Gjutning

Gjutning av järn.

Gjutning är en tillverkningsmetod där ett flytande material, ofta kallat smälta, fyller ut en formhålighet i en gjutform och får stelna. Det material som tillsatts i gjutformen blir vanligtvis hårt efter en kemisk process (betong, gips, härdplast) eller under ett förlopp där materialet svalnar och återgår till fast form från att ha varit uppvärmt till smältpunkten.

Till gjuteritekniken räknas vanligen också gjutmetallers metallurgi och metallografi liksom ugns- och smältteknik, formmaterialkunskap, metoder för formtillverkning, rensning av gjutgods och gjuteriets mekanisering med bland annat transporter. Genom gjutning går det att tillverka antingen en färdig detalj eller också ett halvfabrikat som är ett ämne för vidare bearbetning genom svarvning, fräsning etcetera.

Historia

Gjuteriteknik är som industriell verksamhet en av de äldsta och mest grundläggande. Som hantverk daterar gjuteritekniken sitt ursprung till 2 000 à 3 000 år f Kr. Ett modernt gjuteri har mycket liten likhet med den ”filial av helvetet” som man förr gärna ville jämställa ett stort gjuteri med.

Metallgjutning

En gjutprocess består huvudsakligen av följande sex steg.

1. Form- och kärntillverkning
2. Smältning av material
3. Avgjutning
4. Stelning
5. Urslagning
6. Efterbehandling

Vid smältning av metallen bör smältans flytbarhet beaktas. Smältans värme anpassas för att optimera hela gjutförloppet. Flytbarheten påverkas av smältans temperatur, viskositet och flödeshastighet. När sedan smältan fyller formen är det viktigt att hela formen fylls tillräckligt snabbt.

Gjutmetoder

Formar för gjutning delas in i de två huvudkategorierna engångsformar och permanenta formar. Engångsformar förbrukas vid gjutningen medan permanenta formar används flera gånger (kokillgjutning, pressgjutning).

Förteckning över gjutmetoder

				Formmaterial
Engångsform	Gjutning i sandform	Maskinformning	Mekaniserad flaskformning	Råsand
			Automatiserad flaskformning
			Bullautomatformning
			Slungformning	Råsand eller torrsand
		Skalformning		Hartsklädd sand
		Handformning	Konventionell handformning	Råsand eller torrsand
			Formning med kontinuerlig blandare	Formmassa som härdas
			Vakuumformning	Ren sand utan bindemedel
	Gjutning i keramisk form	Vaxursmältningsmetoden, cire perdue		Keramiskt material
		Shaw- och Unicastmetoderna
				Material i formverktyg
Permanent form		Kokillgjutning	Statisk kokillgjutning	Gjutjärn och/eller stål
			Lågtryckskokillgjutning
		Pressgjutning	Varmkammarmetoden	Stål
			Kallkammarmetoden
		Centrifugalgjutning		Gjutjärn, koppar eller stål
		Stränggjutning		Koppar, gjutjärn, stål, grafit, aluminium beroende på gjutmetall

Övriga gjutmetoder

• Bindstyckemetoden
• Götgjutning

Form- och kärnmaterial

Vid sandgjutning används flera olika typer av form- och kärnmaterial samt till formmaterialet passande bindemedel. Bassanden utgörs oftast av kvartssand. Stålgjuterier använder på grund av förhållandevis höga gjuttemperaturer i viss utsträckning en mer dyrbar olivinsand. När extra höga krav på formhållfasthet gäller så används kromitsand. När råsand, och i viss utsträckning även de övriga formmaterialen, används så brukar sanden också återanvändas. Efter urslagningen leds formmaterialet till en sandberedning. Där sker krossning av eventuella klumpar, skiktning och i fallen med rå- och torrsand tillsats av bland annat bindemedel.

Formmaterial vid gjutning i sandform

Benämning	Bindemedel	Användningsområde	Anmärkning
Råsand	Lera, vanligen bentonit	Formar	Används helt otorkad eller yttorkad
Torrsand	Lera, vanligen bentonit	Formar, kärnor	Torkas i ugn
Cementsand	Cement
Furansand	Furan, fenol, karbamid eller blandning av dessa		Härdning med fosforsyra eller sulfonsyra
Vattenglasbunden sand	Vattenglas		Härdning med CO2 eller estertillsats
Skalsand	Fenolharts		Kräver uppvärmda modeller och kärnlådor
Vakuumformningsförfarande	Inget bindemedel används, sanden binds genom inpackning under vakuum i plastfolie	Formar
Varmlådeförfarande	Furan- eller fenolharts	Kärnor	Uppvärmd kärnlåda startar en exotermisk härdningsreaktion
Cold box-förfarande	Fenolharts och isocyanat		En katalysator i dimform blåses genom kärnlådan och startar härdningen
Oljesand	Torkande olja, så kallad kärnolja		Torkning (bakning vid 200–300 °C)

Gjutgodsdefekter

Hundraprocentigt felfritt gjutgods är enligt all erfarenhet oerhört svårt att framställa. Vid gjuteridrift måste det kalkyleras med en viss andel gjutna detaljer behäftade med olika fel som gör dem otjänliga för sin uppgift. Kassering under en viss nivå är ofta tekniskt och ekonomiskt ogenomförbart. Det finns vanligen en ekonomisk kassationsgräns. Var gränsen går beror av en mängd faktorer som typ av gjutmetall, godsets karaktär, seriestorlek och så vidare.

Många termer för gjutgodsfel härstammar från äldre tiders gjuterier och kan vara något missvisande. Exempelvis termen sandfall härleder från att sand helt enkelt fallit ner i formen. Det som syns på gjutstycket är emellertid inte sandfallet utan en så kallad sandinneslutning. Termerna nedan är inriktade på händelser som ger synbara fel på gjutstycket. Gjutgodsdefekter kan vara antingen primära eller sekundära allteftersom de uppträder ensamma eller i kombination med fler fel.

Exempel

Om smältan flyter för långsamt (exempelvis på grund av temperatur, tryck eller formens dimensioner) så inträffar kallflytning. Kallflytning innebär att metallen stelnar innan formen fyllts vilket ofta inträffar vid krökar. Vid stelningsförloppet kan stelningskrympning och svalningskrympning inträffa. Den tidigare kan orsaka krympporer eller sugningar medan den senare kan orsaka spänningar och sprickor. När detaljen stelnat och den ska tas ur kokillen så är det viktigt att detaljen och kokillen utformats så att detaljen inte skadas av att formen delas. Dessutom bör rensning och efterbehandling tas i beaktande vid utformning av detaljen och formen för att minska detaljens kostnad.

Allmänna dimensionsfel Måttfel För kraftig godstjocklek För klen godstjocklek Förskjutningsfel Partförskjutning Kärnhålsförskjutning Delförskjutning Fel i gjutstyckets form Saknat eller defekt hål Saknad eller defekt del Intryckning Skevhet Gods saknas på gjutstycket Ej fullgjutet Utrinning Kallflytning Avslagning och spänningsbrott Slipnings- och mejslingsfel Kapningsfel Utåtgående ytfel Grov yta Vidhäftad sand Inträngning Partgrad Sprickgrad Utbuktning Sandfallsrusa Skärningsrusa Inslagningsrusa Skorv

Inåtgående ytfel Råttsvans Skolla Sandsår Garskum Brännsår Partfåra Sugningar Sjunkning Öppen sugning Inre sugning Sugningsporer Mikrosugning Gasblåsor Ytblåsa eller utfylld ytblåsa Blank eller belagd blåsa Kapillärblåsor Småblåsor Inneslutningar Sandinneslutning Slagginneslutning Oxidinneslutning Saltinneslutning Blackinneslutning Kallpärla Vällningsfel Kallveck och kallsöm Kärnrökssöm Invällningsfel Sprickor Varmspricka Sugningsspricka Kallspricka Slagspricka

Till övriga fel räknas bland annat metallfel som främst omfattar analysfel och felaktigt vald metallkvalitet. Ett äldre uttryck för att åstadkomma defekt gjutgods är att ”bomma” eller ”gjuta varg”.

Hjälpmedel

Idag används datorsimuleringar i allt större utsträckning. Datorsimuleringar hjälper till att beräkna hur smältan fyller formen samt hur smältan kommer stelna, den gjutna detaljens mekaniska egenskaper samt risk för defekter. Genom att man slipper pröva sig fram kortas utvecklingstiden för nya produkter samtidigt som man kan ta fram produkter som är lättare och har bättre mekaniska egenskaper.

Gjutbara material

Exempel på material som kan gjutas är ferrometaller som järn, icke-ferrometaller som mässing och brons, gips, vax, stearin, plast, betong, aluminium, glas, tenn och lera.

Se även

• Patris
• P E Guerin
• Skägg (överskottsmaterial)

Källor

• Thyberg, Bertil; Beckius, Kurt; Heldert, Uno; Kappelin, Tor (1961). Gjuteriteknik. Victor Pettersons bokindustri, Stockholm: Maskinaktiebolaget Karlebo 
• Beckius, Kurt (1998). Form- och kärntillverkning i svenska gjuterier under 1900-talet. NRS tryckeri, Jönköping: Gjuterihistoriska sällskapet. ISBN 9187920050 
• ”Gjutning”. Nationalencyklopedin. https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/gjutning. Läst 29 september 2022. 
• ”Gjuteriteknik”. Svenska gjuteriföreningen: Metallkompetens. https://metallkompetens.se/metallkunskap/gjuteriteknik/. Läst 29 september 2022.