Zandanalyse

Met de tong voelen…

Deze techniek werd door ervaren vormmeesters gebruikt om te bepalen of het gebruikte vormmateriaal de juiste consistentie had. Inmiddels is de techniek iets verder ontwikkeld, maar het probleem blijft hetzelfde: een van de belangrijkste eigenschappen van een natte gietvorm is de stevigheid, want elke vorm wordt bij het verwijderen van het model, het plaatsen van de kernen, bij het gieten, maar ook bij andere handelingen blootgesteld aan verschillende mechanische belastingen en moet toch zijn geometrie betrouwbaar stabiel houden.

Het bentonietgebonden vormzand moet aan deze eisen voldoen – het moet (net als een sneeuwbal) nat genoeg zijn om vormbaar te zijn, maar het moet ook zo droog zijn dat het niet aan het model blijft kleven en afbreekt. Het moet fijnkorrelig genoeg zijn om een gelijkmatig oppervlak te creëren, maar het mag niet zo fijnkorrelig zijn dat het geen grote zandvolumes meer stabiel kan vormen (“balkstof”) – dit vormt weliswaar een mooi glad oppervlak (en wordt graag gebruikt in kunstgieten), maar maakt geautomatiseerde machinale productie voor machinaal gevormde gietstukken onmogelijk.

Kernpaket für ein Motorgehäuse aus duktilem Gussisen mit Kugelgraphit in der Maschinenformerei für Baufahrzeug.
Nach der Kernfertigung von Sandkern aus Cold-Box-Sand müssen die Sandkerne trocknen, um eine für den Abguss geeignete Feuchtigkeit aufzuweisen.

Het zandoppervlak moet dicht genoeg zijn om vormbaar te blijven (waterstofgehalte), maar het moet gasdoorlatend blijven om gas dat in het holle volume is opgesloten te laten ontsnappen wanneer de smeltstroom binnenstroomt.

Om deze veelzijdige en vaak tegenstrijdige eigenschappen onder controle te houden, zijn in de loop der jaren een aantal verschillende parameters gedefinieerd die via gestandaardiseerde tests met genormeerde proefstukken de weerstand tegen de verschillende belastingen beschrijven.

Ons doel met behulp van zandanalyse

Het doel van alle analyses is het regelen van het vormmateriaal, d.w.z. het compenseren van de onvermijdelijke schommelingen in de samenstelling van het vormmateriaal en daarmee in de eigenschappen van het vormmateriaal. Er wordt een combinatie van online regelkringen (bijv. voor het regelen van de waterdosering) en laboratoriumanalyses gebruikt voor langdurige monitoring in combinatie met langetermijnmeetwaarden van de installatie. Dit alleen is echter nog niet voldoende voor een bevredigende regeling van de vormstofkwaliteit. Er is altijd een permanente controle van de vormstofparameters vanuit het zandlaboratorium nodig om schommelingen te compenseren en op lange termijn de beoogde vormstofsamenstelling te handhaven.

Gleichmäßige Größenverteilung im Formsand gewährleistet eine hohe Fertigungsqualität in einer Eisengiesserei für anspruchsvolle Komponenten.
Formsand für eine Probe der Zugfestigkeit des Sandes wird in den Probenkörper eingefüllt

Voortdurende controle van de vormstofparameters

Om deze onvermijdelijke schommelingen te compenseren, is het wenselijk om elke afzonderlijke partij te beoordelen, bijvoorbeeld om bij de vormstofbereiding in de menger de juiste actuele toevoegingshoeveelheden water, bentoniet en glanskolenvormers te bepalen.

Er worden gestandaardiseerde ronde proefstukken (diameter 50 mm, verdicht met drie rammen volgens VDG-informatieblad P 38) vervaardigd, die aan verschillende tests worden onderworpen.

Gestandaardiseerde ronde proefstukken – 50 mm

  • Om de gasdoorlaatbaarheid te testen, blijft het proefstuk in een buis, waarbij wordt gemeten hoeveel lucht er bij een bepaalde druk door het vormmateriaal gaat.
  • Het watergehalte wordt bepaald aan de hand van het gewichtsverlies bij het drogen van een monster in de oven.
  • De korrelgrootte en korrelverdeling binnen het vormmateriaal worden bepaald door middel van zeefanalyse.
  • De druksterkte wordt gecontroleerd met een ramapparaat en de afschuif-, splijt- en natte treksterkte worden in hetzelfde apparaat gemeten met behulp van verwisselbare opnameplaten.
  • De vormvastheidstest wordt uitgevoerd als een wegloze krachtmeting. De gemeten kracht komt overeen met de indringingsweerstand als maat voor de vormvastheid (vergelijkbaar met de hardheidsmetingen voor metalen materialen).
Der Anteil Bentonit im Formsand wird im Sandlabor einer Maschinengiesserei für Grauguss und Sphäroguss täglich überprüft

Alleen het geheel van de beschreven tests geeft een betrouwbaar beeld van het complexe systeem van vormmateriaal, dat voortdurend van samenstelling verandert, afhankelijk van hoeveel “verbrand” vormzand uit de randlaag tussen het gietstuk en de natte zandvorm na het legen van de gietvorm wordt uitgezeefd en hoeveel vers kernzand via de gebruikte kernen wordt toegevoerd.

De complexiteit is essentieel

Het gegoten materiaal is daarbij niet relevant – of het nu gaat om nodulair gietijzer of Ni-Resist – essentieel is de complexiteit van de onderdelen: pomphuizen brengen veel vers kernzand met zich mee, terwijl asbruggen of ook wielen bijna zonder kernen kunnen. Alleen al het gegoten productassortiment of ook de mix van branches beïnvloedt dus de vormstofcyclus.

Interne QS is doorslaggevend

Ook deze voorbeelden geven een idee van de totale problematiek rond kwaliteit; vrijwel geen van de invloedsfactoren kan afzonderlijk worden bekeken. Het ene radertje moet in het andere passen – pas wanneer procesbegeleidende controles en doorlopende directe kwaliteitscontroles van de afzonderlijke onderdelen (ZFP of destructieve controles) in elkaar grijpen, kunnen er gegarandeerd “goede” componenten van gietijzer worden geproduceerd in een machinevormproces, want kwaliteit is onze maatstaf!