Ökat utbyte vid gjutning av stål och aluminium

32 

Full text

(1)

2013-007

Ökat utbyte vid gjutning av stål och

aluminium

Håkan Svensson och Martin Risberg

(2)

Swerea SWECAST AB Box 2033, 550 02 Jönköping Telefon 036 - 30 12 00 Telefax 036 - 16 68 66 swecast@swerea.se http://www.swereaswecast.se © 2013, Swerea SWECAST AB

(3)

1830 Minskad materialanvändning vid tillverkning av gjutna komponenter

Författare Rapport nr

Utgåva

Datum

Håkan Svensson och Martin Risberg 2013-007_ 2013-06-28

Sammanfattning

Största delen av energianvändningen i ett stål- och aluminiumgjuterier ligger idag på produktionsprocesserna och framförallt på smältningen. Det är i samband med avgjutningen som de största utbytesförlusterna uppstår på grund av utformningen på gjutformarna. Det som påverkar hur mycket smält metall som krävs för att tillverka en gjuten produkt är förutom volymen på komponenten också volymen på det ingjut- och matarsystem som behövs för att producera den gjutna komponenten. Syftet med projektet kan sammanfattas med energieffektivisering genom att minska mängden material vid tillverkning av gjutna komponenter. Om utbytet höjs på ett gjuteri kan kapaciteten höjas och man kan tillverka fler gjutna komponenter till samma energikostnad genom mindre spill och kassation.

Projektet har genomförts genom studie av hur man kan optimera ingjut- och matningssystem. Matningssystem förser gjutgodset med smälta under dess stelningsförlopp samt stelnar sist för att så få som möjligt av gjutdefekterna hamnar i gjutgodset.

Studien har utförts på två aluminiumkomponenter och tre stålkomponenter. I de fem fallen har utbytet kunnat höjas med 34 procent i genomsnitt. Detta har uppnåtts genom att fokusera på svagt riktat stelnande för att dels minska defekter och dels reducera matningssystemen ner till den minsta nivå som stelningen av gjutgodset kräver.

Vid beredning av gjutna komponenter bör man även ta hänsyn till var man kan acceptera vissa mindre defekter i komponenten baserat på funktionskraven på produkten. I områden där vissa lokala defekter kan tillåtas behöver man kanske inte mata i lika stor grad och kostnader samt energimängd kan minskas.

(4)

Summary

Today production processes and especially melting accounts for most of the energy used in the steel and aluminum foundries. It is in casting the moulds with inferior design that leads to the largest loss of yield and therby energy losses. Here the required amount of molten metal is dictated by the size of the cast component, but also its ingate and feeding systems. The aim of the project is to achive greater energy efficiency in the manufacture of cast components by reducing the amount of molten metal. If casting/material yield is raised a foundries capacity can be increased to facilitate higher production volumes at the same energy cost.

The project centered around how to optimize the filling and the size of ingate and feeding systems. Feeding systems provide casting with melt during its solidification and solidifies last in order to minimize defects in the casting.

The study increased yield by around 34 percent for two aluminum and three steel components. This has been achieved by focusing on soft directional solidification in order to reduce defects and feeding system size to the smallest level required during casting solidification.

For preparation of cast components it is also important to decide where minor defects are premissible with regards to the product’s functional requirements. If some localized minor.

(5)

Innehållsförteckning 1 TILLKOMST ... 1 2 INLEDNING ... 1 3 SYFTE OCH MÅL... 2 4 GENOMFÖRANDE AV PROJEKTET ... 2 5 MATNING ... 3 5.1 RIKTAT STELNANDE ... 4 5.2 TERMISK MODUL ... 4 5.3 MATNINGSLÄNGD ... 4 5.4 MATNINGSVOLYMKRAVET ... 5 5.5 HEUVERS CIRKLAR ... 5 6 INGJUTSYSTEM ... 6 6.1 TRYCKSATT INGJUTSYSTEM ... 6

6.2 ICKE TRYCKSATT INGJUTSYSTEM ... 7

6.3 NATURLIGT TRYCKSATT INGJUTSYSTEM ... 8

6.3.1 Gjutkopp ... 9

6.3.2 Nedlopp ... 10

6.3.3 Gjutkanal ... 11

6.3.4 Skarvar ... 11

6.3.5 Värmecenter vid inloppet ... 11

6.3.6 Virvelstegsinlopp ... 12 6.4 DIREKTGJUTNING ... 14 7 STATISTISK FÖRSÖKSPLANERING ... 15 8 TUNNARE GJUTGODS ... 16 9 OPTIMERING AV UTBYTE ... 17 9.1 KOMPONENT A ... 17 9.2 KOMPONENT B ... 20 9.3 KOMPONENT C ... 22 9.4 KOMPONENT D ... 23 9.5 KOMPONENT E ... 24 10 PROJEKTETS MÅLUPPFYLLELSE ... 25 11 SLUTSATS ... 26 12 FORTSATT ARBETE ... 26

13 POTENTIELLA EFFEKTER I SAMHÄLLET ... 27

(6)

1 Tillkomst

Projektet ”Minskad materialanvändning vid tillverkning av gjutna komponenter” delfinansieras av energimyndigheten och syftar till att minska energianvändningen i svensk gjuteriindustri. Projektet påbörjades augusti 2009 och avslutades juni 2013. Arbetet har fokuserats på hur man kan öka utbytet i konventionell sandformsgjutning av stål och aluminium samt undersöka möjligheterna att gjuta stål och aluminium tunnare. Projektet hade en totalbudget på 6 miljoner SEK varav Energimyndigheten finansierade med 1.8 miljoner SEK.

Projektet har drivits av Swerea SWECAST med Martin Risberg som projektledare, Håkan svensson som assisterande projektledare och Sten Farre, Andreas Carlsson och Pär Guth som projektdeltagare tillsammans med ett antal projektpartners:

 Torbjörn Uddén, Tobias Tegnemo och Mönsterås Metall AB Nicklas Gustavsson

 Anders Westergren och Anders Sandberg Unnaryd Modell AB  Stefan Korzonek Norrhult Stålgjuteri AB  Håkan Fransson och Erik Stivnert NovaCast Systems AB

 Jan Sällström Foseco Sweden

 Jonas Bäckman JB Engineering

 Bernt Lindeborg Keycast Ljungby AB

 Per Ytterell Smålands Stålgjuteri AB

Ett stort tack riktas till de deltagande företagen för deras bidrag i projektet och till denna rapport.

2 Inledning

Största delen av energianvändningen i ett gjuteri ligger på produktionsprocesserna och framförallt på smältningen. Det är i samband med avgjutningen som de största utbytesförlusterna uppstår på grund av utformningen på gjutformarna. Det som påverkar hur mycket smält metall som krävs för att tillverka en gjuten produkt är förutom volymen på komponenten också volymen på det ingjut- och matarsystemen som behövs.

Gjuterierna arbetar ständigt med att öka utbytet. Huvudmålet var för projektet att studera, tydliggöra och optimera utbytet i kombination med att reducera vikten på den gjutna komponenten. Fokus låg på aluminium och gjutstål där störst potential finns för minskad materialanvändning då dessa material är svårast att gjuta med avseende på defekter och krympning.

Kunskap som genererats kan även användas för andra sandgjutna legeringar. Utnyttjas potentialen för järngjutning kan energivinster göras även där.

Projektet har att fokuserat på metoder för att öka utbytet genom slimmade ingjutsystem, matardimensionering och hur man kan minska andelen kassationer och lagningsarbete. En bieffekt av att reducera luftinblandningen i smältan är att gjutmaterialens egenskaper bör förbättras liksom tendenser för mikro och makrosugningar.

Material besparingar i ett gjuteri får bäst effekt om alla i gjuteriet förstår varför och hur matnings- och ingjutssystem bör utformas. Denna rapport är därför skriven för alla som arbetar i gjuterier med sandgjutet gods oberoende av material.

(7)

3 Syfte och mål

Nedan anges projektets effektmål och projektmål. Projektmålet är uppdelat på huvudmål och delmål.

2.1 Effektmål

Det generella målet är att öka svensk gjuteriindustris konkurrenskraft genom att reducera dess energianvändning.

2.2 Projektmål

Projektmålen har delats in i huvudmål och delmål.

2.2.1 Huvudmål

Målet är att 15 år efter projektslut ha minskat energianvändningen med 85 GWh/år, varav 49 GWh koks/år. Vid projektets slut bedöms en effektivisering om 6 GWh/år ha nåtts, vilket innebär en minskad smältning med drygt 7 000 ton metall. Fem år efter projektslut bedöms effektiviseringen vara 24 GWh och tio år efter projektslut, 48 GWh per år.

2.2.2 Delmål

Projektets resultat är tillämpbart på alla typer av gjuterier i Sverige, men fokus kommer att ligga på sand- och kokillgjuterier. Målobjekt (komponenter) som skulle vara mellan fem till åtta, d.v.s. ett per företag. De konkreta målen som rör de gjutna komponenterna kommer att verifieras genom de målobjekt som preciseras under projektets gång. På valda målobjekt ska godstjockleken minska med i genomsnitt 20 %, utbytet ökas med i genomsnitt 30 % och den totala vikten ska minskas med i genomsnitt 20 %.

Dessutom skall ett seminarium där intressenter utanför projektgruppen bjuds in och fyra artiklar publiceras varav två ska vara internationella. Projektgruppen utgörs av alla deltagande företag.

4 Genomförande av projektet

Ursprungligen planerades för ett projekt som samtidigt ökade utbytet och minskade tjocklekar och massa på slutkomponenterna. Det visade sig vara svårt att få med gjutgodsköpande kunder och de gjuterier som de sammarbetade med samtidigt i projektet. Planeringen ändrades och fokuserade på ökat utbyte och göra det möjligt att gjuta tunnare. I projektet har statistisk försöksplanering och beredning med riktat stelnande använts som angreppssätt.

Projektet genomfördes enligt följande:

 Litteraturöversikt och insamling av erfarenhet över gjutning och simulering av tunt gjutgods.

 Litteraturstudie om minskad materialanvändning genom ökat utbyte.  Studie av flödesoptimering av ingjutsystem.

o Undersökning av John Campbells och Bob Puhakkas ingjutsystem. o Gjutförsök med Bob Puhakkas ingjutsystem.

 Optimering av gjutprocessen med statistisk försöksplanering utfördes på två av målkomponenterna.

 Definiering av arbetsgång för dimensionering av matning och

ingjutsystem. Detta arbete utfördes i mångt och mycket i etapper under hela projektet.

(8)

 Verifierande gjutförsök av optimerade ingjut och matningssystem har utförts på alla fem målkomponenterna.

 Direktgjutning genom matare studerades. Detta gjutsätt ger ett mycket bra utbyte men passar bara visa typer av komponeter.

 Informationsspridning via artiklar för att sprida kunskap om

projektresultat. Totalt har fem artiklar kommit från projektet men endast en är publicerad till dagsdatum. Av de övriga är två accepterade och kommer att publiceras under hösten 2013. Två är under skrivande och planeras att skickas in till tidskrifter under hösten.

 Informationsspridning via seminare med inbjudna företag utöver projektdeltagarna för att sprida kunskap. Två seminarier har hållits. Det mest lyckade var beredardagen 11 juni 2013. Utfallet var så bra att

industrin önskar att den blir årligt återkommande. Swerea SWECAST har för avsikt att så blir fallet.

Optimering av matning och ingjutsystem utfördes på två aluminiumkomponenter och tre stålkomponenter. 9 Optimering av utbyte.

5 Matning

För att man ska få så få defekter och så bra materialegenskaper som möjligt vid sandgjutning av stål och aluminium bör man skapa ett riktat stelnande. Detta görs i komponenten med hjälp av matning och kylkroppar. Idealt är om det börjar stelna i en tunn sektion i komponenten med en stelningsfront ut ur komponenten till en matare som stelnar sist. Om man får till riktat stelnande får stelningsfronten atmosfärstryck vilket gör att inte krympporer kan uppstå och gasporer expanderar inte.

En effektiv matare ska fortfarande vara smält tills den del av gjutgodset som ska matas har stelnat, innehålla tillräckligt med smälta för att mata gjutgodset och inte skapa ett värmecenter mellan gjutgodset och mataren. En för stor matare förlänger dessutom stelningstiden längre än vad som behövs och kan skapa sämre materialegenskaper i dess närområde. I Figur 1a visas ett simulerat fall med exoterm matare för rostfritt gjutgods med termisk modul som beskriver stelningstiden och hur ytan i mataren har sjunkit ner och matat gjutgodset. Det finns en risk för att krympporer bildas under ytan i mataren enligt Figur 1b och det verkliga utseendet i samma matare efter gjutning enligt Figur 1c.

Figur 1. a) Termisk modul i exoterm matare [cm]. b) Risk för krympporer. c) Verkligt utseende i matare efter stelning.

(9)

5.1 Riktat stelnande

Stelningstiden av en gjuten detalj är främst beroende på tjockleken och lokala kylnings effekter enligt Figur 2, därför är det svårt att få till riktat stelnande i jämntjocka komponenter. Om man inte vill ha risk för krympporer i en plan platta måste matarna sitta tätt. Det finns mycket att tjäna på att designa komponenter för riktat stelnande från början, om det är möjligt. Utöver att en plan platta är svår att mata, orsakar mataren om den placeras på plattan, ett värmecenter som gör att den termiska modulen i mataren måste ökas ytterligare. Enligt [1] bör den termiska modulen i mataren vara 2 gånger större än i plattan då mataren bildar en T-knutpunkt. Om man har möjlighet att placera mataren vid kanten eller i en förlängning av plattan behöver den termiska modulen endast vara 1.33 gånger större då det bildas en L-knutpunkt.

Figur 2. Beskrivning av riktat stelnande.

Om man behöver starkt riktat stelnande eller svagt riktat stelnande beror dels på komponentens krav på defektfrihet och hur lång eller kort matningssträcka gjutmaterialet har.

5.2 Termisk Modul

Termisk modul är baserad på en förenklad beskrivning av stelningstiden i olika geometrier som är beroende på volymen med smält metall som kyls med dess omgivande yta.

Termisk Modul: M=V/A [cm] där V är komponentens volym och A är komponentens ytterarea.

Om det är den termiska modulen som är styrande för matarens storlek kan man för grövre komponenter öka utbytet genom att dela matare med flera komponenter i samma brätte eller form.

5.3 Matningslängd

I jämntjocka sektioner kan inte riktat stelnande uppstå utan att använda den högre värmen i matare eller kylande effekt från kylkroppar. Dessa skillnader i temperatur gör det möjligt att mata en sträcka in i sektionen och definieras som matningsländen. Matningslängden i jämntjocka sektioner baseras på att mataren har en större termisk modul än gjutgodset och skapar en temperaturfördelning som ger riktat stelnande. Matningssträckan orsakad av matarens värme för stål är normalt 2 gånger gjutgodsets tjocklek. Matningslängden kan förlängas med godspålägg eller kylkroppar.

(10)

5.4 Matningsvolymkravet

Mataren måste innehålla tillräcklig mängd smälta för att möta volymminskningen under nedkylnings- och stelningsförloppet. Aluminium krymper omkring 5-8 % och stål krymper 6 – 10 %. Dessutom kan man inte använda hela volymen i mataren då smältan även stelnar i mataren och krympporer bildas under ytan. För att krympporer inte ska uppkomma i gjutgodset under mataren kan endast en mindre del av dess smälta utnyttjas.

Normal utnyttjande av matare är:  ”sandmatare” ca 15 %  Isolerande matare ca 25 %  Exoterma matare ca 33 %  Högexoterma matare ca 50 %

Vid högt och lågt placerade matare, Figur 3, är det normal de översta som behöver tillgodose matningsvolymskravet och de nedre behöver normalt endast tillgodose kravet på termisk modul. Tryckskillnaden mellan de högt placerade och de lågt matarna gör att de högt placerade fyller de lågt placerade tills gjutgodset där i mellan har stelnat.

5.5 Heuvers cirklar

Ett enkelt hjälpmedel för att skapa riktat stelnande vid godspålägg för matningsväg till matare är att använda sig av Heuvers cirklar.

Figur 4. Termisk modul för a) gjutgods utan matning b) ett exempel på riktat stelnande skapat med hjälp av Heuvers cirklar.

I exemplet i Figur 4b ses hur Heuvers cirklar kan användas för att skapa riktat stelnande från ett värmecenter i en T-knutpunkt upp till mataren. Detta görs genom att passa in en ring med diametern D1 i T-knutpunkten och sedan passa in en ring ovanför med D2 som är 10 % större. Detta skapar skillnader i termisk modul som ger riktat stelnande.

D1=Ursprungligt värmecenter D2=1.1*D1 Ursprunglig geometri Termisk Modul [cm] Exoterm matare Värmecenter a) Termisk Modul [cm] b) Figur 3. Högt och lågt placerade matare.

(11)

6 Ingjutsystem

För att tillverka en gjuten komponent krävs ett ingjutsystem där metallen kan ledas in i formrummet. Formrummet är det som skall bli den gjutna komponenten. Ingjutsystemet måste fylla formen inom en väldefinierad tid för att inte kallflytningar ska uppstå genom värmeförluster till formen. Kallflytningar är defekter orsakad av stelnad smälta under formfyllnad. Samtidigt bör flödet vara lugnt och samlat så att inte turbulens ska uppstå i ingjutsystemet. Ett lugnt flöde reducerar luft och gasupptagning i smältan. Ingjutsystemet måste även kunna avskilja slagg och föroreningar i smältan samt förhindra erosion av sandformen. Det är även en stor fördel om man utnyttja temperaturskillnaderna som uppstår under påfyllnad för att hjälpa det riktade stelnandet. Dessa temperaturskillnader orsakas av att den smälta som har varit längre i formen blir mer nerkyld än den som fylls på sist.

Ofta är ingjutsystemet närmast standardiserat med några få variabler för att ha så korta ledtider som möjligt i produktionen. Strävan efter att optimera vikten går inte alltid hand i hand med att komponenten blir mindre energikrävande under själva framställningsprocessen. För att gjuta tunnare sektioner krävs det ofta större ingjutsystem för att få in smältan så snabbt som möjligt i formrummet.

Vid ingjutning vill man att smältan inte ska bland in luft och hinna fylla formen innan det stelnar. Vid trycksatt system så fylls ingjutsystemet snabbt genom att man stryper flödet vid inloppet. Detta kan för vissa fall orsaka en stråle av smälta in i gjutgodset som ger turbulens. Ett icke tryckssatt system ger ett lugnt inflöde i gjutgodset, men ingjutsystemet fylls upp långsamt och luft kan blandas i smältan i ingjutsystemet. John Campbell förespråkar ett naturligt tryckssatt system. Syftet att använda ett naturligt trycksatt system är att reducera luftinblandningen och turbulens i smältan under gjutning. Eftersom detta system inte har någon strypning måste man få kontroll på smältans hastigheter. Detta kan göras genom att använda filter vid inloppet eller genom att flödesoptimera hela ingjutsystemet.

Ingjutsystemet skall:

• Ha liten massa • Ha enkel utformning • Underlätta gjutningen

• Ge ett lugnt flöde av metall in i formrummet

• Lätt kunna avskiljas från gjutstycket vid rensningen Arbetsgång vid ingjutsystemets dimensionering

• Beräkning av flöde (gjuttid) • Beräkning av smältans hastighet • Beräkning av strypande area • Beräkning av övriga areor • Kontroll av inloppshastighet

6.1 Trycksatt ingjutsystem

Vid trycksatta system är den minsta arean placerad vid inloppet enligt Figur 5. Dessa system dimensioneras mot inloppsarean där tryckhöjden i ingjutsystemet

(12)

bestämmer hastigheten. I ett trycksatt ingjutsystemsystem fylls ingjutsystemet med smälta snabbt då strypningen sitter vid inloppet. I och med att strypningen är vid inloppet blir hastigheterna där störst vilket kan ge turbulent flöde i gjutgodset.

Figur 5. Areaförhållande i trycksatta ingjutsystem.

Inloppsarean Ai bestäms av totala godsvikten, gjuttiden och fallhöjden enligt nedan.

Där

Ai= totala inloppsarean (mm2)

G = totala godsvikten i formen (kg) ρ = smältans densitet (kg/dm3

)

ν = förlustfria inströmningshastigheten (m/s) α = förlustfaktorn

t = gjuttiden (s)

Den förlustfria inströmningshastigheten v kan approximativt beräknas enligt följande: √ Där v = förlustfria inströmningshastigheten (m/s) g = gravitationsaccelerationen (9,81 m/s2) h = genomsnittlig fallhöjd (m)

6.2 Icke trycksatt ingjutsystem

Vid ett icke trycksatt system har nedloppet den minsta arean enligt Figur 6 nedan och tryckhöjden bestämmer fylltiden. Detta ingjutsystem tillåter lugn formfyllnad och hastigheten i ingjutsystemet kan kontrolleras.

4

2

1

Tabell 1. Förlust faktorn

α.

(13)

Enligt John Campbell [1] kan man få problem med ett icke trycksatt system då man kan få defekter i gjutgodset, inkapslad luft och oxider, då ingjutsystemet inte fylls eftersom det inte är trycksatt.

6.3 Naturligt trycksatt ingjutsystem

John Campbell [1] förespråkar ett naturligt tryckssatt system där man både ingjutsystemet fylls snabbt och hastigheterna är reducerade vid inloppet genom att använda skumfilter vid inloppet eller ett flödesoptimerat ingjutsystem. Syftet att använda ett naturligt trycksatt system är att reducera luftinblandningen och turbulens i smältan under gjutning. Detta för att undvika att oxidfilmer bildas och reducera luftinblandningen i smältan som orsakar gjutdefekter.

Eftersom ett naturligt trycksatt system inte har någon strypning måste man få kontroll på smältans hastigheter på annat sätt. Detta kan göras genom att använda skumfilter vid inloppet eller genom att flödesoptimera hela ingjutsystemet. Ett naturligt trycksatt system förutsätter att man har kontroll på flödeshastigheterna i hela ingjutsystemet. En bra utförd gjutkopp stoppar upp flödet och hastigheten i nedloppet beror främst på smältans tryckhöjd i gjutkoppen. Detta gör att man kan reducera variationerna av hastigheterna i gjutsystemet och få mer repeterbara gjutningar. Ett naturligt trycksatt system har normalt samma area på nedloppets nedre del och gjutkanalen enligt Figur 7.

De naturligt trycksatta ingjutsystemen består av gjutkopp, nedlopp, gjutkanal och inlopp enligt Figur 8.

Figur 6. Areaförhållande i icke trycksatta ingjutsystem.

Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1: 2: 4 eller 1:2:2

Figur 7. Areaförhållande i naturligt trycksatta ingjutsystem.

Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1:1:n

eller

Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1: 1: 4 vid användandet

av skumfilter vid inloppet

1

2

4

4

(14)

Figur 8. Naturligt trycksatt flödesoptimerat ingjutsystem för aluminium med en vertikal delad form med virvelstegsinlopp inspirerad av B. Puhakka.

I projektet togs geometri fram för vertikaldelad form med virvelstegsinlopp inspirerad av B. Puhakka [2] enligt Figur 9.

Figur 9 Gjutform gjutförsök naturligt trycksatt system för aluminium med en vertikaldelad form med virvelstegsinlopp inspirerad av B. Puhakka.

6.3.1 Gjutkopp

Om man häller smältan direkt i nedloppet så drar smältan med sig luft och flödeshastigheten beror på hur man häller. För att få samma påfyllningshastighet varje gång och för att reducera luftinblandningen i smältan förespråkar John Campbell att kontaktgjutning i första hand används. Detta kan åstadkommas med gjutkoppar med stoppare eller med mindre botentömmande skänkar som har direktkontakt med gjutformen. Om man inte har möjlighet att använda kontaktgjutning kan man reducera luftinblandningen genom att optimera gjutskålen som i Figur 10.

Gjutkopp

Nedlopp

Gjutkanal Virvelstegsinlopp

(15)

Figur 10. a) Gjutkopp för aluminium i vertikaldelad form med 0.07kg/s fyllnads-hastighet. b) Gjutkopp för stål för 1 kg/s fyllnadsfyllnads-hastighet. c) Gjutkopp för stål för 2 kg/s fyllnadshastighet.

Gjutkopparna har dimensionerats för att reducera luftinblandningen och vara lätta att hälla smälta i. Om man häller över läpp med en mindre skänk bör koppen innehålla smälta för storleksordningen en sekunds flöde för att hinna med att reglera flödet. Koppen behöver även vara tillräckligt stor för att gjutaren enkelt ska kunna träffa rätt. Gjutkoppens utloppsarea bestäms av valt flöde och tryckhöjden från en genomsnittlig höjd i koppen enligt H1 i Figur 11.

6.3.2 Nedlopp

En bra utformad gjutskål stoppar upp smältans hastighet och man får en stabil hastighet ner i nedloppet. Hastigheten beror främst på hur snabbt smältan hinner accelerera på grund av gravitationen.

Smältans hastighet i nedloppet kan beskrivas enligt formeln √ där g är gravitationen och H är sträckan smältan accelererar från stillastående. Eftersom volymflödet är lika stort i hela nedloppet kan area förhållandet på nedloppet beskrivas med √ . Detta innebär att om man vill fylla nedloppet med smälta ska nedloppet vara avsmalnande för att kompensera smältans ökande hastighet. a) b) c) Area A1 Area A2 H2 H1

(16)

6.3.3 Gjutkanal

I ett naturligt trycksatt system har gjutkanalen samma area som nedre delen av nedloppet.

6.3.4 Skarvar

Beroende på delningsplan och upplägg av ingjutsystem får man oftast skarvar som kan vara känsliga för missanpassningar mellan olika gjutformsdelar. Hänsyn bör tas till om gjutkanelen korsar en formdelning där missanpassningar bör minimeras och de bör även vara en areaförminskning. Detta för att reducera risk för turbulensen enligt Figur 12.

Figur 12. a) Skarv med areaförminskning. b) Skarv med areaökning. I skarven mellan nedlopp och gjutkanal i Figur 13a blir det normalt turbulens enligt [1]. För att undvika turbulens i denna skarv bör man avrunda den som i Figur 13b, men en avrundning som i Figur 13c kan även reducera turbulensen.

Figur 13. L-skarv mellan nedlopp och gjutkanal a) med skarpa hörn. b) jämntjock. c) avrundat innerhörn, [1].

6.3.5 Värmecenter vid inloppet

När ett inlopp placeras på gjutgodset bildas en knutpunkt. Denna knutpunkt kan skapa ett värmecenter som stelnar senare än omgivande smälta och orsaka krympporer i gjutgodset. För att undvika värmecenter vid inloppet bör inloppet ha halva tjockleken i T-knutpunkt enligt Figur 14a och ¾ tjocklek i en L-knutpunkt enligt Figur 14b. Vid en förlängning av gjutgodset kan man ha samma tjocklek på inloppet utan att skapa ett värmecenter.

Figur 14. Maximala tillåtna inloppstjockleken för att undvika värmecenter vid knutpunkten mellan inlopp och gjutgods [1].

Turbulens a) b) Gjutgods Gjutgods Gjutgods Inlopp Inlopp Inlopp T t ≤ T/2 t ≤ 0.75T t=T

a) T-knutpunkt b) L-knutpunkt c) Förlängning av gjutgods a)

Turbulens

(17)

6.3.6 Virvelstegsinlopp

I stället för skumfilter vid inloppet har Bob Puhakka [2] tagit fram ett virvelsteginlopp, ”Step Vortex ingate”, som ska dämpa flödet och reducera hastigheten vid inloppet till omkring 0.5 m/s vid rätt dimensionering. Detta reducerar bildandet av oxidfilmer på grund av luftinblandning i smältan. Luftinblandning sker vid turbulent flöde och orsakar många defekter.

I detta projekt har simuleringsstudier och gjutförsök utförts på virvelstegsinlopp inspirerad av Bob Puhakka. Dessa studier visar att om hastigheten är för hög i rotationsinloppet finns det en risk att virveln blir för stark så att luft blandas in i smältan pga. centrifugalkraften. I projektet har parameterstudie utförts med simuleringar och slutsatsen är att det finns ett samband mellan maximal flödeshastighet och diametern för virvelstegsinloppet. Resultaten från denna parameterstudie kan sammanfattas med en empirisk formel för virvel-stegsinloppets diameter √ [m] där h är fallhöjden [m] från gjutkoppen ner till virvelstegsinloppets inlopp och k är en empirisk variabel som varierar mellan 0.08 till 0.09.

I Figur 15 visas tre ingjutsystem som har flödesoptimerats i projektet för att få samlat flöde och reducera luftinblandningen.

Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1: 1: 3.2 Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1: 1: 4.5 Anedlopp : Agjutkanal:Ainlopp = 1: 1: 4.5

Figur 15. Gjutsystem inspirerad av Bob Puhakka. Gjutsystem för a) stål för 1 kg/s fyllnadshastighet b) stål i vertikaldelad form med 2 kg/s fyllnadshastighet c) aluminium i vertikaldelad form med 0.07kg/s fyllnadshastighet.

280mm 140mm 112mm Ø55mm Ø65mm Ø26mm a) b) c)

(18)

I Figur 16 visas hur flödet först fyller nedloppet och gjutkanalen och sedan bromsas ner till en hastighet mindre än 0.5 m/s efter virvelstegsinloppet.

Figur 16. Hastigheter i virvelstegsinloppet vid gjutning av stål vid 1 kg/s. Vid gjutning av större gjutgods behöver gjutkanalerna ha högre erosions-beständighet och då används och keramiska rör. Här kan man reducera turbulensen genom att använda sig av rör med flera dimensioner som i Figur 17. Det innebär även att man kan minska mängden smälta i gjutsystemet eftersom anpassningen reducerar diametern alltefter hastigheten ökar.

Figur 17. Ingjutsystem för stora gjutgods för bottentömmande skänk för stål med 30kg/s fyllnadshastighet. Hastighet [m/s] t=0.9s t=1.2s t=1.3s t=1.5s t=1.9s t=2.3s 1.8m Gjutskål Nedlopp Gjutkanal

(19)

6.4 Direktgjutning

Direktgjutning är en metod som används mer och mer för stål. Direktgjutning innebär att man gjuter direkt i mataren på ett keramiskt skumfilter. När påfyllningen är färdig flyter filtret upp till ytan. På så sätt stör inte filtret matningen av gjutgodset om filtret är placerat i botten i mataren. Direktgjutning kan fungera på gjutgods med lägre höjdskillnader. Ofta blir det ett mer turbulent flöde i början av formfyllnade. Detta gör att metoden lämpar sig för komponer med lägre krav på defektfrihet är lämpliga. Metoden fungerar även väl på smältor som är mindre känsliga för oxidation. Direktgjutning reducerar gjutvolymen genom att ingjutsystemet helt tas bort. Detta höjer avsevärt utbytet.

Dimensionering utav en direktgjutningsmatare görs genom att: 1. Beräkna den termiska modulen.

2. Beräkna volymen som smältan krymper.

3. Dimensionera skumfiltret storlek baserat på fyllnadshastighet samt mängden smälta som filtret som ska passera genom filtret.

Direktgjutning skapar bättre förutsättningar för riktat stelnande. Detta eftersom sista och varmaste smältan hamnar i direktgjutningsmataren samt den första och kallaste hamnar längst bort från mataren.

Direktgjutning bryter på tradionella principer vid lägre fallhöjder tillsammans med användandet av filter behöver inte fyllnaden bli mer turbulent än vad den redan är.

Idag använder ett antal svenska stålgjuteri metoden för komponeter som är förhållandevis kompakta. Ett effektivt sätt är även att mata två eller flera komponenter med en gemensam matare, se Figur 18. När denna metod används är matarhalsen mellan komponent och matare viktig att dimensioner rätt så att inte komponenten matar mataren under stelningen.

.

Figur 18. Exempel på direktgjutning av grövre detalj i gemensam matare. Matare för direktgjutning

(20)

7 Statistisk försöksplanering

Syftet med att använda statistisk försöksplanering är att reducera antalet försök för att hitta den optimala lösningen. Detta passar i en befintlig process där det finns problem men det är svårt att urskilja kombinationer av ändringar som ger det bästa resultatet. Detta kan göras med hjälp av enkel statistik. I detta projekt har Taguchis metod [3] använts med en L9-försöksmatris. Här ville man hitta kombinationen som ger minst mängd krympdefekter som samtidigt ger ett bra formutbyte.

För att tydligare se att man har hittat ett optimum bör man använda 3 försöksnivåer. T.ex. om man har en normal gjuttemperatur på 700°C så bör man använda den som mitten nivå och variera den lika mycket åt båda hållen t.ex. ±20 °C och man får tre försöksnivåer, 680°C, 700°C och 720°C.

I Tabell 2 redovisas vilken försöksmatris som behövs, baserat på antal försöksnivåer och antalet parametrar som ska undersökas.

Tabell 2. Val av försöksmatris.

Antal parametrar 2 3 4 5 6 7 8 9 10 An tal fö rs ö k sn iv åe r 2 L4 L4 L6 L6 L6 L6 L12 L12 L12 3 L9 L9 L9 L18 L18 L18 L18 L27 L27 4 L16 L16 L16 L16 L32 L32 L32 L32 L32 5 L25 L25 L25 L25 L25 L50 L50 L50 L50

Taguchis försöksmatris L9 i Tabell 3, baseras på att man har fyra parametrar som man vill undersöka på 3 nivåer. L9 matrisen ger 9 försök som tillsammans med statistik motsvarar 81 försök.

Tabell 3. Försöksmatris enligt Taguchi L9.

Parameter P1 P2 P3 P4 Försök 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1

(21)

8 Tunnare gjutgods

Vid gjutning av tunnare sektioner har normalt temperaturen på smältan stor inverkan på flytbarheten. Därför bör man tänka på att reducera temperaturförlusterna under fyllnad. Detta går att göra genom korta gjutvägar och se till att de tunnare sektionerna fylls relativt snabbt. Stål har dessutom mycket högre temperaturförluster än aluminium beroende på dess höga smälttemperatur. Vid gjutning av tunnväggiga komponenter är vanligen de största problemen kallflytningar eller kallveck. Vid en kallflytning ”fryser” smältan innan komponenten fyllts ut fullständigt och gjutningen blir misslyckad. Ett kallveck uppstår när smältans yta blivit så sval att den delvis stelnat och när två av dessa fronter möts bildas en spalt som inte riktigt smälter ihop. Därför bör man beakta att man ska fylla tunna sektioner relativt snabbt utan att smältan stannar upp för att t.ex. fylla en matare. Ingjutsystemet bör därför optimeras för så små temperaturförluster som möjligt. Vid gjutning av tunnare gods vill få in så varm smälta i formutrymmet så snabbt som möjligt, genom ökat volymflöde. Detta resulterar i att ingjutsystemen oftast blir relativt större vid gjutning av tunnare gjutgods.

Samtidigt som väggtjockleken minskar ställs det också högre krav på defektnivå. En porstorlek som normalt inte orsakar bekymmer i en komponent kan få betydligt större påverkan på de mekaniska egenskaperna om den befinner sig i en tunnväggig sektion [4]. Även geometrisäkring av komponenten blir viktigare, t.ex. när formhalvorna sättssamman. För en komponent med 4 mm väggtjocklek är 1 mm förskjutning mycket och har stor inverkan på flytlängd etc.

Vid simulering av tunnare gjutgods och när kallflytningar undersöks är det viktigt att även numeriskt lösa upp temperaturprofilen. I exemplet Figur 19a har ”normala” värmeöverföringstal används samt temperatur profilen i smältan är upplöst med 9 element längs med ytan. Denna simulering ska jämföras med resultatet från ett gjutförsök med samma förutsättningar i Figur 19b. Det finns mer att läsa om tunt gjutgods i [4], [5]och [6].

Figur 19. a) Fyllhöjd från simulering av tunnväggigt gjutgods med upplöst temperaturprofil i smältan b) Fyllhöjd gjutförsök.

(22)

9 Optimering av utbyte

De fem målobjekten i projektet redovisa nedan. Respektive gjuteri har arbete med de olika komponenterna. Optimering av matning och ingjutsystem utfördes på två aluminiumkomponenter och tre stålkomponenter

9.1 Komponent A

Gjuteriet hade efter en designändring på en aluminiumkomponent fått problem med krympporer och ville reducera kassaktionen och förbättra utbytet. I Figur 20 visas det ursprungliga gjutupplägget med ingjutsystem och sandmatare. Huvudmålet med studien var att reducera risken för krympporer.

Figur 20. Ursprungligt gjutningsupplägg upplägg.

En statistisk försöksplanering definierades enligt Taguchi L9-försöksplan. De parametrar som var intressanta att undersöka var gjuttemperatur, gjutsystem, matning och legeringsoptimering av mängden kisel.

Parameter 1: Gjuttemperatur på nivåerna 1. 680°C

2. 700°C 3. 720°C

Parameter 2: Gjutsystem 1. Original

2. Gjutkanal med minskad area enligt principen konstant flödeshastighet. 3. Minska antalet inlopp med ökad inloppsarea. Kvarvarande placerade vid

trång sektion. Parameter 3: Matning

1. Original

2. 50 % minskning av matarvolymen

3. Omdesign av matare till 1 matare per 2 detaljer som är placerade på den tjockaste sektionen

Parameter 4: Legeringsoptimering av mängden kisel 1. 9 % kisel

2. 10 % kisel 3. 11 % kisel

(23)

De nivåerna på de 4 parametrarna kombinerades i 9 simuleringsförsök enligt Taguchis L9 försöksmatris i Tabell 4.

Tabell 4. Försöksmatris som användes i parameterstudien Taguchi L9.

Försöken utvärderades mot volymen med högre risk för krympporer av i gjutgodset. Den sammanvägda lägsta risken för krympporer uppkommer med kombinationen Parameter 1 med nivå 2, Parameter 2 med nivå 2, parameter 3 med nivå 3 och parameter 4 med nivå 2.

Från parameterstudien definierades det verifierande försök 10, Figur 18, med att gjuttemperatur på 700°C, mindre omdesign av gjutkanal med minskad area enligt principen konstant flödeshastighet, omdesign av matare till 1 matare per 2 detaljer som är placerade på den tjockaste sektionen och legeringsmängden kisel 10 %.

Figur 21. Slutgiltig geometri från den försöksstudien. version 10.

Parameter P1 P2 P3 P4 Försök 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1

(24)

Tabell 5 sammanfattar ett urval av försöken och dess påverkan på utbytet. Parallellt till den statistiska försöksstudien gjordes en geometrisk optimering av gjutsystemet där ursprungskravet att endast tillåta mindre ändringar på gjutformen frångicks. Optimeringsarbetet som här går under benämningen version X fokuserade på att få till svagt riktat stelnande, korta gjutvägar och maximalt utnyttjande av de isolerande matarna för att få bra utbyte med låg risk för krympporer.

Tabell 5. Sammanfattning av försökens inverkan på utbytet. Formutbyte Porvolym

>5% [cm

3

]

Por max Vikt tot

Original 1 48 % 38 70 % 10.4kg Version 4 -färre inlopp -reducerad matare 59 % 23 69 % 8.5kg Version 10 -färre inlopp -gemensam matare 67 % 0 1.5 % 7.5kg Version X -modifierat ingjutsystem 8 5% 0.006 10 % 5.9kg

(25)

9.2 Komponent B

Gjuteriet ville undersöka om det gick att förbättra utbytet på en befintlig aluminiumkomponent utan att få negativ inverkan på kvaliteten. I Figur 22b visas det ursprungliga gjutupplägget med ingjutsystem och sandmatare. Huvudmålet med studien var att undersöka hur man kan arbeta strukturerat i förbättringsarbetet för att öka utbytet.

Figur 22. a) Komponent B. b) Ursprungligt gjutningsupplägg upplägg. En statistisk försöksplanering definierades enligt Taguchi L9 försöksplan. De parametrar som var intressanta att undersöka var gjuttemperatur, matning, gjutsystem, och kylkroppar.

Parameter 1: Gjuttemperatur på nivåerna 1. 680°C

2. 700°C 3. 720°C

Parameter 2: Matning

1. Original D=75mm, H=150mm, Vikt Al=4x1.2kg 2. Original D=50mm, H=150mm, Vikt Al=4x0.55kg 3. Original D=50mm, H=100mm, Vikt Al=4x0.36kg Parameter 3: Gjutsystem

1. Original

2. Kortare Ingjut, -Närmare inlopp, samma inloppsarea. 3. Dubbla inlopp med ”taperad” gjutkanal.

Parameter 4: Kylkroppar 1. Original

2. Ta bort de tre nedre kylkropparna 3. Inga Kylkroppar

(26)

Försöksstudien som utfördes dels med försök och dels med simulering visar att tryckhöjden på matarna har i detta fall den största påverkan och diametern på matarna kunde reduceras till 50 mm utan problem. Det verifierande gjutförsöket med matardiameter 50 mm och övrigt enligt original utförande visas i Figur 23.

Figur 23. Slutgiltig geometri från den försöksstudien.

Med denna mindre ändring på mätningssystemet som redovisas i Tabell 6 ger en förbättring av utbytet på ca 11 procent och en årlig kostnadsbesparing för gjuteriet på 60 kkr.

Tabell 6. Sammanfattning av försökens inverkan på utbytet.

Formutbyte Por risk Vikt tot

Original C1 66 % låg 28.8 kg

Förslag C2 73 % låg 26.2 kg

(27)

9.3 Komponent C

Gjuteriet ville undersöka om det gick att förbättra utbytet på en befintlig stålkomponent och samtidigt behålla dess kvalitet och reducera bearbetningskostnader. Arbetet utfördes genom att undersöka komponentens termiska modul som beskriver stelningstiden i de olika delarna enligt Figur 24a. Utifrån analysen av termisk modul gjordes godspålägg vid en geometrikant enligt Figur 24b och matarna dimensionerades med 20 % större termisk modul för att få svagt riktat stelnande mot mataren. Volymkriteriet på de övre matarna undersöktes och ingjutsystemet volym reducerades. Beräkningarna för det optimerade konceptet visade låga risker för krympporer.

Figur 24 Termisk modul för a) gjutgods utan matning b) med godspålägg och matare.

Tabell 7 sammanfattar potentialen med detta optimeringsarbete där utbytet kan ökas med 20 % och den gjutna totalvikten kan reduceras med 28 kg.

Tabell 7. Sammanfattning av försökens inverkan på utbytet.

Formutbyte Vikt tot

Original C1 51 % 100 kg Förslag C2 61 % 82 kg Förbättring formutbyte 20 % -28 kg Ursprunglig geometri Termisk Modul [cm] Exoterm matare Värmecenter a) b) Termisk Modul [cm]

(28)

9.4 Komponent D

Gjuteriet ville undersöka om det gick att förbättra utbytet på en befintlig stålkomponent och samtidigt behålla dess kvalitet och reducera bearbetningskostnader. Arbetet utfördes genom att undersöka komponentens termiska modul som beskriver stängningstiden i de olika delarna enligt Figur 25a. Utifrån analysen av termisk modul gjordes godspålägg vid en lågt placerad fläns enligt Figur 25b och matarna dimensionerades med 20 % större termisk modul för att få svagt riktat stelnande mot mataren. Volymkriteriet på de övre matarna undersöktes och ingjutsystemet volym reducerades.

Figur 25. Termisk modul för a) gjutgods utan matning b) med partiellt godspålägg och matare.

Tabell 8 sammanfattar potentialen med detta optimeringsarbete där utbytet kan ökas med 29 % och den gjutna totalvikten kan reduceras med 34 kg.

Tabell 8. Sammanfattning av försökens inverkan på utbytet.

Formutbyte Vikt tot

Original D1 48 % 150 kg

Förslag D2 62 % 116 kg

Förbättring formutbyte 29 % -34 kg

(29)

9.5 Komponent E

Gjuteriet ville undersöka om det gick att förbättra utbytet på en befintlig stålkomponent och samtidigt behålla dess kvalitet och reducera bearbetningskostnader. Arbetet utfördes genom att undersöka komponentens termiska modul som beskriver stängningstiden i de olika delarna enligt Figur 26a. Utifrån analysen av termisk modul gjordes godspålägg vid en lågt placerad fläns enligt Figur 26b och matarna dimensionerades med 20 % större termisk modul för att få svagt riktat stelnande mot mataren. Volymkriteriet på de övre matarna undersöktes och ingjutsystemet volym reducerades.

Figur 26. Matare med anslutning för den nedre flänsen a) väger original ca 10kg b) väger optimerad för riktat stelnande 1.3kg.

Tabell 9 sammanfattar potentialen med detta optimeringsarbete där utbytet kan ökas med 45 % och den gjutna totalvikten kan reduceras med 116 kg.

Tabell 9. Sammanfattning av försökens inverkan på utbytet.

Formutbyte Vikt tot

Original E1 51 % 378 kg

Förslag E2 74 % 262 kg

Förbättring formutbyte 45 % -116 kg

(30)

10 Projektets måluppfyllelse

Huvudmålet med projektet var att 15 år efter projektslut ha minskat energianvändningen med 85 GWh/år, varav 49 GWh koks/år. Vid projektets slut bedöms en effektivisering om 6 GWh/år ha uppnåtts, vilket innebär en minskad smältning med drygt 7 000 ton smält metall. Fem år efter projektslut bedöms effektiviseringen vara 24 GWh och tio år efter projektslut, 48 GWh per år. Dessa mål anses fortfarande relevanta.

Projektets resultat är tillämpbart på alla typer av gjuterier i Sverige, men arbetet har bedrivits mot sandgjuterier. Målobjekten, komponenter, har varit fem stycken i projektet.

Detaljerade mål och måluppfyllelse:

 Minska godstjockleken med i genomsnitt 20 %, detta mål har ej uppnåtts bl.a. eftersom det varit svårt att engagera gjutgodskunderna i projektet.  Öka utbytet med i genomsnitt 30 %, på de fem komponenterna är

genomsnittet 34 %.

 Minska den totala vikten med i genomsnitt 20 %, på de fem komponenterna är genomsnittet 29 %.

 Minst ett seminarium där intressenter utanför projektgruppen bjuds in. Två öppna seminarier har ägt rum:

o Den 5 september 2012, för att öka intresset för projektet och sprida resultat från projektet.

o Den 11 juni 2013, för att sprida resultat från projektet. Denna beredardag var mycket lyckad och industrin önskar att den blir årligt återkommande. Swerea SWECAST har för avsikt att så blir fallet.

 Minst två nationella artiklar, ej uppnått o Gjuteriet 2012:9, utförd

o Gjuteriet 2013:6, accepterad med trolig publicering i höst. o Gjuteriet 2013:6, planerad om den lyckade beredaragen.  Minst 2 internationella artiklar, ej uppnått

o Artikel i Støberiet (Dansk gjuteritidskrift), trolig publicering i höst. o Foundry Trade Journal, planerad.

 Internationella presentationer (utöver projektmål) o ESI Global Forum (konferens) 2010, utförd. o MAGMA Nordic user meeting 2012, utförd. o NovaCast internationella seminarium 2013, utförd.

(31)

11 Slutsats

Studien har utförts på två aluminiumkomponenter och tre stålkomponenter och i de fem fallen har utbytet kunnat höjas med 34 procent i genomsnitt. Detta har uppnåtts genom att fokusera på svagt riktat stelnande för att dels minska defekter och dels reducera matningssystemen ner till den minsta nivå som stelningen av gjutgodset kräver. Vidare har ingjutsystemen trimmats och nya rön inkluderats i arbetet tillexempel har Puhakkas ingjutsystem använts vid försök på Skandinaviska Gjuteriskolan.

För att få bra utbyte ska tänka på följande. • Använd inte större matare än det behövs. • Fyll inte ingjutsystemet mer än nödvändigt • Tänk på riktat stelnande

• Ifrågasätt ”gamla sanningar”

• Definiera hur fulla gjutsystemen behöver vara för varje gjutgods så att alla operatörer vet hur fulla ingjutsystemen ska vara. Man behöver fylla till en viss nivå för att fylla matare och få tillräcklig tryckhöjd, men all fyllnad utöver det är slöseri.

• Gjutkoppen ska helst vara tom när gjutgodset har stelnat. Man måste givetvis ha marginal så att man inte fyller i för lite smälta, men en full gjutkopp innerhåller mycket smälta vilket påverkar utbytet mycket negativt.

12 Fortsatt arbete

Det finns fortfarande arbete kvar att göra med att marknadsföra och presentera resultaten av projektet. Ett fortsättningsprojekt som möjliggör att ha en löpande dialog med ett antal gjuterier och hjälpa dem att implementera arbetssättet vid beredning skulle ge väldigt bra effekt. Från andra projekt med produktionsfokus har Swerea SWECAST erfarenhet av att ha löpande avstämningar för att driva på förändringsarbetet hos företagen. Det är egentligen bara förändringsarbete som återstår. Kunskapen finns, ett antal exemplen finns och simuleringsverktygen finns. Allt handlar mer eller mindre om att göra ett avtryck hos gjuterierna och visa på potentialen. Under diskussioner inom projekt gruppen var alla överrens om att ”man” borde gå igenom de mest producerade komponera och höja utbytet. Projektet har visat på både ekonomiska och energimässiga besparingar av ett sådant arbete. Tyvärr är det inte lika enkelt att ta tid för detta arbete när nya kundförfrågningar skall behandlas och löpandearbete skötas. En drivkraft för detta förändringsarbete är att någon efterfrågar resultaten genom till exempel månadsvias besök.

Vidare finns en hel del att göra inom utbildning av gjuteriingenjörer. Resultaten från projektek har redan delvis integreras i Swerea SWECAST utbildnings-material. Dock är en vidareutveckling av de olika resultaten och skapandet av fler exempel är nödvändig för att få större genomslag.

Puhakkas ingjutsystem har använts vid försök på Skandinaviska Gjuteriskolan. Denna nya typ av ingjutsystem kan höja kvalitén på framförallt stål och aluminiumgjutgods. I Kanada har dessa system använts vid gjutning av större gjutgods. Ett intressant område vore att utveckal motsvarande system för aluminiumgjutgods. Målet med ett sådant projekt skulle vara att skapa dimensionerings- och beredningsregler för denna typ av gjutgods.

(32)

13 Potentiella effekter i samhället

Genom att använda resultat av projektet kan gjuteriindustrin minska sitt energianvändande eller producera fler tonnage utan att öka dagens energianvändning. Detta ger ökad svensk konkurrenskraft samtidigt som påverkan på den globala miljön minskas. För Sveriges del kan det ge både arbete och starkare innovativa gjuterier.

Resultatet av projektet visar att simuleringsstödd beredning har betydande inverkan när ”gamla” sanningar ifrågasätts och effektiva matar och ingjutssystem fastställs. Att involvera mer datorstöd bör även locka yngre personer in i gjuteribranschen och bidra till att kunskapen behålls.

14 Referenser

[1] J. Campbell, Complete Casting Handbook, Butterworth Heinemann, (2011). [2] B. Puhakka, Steel foundry quality revolution, Foundry Trade Journal, FTJ

November 2010, 277-279, (2010).

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Taguchi_methods, per 2013-06-28.

[4] A. Carlsson, Gjutning och simulering av tunt gjutgods, Swerea SWECAST rapport nr 2010-005, (2010).

[5] A. Carlsson, Gjutning och simulering av tunt segjärnsgjutgods, Swerea SWECAST rapport nr 2010-002, (2010).

[6] J. Bäckman, Litteraturstudie – Tunt gjutgods, Swerea SWECAST rapport nr 090331, (2009).

Figur

Updating...

Relaterade ämnen :