Machinaal vormen in de ijzergieterij

Werkspoor, 1913

Efficienter, sneller EN betere kwaliteit gietwerk

In het begin van de 20e eeuw werd de zandvormerij van de Werkspoor ijzergieterij sterk gemoderniseerd en uitgebreid. Dat was hard nodig. Tot dat moment werd vrijwel alle gietwerk nog met de hand gevormd - ook het seriewerk - en dat stond de noodzakelijke productieuitbreiding behoorlijk in de weg.

Er werd een projectleider aangesteld met de taak, de vernieuwing van de vormerij te leiden. In 1913 beschreef deze de ontwikkelingen bij Werkspoor in een voordracht voor een groep studenten, medewerkers, en hoogleraren van de TH te Delft. Het rapport van die bijeenkomst is bewaard gebleven en biedt hoogst interessante informatie.

Een gefundeerde aanpak

Uit een grondige analyse en ontleding van het zandvormen zoals dat bij Werkspoor geschiedde, bleek al spoedig dat het flikken (repareren van de zandvorm na het met de hand uitnemen van het model) zeer veel - onevenredig veel - tijd en energie in beslag nam.

Men voorzag dat een overgang op mechanisch aflichten van de vormen een aanzienlijke en tweeledige verbetering zou brengen. Je bespaart de tijd van het repareren (direct resultaat) maar je wint ook op de kwaliteit van het gegoten werk. Een gerepareerde gietvorm is minder nauwkeurig en geeft groter kans op gietfouten.

De toen beschikbare mechanische vormmachines voorzagen alle zonder meer in het mechanisch aflichten. Ze werkten met een modelplaat in plaats van losse gedeelde modellen. De modelhelften zijn in zo'n geval (nauwkeurig in positie) vastgeschroefd op een vlakke plaat ter grootte van de vormkast. De vormkast wordt op paspennen op de modelplaat gezet en derhalve is de posite van het ingevormde model exact reproduceerbaar. Als je de onder- en bovenkast op elkaar zet - met dezelfde paspennen - dan liggen de uitgespaarde onder- en bovenvorm exact in register, zoals dat moet.

Een modelplaat voor een serie hekpunten (niet van Werkspoor afkomstig)

De modelplaat bespaart de tijd van het moeizame uitrichten van een los model in de vormkast. Daar komt nog bij, dat ook de te vormen gietloop al op de modelplaat is aangebracht, zodat deze direct meegevormd wordt en niet apart uitgesneden hoeft te worden (met kans op los zand in de vorm).

De conclusie was, dat overgaan op mechanisch vormen interessante verbeteringen zou kunnen brengen, zowel in tijd (sneller vormen en geen tijdrovende reparaties meer na het aflichten) als in kwaliteit (nauwkeuriger en beter sluitende vormen, geen geflikte vormen meer).

Daar stonden natuurlijk tegenover - naast de investeringen in vormmachines en het omscholen van de vormers - de kosten van het (voor zover relevant) ombouwen van de bestaande losse modellen tot modelplaten. Dat ombouwen zou beslist ook de nodige tijd vragen, want elke serieuze gieterij verzamelt in korte tijd een enorme collectie modellen. En modelplaten zijn groot, log, lastig te vervoeren van en naar het modellenmagazijn; en een crime bij terugvindbare opslag in datzelfde modellenmagazijn.

Er bleek trouwens nog een verdere verbetering in het verschiet te liggen. Mechanische vormmachines gebruikten destijds een perssysteem. Het persen was bedoeld om het vormzand goed te verdelen en om de "huid" van de vorm stevig te maken. Het vroegere "kloppen" van de handvorm, net voor het aflichten van het model, met hetzelfde doel, kon bij machinaal vormen vervallen. Opnieuw een kwaliteitsverbetering, want het kloppen deformeerde de vorm altijd ook wel wat.

Een simpele mechanische zandvormmachine van de Badische Maschinenfabrik Durlach, in 1912, met handaandrukking middels een kniehefboom. Deze machine was bedoeld voor klein vormwerk.

Het onderzoek van Werkspoor omvatte ook een verdere verbetering waarmee sommige Duitse gieterijen aan het experimenteren waren: mechanische aanvoer van vers vormzand en het automatische vullen van de vormkasten. Dat werd afgekeurd. De kostbare investering in lopende banden, jacobsladders en zandbunkers zou, meende men, niet gedekt worden door de te behalen voordelen. Met de schop vullen bood verder mog het speciale voordeel, dat de vormer het vulproces direct stuurde en beheerste. De mechanische vulling miskende het vakmanschap van de vormer. Dat het ook het werk aanzienlijk verlichtte, was geen zwaarwegend argument.

Toen de eerste mechanische vormmachines een tijdje in gebruik waren, volgde er na evaluatie een tweede ronde van verbeteringen.

Wat bleek namelijk? De eerste mechanische aflicht-systemen werden nog met de hand bediend, en dat functioneerde niet zo trefzeker als men verwacht / gehoopt had. Het reparen van vormen bleek nog regelmatig nodig.

De volgende generaties aflicht-systemen waren (water-) hydraulisch, met een nauwkeurige mechanisch geleide geleidelijke beweging. Alle spontane verstoringen (schokken, uitschieters en bibbers) die het handbediende aflichten toch altijd nog tot een griezelige zaak maakten, werden zo geëlimineerd.

Ook was het inmiddels mogelijk, een modelplaat op heikele (notoir zwakke) punten van "tegenhouders" te voorzien. Dat waren stukjes modelplaat die bij het afnemen van de modelplaat niet  afgenomen werden, maar op hun plaats bleven zitten om het vormzand te steunen tijdens het afnemen. Ze werden later met de hand afgenomen. Uiteraard werd de modelplaat hierdoor stukken duurder. Deze investering kon alleen lonen bij groot-serie productie, zoals bijvoorbeeld van c.v.-radiatoren en - prachtig voorbeeld - ketelleden voor c.v.-ketels.

Je zou dit systeem kunnen vergelijken met de actie van een kind, dat bij ’t uit het zand trekken van een stokje, het omringende zand met zijn vingers of hand tegenhoudt.

Ook het verdichtingssysteem (persen) waarmee het vormzand over de modelplaat verdeeld en aangedrukt werd, nam men onder de loep. Het persen kon (water-) hydraulisch, wat een mooie gelijkmatige, geleidelijk aankomende druk opleverde; of pneumatisch, waarbij de persplaat steeds met een klap neerkwam op het vormzand in de vormkast.

Beide methoden werkten niet erg bevredigend, het diepliggende vormzand, dicht tegen het model aan, bleef te los en had dus onvoldoende stevigheid; terwijl het zand aan de bovenzijde van de vorm te vast werd aangedrukt. Daar wil je juist een zekere porositeit hebben om de tijdens het gieten gevormde gassen makkelijk te laten ontsnappen.

Ook logistiek was het persen niet optimaal. Hydraulisch persen / aandrukken gaf een hoop rompslomp rond de vormmachine (aanvoer- en retourleidingen) en noodzaakte tot hoge investeringen in pompen, accumulatoren en een H.D.-leidingnet (60 at). Pneumatisch persen gaf logistiek minder koppijn. Het systeem was eenvoudiger van opzet. Gebruikte lucht blies je gewoon in de lucht af. En je kon de vormmachine, z'n werktafel en de modelplaat effectief schoonblazen met perslucht.

Een grote mechanische zandvormmachine van de firma Georg Fischer AG, Schaffhausen, in 1910, met hydraulische aandrukking en aflichting, en perslucht voor het schoonblazen van de modelplaat enz. Deze machine was bedoeld voor groot vormwerk.

Een grote verbetering was het aanschokken van het vormzand. Die methode was nog volop in ontwikkeling in 1913.

Hoe ging het schokken in z'n werk? Op de vormmachine wordt een normale modelplaat opgespannen, waarna de te vormen kast op zijn plaats wordt gebracht en gezekerd. Vervolgens wordt de kast met vormzand gevuld. De machinetafel, met daarop modelplaat en volle vormkast, wordt ongeveer 10 cm opgetild, waarna men het geheel op een soort aambeeld laat vallen, daarna weer optilt, enz.

Op deze manier worden de fijnste hoekjes van het model gevuld en wordt de dichtheid van het zand naar boven toe steeds kleiner, aangezien iedere hogere laag op een elastischer ondergelegene valt en dus meer terugveert. Dat werkt verrassend goed, het is nauwelijks meer nodig "lucht te steken" in de bovenkast. Voorheen werden in de bovenkast met een naald tientallen rijen gaatjes geprikt, die tot net boven het model reikten. Niet te diep, want dan kreeg het gietstuk een baard; of erger nog, vielen er stukken van de vorm af en was het hele gietstuk bedorven. Het luchtsteken diende vanzelfsprekend om de afvoer van gietgassen uit de vollopende gietvorm te vergemakkelijken. Opnieuw dus een directe besparing in tijd; en een verbetering van de kwaliteit van het gietwerk.

Men hoefde zich bij het schokken niet tot kleine stukken te beperken. Het grootste werk tot dan, een onderstel van een carousselbank van 2,5 ton, was op deze wijze probleemloos gevormd. De benodigde schokduur bleek onafhankelijk te zijn van de grootte van het stuk. Dat is een onvoorstelbaar groot voordeel bij het vormen van (zeer) grote werkstukken. Wanneer dat met de hand moet gebeuren, dan kost het "rammen" van grote vormen relatief ontzettend veel tijd.

De eerste schokmachines kenden een groot bezwaar. Heel de omgeving begon mee te schokken, in zodanige mate dat er eenvoudig niet te werken viel in de directe nabijheid. Alle in de buurt staande gerede vormen vielen spontaan in elkaar.

Dat probleem werd opgelost in de "schokloze schokmachine", waarin aan het aambeeld een bepaalde snelheid wordt gegeven, recht tegen de valbeweging van de tafel in. De schok is er des te heviger door, terwijl de omgeving niet veel meer voelt van het werken van de vormmachine. De serie klappen was trouwens WEL goed te horen ....

De Badische Maschinenfabrik und Eisengießerei Durlach was de eerste die de machine in deze vorm met succes op de markt bracht.