16.1 Slungrensning

Slungrensning är den dominerande metoden för borttagning av kvarblivna form- och kärnmassor. Vid slungrensning förs rensmedlet in i centrum av ett roterande hjul med radiellt placerade skovlar. Rensmedlet slungas sedan ut mot gjutgodset.

Skriv ut
Innehållsförteckning

    16.1.1 Översikt och Slungrensmedel

    16.1.1.1 Översikt

    Efter gjutningen återstår ett stort arbete innan gjutgodset är färdigt för leverans. Detta arbete utförs i gjuteriets renseri eller, som det också ofta kallas, efterbehandlingsavdelning.

    Rensningen av gjutgodset, eller efterbehandlingen, omfattar flera moment där både produktionstekniska och arbetsmiljömässiga utmaningar finns. Utvecklingen av renseriet har gått långsammare framåt när man jämför med utvecklingen inom flera andra avdelningar i gjuteriet. Människans förmåga att lösa problem med olika gjutgodsgeometrier har visat sig vara svårt att konkurrera mot. Framsteg görs och numera så finns det numeriskt styrda automatiska rensningsmaskiner ute på marknaden vilket ger väldigt stora arbetsmiljömässiga vinster. Som ett led i att minska behovet av rensning, arbetar man i gjuterierna allt större utsträckning åt rensningsförebyggande åtgärder under konstruktionsfasen och den inledande produktionen. Som generell regel kan man säga att den bästa rensningsmetoden är den som inte behöver användas. I praktiken betyder det att man utvecklar produktionsprocessen för att minska behovet av rensningsåtgärder.

    Åtgärderna skildras mer ingående kommande delkapitel.

    En fortsatt utveckling är att vänta på renseriområdet och inte enbart för att förbättra arbetsmiljön. Det handlar också om de stora kostnader som härrör till rensningen som uppgår till 10 – 30 procent av gjutgodsets totala förädlingsvärde. För stålgjutgods kan kostnaderna bli ännu högre.

    De operationer, som utförs i gjuteriernas renserier kan indelas i följande sex huvudgrupper:

    1. Borttagning av kärn- och formmassor. Detta behandlas i avsnitten 16.2 (slungrensning), 16.3 (fristråleblästring) och 16.4 (övriga metoder).
    2. Avlägsnande av ingjutningsystem och matare. Detta behandlas i avsnitt 16.5.
    3. Avlägsnande av oavsiktligt tillkommet material, till exempel grader och vissa typer av gjutgodsfel. Detta behandlas i avsnitt 16.6
    4. Lagning, till exempel svetslagning av porer eller sugningar.
    5. Kontroll, värmebehandling och ytbehandling.
    6. Hantering och transport av gods.

    Operationerna inom grupperna 4 – 6 är ej typiskt gjuteritekniska och behandlas därför inte närmare på denna sajt.

    Rensning riskerar att påverka den yttre miljön genom utsläpp av stoft. Läs mer om detta i kapitel 20.4.Vid rensning med handhållna verktyg är det viktigt att se över de risker som finns för arbetsmiljön vad gäller vibrationer. Läs mer om detta i kapitel 19.1.2.

    Metoden benämns ofta även blästring, vilket också är helt korrekt. Begreppet blästring innefattar dock även andra metoder, där någon typ av rensmedel ges en hög hastighet med exempelvis tryckluft och ”kastas” mot den detalj som skall rensas. Fristråleblästring som beskrivs i avsnitt 16.3 är ett exempel på en sådan metod.

    Figur 1. Slungrensningsprincipen. Tvärsnitt av ett slunghjul (DISA).

    Vid slungrensning kan skovelhjulet vara utformat på flera olika sätt. Det kan exempelvis vara enskivigt med två, fyra eller åtta skovlar på ena sidan eller tvåskivigt med mellanliggande fyra eller åtta skovlar. Vissa tillverkare har ojämnt antal skovlar. Skälet till detta är att minska risken för obalans i slunghjulet. Det kan till och med vara enskivigt med skovlar på båda sidor. Alla dessa typer av skovelhjul har olika effekt och verkningsgrader. I vissa fall kan slunghjulets rotationsriktning ändras varigenom användningsområdet utökas.

    Figur 2. Genom omkastning av slunghjulets rotationsriktning utökas användningsområdet (DISA).

    I de flesta hjul låter man rensmedlet rinna ner av sin egen tyngd till hjulets centrum, där det ges en föracceleration i en fördelare. Runt denna finns sedan en inmatningsdel med en öppning för att släppa ut rensmedlet i en viss riktning. Inmatningsdelen står stilla. Utanför inmatningsdelen roterar själva slunghjulet med sina skovlar. Dessa uppfångar rensmedlet, när detta kommer ut genom öppningen i fördelaren. Skovlarna roterar med högt varvtal och rensmedlet accelereras av dessa upp till hög hastighet, glider mot dessa och slungas sedan mot gjutgodset. Hastigheten hos slungrensmedlet kan vara över 100 meter i sekunden när det träffar godset. Normalt är hastigheten mellan 60 och 100 meter i sekunden.

    Efter det att slungrensmedlet träffat gjutgodset samlas medlet upp och renas från sand. Normalt sker detta genom en kombination av magnetavskiljare och vindsiktar. Slungrenskammaren måste vara väl ventilerad för att inget damm skall spridas ut i omgivande lokaler när kammaren öppnas. I förhållande till omgivande lokal ska det vara ett undertryck i kammaren. Ofta är ventilationssystemet försett med en separat stoftavskiljare.

    Man kan reglera effekten genom att släppa ner mer eller mindre rensmedel och man kan välja olika motorstyrkor för drivning av slunghjulet. Reglering kan även ske genom att variera slunghjulets varvtal.

    Slunghjulet har en mycket stor effekt i relation till motorstyrkan om man jämför med fristråleblästring (se avsnitt 16.3). Slitaget i en slungrensmaskin är ganska kraftigt men kan minskas genom användning av speciella material i utsatta delar.

    Det är av största vikt att ventilations och vindsikt/stoftavskiljare är i god kondition. För hög dammhalt i slungrensmaterialet ger ett högre slitage på slungrensmaskinen.

    Hela slunghjulet med undantag för utloppssidan är omgivet av ett kraftigt hus, vilket invändigt är klätt med slitskydd. Slunghjulet byggs i regel i olika standardstorlekar, där diameter, bredd på skovlar samt motorstyrka är nominella enheter. Man brukar ofta ange hur många kilo rensmedel som kan passera ett hjul per minut. Effekten från ett slunghjul omfattar rensmedlets mängd och hastighet, vilken påverkas av slunghjulets rotationshastighet och motorstyrka. Man kan ha ett slunghjul med liten motorstyrka och stor rensmedelsmängd med låg utgångshastighet eller också kan man ha ett slunghjul med stor motorstyrka, relativt liten rensmedelsmängd med hög utgångshastighet. Motorstyrkan är proportionell mot rensmedelsmängdens vikt och dess hastighet i kvadrat. Naturligtvis kommer olika hjulkonstruktioners verkningsgrad in i figuren.

    Slungrensning är en mycket effektiv metod. Som exempel kan nämnas att ett slunghjul med en motor på ungefär 7 kW rensar cirka 80 kvadratmeter plåt per timme. Eftersom slunghjulet kastar ut mycket rensmedel och gör detta med hög hastighet blir alla ytor kraftigt bearbetade. Alla ytbeläggningar kan i regel utan svårighet avlägsnas. Strålen är så kraftig att man får se upp så att tunnväggigt gjutgods inte deformeras.

    Slunghjul finns med möjlig rensmedelsmängd per minut i området 175 till 1 300 kilo. Motsvarande motorstyrkor är 4 till 110 kW per hjul. Slunghjulen konstrueras för en viss effekt, och inom vissa gränser kan rensmedelsmängd och motorstyrka variera.

    16.1.1.2 Slungrensmedel

    Som rensmedel i järn- och stålgjuterier är Steel Shot, Steel Grit och trådklipp de vanligaste. I aluminiumgjuterier är aluminiumgranulat, Steel Shot och rostfritt material vanligast.

    Figur 3. Exempel på slungrensmedel. Till vänster Steel Shot och till höger Steel Grit (Erwin Amasteel).

    Steel Shot

    Steel Shot är den vanligaste rensmedelstypen vid slungrensning och är speciellt lämplig där en hamrande effekt önskas. Rensmedlet erhålls som granulat genom att en övereutektioidsk stålsmälta besprutas med vatten eller luft vid tappningen. Granulatet är relativt runt och materialet siktas och värmebehandlas innan det går ut till kund. Hårdheten ligger vanligen mellan 40 och 50 HRC och kolhalten mellan 0,85 och 1,2 procent. Svavel- och fosforhalterna bör vara lägsta möjliga, max 0,05 procent. För gjutjärn är de vanligaste siktstorlekarna S.390 och S.460 vilket ger en nominell diameter på 1,0 respektive 1,2 mm. För lättmetallgjutgods används vanligen siktstorleken S.230 (0,6 mm) och för stålgjutgods S.550 (1,4 mm).

    Steel Grit

    Steel Grit är ett kantigt slungrensmedel, som framställs genom krossning av stora runda granuler. Efter krossning siktas och värmebehandlas materialet. Det finns i flera olika hårdhets- och siktklasser. Hårdheten ligger vanligen mellan 49 och 66 HRC. Den kemiska sammansättningen är ungefär densamma som hos Steel Shot. Materialet är främst avsett för rensningsoperationer där en skärande effekt krävs eller då en speciell ytprofil önskas.

    Trådklipp

    Trådklipp har cylindrisk form och är det mest förädlade och dyraste slungrensmedlet. Framställning sker genom att kalldragen ståltråd klipps till längder lika med diametern. Hållfastheten ligger mellan 1 000 och 1 200 N/mm2. Kolhalten är normalt mellan 0,4 och 0,8 procent. En högre kolhalt ger högre hållfasthet. Svavel- och fosforhalterna bör vara låga. Om det föreligger risk för korrosion kan rostfritt trådklipp användas.

    Att använda trådklipp är ovanligt inom gjuteriindustrin. Det är mer vanligt förekommande inom annan tillverkningsindustri och används bland annat vid slungrensning av glödskal på valsad plåt.

    16.1.3 Val av rensmedel

    Det är svårt att göra ett optimalt val rensmedel då flera faktorer spelar in. Många gånger är det godset som ska rensas eller typ av slungrensmaskin som finns hos företaget som får fälla avgörandet.

    Alltför ofta spelar priset på rensmedlet en avgörande roll. Ett vanligt argument för att välja ett billigt rensmedel är att spillet är stort. Med spill avses rensmedel, som följer med gjutgodset och inte tas till vara, samt rensmedel, som kastas ut från slungrensmaskinen utan att återföras. Generellt sett ligger ofta den lägsta totalkostnaden vid användning av ett dyrare material i kombination med ett avskiljningssystem, som sköts enligt anvisningar. Anledning till att det som är dyrt blir billigast i längden är att dyrare rensmedlen ofta har en högre och jämnare kvalitet.

    Vid val av slungrensmedel bör tre kriterier speciellt beaktas, nämligen rensmedlets:

    • Kornstorlek
    • Driftsblandning
    • Hårdhet

    Kornstorlek

    Genom valet av kornstorlek påverkar man rensningsresultatet, det vill säga exempelvis ytprofil, rensningsgrad och rensningstid. Ju större ett korn är, desto större kinetisk energi erhåller det. Ju mindre ett korn är, desto fler korn erhålls per viktenhet, vilket innebär en bättre så kallad övertäckning.

    Eftersom övertäckningsgraden bestämmer rensningstiden bör man välja en kornstorlek som är så liten som möjlig men som ändå kan ge tillräcklig kinetisk energi för att rengöra det aktuella gjutstycket.

    Driftsblandning

    En så kallad driftsblandning består av en blandning av stora och små korn. Alltför stora korn ger hög kinetisk energi men dålig övertäckning. För små korn ger god övertäckning men låg kinetisk energi. Driftsblandningen skapas genom förslitning av kornen i kombination med maskinens avskiljningssystem. När kornen nått en viss minimistorlek avskiljs dessa och sugs till föravskiljare och filter.

    Figur 4. Olika driftsblandningar.

    En bra driftsblandning med en nominell kornstorlek på exempelvis 1,2 mm bör se ut enligt figuren nedan. Speciell bör observeras relationen mellan – hur många kornen i varje storleksklass är och hur mycket de väger.

    Figur 5. Exempel på en lämplig driftsblandning med nominella kornstorleken 1,2 mm.

    Hårdhet

    Rensmedlets hårdhet har en avgörande betydelse för rensningsarbetet men också för hur mycket rensmedlet i sig förslits. När kornen matas genom ett slunghjul erhåller dessa som nämnts tidigare en hög hastighet och därmed också ett högt innehåll av kinetisk energi. Hur stor den energin är beror på kornens massa, slunghjulets diameter, varvtal och utformning. Den kinetiska energin förbrukas på olika sätt. En del går åt till att deformera arbetsytan och gör alltså ett nyttigt arbete. En annan del går däremot åt till att deformera själva renskornet och uträttar följaktligen inget nyttigt arbete. Ju hårdare ett korn är, desto mer energi används för själva rensningsarbetet. Samtidigt minskar dock livslängden hos kornet. Figuren nedan visar ett exempel på hur livslängden förhåller sig till hårdheten. Området mellan 46 och 51 HRC har visat sig ge ett optimalt resultat i förhållande till ekonomin.

    Figur 6. Kornens livslängd i förhållande till hårdheten.

    16.1.4 Kontinuerligt arbetande slungrensmaskiner

    Slungrensmaskiner kan vara utformade på olika sätt. De indelas i två kategorier, antingen är de kontinuerligt arbetande eller satsvis arbetande. Här presenteras de kontinuerligt arbetande maskinerna.

    I många gjuterier utgör renseriet en flaskhals i produktionen. Installation av kontinuerligt arbetande slungrensmaskiner kan i gjuterier som tillverkar gods i stora serier vara ett sätt att vidga flaskhalsen och få ett bättre flöde.

    Figur 7. Integrerad kontinuerlig slungrensning av gjutgodset i ett seriegjuteri.

    Ett exempel på kontinuerligt arbetande slungrensmaskin visas i figuren nedan. Denna maskin som har formen av en roterande, svagt lutande trumma är lämplig att installera i linje med helautomatiska produktionsenheter omedelbart efter urslagningsenheten eller svalningssträckan. Slungrensningskapaciteten är alltid anpassad till godsflödet. För att klara detta justeras både trummans rotationshastighet och rensmedelsflödet automatiskt. Själva slungrensningsoperationen utförs i renstrumman. Genom att trumman är lutande matas godset successivt fram genom denna.

    Figur 8. Kontinuerligt arbetande slungrensmaskin (DISA).

    Maskiner anpassade till både smått och stort gods finns på marknaden. Antalet slunghjul varierar mellan två och fyra beroende på maskinens kapacitet.

    Tabell 1. Exempel på maskinstorlekar.

    Vid större gjutgodsdetaljer sker slungrensningen ofta med hjälp av en takbana där godset hängs upp. En sådan bana kan vara uppbyggd enligt flera olika principer. Vid en uppbyggnad enligt figuren nedan löper banan genom slungrenskammaren. När godset vandrar genom kammaren i maskinen ges det en roterande rörelse kring en vertikal axel, varigenom gjutgodsets alla sidor träffas av slungrensmedlet. Vid denna lösning arbetar maskinen kontinuerligt.

    Figur 9. Slungrensmaskin med hängbanetransportör.

    Slungrensmaskiner av denna typ utformas som en kammare med slunghjulen placerade på en eller båda av sidoväggarna. Genom kammaren går en godstransportör, i vilken godset hänger. Godset matas in i maskinens ena ände genom en dörr eller en gummiridå.

    Dessa maskiner har i regel två till fyra slunghjul. Åtta kan också förekomma (figurerna nedan). Strålningen sker från sidan och är koncentrerad mot en eller flera lodräta linjer i kammarens centrum. Godset sänds in i detta strålcentrum, där det sätts i rotation så att alla godssidor bestrålas. Strålkapaciteten är konstant och det är den tid som godset hänger framför strålen som avgör rensningsgraden.

    Figur 10. Slungrensmaskin av hängbanetyp (DISA).
    Figur 11. Principen vid slungrensning med användning av tre slunghjul (DISA).
    Figur 12. Slungrenskabin (DISA).

    16.1.5 Satsvis arbetande slungsrensmaskiner

    Slungrensmaskiner kan vara utformade på olika sätt. De indelas i två kategorier, antingen är de kontinuerligt arbetande eller satsvis arbetande. Här presenteras de satsvis arbetande maskinerna.

    Precis som i de kontinuerligt arbetande maskiner så finns det även satsvis arbetande maskiner där godset är hängande i en taktransportör och där ges en roterande rörelse.

    Mindre gods är placerat i exempelvis speciella korgar eller ställningar. Godset matas in i slungrensmaskinens ena ände och efter slungrensningen ut i maskinens andra ände eller i retur genom inmatningsöppningen. Även andra utmatningsvägar kan förekomma. Maskinerna är i regel helt automatiska. Tiden för slungrensning ställs in på ett tidur. Sedan sker ilastning, dörroperationer, rotation, start/stopp av rensmedelsstråle samt utlastning av godset automatiskt. Detta kan även ske manuellt. Vanliga tider per godshänge är två till tio minuter. God rensning sker även inuti håligheter.

    En annan vanligt förekommande typ av satsvis arbetande slungrensmaskin visas på figuren nedan. Denna maskintyp, trumrensmaskin, utgörs av ett maskinhus med en ”godstrumma” utformad som en ändlös lamelltransportör i slitgods eller gummimatta och sidoskyddsplattor av ett slitstarkt material. Över trumman är ett eller flera slunghjul placerade, som slungar ner rensmedel mot godset i trumman. Från en transportback eller annan typ av behållare fylls en mängd gods i ”godstrumman”. Godset blir under trumlingen kontinuerligt omvältat genom att transportören är i rörelse. Den automatiska rensningen startas och ett tidur styr tiden. Efter 5 – 15 minuter är rensningsoperationen avslutad.

    Lamellbandet körs sedan baklänges och matar ut godset. Använt slungrensmedel faller genom perforerade hål i transportören och skickas sedan vidare till en skopelevator och separator. När slungrensmedlet har renats i separatorn transporteras det åter till en silo för slungrensmedel.

    Ett flertal maskinstorlekar finns på marknaden. Godsmängden per charge varierar mellan 80 och 5 500 kilo. Maximal satsvolym är 0,05 – 2,0 kubikmeter.

    Figur 13. Slungrensmaskin med lamellbandstrumma (DISA).

    Denna typ av slungrensmaskin är lämplig för storserieproduktion, där smått gods förekommer i stora mängder. Godsets alla ytor rensas bra. Detsamma gäller håligheter i godset.

    Ytterligare en typ av satsvis arbetande slungrensmaskin visas på figuren nedan. Godset är här placerat på ett roterande bord. Denna typ av utrustning är normalt använd för större gjutgodsdetaljer än utrustningen i figuren ovan.

    Figur 14. Slungrensmaskin med roterande bord (DISA).

    Det finns ytterligare ett flertal typer av slungrensmaskiner på marknaden. Det är inte ovanligt att maskinerna skräddarsys för en specifik produkt. På marknaden finns även slungrensmaskiner där godset under slungrensningen hanteras med en manipulator. Följande figur visar ett exempel på griporgan, som griper och hanterar två motorblock på samma gång.

    Figur 15. Griporgan för hantering av gjutgods vid en slungrensmaskin (DISA).

    För hantering av gjutgods vid slungrensmaskiner kan robotar användas.

    Figur 16. Robothantering av gjutgods vid slungrensning (DISA).