet skybbes ud af formen.

Giver en overvejende trykspænding.

Støbegodset vil klemme i formen, og udkasterbevægelsen vil give trækspændinger, som ødelægger emnet.

Til top

Støbetolerancer

Trykstøbeværktøj er normalt fremstillet af kraftig hærdet stål. Imidlertid udvider formen sig mærkbart ved opvarmning og trækker sig tilsvarende sammen ved afkøling. Idet man ikke kan holde en konstant temperatur overalt i formværktøjet, må der gives et vist spillerum for bevægelige formdele (sidekerner). Samtidig vil de enkelte formdeles temperatur i støbeøjeblikket få indflydelse på støbegodsets dimensioner. Efter udkastningen kan godset frit trække sig sammen, men svindet på enhver godsdel afhænger af dens temperatur ved frigørelsen fra formværktøjet. Ændringer i støberytmen og i temperaturforholdene vil derfor medføre, at emnets dimensioner kan variere fra emne til emne. Dertil kommer, at det indstrømmende metal slider på formoverfladerne, specielt omkring og overfor indløbet, samt ved alle fremstående kanter.
Påvirkningerne på formen bliver voldsommere jo højere støbetemperatur, der benyttes, og der må derfor gives størst tolerance ved støbning af messing og andre kobberlegeringer, mens de lavtsmeltende zinklegeringer kan støbes ved finere tolerancer.

Tolerancer for støbegods.
Diameteren A og højden D bestemmes alene af den ene formpart og er kun behæftet med grundtolerancen.
Derimod er koncentriciteten mellem diametrene A og B samt tykkelsen af godset ved C påvirket af formparternes samling, og tolerancen må øges med tillæget "over skillefladen".
Godstykkelsen E og F er påvirket af unøjagtighed i både formparternenes samling og ved den bevægelige kerne, således at tolerancen yderligere øges med tillægget for den "bevægelige kerne".

Støbegodset vil klemme i formen, og udkasterbevægelsen vil give trækspændinger, som ødelægger emnet.

Tolerancer for trykstøbt metalgods
Måltolerancer	Zink-, bly og tin legeringer	Aluminium- og magnesium- legeringer	kobber legeringer
GrundtoleranceFor mål op til 25 mm, indenfor 1 formpart Kan skærpes til (opnåelig tol.)	± 0,25	± 0,25	± 0,35
	± 0,05	± 0,08	± 0,18
Tillæg ved større mål: Pr. 25 mm, Kan skærpes til (opnåelig til.	0,05	0,05	0,10
	0,03	0,04	0,05
Tillæg ved mål over skillefladen:
Godsets areal² cm op til 150cm² Godsets areal² fra 150 til 300cm² Godsets areal² fra 300 til 600cm² Godsets areal² fra 600 til 1200cm² Godsets areal² fra 1200 til 1800cm²	0,08	0,10	0,10
	0,10	0,14	0,17
	0,15	0,20	0,25
	0,20	0,30	-
	0,30	0,40	-
Tillæg ved mål, der påvirkes af bevægelige kerner:
Kernens areal² cm op til 60cm² Kernens areal² fra 50 til 150cm² Kernens areal² fra 150 til 300cm²	0,08	0,10	0,10
	0,10	0,14	0,17
	0,15	0,20	0,25

Areal nævnt ovenfor i tabellen, er det projicerede areal i skillefladen.

For dimensioner, der ikke er specielt kritiske, bør man altid benytte den almindelige grundtolerance + tillæg, idet disse tolerancer kan overholdes ved løbende, hurtig produktion uden urimelige omkostninger til vedligeholdelse af værktøjet.

Til top

Støbeteknik

Under støbeprocessen skal metallet fortrænge den luft, der findes i formhulrummet, og det skal derefter størkne under bibeholdelse af den ydre form, og så vidt mulig uden at der opstår sugninger, porøsitet eller andre fejl.
Når metallet afkøles så hurtigt, er det vanskeligt at opnå en helt ensartet størkning og fuldstændig efterfødning af størkningssvindet. Små mængdet indesluttet luft forekommer også hyppigt, især ved trykstøbegods. Emnets udformning har stor betydning for både luftafgang og efterfødning, og vedkomplicerede emner kan det være nødvendigt at forbedre forholdene ved lokal opvarmning og afkøling af formdelene.

De opadvendte bøsninger kan ikke fyldes tilfredsstillende.

Ribberne letter luftafgangen og giver uhindret metaletilførelse.

I trykstøbeforme består indløbet af en eller flere kanaler, der fører metallet frem til indløbstærsklen, der gerne skal have form som en smal spalte ind til selve formhulrummet. Indsnævringen giver metalstrålen stor hastighed og bestemmer dens retning. Metallet skal helst bevæge sig langt ind i formen uden ar berøre formvægene, der afkøler det, og ved forholdsvis enkle formhulrum kan man næsten opnå, at formhulrummet fyldes bagfra.

Metalstrålen vil ramme lige ind på den opretstående formpart, og man får en dårlig fyldning i toppen.

Den tykkere og mere skrå flange tillader en skrå indstrømning, som giver en bedre fyldning.

Indløb gennem meget tynde godsdele vil normalt ikke give en tilfredsstillende formfyldning.

Luften i formhulrummet skal undvige gennem utætheder i skillefladen og ved bevægelige kerner og udstødere. Desuden kan formen forsynes med afluftningskanaler i skillefladen men en dybde fra 0,03 - 0,1 mm, derudover benytter man også overløbslommer forbundet med formen gennem smalle kanaler på en dybde af ca. 0,25 mm tykke i begge formparter, længst væk fra indløbet.
Der vil altid forekomme luftansamlinger i kompliceret eller forholdsvis tykvægget trykstøbegods.

Til top

Støbespændinger

Støbegodset udkastes af formen så hurtigt som muligt, og så snart det har opnået tilstrækkelig styrke til at tåle håndtering. Dette gøres for at undgå at metallets sammentrækning får støbegodset til at klemme fundstændig fast omkring kerner og fremspringende formpartier og i værste fald revne i de områder, der derved bliver udsat for trækspændinger. Der sker alligevel en betydelig sammentrækning, inden støbegodset udkastes. Små kerner, der er anbragt med stor afstand i formen, kan herved blive så hårdt belasted, at de ødelægges.

Emnet belastes af de to kerner med støbegodsets svindkræfter, hvilket medfører besvær ved udtrækning og evt. ødelæggelse af kernerne.

støbeværktøjet er konstrueret således at svindkræfterne optages af den ene formpart eller evt. af en fast kerne.

Til top

Godstykkelser

Den mindste godstykkelse, man kan støbe, er bestemt ved, at metallet ikke må afkøles og størkne hurtigere, end at de fjerntliggende patrier af godset kan nå at blive fuldstøbt. Minimumtykkelsen vkser derfor med støbegodsets størrelse og afhænger især af arealet af den eller de flader, der ønskes støbt med mindst mulig tykkelse.

Mindste godstykkelse ved trykstøbning
Fladens areal i cm²	Under 25	25 - 100	100 - 500	over 500
Messing Letmetal Zinklegeringer	1,5 - 2 0,8 - 1,2 0,6 - 1	2 - 2,5 1,2 - 1,8 1 - 1,5	2,5 - 3 1,8 - 2,5 1,5 - 2	3 - 4 2,5 - 3 2 - 2,5

Variationer i godstykkelsen vil altid forekomme, men bør holdes så små som muligt.

Til top

Rundinger

Indadgående hjørner må ikke være skarpe, fordi skarpe hjørner i formværktøjet let kan beskadiges og slides, og fordi skarpe hjørner giver hvirveldannelse i metalstrømmen og kan forårsage varmerevner under sammentrækningen, foruden at de svækker det færdige gods. På trykstøbegods benyttes mindre radier for at undgå s´kadelige metalansamlinger.

Rundinger og radier på trykstøbegods
Rundinger	Indvendig	Udvendig
Messing Letmetal Zinklegeringer	0,5 - 1 × T (min. 1 mm) 0,5 - 1 × T (min. 0,5 mm) 0,25 ×T - 1 × 1 (min. 0,5 mm)	T + indvendig radius T + indvendig radius T + indvendig radius

Rundinger må af hensyn til formfremstillingen undgås på hjørner ved faste og bevægelige kerner, og som regel også på udvendige hjørner der ligger i skillefladen, andre hjørner forsynes med en udvendig runding der svarer til den indvendige runding plus godstykkelsen.
Ved krydsende vægge vil der altid forekomme godsansamlinger, som er vanskelige at efterføde. Virkningen mindskes ved at give T-formet tværsnit, det vil sige Y-formede kryds åbnes og X-formede kryds undgås ved at forskyde den ene væg, så der i stedet forekommer 2 T-formede samlinger med en afstand på mindst 2 × godstykkelsen, derudover bør vælges rundingsradier så små som muligt.

Giver for srore materiale ansamlinger.	Benyt hellere denne model.
Giver for srore materiale ansamlinger.	Benyt hellere denne model.

Til top

Indløb

I trykstøbeforme skal man sørge for at undgå at placere kerner umiddelbart foran indløbet, idet man risikerer, at metallet brænder fast på kernerne.

For indløbsdybden gælder følgende retningslinier

For meget tyndvægget støbegods: 0,5 mm
For tyndvægget støbegods: 1,0 mm
For middel godstykkelse: 1,5 mm
For stor godstykkelse og især trykstøbning af messing: 2 - 3 mm, som også er øverste grænse.

Indløbet Vertikal trykstøbemaskine består af et stang indløb og en støbekanal

Fra en koldkammer vertikal trykstøbemaskine.

Fra en koldkammer vertikal trykstøbemaskine.	Fra en koldkammer horisontal trykstøbemaskine.
Fra en koldkammer horisintal trykstøbemaskine.	Fra en koldkammer horisontal trykstøbemaskine.

Til top