KORTARE CYKELTIDER. Frida Hallström, SweCast Håkan Fransson, NovaCast

Transkript

1 KORTARE CYKELTIDER Frida Hallström, SweCast Håkan Fransson, NovaCast SweCast AB Box 2033, Jönköping Telefon Telefax

2 2007, SweCast AB

3 SweCast AB INNEHÅLLSFÖRTECKNING TILLKOMST 1 SAMMANFATTNING 1 1 BAKGRUND 1 2 MÅL 2 3 GENOMFÖRANDE 2 4 SIMULERING AV FÖRSTA FASEN 3 5 CYKLINGSSIMULERINGSFÖRSÖK 4 6 ALLMÄNT OM FORMSMÖRJNING 11 7 STUDIERESA ACHESON Vikten av formsmörjning Liquid Powder Praktiska erfarenheter Deltacast Formsmörjning med robot Omegaspray- för minimering av spraytiden Flextool Företagsbesök Acheson, Dormstadt Alupress BDW 19 8 TEMPERATURMÄTNING I SKOTTKAMMARE 20 9 DISKUSSION REFERENSER 29 BILAGA 1 MÄTRESULTAT 30 BILAGA 2 DIAGRAM 42 Sida

4 SweCast AB

5 SweCast AB 1 TILLKOMST SAMMANFATTNING 1 BAKGRUND Denna skrift utgör slutrapport för projekt G737 Kortare cykeltider, och är framtagen av Frida Hallström, SweCast AB. Kapitel 5, cyklingssimuleringsförsök, är skrivet av Håkan Fransson, NovaCast. Tack till Niclas Thulin, Husqvarna, Håkan Fransson, NovaCast, Peder Johansson, Finnveden Gjutal samt Göran Johansson och Ove Andersson, Ankarsrum Die Casting. Projektet är kollektivt finansierat av medlemsföretagen i Svenska Gjuteriföreningen. Syftet med projektet har varit att hitta metoder och nya möjligheter till att kunna sänka cykeltiderna vid pressgjutning. En första simulering av första fasen har gjorts. I denna förstudie har endast vågen av metall som bildas i fyllkammaren studerats vid fördröjning av kolvens starttid. Detta med syfte att se på fortsatta möjligheter till att ta fram en modell för hur fördröjningstid och första fas ska ställas för optimal gjutning. Cyklingssimulering på en detalj från Husqvarna har gjorts. Försöken visade på att formfyllnaden påverkar formtemperaturen under cykeln så lite i förhållande till stelnings- och avkylningsfasen att det är onödigt att köra annat än stelningsimuleringscykling. En studieresa har genomförts för att titta på ny teknologi inom området formsmörjning av pressgjutverktyg. Under resan besöktes dels huvudkontoret för Acheson, dels två aluminiumgjuterier som använder deras formsmörjteknik. Praktiskt test med temperaturmätning i en fyllkammare har genomförts hos SweCast. Sensorer från Pentronic placerades i en fyllkammare, för att ge medeltemperaturen på smältan i fyllkammaren. För dessa test placerades en fyllkammare utanför maskinen. Husqvarna bidrog med en begagnad fyllkammare. Resultat från arbetet med dessa 4 faktorer visar ännu ingen vinst i cykeltid. Alla delar behöver testas mer innan några konkreta exempel kan ges. Det är allmänt känt att det finns stora pengar och resurser att spara med kortare cykeltider. Ett problem är de följdeffekter som en viss tidsoptimering kan ge i form av till exempel ökat verktygsslitage, problem med dragmärken samt försämrad maskinprestanda.

6 SweCast AB 2 Bild 1 Cykeltid vid gjutprocessen Normala cykeltider ligger mellan 30 och 60 sek, men detta kan variera från 10 sek för små detaljer till 120 till 180 sek för stora detaljer. Se de ingående momenten i bild 1. Exempel på hur gjutprocessen kan se ut i tid följer i bild 2.[1] 2 MÅL 3 GENOMFÖRANDE Bild 2 Exempel på tid för delar i cykeln av ett skott Syftet med projektet har varit att hitta metoder och nya möjligheter till att kunna optimera cykeltiderna vid pressgjutning. Målen var att: med förbättrad/bibehållen kvalitet sänka cykeltiden vissa på exempel hur produktiviteten kan ökas ta fram metodiska tillvägagångssätt för hur cykeltiden kan sänkas, t.ex. genom checklistor undersöka vilka hjälpmedel som finns att tillgå samt hur de kan användas i processen, t.ex. sensorer, IR-teknik, gjutsimulering, mm. Projektet har genomförts av SweCast tillsammans med pressgjuterier och leverantörer, som sattes samman till en projektgrupp. Gruppen ansvarade tillsammans för planering av projektets aktiviteter i form av

7 SweCast AB 3 4 SIMULERING AV FÖRSTA FASEN informationsinsamling, utförande av försök, analys samt spridning av resultat. Intressanta parametrar som ansågs lämpliga att följa upp var följande: Avgjutningstemperatur Formtemperatur Formsmörjning - Tid och mängd bortforslad energi Formkylning internt Kylkanaler (Temperatur, typ av media, diameter på kanal, mängd kylmedia och placering) Formfyllnadshastighet - Påverkar smältans avkylning Öppningstider Typ av formmaterial/kärnmaterial Genomförandet av temperaturmätning i fyllkammare gjordes med hjälp av sensorer. Vidare genomfördes en studieresa för att öka kunskapen om nya formsläppmedel. I projektet har det även ingått att ta fram en metod för att med hjälp av simuleringsverktyg undersöka hur olika konstruktioner, placeringar och processparametrar påverkar cykeltiden. I den så kallade första fasen i pressgjutning bildar metallen ofta en våg i fyllkammaren efter påfyllning. Denna våg påverkar slutresultatet av gjutningen eftersom bland annat luft kan stängas in i metallen och följa med in i detaljen. I denna förstudie har endast fördröjningstidens inverkan på denna våg av metall studerats. Detta med syfte att se på fortsatta möjligheter till att ta fram en modell för hur fördröjningstid och första fas ska ställas in. I denna studie tog det ca 0.5 s för vågen att gå från ena väggen till den andra. Hur vågen såg ut vid första fasen bör påverkas mycket av fördröjningstiden, se bild 3-5. Bild 3 Kolven möter vågen och skapar en stor våg. Kolvhastighet 0.5 m/s

8 SweCast AB 4 Bild 4 Kolven följer vågen och ger ett jämnare flöde. Kolvhastighet 0.5 m/s 5 CYKLINGSSIMULERINGSFÖRSÖK Bild 5 Våghastigheten bestäms främst av fyllnadsgraden och ligger runt 0,5 m/s. Studien visade att det finns goda möjligheter till att kvantitativt studera olika fyllnadsgrader, skottkammarlängder och kolvhastigheter på ett sätt som inte tidigare varit möjligt. Eftersom modellen är parametriserad i Flow3d så är det enkelt att få den att automatiskt köra hundratals simuleringar med olika skottspecifika parametrar. Framtida arbete bör läggas på hur resultatdata från simuleringarna automatiskt ska extraheras och analyseras, vilket kommer att studeras ytterligare inom IEC (Institute Excellence Center). Cyklingssimulering på en detalj från Husqvarna har gjorts. Moderna simuleringsprogram kan köra cykling med lite olika typer av cyklingsvarianter: Cykling x antal cykler med enbart stelning, det vill säga man antar att stelningsfasen påverkar så mycket mer än fyllfasen vad gäller värmebalans i verktyget. Detta ger cykling av stelning. Cykling med först x antal cykler med stelning för att sedan avsluta med en komplett cykel med formfyllnad och därefter påföljande stelning (Flow&Solid). Detta ger cykling av stelning och flödestelning. Cykling med x antal kompletta cykler bestående av formfyllnad och stelning. Detta ger cykling av flödestelning.

9 SweCast AB 5 En avgörande skillnad vilket man ska välja är tiden man har på sig för att göra simuleringen: Cykling Stelning (15 cykler med stelning) 40 timmar och 49 minuter Cykling Stelning/Flödestelning (14 cykler med stelning + 1 cykel med flöde) 48 timmar och 41 minuter Cykling Flödestelning (10 kompletta cykler med formfyllnad och stelning) 74 timmar och 2 minuter Data som användes vid simuleringen och data från gjutning var följande: Data: Meshupplösning: 1 mm Mesh antal: 36,25 miljoner Gjutmaterial: AZ91B (Mg) Gjuttemperatur: 650 C Formmaterial: Orvar Supreme Formtemperatur: 180 C (Förvärmt, jämn) Kylmedia i kylkanaler: Olja Kylmedia temperatur: 200 C Data cykling: Öppningstid: 13 sek Cykeltid: 37 sek Kylfas 1 tid till formsmörjning : 11.5 sek Kylfas 2 formsmörjning: 1sek Kylfas 3 luftblåsning: 2.5 sek Kylfas 4 luft kylning öppet verktyg: 3 sek Kylfas 5 kylning med stängt verktyg: 7 sek Som visas i bilderna 6-8 är det väldigt små skillnader mellan de olika simuleringsalternativen. Dessa bilder visar temperaturen i 2D. Dessutom är det heller inte stor skillnad mellan att simulera 10 cykler med formfyllnad och stelning gentemot de andra alternativen. Detta indikerar att vi har en temperaturbalans i verktyget runt den 10:e cykeln. Simuleringarna indikerar även att formfyllnad har en liten betydelse och det är för att man jämför 40 millisekunder med formfyllnad mot i detta fall 13 sekunder stelning i verktyget.

10 SweCast AB 6 Bild 6 Cykling med enbart stelning. Cykel nr 15 Bild 7 Cykling med 14 cykler med stelning som avslutas med 1 komplett simulering. Cykel nr 15.

11 SweCast AB 7 Bild 8 Cykling med 10 kompletta simuleringar. Cykel nr 10. I bilderna 9-11 visas temperaturen i 3D. Samma sak gäller här som i bilderna 6-8, i princip ser man ingen skillnad vilket indikerar att man enbart skall använda stelningscykler då detta är det snabbaste sättet att simulera detta. Bild 9 Cykling med enbart stelning. Cykel nr 15.

12 SweCast AB 8 Bild 10 Cykling med 14 cykler med stelning som avslutas med 1 komplett simulering. Cykel nr 15. Bild 11 Cykling med 10 kompletta simuleringar. Cykel nr 10. I bilderna visas temperaturkurvor. Mellan dem skiljer antal cykler men formen på kurvan och höjden är densamma. En intressant iakttagelse är att temperaturen utjämnas och dessutom sjunker något när balansering inträder. Detta tyder på att kylningen är något högre än den

13 SweCast AB 9 effekt vi petar in i början och det indikerar även att man skulle kunna förvärma till något lägre temperatur. För att få en mer realistisk temperaturbalans kanske man istället bör sätta förvärmningen till 100 grader. Testet visar ju klart att vi har satt en för hög temperatur eftersom man inte lyckas bibehålla temperaturen under hela cykeln. Man ser att värmebalans uppnås runt 10:e cykeln. Bild 12 Cykling med enbart stelning.

14 SweCast AB 10 Bild 13 Cykling med 10 kompletta simuleringar. Bild 14 Bilden visar kylkanalernas placering och till viss del dess verkan. Försöken visade på att formfyllnaden påverkar formtemperaturen under cykeln så lite i förhållande till stelnings- och avkylningsfasen att det är

15 SweCast AB 11 6 ALLMÄNT OM FORMSMÖRJNING onödigt att köra annat än stelningsimuleringscykling. I försöken bekräftades att det i princip inte skiljer mer än någon procent i resultat mellan ytterligheterna, men i beräkningstid skiljer det mycket. I NovaFlow & Solid finns en ännu snabbare metod som går ut på att man kör x antal cykler med en låg upplösning för sedan avsluta med någon/några cykler med högre upplösning. De första cyklerna kan köras mycket snabbt för att bygga upp en balans och sedan kan man avsluta med någon eller några med hög upplösning. På detta sätt kan man spara mycket tid. En uppskattad tidsbesparing med minimal kvalitetsförlust är ca 75 %. Formsmörjning har 3 huvudprinciper: Separera Smörja Kyla Bild 15 Ett tunt oxidskikt bör brännas in före användning av verktyget Mellan varje skott är det viktigt att verktyget smörjs på rätt sätt för att: Gjutgodset skall få önskad kvalitet Öka verktygslivslängden Underlätta formfyllningen Mellan varje skott måste formverktyget smörjas med ett till rådande förhållanden anpassat formsläppmedel. Det måste vidare appliceras på ett korrekt sätt. Smörjningen av formverktyget är viktig med hänsyn till dels gjutgodsets kvalitet, dels verktygslivslängden. Den smörjmedelshinna som påföres verktyget underlättar formfyllningen och uppträder som en isolator mellan legeringen och verktygsytan.

16 SweCast AB 12 En ny form skall alltid bränna in före det första skottet med lämpligt inbränningsmedel. Därmed bildas en tunn oxidhud på stålytan, se bild 15. Denna hud nöts dock väldigt snabbt, varför formytans oxidskikt måste skyddas med en ny separeringsfilm före varje skott. Filmen fördröjer en termisk utmattning/krackelering av verktygsytan och förhindrar dessutom en sammansvetsning mellan detaljen och verktygsstålet. Detta innebär även att en tillfredsställande yta kan erhållas på gjutgodset. Formsmörjning görs för att förbättra släppningen samt underlätta metallfyllningen genom att en tunn glidfilm bildas på formytan. Denna gas- eller glidfilm "bär" metallen över ytan och gör så att denna fyller ut formhåligheten bättre. Formsmörjning underlättar även kärndragning och utstötning. Pressgjutningsverktyg har ofta otillräckliga inre kylkanaler och vissa kärnor kan endast kylas via formsmörjning. På utsatta varma ställen måste i vissa fall därför mer än 50 % av den via metallen tillförda värmeenergin kylas bort genom formsmörjningen. Detta är dock ej att rekommendera p.g.a. den termiska belastningen som verktyget utsätts för. De vanligaste kraven på formsläppmedel är: Bra släppegenskaper Bra smörjförmåga på kärnor, slider och ventiler Lukt- och rökfritt Liten gasutveckling Bra kylförmåga Låg kostnad Följande typer av formsläppmedel förekommer: Flytande, vattenlösliga Flytande, ej vattenlösliga a) fria från lösningsmedel b) med lösningsmedel Pulver De vanligast förekommande släppmedel som finns är de vattenblandbara. Av miljöskäl används vattenblandbara släppmedel endast vid extrema fall. Ej vattenblandbara är oftast oljebaserade. Utveckling går mot pulver som ger en rad fördelar jämfört med flytande medel, t.ex.

17 SweCast AB 13 7 STUDIERESA ACHESON 7.1 Vikten av formsmörjning 7.2 Liquid Powder mindre spill, bättre kvalitet på detaljerna, bättre miljö, snabbare cykeltider, mindre formsmörjningsåtgång m.m. Formsmörjningen påverkar framförallt verktygstemperaturen och verktygslivslängden. Givetvis påverkas även utstötningen av pressgjutgodset. [1] En studieresa har genomförts för att titta på ny teknologi inom formsmörjning. Under resan besöktes dels huvudkontoret för Acheson, dels två aluminiumgjuterier som använder deras formsmörjningsteknik. Acheson är en inom branschen väl känd leverantör av såväl black- och smörjmedel som utrustningar för formsmörjning. En optimerad formsmörjning bidrar till: Ökad gjutgodskvalitet Minskad cykeltid Stabila och repeterbara processparametrar Kostnadsreduktion/ökad lönsamhet Dessa fördelar gör det väl värt att optimera sin formsmörjning. Det finns dock ingen universell sprayteknik som alltid är bäst. Val av sprayteknik beror på olika omständigheter. Applikationen av smörjmedlet är en central fråga eftersom ca hälften av alla kvalitetsstörningar har sin orsak i överdosering på olika ställen på verktyget. Detta leder till porositeter, missfärgning och att efterföljande ytbeläggningar inte fäster. Optimalt är att spraya så lite som möjligt med bibehållen effekt. Appliceringen kan ofta förbättras genom att justera anslagsvinkeln och genom att pulsera strålen för att bättre väta ytan. Dagens vattenburna släppmedel (formsmörjmedel) består till ca 98 % av vatten. Av detta framgår att vattenkvaliteten är mycket viktig. Efter formsmörjningen skall vattnet förångas och lämna kvar den aktiva ingrediensen på verktygsytan. Dagens släppmedel kräver en korrekt verktygstemperatur för att fungera optimalt. Om verktyget är för varmt, stöts släppmedlet bort; är verktyget för kallt innebär det ofta att den verksamma delen i vätskan spolas bort. Deltacast Liquid Powder bygger på en annan princip än vattenburna och uppges därför ge ett optimalt resultat även under ogynnsamma processförutsättningar. Liquid Powder är inte utspädd, utan hela vätskan utgörs av den aktiva ingrediensen, se bild 16. För att gjuta ett ton aluminiumgjutgods går det åt ca g. Genom att använda en

18 SweCast AB 14 outspädd vätska slipper man också problemet med skiktning, vilket kan drabba konventionella släppmedelslösningar efter en lägre tids lagring vid hög temperatur. Liquid Powder förblir en homogen lösning. Bild 16 Blandad lösning till vänster och Liquid Powder till höger (källa: Acheson) Uppbyggnaden av en släppmedelsfilm med konventionella vattenbaserade släppmedel fungerar oftast bäst i ett yttemperaturintervall på ca C. Vid högre temperatur väts ytan dåligt p.g.a. Leidenfrosteffekten, d.v.s. att vattnet stöts bort av en ångspärr mellan själva vattendroppen och verktygsytan, se bild 17. Vid för låg temperatur fäster släppmedlet dåligt och man riskerar att få vattendroppar kvar i formen efter stängning. Enligt uppgift klarar Liquid Powder filmformationen vid alla temperaturer, eftersom inget vatten ingår. Vid gjutning av komponenter i magnesium är den uteblivna kyleffekten en stor fördel eftersom dessa verktyg ofta går för kalla. Bild 17 Filmbildning (källa: Acheson)

19 SweCast AB Praktiska erfarenheter Sammanfattningsvis är fördelarna med Liquid Powder: Processkemikalien innehåller inget vatten och är stabil över tiden. Inga ytterligare additiv behövs, t.ex. baktericider. Stabil filmbildning inom ett brett temperaturfönster. Mängden spillvatten från formkylningen minimeras. Betydligt lägre ljudnivå under formsmörjning. Liquid Powder har under tester med pressgjutning av aluminium och magnesium visat sig fungera mycket bra enligt Acheson. Optimal smörjning erhålls om munstycket hålls på ett avstånd av ca mm från verktygsytan. Mycket goda resultat har uppnåtts vid applikation med hjälp av en industrirobot. En viktig fråga för pressgjuteriindustrin är om livslängden för verktygen ökas med Liquid Powder. Enligt ett test uppnåddes enligt uppgift en ökning på 20 %, men fler fall måste genomföras för att kunna garantera dessa ökningar. Man kan däremot på goda grunder förvänta sig besparingar genom bättre kvalitet på gjutgodset och bättre släppning ur form. Användning av Liquid Powder har även visat sig vara mycket tystare än konventionell formsmörjteknik. En nackdel med Liquid Powder är att tekniken endast kan appliceras på lite större maskiner. Det minsta sprayhuvudet är 15 cm brett och väger 8 kg. Det större är 25 cm brett. Det krävs därför minst ca 600 mm mellan verktygshalvorna, vilket i praktiken innebär maskiner med ca 600 tons låskraft eller större. Acheson kan hjälpa kunden ta fram en modell över pressgjutmaskinen och en robot, se diagram som används vid val av sprayutrustning i bild 18. Finns förutsättningar för en fungerande installation, kan kunden låna en portabel Liquid Powder-utrustning för test och verifiering av förväntade resultat. Bild 18 Diagram för val av sprayutrustning (källa: Acheson)

20 SweCast AB Deltacast Deltacast är en emulsion med låg viskositet som är utvecklad för pressgjutning av aluminium och magnesium. Med konventionell sprayteknik har man ingen kontroll över storlek och distribution av vätskepartiklarna, vilket ofta resulterar i att smörjmedlet överdoseras och att överskottet måste omhändertas som farligt avfall till höga kostnader. Deltacast-munstycket är programmerbart så att partiklarnas storlek och fördelning kan specialanpassas för varje applikation. Munstyckets öppning kan därmed anpassas för att passa enskild smörjning av verktyg. Diametern på öppningen kan även ställas in manuellt för att ytterligare kontrollera smörjmedlets volym. Munstycket är monterat utvändigt och har inga rörliga delar. Med rätt programmering förångas merparten av vattenfasen och spillvätskemängden minimeras. Deltacastmunstycket är också designat för att ge en låg ljudnivå Formsmörjning med robot Bild 19 Linjär sprayutrustning (källa: Acheson) Andra intressanta produkter som diskuterades på studieresan var Linjär sprayutrustning, se bild 19. En fördel med linjär sprayutrustning är att man får hög pålitlighet och hög lägesnoggrannhet. När många olika verktyg skall köras i samma maskin kan med fördel en standardutrustning användas i kombination med att man lägger stor vikt vid att programmera ett specifikt spraymönster för varje verktyg. Denna lösning blir ekonomiskt mera realistisk än att köpa ett unikt sprayhuvud till varje verktyg. Den största fördelen med att använda en robot till formsmörjningen är den flexibilitet som en 6-axlig rörelse ger. Denna gör att spraymunstycket kan flyttas till exakt de bästa positioner från vilken varje del av verktyget skall sprayas.

21 SweCast AB Omegaspray för minimering av spraytiden Flextool Bild 20 Sprayhuvud Omega (källa: Acheson) Med Omega, se bild 20, bygger man ett sprayhuvud efter formen på verktyget. Huvudet kan programmeras om till valfritt verktyg, och innehåller 4-8 kretsar som kan kopplas på önskat sätt. Fördelar med Omegaspray: Stor flexibilitet genom att varje munstycke kan kopplas till valfri krets Moduldesign tillåter skräddarsydd geometri anpassad till varje verktyg Snabba byten av vätskor genom samma munstycke Hög utnyttjandegrad Kort cykeltid Bild 21 Sprayhuvud Flextool (källa: Acheson) Med flextool-konceptet, se bild 21, bygger man ett sprayhuvud för varje verktyg. Detta ger fördelar som kort cykeltid, hög processtabilitet, effektiv formsprayning samt enkelt underhåll. Detta i sin tur resulterar i högre produktivitet och lägre kostnad per detalj.

22 SweCast AB Företagsbesök Acheson, Dormstadt Flextool har sex eller åtta kretsar, och kan användas för tre till fyra vätskor. De tillför även mer luft och vätska genom sprayningen än konventionella system. Huvudkontoret för Acheson i Dormstadt och två gjuterier som använder Liquid Powder besöktes: Studieresan avslutades med ett besök hos Achesons utvecklingsavdelning i Dormstadt. Under ett par timmars intressanta diskussioner och presentationer framkom bl.a. att man från Achesons sida anser att utvecklingen av torra formsmörjmedel var ett evolutionärt felsteg som slutar i en återvändsgränd beroende på problemen med verktygskylning, jämn fördelning över verktygsytan samt porer i godset. Systemet Deltacast presenterades, där såväl lufttryck och mängden smörjmedel kan justeras oberoende av varandra, vilket innebär att verkningsgraden för smörjningen ökar från 15 % till ca 80 % enligt Acheson. Denna effektivitet gör att man i många fall kan hoppa över smörjningen varannan gjutcykel. Utvecklingen av Robospray TM ihop med ABB innebär att man kan ha ett sprayhuvud för t.ex. 20 pressgjutverktyg, istället för ett för varje verktyg (som är vanligt i Tyskland men mycket dyrt). Dock kräver Robospray mera tid för programmering i uppstartsfasen. I september -06 fanns 220 system installerade fördelat på 180 gjuterier, varav 150 installationer var tillsammans med ABB. Liquid Powder fungerar optimalt i temperaturintervallet C, vilket gör den närmast universell i pressgjuterisammanhang. Appliceringen sker undantagslöst med robot, och förbrukningen uppgår till ca 150 g per ton avgjuten aluminium. Liquid Powder är avsett för de gjutningar som inte är beroende av extern kylning av verktyget, t.ex. tunna aluminiumdetaljer eller komponenter i magnesium. Appliceringsutrustningen (motsvarande sprayhuvudet) bör hållas ca mm från verktygsytan. Detta innebär att erforderligt avstånd mellan formytorna uppgår till ca 500 mm, vilket i sin tur begränsar användningen av Liquid Powder till maskiner med låskrafter över ca 500 ton. Hittills utförda fälttester har visat mycket goda resultat avseende smörjning, vilket resulterat i ökad gjutgodskvalitet, ökad verktygslivslängd, minskad utstötarkraft och därmed minskad deformation av utstötta detaljer. De nackdelar som hittills kunnat noteras är att smörjmedlet kan bilda pålödning på verktygsytan under ogynnsamma förhållanden.

23 SweCast AB Alupress BDW Alupress är aluminiumpressgjuteri som har produktionsanläggningar i Italien och Tyskland, med 320 respektive 120 anställda. Man har stora problem att hitta erfaren personal och ca 95 % rekryteras lokalt. Dessa genomgår en egen gjuteriskola som drivs i samarbete med Bühler. Idag har man 23 pressgjutmaskiner med låskrafter i intervallet ton. Man gjuter i tre olika aluminiumlegeringar och smält mängd uppgår till ca ton per år. Tillväxten ligger stadigt på mellan % per år, och nästa år måste man bygga till. Smältningen baseras på gas, vilket blir mycket billigare än el. Mer än 95 % av produktionen går till fordonsindustrin i form av pumphus, förgasarhus och bromsdetaljer. Man är därför certifierade inom både ISO 9000, och ISO TS Man har 3 tekniska experter som fungerar som projektledare mot nya och befintliga kunder. Gjuteriet körs dygnet runt, och gjuteripersonalen ansvarar för 3 helautomatiska pressgjutningsceller per person. Gradklippning är integrerad i varje cell, liksom avsyning och packning om inga ytterligare arbetsmoment skall utföras. Det finns en särskild underhållsperson på varje skift som stödjer personalen med bl.a. underhåll som utförs schemalagt varje skift, vecka, månad, halvår och år. Maskintillgängligheten uppges stadigt ligga på över 80 %. Företaget har ett centralsystem för formsmörjning och samtliga pressgjutverktyg har ett eget tillhörande sprayhuvud. Detta underhålls parallellt med formverktyget. Företaget vill inte specificera några verktygslivslängder, men uppger att de är fullt tillfredsställande. BDW är ett aluminiumpressgjuteri beläget utanför München. Företaget grundades 1927 och har idag ca 300 anställda. Gjuteriet har 13 helautomatiska gjutceller med maskiner från tons låskraft. Tillverkningen är inriktad på aluminiumkomponenter mot bilindustrin, såsom motordetaljer, hjulupphängning och karossdetaljer. Bland kunderna finns Audi, BMW, Merceders, Porsche och Opel. Fokus ligger på högkvalitativt gjutgods som i många fall måste vara svetsbart (lasersvetsning). Man har utvecklat en egen teknik för vakuumgjutning. Merparten gjuts i en speciallegering Alureinfelden. Gjuteriet körs i treskift. Produktionen står still under helger, och då görs merparten av allt förebyggande underhåll. OEE varierar mellan %. Rekrytering av erfaren personal är mycket svårt, därför bedrivs en omfattande intern utbildningsverksamhet. En stor energieffektivisering har uppnåtts genom att köpa flytande metall. Lastbilar levererar 3 x 5 ton regelbundet i termoscontainrar.

24 SweCast AB 20 Transportsträckan uppgår till ca 25 mil och temperaturförlusten uppgår till ca 10 C per timme. Pressgjutverktygen köps huvudsakligen i Tyskland och Italien, men all konstruktion/design görs med egen personal. Man har en IR-kamera som används dagligen för kontroll av den interna och externa kylningen av verktygen. Normal verktygslivslängd uppgår till skott. Företaget hävdar att tillämpningen av modern formsmörjteknik är den enskilt viktigaste orsaken till den långa livslängden. Ytbeläggning av formverktyg används endast undantagsvis. Ställtiden har under de senaste 5 åren reducerats från ca 8 h till maximalt 3 timmar. Till varje verktyg hör ett specialutformat sprayhuvud som rengörs med ultraljud och servas ihop med verktyget inför varje ställ. 8 TEMPERATURMÄTNING I SKOTTKAMMARE Praktiskt test med temperaturmätning i en fyllkammare har genomförts hos SweCast. Sensorer från Pentronic placerades i en fyllkammare, för att ge medeltemperaturen på smältan i fyllkammaren. Nya sensorer, av så kallad engångstyp, användes till varje försök. För dessa test placerades en fyllkammare utanför maskinen, eftersom inga skott kunde köras i normal drift med sensorer för testet i. Husqvarna bidrog med en begagnad fyllkammare, med diametern 80 mm och längden 580 mm. En begagnad fyllkammare med beläggning användes i testet. I testet ingick: 1) Test vid fyllnadsgrad % 2) 3 st fixerade mätpunkter 3) Aluminium användes Noggrannhet på 1 sekund behövdes på givaren för att inte missa temperaturfallet i början. Ett tunt, mantat element ansågs vara bäst till dessa försök. 12 termoelement av typ K köptes in från Pentronic. Dessa placerades i keramiska rör, för att smältan inte skulle kunna knuffa undan dem. De var ihopsvetsade i mätpunkten och andra ändan tvinnades ihop med kabel för att få dem kopplade till en datalogger. Till detta användes ATAS och ett program från Novacast. Endast aluminium testades eftersom testen gjordes på Skandinaviska Gjuteriskolan och inte hos Husqvarna som tidigare var planerat. Volymberäkning behövdes för att få veta hur mycket metall som skulle hällas i för att få fyllgraderna 20, 30, 40, 50 %. Fyllkammaren var cylindrisk och då fås volymen av: V = πr 2 h, där r är radien och h är längden Detta gav följande volymer vid de olika teoretiska fyllgraderna:

25 SweCast AB 21 V hela fyllkammaren = π*4 2 *58 = 2915 cm 3 Test 1: V 50% = 0,50*2915 cm 3 = 1 457,5 cm 3 1,45 l Test 2: V 40% = 0,40*2915 cm 3 = cm 3 1,17 l Test 3: V 30% = 0,30*2915 cm 3 = 874,5 cm 3 0,87 l Test 4: V 20% = 0,25*2915 cm 3 = 730 cm 3 0,73 l För att efterlikna verkligheten så mycket som möjligt användes värmekamera för att se hur varm en fyllkammare är på utsidan. Detta testades hos Tenhults Pressgjuteri och Finnveden Gjutal. Temperaturen på de tre fyllkammare som testades varierade mellan 136,5 C och 164,2 C se bild Detta gav ett ungefärligt värde att följa när praktiska test gjordes utanför maskin. Även tiden då skopan fördes manuellt från ugnen till fyllkammaren anpassades till ungefärliga tider som används i pressgjutning. Bilderna kommer inte från testerna, utan från tidigare koll med värmekamera på verktyg. Bild 22 På utsidan är fyllkammaren 136,5 C som varmast.

26 SweCast AB 22 Bild 23 På utsidan är fyllkammaren 153,8 C som varmast. Bild 24 På utsidan är fyllkammaren 164,2 C som varmast Fyllkammarens totala volym var 2915 cm 3. De exakta fyllgraderna som användes vid testet blev: ρ=m/v där ρ=2,75 för aluminium legering 4250 användes. Test 1: m=3,65kg [V=m/ρ] V=1327,3 cm 3 46% fyllgrad Test 2: m= 2,61kg [V=m/ρ] V=949,1 cm 3 33% fyllgrad

27 SweCast AB 23 Test 3: m=2,32kg [V=m/ρ] V=843,6 cm 3 29% fyllgrad Test 4: m=1,76kg [V=m/ρ] V=640 cm 3 22% fyllgrad Fyllkammaren värmdes med hjälp av gasol, se bild 25. Bild 25 Gasolvärmning av fyllkammaren Fyllkammaren värmdes till över 170 C. 3 termoelement placerades utefter fyllkammarens längd och aluminiumsmälta som var 700 C hälldes i, se bild 26.

28 SweCast AB 24 Bild 26 Fyllkammare fylls på med smälta och de 3 termoelementen är på plats. När metallen hade stelnat sköts den ut ur fyllkammaren, och vägdes för att få den exakta fyllnadsgraden dokumenterad, se bild 27. Bild 27 Stelnad metall från fyllkammaren Från att smältan hälldes i fyllkammaren till att den hade börjat stelna mättes temperaturen med de 3 sensorerna, se tabeller i bilaga 1. Sensor 1 sattes närmast påfyllningshålet, sensor 2 i mitten och sensor 3 längst bort. Detta upprepades 4 gånger, vid olika fyllgrader. Resultaten från testet visade att metallen hann svalna med ungefär 60 C (från 700 C till 640 C) från att den togs från ugnen till att den träffade

29 SweCast AB 25 någon av sensorerna i fyllkammaren. Detta värde kommer från första försöket med fyllgrad 46%, se tabell 1. I försök 2, med fyllgrad 33%, hann metallen svalna med 105 C (från 700 C till 595 C), se tabell 2. I försök 3, med fyllgrad 29%, hann metallen svalna med 110 C (från 700 C till 590 C), se tabell 3. I försök 4, med fyllgrad 22%, hann metallen svalna med 75 C (från 700 C till 625 C), se tabell Försök 1 46% fyllgrad Temperatur Sensor 1 Försök Sensor 2 Försök Sensor 3 Försök :52:51 13:53:09 13:53:27 13:53:45 13:54:03 13:54:21 13:54:39 13:54:58 13:55:16 13:55:34 13:55:52 13:56:11 13:56:29 13:56:47 13:57:05 13:57:23 Tid Bild 28 Diagram över resultat från försök Försök 2 33% fyllgrad 600 Temperatur :40:13 14:40:31 14:40:49 14:41:07 14:41:25 14:41:44 14:42:02 14:42:20 14:42:38 14:42:56 14:43:14 14:43:33 14:43:51 14:44:09 14:44:28 14:44:46 Sensor 1 Försök 2 Sensor 2 Försök 2 Sensor 3 Försök 2 Tid Bild 29 Diagram över resultat från försök 2

30 SweCast AB Försök 3 29% fyllgrad Temperatur Sensor 1 Försök 3 Sensor 2 Försök 3 Sensor 3 Försök 3 15:31:36 15:31:52 15:32:08 15:32:25 15:32:41 15:32:57 15:33:13 15:33:29 15:33:45 15:34:02 15:34:18 Tid 15:34:34 15:34:50 15:35:06 15:35:22 15:35:39 15:35:55 15:36:11 Bild 30 Diagram över resultat från försök 3 Temperatur Försök 4 22% fyllgrad Sensor 1 Försök 4 Sensor 2 Försök 4 Sensor 3 Försök 4 16:07:23 16:07:40 16:07:56 16:08:11 16:08:28 16:08:44 16:08:59 16:09:17 16:09:33 16:09:50 16:10:07 16:10:22 16:10:40 16:10:56 16:11:12 16:11:28 16:11:44 16:12:00 16:12:17 Tid Bild 31 Diagram över resultat från försök 4 När metallen väl var i fyllkammaren svalnade den relativt sakta. Det som däremot var förvånande var att temperaturen hade sjunkit nästan 100 C från att den togs från ugnen till att den träffade sensorerna i fyllkammaren, se bild Detta bör undersökas ytterligare. Kan man reducera detta temperaturfall något, finns stora energibesparingar att göra för pressgjuterierna. Detta eftersom man då möjligtvis skulle kunna sänka temperaturen i ugnen med ett antal grader. Temperaturfallet kan bero på flera orsaker, men det mest påverkande bör vara att tiden då skopan går från ugn fram till fyllkammare är för lång. När metallen väl fanns i fyllkammaren höll sig metallen på relativt hög temperatur. Den sänktes bara med som högst cirka 30 C på en halv minut och som minst med 15 C. I bilaga 2 finns ytterligare diagram över hur temperaturen ändrades som funktion av tiden i fyllkammaren, se exempel i bild 32.

31 SweCast AB 27 Temperatur :53:07 13:53:12 Försök 1 - Likvidus och solidus 13:53:17 13:53:22 13:53:27 13:53:32 13:53:37 13:53:42 13:53:47 13:53:52 Tid Sensor 1 Försök 1 Sensor 2 Försök 1 Sensor 3 Försök 1 Likvidus Solidus 13:53:57 13:54:02 13:54:07 13:54:12 Bild 32 Diagrammet visar tiden till likvidus vid 575 C. De turkosa linjerna i diagrammet i bild 32 visar temperaturerna för likvidus och solidus för aluminium. Likvidus, som är den temperatur där smältan börjar stelna, är 592 C för aluminium och solidus, där metallen har stelnat helt, är 575 C. 9 DISKUSSION Dessa diagram visade att man bara har ett få antal sekunder på sig innan temperaturen når likvidus. Detta gör att när man väl gjuter detaljen i pressverktyget är det mycket troligt att en viss del är stelnad metall. Detta skulle kunna leda till sämre kvalitet på gjutgodset. Detta bör dock undersökas mer innan någon slutsats kan dras. Syftet med projektet har varit att hitta nya metoder och möjligheter till att kunna optimera cykeltiderna vid pressgjutning. I detta projekt valdes 4 viktiga faktorer ut att jobba vidare med. Detta resulterade i att simulering av första fas, cyklingssimulering, undersökning av nytt smörjmedel och temperaturmätning i fyllkammare har genomförts. I simulering av första fasen studerades endast metallens vågbildning i fyllkammaren och vilken inverkan fördröjningstid har på den. Detta arbete kommer att fortsätta i IEC (Institute Excellence Center) och utvärderas därför inte mer här. NovaCast utförde cyklingssimulering på en detalj från Husqvarna. Försöken visade på att formfyllnaden påverkar formtemperaturen under cykeln så lite i förhållande till stelnings- och avkylningsfasen att det är onödigt att köra annat än simuleringscykling av stelningen. I försöken bekräftades att det i princip inte skiljer mer än någon procent i resultat mellan ytterligheterna, men i beräkningstid skiljer det mycket.

32 SweCast AB 28 En studieresa till Acheson genomfördes för att få mer kunskap om formsmörjmedlet Liquid Powder. Fördelar lär vara mindre porositet och kan även lösa problem med att hålla verktyget tillräckligt varmt under produktion (till exempelvis vid magnesiumgjutning). Detta kommer utvärderas ytterligare hos SweCast under Test med temperaturmätning i en fyllkammare genomfördes hos SweCast. Resultatet från detta test visade att det är mycket troligt att metallen till viss del har stelnat i fyllkammaren redan innan man gjuter själva detaljen. Detta bör dock undersökas mer, eftersom dataloggern som användes inte var tillräckligt snabb. Att genomföra testet ute på ett gjuteri i produktion skulle nog ge mer tillförlitliga resultat, men för att få repeterbara test är det tänkbart att utföra samma test igen hos SweCast men med snabbare datalogger. Resultat från arbetet med dessa 4 faktorer visar ännu ingen vinst i cykeltid. Alla delar behöver testas mer innan några konkreta exempel kan ges.

33 SweCast AB REFERENSER [1] Introduktionskurs i pressgjutning 1 (Utbildningsmaterial från SweCast)

34 SweCast AB 30 BILAGA 1 MÄTRESULTAT Försök 1 Försök 2 Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Tid 1 2 Sensor 3 Tid :52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:52: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:40: , , ,

35 SweCast AB 31 13:53: , , , 14:40: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:53: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , ,

36 SweCast AB 32 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:41: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:54: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , ,

37 SweCast AB 33 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:42: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:55: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , ,

38 SweCast AB 34 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:43: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:56: , , , 14:44: , , , 13:57: , , , 14:44: , , , 13:57: , , , 14:44: , , , 13:57: , , , 14:44: , , ,