Additiv tilvirkning av verktøy for aluminiumstøping

Abstract

Hovedmålet med denne masteroppgaven er å undersøke hvordan prosessparametere ved lavtrykkstøping kan manipuleres for å støpe gods med lavere veggtykkelse enn det som er standard i dag. Parametere som nevnes er a) temperaturkontroll i verktøyene under formfylling og størkning, b) kontroll og fjerning av luften i kaviteten under formfylling, c) riktig type verktøyoverflater i formhulrommet, og d) riktig bruk av sensorer og måledata for justering av prosessparameterne. Problemstillingene som la grunnlaget for denne masteroppgaven er: 1) Ventilering av overflødig gass fra støpeformer, 2) temperaturkontroll i støpeformer ved hjelp av additivt tilvirkede innsatser, 3) manipulasjon av overflatekarakteristikk i støpeformer.

Temperaturkontroll ved hjelp av konforme kjølekanaler ble undersøkt i prosjektoppgaven til masterstudenten våren 2016. I tillegg til temperaturkontroll ble det i prosjektoppgaven også undersøkt hvilke parametere som fører til metallinntrengning i ventileringsslisser i additivt tilvirkede forminnsatser. I masteroppgaven er det lagt vekt på å undersøke hvordan overflatekarakteristikk kan manipuleres, og hvorvidt det er mulig å evakuere ut luften i støpeformen og erstatte denne med en inert gass. Det utvikles et formverktøy som den del av masteroppgaven, og et delmål med masteroppgaven er at støpeformen skal benyttes videre i prosjektet AluLean.

Fem additivt tilvirkede forminnsatser med ventileringsspor og ulik overflatekarakteristikk ble testet i en serie gravitasjonsstøp av aluminium A356 i metallform. Det ble støpt med 2 eller 4 mm veggtykkelse med luft eller inert atmosfære i formen. I tillegg til støpeforsøkene ble forminnsatsenes ruhet målt, og dimensjonene ble målt i koordinatmålemaskin før støpe- forsøkene ble gjennomført. Målet med forsøkene var å identifisere hvilke parametere som gir best flytbarhet.

Det ble funnet stor forskjell mellom de additivt tilvirkede forminnsatsene, men andre faktorer enn overflatekarakteristikk spiller en større rolle under forsøkene. Innsatser bygget i EOS EOSINT M280 har mindre geometriske avvik sammenlignet med innsatser bygget i Concept Laser M2 Cusing. Evnen til å fylle en støpeform med 2 mm veggtykkelse øker drastisk om luften i støpeformen erstattes med argon.

Formverktøyet brukes videre i prosjektet AluLean. Sandkjernene benyttet i denne oppgaven erstattes med metallkjerner for å se på bindingen mellom aluminium og kjernen. I første omgang gjøres det ingen forandringer til støpeformen utover dette, og det gjøres forsøk hvor den benyttes som gravitasjonsstøpeform. Videre er planen å fjerne materialet under filteret for å benytte formen i en lavtrykkstøpemaskin. I tillegg til å koble støpeformen til en lavtrykkspumpe vil tverrsnittet i løpekanalene utvides for å kunne støpe med lavere smeltetemperatur. Dette arbeidet utføres av Benteler Automotive Farsund.

Det gjennomføres tilsvarende forsøk som i denne masteroppgaven i full skala av Benteler Automotive Farsund i ettertid av denne oppgaven. Formen som benyttes tilhører BMW og komponenten som støpes er en Swing Arm til BMW M5. Dette er en hul komponent med veggtykkelse på omtrent 4 mm. Det benyttes additivt tilvirkede innsatser for å redusere veggtykkelsen ned til 2 mm. I tillegg til å erstatte luften i støpeformen med argon forventes det at en tynnvegget innsats vil oppnå høyere temperatur sammenlignet med resten av støpeformen, noe som igjen bør bedre flytbarheten til aluminiumsmelten.