støbning

Plaststøbning er ikke egentlig støbning, men plast kan formgives ved metoder, der minder om støbning og også benævnes som sådan. Ved rotationsformning eller rotationsstøbning anvendes en lukket form af metal. Den kolde form påfyldes pulverformet termoplast og sættes i langsom rotation om to akser samtidig. Under rotationen vil pulveret komme i berøring med hele formens indre overflade. Formen opvarmes nu udefra, normalt med varm luft, indtil alt pulver har sat sig på de varme overflader og er sintret sammen. Formen afkøles, og emnet udtages. Det færdige emne er hult, og godstykkelsen bestemmes af mængden af tilsat pulver. En anden form for plaststøbning er sprøjtestøbning, hvor plastmassen under stort tryk sprøjtes ind i formhulrummet.

Stort set alle brugsmetaller kan støbes, nogle kræver dog meget kompliceret og dyrt udstyr. En undtagelse er wolfram, som pga. det høje smeltepunkt (3410 °C) ikke kan håndteres som smelte. Wolframemner fremstilles derfor ved en pulvermetallurgisk metode.

De to store hovedgrupper inden for støbning er blokgods og formgods. Blokgods er massive emner fremstillet mhp. senere formgivning ved valsning eller smedning. Formgods er emner, der ved støbning har fået en form, der enten kan anvendes direkte eller efter spåntagende bearbejdning. Formgods er det, man normalt forstår ved støbegods.

Støbeforme kan enten være engangsforme, normalt fremstillet af sand, eller forme til fortsat anvendelse, oftest fremstillet af metal (se kokillestøbning). Sandforme kan fremstilles ud fra en model, som kan deles på midten, således at formen består af to formkasser, der udgør over- og underdelen af den samlede støbeform. Skal der være hulrum i det færdige støbegods, kan der i formhulrummet lægges kerner af sand tilsat bindemiddel. Til små og middelstore emner bruges vådt sand. Sandet, som har et vist lerindhold, blandes med noget kulmel og evt. bindemidler. Overfladen af formhulrummet pensles eller oversprøjtes med en opslæmning af koksmel, hvorefter der støbes i den endnu fugtige form. Afhængigt af seriestørrelse kan formene fremstilles som håndarbejde, vha. hjælpemaskiner eller i fuldautomatiske formstøbemaskiner.

Ved store emner bruges forme af tørt sand, også kaldet hærdet sand, der er sand tilsat et bindemiddel. Tørsandsforme bruges til praktisk taget alle typer metal med undtagelse af de mest kemisk aktive som titan og magnesium, hvor der bruges sand af speciel kemisk sammensætning, ofte en kemisk forbindelse af det pågældende metal og ilt.

Ved voksudsmeltningsmetoden fremstilles en engangsmodel i voks, fx bivoks. Modellen pakkes ind i et passende formmateriale, fx ler eller porcelænsmasse, og ved opvarmning udsmeltes vokset, hvorefter formen hærder. Der udstøbes ofte i den varme form umiddelbart efter hærdningen. Voksudsmeltningsmetoden har den fordel, at modellen ikke skal fjernes mekanisk, hvilket giver en større frihed mht. modellens udformning. Metoden bruges bl.a. til tandplomber, guldsmedeartikler og skulpturer.

Ved en nyere metode, som minder om voksudsmeltningsmetoden, fremstilles modellen, der kan være sammensat af mange enkeltdele, af skum med lav rumvægt. Modellen pakkes i sand og brænder bort ved kontakt med smelten.

Ved kokillestøbning bruges forme af metal. Inden støbningen påføres kokillen et lag sværte indvendig for dels at beskytte kokillemetallet mod direkte kontakt med støbemetallet, dels at få støbemetallet til at flyde lettere og derved bedre udfylde kokillen. Ved at anvende forskellige sværter på de enkelte områder kan man ændre varmeovergangen og dermed styre afkølingsforløbet. Da metal har bedre varmeledning end sand, kan varmen bortledes hurtigere i kokiller end i sandforme. Den hurtigere størkning giver alt andet lige en mere finkornet struktur i støbegodset og dermed bedre mekaniske egenskaber. Ved store godstykkelser fordeler kokillen også varmen, og ved at gøre kokillen tung i forhold til støbegodset kan man holde kokilletemperaturen moderat og undgå for store temperatursvingninger. Det betyder, at kokillen evt. kan laves af et metal med lavere smeltepunkt end støbemetallet.

Til udstøbning af barrer bruges simple åbne kokiller i endeløse bånd, ofte med automatisk ihældning og udslagning. Til formgods kan der være tale om endog meget komplicerede forme sammensat af mange dele. Kokiller er ofte udstyret til automatisk udtagning af det støbte emne, hvor udstødere kan styre og understøtte emnet under afformningen.

Ved centrifugalstøbning anvendes en cylindrisk kokille, der roterer under støbningen; det bruges fx til fremstilling af cylindere til forbrændingsmotorer.

Ved strengstøbning fremstilles uendelig lange stænger med god kvalitet, god homogenitet og meget lidt spild. Metoden bruges til fremstilling af udgangsmateriale til valsning og smedning og til stangmateriale til spåntagende bearbejdning.

Påfyldningen af smelte foregik tidligere ved håndkraft ved at hælde smelten enten direkte ind i formhulrummet eller gennem en indløbskanal til det laveste punkt i formhulrummet. Princippet anvendes stadig, men ofte mekaniseret i forskellig grad. Ved automatisk støbning kan man ved laserstyring konstatere, når formen er fyldt, så spild af smelte undgås.

Ved slyngstøbning anbringes formen i en fjedermekanisme, som, når fjederen udløses, vil udsætte formen for en kraftig acceleration, der ender i en rotation. Denne bevægelse gør, at smelten fra et forkammer vil fylde hele formen under et betydeligt tryk, hvilket giver tæt gods, fordi eventuelle luftbobler komprimeres. Metoden anvendes til guldsmede- og tandlægeartikler, kirurgiske implantater og blæserhjul til turboladere.

Ved kokillestøbning kan formen fyldes ved, at smelten suges op i formen eller pumpes ind ved et passende tryk. Ved aluminium, zink og andre metaller med moderat smeltepunkt kan smelten pumpes ind af en stempelpumpe. Der kan derved opnås fylde- og holdetryk under størkning på op til 150 MPa. Trykstøbning giver snævre tolerancer, så efterbearbejdning normalt ikke er nødvendig. Til gengæld kan emnerne ikke varmebehandles, idet de komprimerede luftblærer nær overfladen så vil svulme op og give knopper.

Når metaller størkner, vil der for de flestes vedkommende ske en volumenformindskelse på 4-7%. Da en smelte størkner først langs overflader, vil restsmelten blive indesluttet i en skal af størknet metal. Når denne restsmelte senere størkner, bevirker volumenændringen, at der opstår lufttomme hulrum, såkaldte lunker. De vil findes et stykke under overfladen i de øverste dele af emnet og vil nedsætte de mekaniske egenskaber af støbegodset. For at undgå lunker må man sørge for, at der kan tilføres supplerende smelte under størkningen, og at afkølingen sker på en sådan måde, at størkningsfronten bevæger sig nedefra og opefter. Derved vil der være et enkelt eller nogle få områder øverst i emnet, hvor den sidste størkning finder sted. Her skal modellen være udformet med nogle ekstra klumper, efterfødere, hvorigennem der kan tilføres supplerende smelte til at kompensere for størkningssvindet. Efter størkning fjernes efterføderne fra godset og gensmeltes.

Når formen er fyldt med smelte, og den yderste skal er størknet, er den endelige størrelse af emnet bestemt. Når emnet derefter afkøles til stuetemperatur, vil det trække sig yderligere sammen. Dette støbesvind er for de industrielt anvendte legeringer på 1-2,5% i alle retninger. Der kan kompenseres for dette ved at lave modellen eller formhulrummet så meget for stort, at det færdige emne netop holder målet.

Der er en række andre forhold, der kan give anledning til fejl i støbegodset og dermed kassation. Hvis der er noget, der forhindrer sammentrækningen af godset, fx at et langt emne er forankret i begge ender, vil der opstå varmrevner. Ved sandstøbning klares det ofte, ved at sandet er af så tilpas dårlig kvalitet, at bindemidlet nedbrydes ved støbevarmen. Ved kokillestøbning udtages emnet ved en passende høj temperatur, inden sammentrækningen finder sted.

I bronzealderen, ca. 1500 f.Kr., foregik praktisk taget al formgivning ved støbning. Efterbehandlingen kunne indbefatte ciselering med bronzeværktøj, knive blev skærpet ved overhamring, og enkeltdele kunne samles ved nitning. Støbeteknikken kunne være ret avanceret. Bronzealderens musikinstrument, luren, blev således støbt sektionsvis ved voksudsmeltningsmetoden, og de enkelte sektioner blev samlet ved støbning.

Op gennem tiderne har støbning stedse været af stor betydning, og mange forskellige varegrupper er i perioder fremstillet ved denne teknik. Kander, tallerkener og lignende blev støbt i tin og bly af kandestøbere, og dørhåndtag, ventiler og andre brugsting i messing, rødgods og bronze blev fremstillet af gørtlere. Støbejern har været anvendt til kanoner, komfurer, gryder, lysmaster, broer, vinduesrammer og meget andet.

I 1900-t. blev der udviklet andre sammenføjningsteknikker som limning, lodning og svejsning. Det har gjort det økonomisk fordelagtigt at erstatte støbning med emner sammensat af bl.a. pladedele og smedede emner, eller at støbte detaljer indgår i større svejste eller loddede konstruktioner. På den anden side har moderne computerteknologi muliggjort modelberegninger, så man kan simulere formfyldning og størkningsforløb. Det har givet en rivende udvikling hen imod støbning af langt mere komplicerede og store emner end tidligere, ofte i meget store styktal. Det gælder bl.a. pumpehuse og -hjul, motorblokke, stel til værktøjsmaskiner og store løberinge til cementovne, der alle er sandstøbte. Af kokillestøbte emner kan nævnes karburatorer til biler, monteringsrammer til håndmiksere, tandhjul og kikkertstel. Inden offsetteknikken til avisfremstilling trængte frem, blev en avis fremstillet ved, at man på sættemaskinen skrev dagens udgave vha. løse typer, fremstillet ved kokillestøbning. Med denne sats fik man negativaftryk i en art pap, som blev brugt som støbeform til at fremstille en tryksats til en hel avisside i ét stykke, velegnet til montering i en roterende trykpresse.