10.7.1 Generellt kring vakuumpressgjutning

Vakuumpressgjutning har potential att på olika sätt höja kvaliteten och förbättra egenskaperna hos pressgjutna komponenter. För ett lyckat resultat krävs dock att flera processparametrar och andra förutsättningar anpassas för pressgjutning med vakuum. En avgörande faktor är att verktyget är så tätt i mellan formhalvorna och kring kärnor och slider att det går att skapa ett tillräckligt lågt undertryck i formrummet. 

Pressgjutning är en utmärkt gjutmetod för att framställa komponenter med tunna sektioner eftersom den smälta metallen, i de flesta fall, sprutas in i formrummet med så hög hastighet att hela formrummet fylls innan metallen börjar stelna. En besvärande faktor är dock att den smälta metallen möter ett mottryck från den luft som är instängd i formen. När metallen och luften möts blandas metall och luft, vilket leder till gasporer i det stelnade godset. Genom att använda vakuum sugs luften ut ur formen innan den smälta metallen strömmar in, vilket leder till färre och mindre porer i godset. Att evakuera merparten av luften och andra gaser från formhåligheten innan smältan sprutas in är därmed ett logiskt sätt att minimera porbildningen i gjutgodset.

Trots ett mycket högt tryck i metallen under eftermatningsfasen kan inte porerna tas bort utan endast komprimeras till en mindre storlek. I motsats till pressgjutning använder andra gjutmetoder med permanenta formar, som kokillgjutning och squeeze casting,  en kontrollerad, långsam och lugn fyllning som förhindrar luftinblandning i smältan. Dessa gjutmetoder producerar därför komponenter med hög hållfasthet men begränsas till sektioner med tjockare väggar eftersom den långsamma fyllningen skulle leda till kallflytningar på tunna sektioner.

Innan ett skott genomförs finns det luft i fyllkammaren, metallmatningssystemet och formens hålighet. Ytterligare gaser skapas under insprutningen av smältan på grund av avdunstning av kylvatten och formsmörjmedel. När smältan hälls i fyllkammaren byts en del av luften i fyllkammaren ut med metall. Ungefär 70 % av utrymmet i kammaren består fortfarande av luft. När smältan sprutas in i håligheten blandas luften med smältan och komprimeras in i gjutgodset när metallen stelnar. För att porbildning ska elimineras eller minimeras måste luften och andra gaser effektivt evakueras under den korta tidsrymden från att smältan sprutats in från fyllkammaren till håligheten och att den stelnat. Detta betyder att en specifik luftvolym måste passera genom ett definierat avluftningsområde under en viss tid. Om tiden eller avluftningsområdet inte är tillräckligt för att låta den inneslutna luften att komma ut uppstår porbildning i gjutgodset.

I konventionell pressgjutning trycks luften ut ur håligheten in luftkuddar, (over-flows), och avluftning. Dessa låter en viss mängd luft komma ut i atmosfären eller tryckas undan till ett område utanför gjutgodset. De flesta avluftningskanalerna är utformade för en tjocklek på 0,13 mm till 0,15 mm. Den kraft som behövs för att ”trycka ut” luften ur verktyget till atmosfären är därför ganska stor. Avluftning och luftkuddar måste hållas rena och i gott skick för att de ska kunna utföra sin uppgift. Under normala driftförhållanden tenderar avluftningen att täppas igen på grund av metallskägg och ansamling av formsmörjmedel. Om ventilerna inte hålls fria från gjutskägg kan formstålet runt ventilens kanter deformeras och täppas till eller minska det effektiva området.

Ventilationsarean beräknas ofta som en procentandel av den totala inloppsöppningen. Till exempel, en gjutning med inloppsöppning 0,7 cm² skulle ventileras med 30 procent av den arean, det vill säga en ventilationsarea på 0,2 cm². Den underliggande principen för denna beräkning tar hänsyn till storleken för utloppet som krävs för att en känd luftvolym ska komma ut inom en given tidsrymd. Det finns datorprogramvara tillgänglig för att utföra dessa beräkningar.

Att upprätthålla de höga vakuumnivåer som krävs i komplexa formar, särskilt de som har flera kärndrag och slider, är inte en lätt uppgift. Många ytor och förbindningar måste förseglas mot läckage och inträngning från den omgivande atmosfären. Relativt dyra verktyg och utrustning, större kostnader under processen gör tillsammans att vakuumpressgjutning blir betydligt dyrare än konventionell pressgjutning även om delar som tillverkas med processen kan göras väldigt kostnadseffektiva.

4714