Gieten en verspanen

Metaalgieten en verspanen zijn twee veelgebruikte productietechnieken die in de automobiel-, lucht- en ruimtevaart-, elektronica- en industriële machinesector worden toegepast voor de productie van metalen onderdelen. Hoewel beide processen onderdelen opleveren, zijn er verschillende verschillen wat betreft de manier waarop het materiaal wordt gevormd, de benodigde gereedschappen, de kosten en de haalbare precisie.

Gieten is een proces waarbij gesmolten metaal in een schimmel om onderdelen te vervaardigen, en verspanen is een proces waarbij met behulp van snijgereedschap materiaal uit een massief voorwerp wordt verwijderd. In sommige toepassingen is het efficiënt om gieten en CNC-verspaning te combineren voor complexe onderdelen met nauwkeurige functionele kenmerken.

Wat is het verschil tussen gieten en verspanen?

Gieten en verspanen verschillen vooral in de manier waarop het materiaal wordt bewerkt.

Gieten versus verspanen: de belangrijkste verschillen

Hoe werken gipsverbanden?

De eerste stap bij het spuitgieten is het kiezen en smelten van een geschikt metaal of een geschikte legering. Het gesmolten materiaal wordt in een mal gegoten of gespoten die is opgebouwd rond de vorm van het onderdeel. Zodra het onderdeel is afgekoeld en gestold, wordt het uit de mal gehaald.

In het kader van dit proces kunnen nog andere bewerkingen nodig zijn, zoals het afsnijden van gietkanalen en gietgangen, reiniging, warmtebehandeling, oppervlakteafwerking, inspectie en machinale bewerking.

Hoe werkt CNC-bewerking?

Computerondersteunde productie is het proces waarbij materialen uit een massief blok materiaal worden gesneden. Het CAD-model wordt omgezet in productie-instructies, vaak via CAM-software. De CNC-machine werkt met een reeks gereedschapspaden om een vorm met de juiste kenmerken en afmetingen te creëren.

Hieronder volgen enkele veelvoorkomende CNC-bewerkingen:

• CNC-frezen: Draaiende snijgereedschappen verwijderen materiaal om vlakke oppervlakken, sleuven, uitsparingen en complexe contouren te vormen.
• CNC-draaien: Het onderdeel draait rond terwijl het in een cilindrische vorm wordt gesneden.
• Boren: Boort gaten met een roterende boor.
• Saai: Vergroot of maakt gaten schoon tot de gewenste afmetingen.
• Ruimen: Werkt gaten af om de nauwkeurigheid en de oppervlaktekwaliteit te verbeteren.

Wat is gietstukbewerking?

De giet- en bewerkingsmethode, ook wel bekend als ‘cast and machine’-productie, is een combinatie van gieten en CNC-bewerking. Het gietproces wordt gebruikt om de basisvorm van het onderdeel te creëren, terwijl bepaalde kenmerken door middel van bewerking een bepaalde oppervlakteafwerking en/of maatnauwkeurigheid krijgen.

Zo kan er bijvoorbeeld een metalen (aluminium) behuizing worden gegoten die de gehele behuizing, de ribben en de contouren omvat. Vervolgens kunnen via CNC-bewerkingsprocessen de montagevlakken, schroefgaten, lagerzittingen en andere cruciale onderdelen worden aangebracht.

Hoe verloopt het bewerkingsproces bij gietstukken?

Ontwerp van onderdelen: Ingenieurs ontwerpen het onderdeel, waarbij ze rekening houden met de gietvereisten, de bewerkingsspeling, de materiaaleigenschappen en de toleranties.

Voorbereiding van de mal: Een gietvorm wordt ontworpen op basis van het ontwerp van het onderdeel en de giettechniek.

Gieten: Gesmolten metaal wordt in een mal gegoten of gespoten en stolt daar.

Verwijdering en opruiming: Het gestolde deel wordt verwijderd en overtollig materiaal, zoals ingietkanalen, gietkanalen of bramen, wordt afgesneden.

Inspectie: Het gietstuk wordt gecontroleerd op gebreken, maatafwijkingen en geschiktheid voor bewerking.

CNC-bewerking: Belangrijke oppervlakken en onderdelen worden gefreesd, gedraaid, geboord of op een andere manier afgewerkt.

Voordelen van het combineren van gieten en verspanen

Wat zijn de vier soorten gietwerk?

Er zijn vier belangrijke giettechnieken: zandgieten, spuitgieten, precisiegieten en knijpgieten.

1. Zandgieten

Zandgieten is een proces waarbij speciaal bewerkt zand wordt gebruikt om een mal te maken. In de mal wordt een holte gecreëerd die overeenkomt met de vorm van het onderdeel. Het gesmolten metaal wordt in de holte gegoten, afgekoeld en vervolgens verwijderd door de zandmal te breken.

Belangrijkste kenmerken:

• Geschikt voor diverse metaallegeringen.
• Kan grote onderdelen en complexe vormen maken.
• Er wordt gebruikgemaakt van relatief voordelige matrijsmaterialen.
• Dit leidt doorgaans tot een minder glad oppervlak dan bij precisiegietprocessen.
• Meestal is voor elk gietstuk een nieuwe gietvorm nodig.

2. Spuitgieten

In de spuitgieten Tijdens dit proces wordt gesmolten metaal onder druk in een herbruikbare metalen mal (matrijs) geperst. Nadat het metaal is afgekoeld, gaat de matrijs open en komt het onderdeel vrij.

Belangrijkste kenmerken:

• Hoge productiesnelheden.
• Goede herhaalbaarheid bij gecontroleerde verwerking.
• Kan dunne wanden en gedetailleerde modellen maken.
• Met herbruikbare matrijzen is productie op grote schaal mogelijk.
• Het type legering dat wordt gebruikt, hangt af van de eisen die aan het gietstuk en het onderdeel worden gesteld.

Spuitgieten met warme kamer en koude kamer

3. Investeringsgieten

Gieten volgens de verloren-wasmethode, ook wel precisiegieten genoemd, is een techniek waarbij een gedetailleerde mal wordt gemaakt op basis van een wegwerpbaar wasmodel. Het model wordt gecoat en bedekt met een vuurvast materiaal, waardoor een keramische schil ontstaat.

Belangrijkste kenmerken:

• Geschikt voor complexe vormen en details.
• Het kan redelijk gladde oppervlakken produceren.
• Het kan worden gebruikt om omvangrijke productieprocessen tot een minimum te beperken.
• Geschikt voor diverse metaallegeringen.

4. Spuitgieten

Bij het persgieten worden elementen van gieten en smeden gecombineerd. Gesmolten metaal wordt in een matrijs gegoten en tijdens het stollen wordt er druk uitgeoefend.

Belangrijkste kenmerken:

• De druk blijft tijdens het stollen behouden.
• Dit proces leidt tot onderdelen met een lage porositeit.
• Het zal de mechanische eigenschappen verbeteren in vergelijking met sommige conventionele gietprocessen.
• Hiervoor zijn speciale apparatuur en een gecontroleerd verwerkingsproces nodig.
• De kosten voor de matrijzen en het proces kunnen hoger uitvallen dan bij eenvoudigere processen.

Gieten versus CNC-bewerking: welk proces moet je kiezen?

Wanneer moet je kiezen voor gieten:

• Het onderdeel is een complex onderdeel of een hol onderdeel.
• Er zijn grote hoeveelheden vergelijkbare onderdelen nodig.
• Met deze gietmethode kunnen de vereiste maat- en oppervlakte-eisen worden verkregen.
• Het materiaal en de geometrie zijn geschikt voor het proces.
• De kosten van gereedschap kunnen worden gespreid over een redelijk productievolume.

Wanneer kiest u voor CNC-bewerking:

• Het project betreft een prototype of een kleine productieserie.
• Er gelden nauwe toleranties.
• Het ontwerp kan in de loop van de ontwikkeling nog worden aangepast.
• Het onderdeel moet voorzien zijn van nauwkeurige gaten, sleuven, schroefdraad of pasvlakken.
• Het onderdeel kan worden vervaardigd uit materiaal uit de bestaande voorraad, tegen lage productiekosten.

Wanneer is een gecombineerd proces geschikt?

Voor onderdelen met een complexe algemene vorm, maar waarvoor nauwkeurige functionele kenmerken vereist zijn, kan productie door middel van gieten en verspanen geschikt zijn.

Een pomphuis voor industrieel gebruik kan bijvoorbeeld worden gegoten om het hoofdhuis en de interne kanalen te vormen. Vervolgens kan CNC-bewerking worden ingezet voor de eindafwerking van vlakken, gaten in de assen en afdichtingsvlakken. Hierdoor kan de hoeveelheid freeswerk uit massief materiaal tot een minimum worden beperkt, terwijl de precisie op de plaatsen waar dat nodig is, toch gewaarborgd blijft.

Is CNC-werk zwaar?

CNC-bewerking is niet bijzonder moeilijk, maar de moeilijkheidsgraad hangt af van de opdracht, de machines, de complexiteit van de onderdelen en de verantwoordelijkheid. De verschillende mensen die bij een CNC-bewerking betrokken zijn – zoals instellers, programmeurs en productie-ingenieurs – moeten over verschillende vaardigheden beschikken.

• Blauwdrukken lezen: Technische tekeningen, afmetingen, toleranties en geometrische specificaties lezen.
• Meting: Afmetingen controleren met behulp van schuifmaten, micrometers, meetinstrumenten en inspectiegereedschap.
• Bediening van de machine: Werkstukken laden, gereedschap selecteren, cycli in de gaten houden en veiligheidsprocedures naleven.
• Kennis van gereedschap: Kennis van snijgereedschappen, gereedschapsslijtage, werkstukopspanning en bewerkingsparameters.
• Programmeren: Het opstellen of aanpassen van CNC-programma’s (G-code of CAM-software), al naar gelang de situatie.

Wat maakt CNC-bewerking zo uitdagend?

Bij CNC-bewerking gaat het niet alleen om het bedienen van een machine. Werknemers moeten zich bewust zijn van de invloed van materiaaleigenschappen, snijkrachten, gereedschapsgeometrie, machinestijfheid en bewerkingsparameters op het eindproduct.

Typische problemen zijn onder meer nauwe toleranties, het kiezen van het juiste gereedschap, het voorkomen van trillingen en overmatige slijtage van het gereedschap, het nauwkeurig opspannen van de werkstukken, het oplossen van problemen met de oppervlakteafwerking en veiligheidsprocedures.

Veelvoorkomende gietfouten en de rol van mechanische bewerking

Gietfouten kunnen van invloed zijn op de afmetingen, het uiterlijk of de mechanische prestaties van een onderdeel. Het opsporen en beheersen van deze fouten vormt een belangrijk onderdeel van de productiekwaliteit.

Met CNC-bewerking kunnen bepaalde maatafwijkingen worden gecorrigeerd en oppervlakken worden verfijnd, maar interne defecten kunnen hiermee niet automatisch worden verholpen en de aangetaste materiaalintegriteit kan hiermee niet worden hersteld.

Hoe u de kosten bij gietwerk en CNC-bewerking kunt verlagen

De productiekosten zijn afhankelijk van het ontwerp van het onderdeel, het materiaal, het productievolume, de matrijzen, de bewerkingstijd en de kwaliteitseisen. Hieronder volgen enkele voorbeelden van maatregelen die kunnen helpen de kosten te beheersen:

• Kies het proces in een vroeg stadium: Beoordeel het gietwerk, de verspaningsbewerkingen en de gecombineerde productie tijdens de ontwerpfase.
• Bespreek de materiaalbehoeften: Kies een legering op basis van de mechanische eisen, de bedrijfsomstandigheden en de verwerkbaarheid.
• Maak meetkunde niet onnodig ingewikkeld; vereenvoudig het zoveel mogelijk, zolang de functionaliteit maar behouden blijft.
• Gebruik functionele toleranties: Pas strakke toleranties alleen toe waar dat nodig is.
• Ontwerp-bewerkingstoleranties: Zorg ervoor dat er voldoende voorraad is van de gietoppervlakken die moeten worden afgewerkt.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen gieten en verspanen?

Verspaning is een proces waarbij met behulp van snijgereedschap materiaal uit een massief werkstuk wordt verwijderd, terwijl bij spuitgieten gesmolten metaal in een matrijs wordt gegoten. Het spuitgietproces wordt vaak toegepast voor complexe vormen en grote productievolumes, terwijl verspaning doorgaans de voorkeur geniet voor precisiedetails en flexibele productie.

Wat is een gietmachine?

Giet- en bewerkingstechniek, ook wel bekend als “cast and machine”-productie, is een combinatie van gieten en CNC-bewerking. De basisvorm wordt vervaardigd door middel van gieten, terwijl kritische afmetingen, gaten, oppervlakken en functionele kenmerken worden gerealiseerd door middel van bewerking.

Is CNC-bewerking een zwaar karwei?

CNC-bewerking is een uitdagende aangelegenheid, omdat je hiervoor kennis moet hebben van technische tekeningen, metingen, het bedienen van machines, gereedschappen en, in sommige gevallen, programmeren. Technische opleidingen en praktijkervaring onder begeleiding zijn een goede manier voor beginners om het vak onder de knie te krijgen.

Is gieten goedkoper dan CNC-bewerking?

Spuitgieten kan voordeliger zijn voor geschikte productie in grote volumes, omdat de kosten van de matrijzen over een groot aantal onderdelen worden verdeeld. CNC-bewerking kan kosteneffectiever zijn voor prototypes, kleine series of onderdelen die een hoge precisie vereisen. Het optimale proces hangt af van de eisen die aan het onderdeel worden gesteld en het productievolume.

Kunnen gegoten onderdelen met CNC worden bewerkt?

Ja. Nauwkeurige afmetingen van onderdelen, oppervlakteafwerking en precisie-elementen zoals gaten, schroefdraad, lagerzittingen en bevestigingsvlakken worden doorgaans verkregen door middel van CNC-bewerking van gegoten onderdelen.

Wat is de beste opnametechniek om gedetailleerde informatie vast te leggen?

Giettechniek wordt doorgaans toegepast bij complexe geometrieën en fijne details. Dit hangt af van het materiaal, de afmetingen van het onderdeel, het ontwerp, de toleranties en de productiehoeveelheid.

Conclusie

Gieten en CNC-bewerking zijn beide essentieel in de metaalproductie, maar werken op verschillende manieren. Bij gieten wordt gesmolten metaal in een mal gegoten, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan complexe vormen en productieprocessen.

CNC-bewerking is een bewerkingsmethode waarbij een massief materiaal wordt gesneden of gevormd tot de gewenste vorm en afmetingen. Elk van de volgende gietmethoden heeft zijn eigen voor- en nadelen: zandgieten, precisiegieten en squeeze-gieten.

Giet- en machinale bewerking kunnen gecombineerd worden om bij onderdelen met complexe geometrieën en hoge precisie van beide technieken te profiteren. Bij de juiste keuze moet rekening worden gehouden met de geometrie, het materiaal, de toleranties, de oppervlakteafwerking, de productiehoeveelheid, de kwaliteitseisen en de totale kosten.