Wat is het verschil tussen aluminium en spuitgietaluminium?

In de moderne productie wordt aluminium in vrijwel elke toepassing gebruikt. Het wordt toegepast in de auto-industrie, elektronica, machineonderdelen, raamkozijnen, koellichamen, behuizingen, kookgerei en nog veel meer. Dit roept vaak een eenvoudige vraag op: wat is het verschil tussen aluminium en spuitgietaluminium? Het antwoord is dat aluminium het metaal is, en spuitgietaluminium aluminium is dat via een specifiek gietproces is gevormd.

Niet alle aluminiumproducten hebben dezelfde samenstelling of eigenschappen. Omdat aluminium zacht is, voegen fabrikanten verschillende elementen toe aan zuiver aluminium om diverse legeringen te maken. Vervolgens onderwerpen fabrikanten de legeringen aan verschillende bewerkingsprocessen, zoals walsen, extrusie, smeden, machinale bewerking, zandgieten en spuitgieten.

Als een onderdeel dus van aluminium is gemaakt, is die informatie alleen niet voldoende om te bepalen hoe het is gevormd. Meestal wordt er dan ook een vergelijking gemaakt tussen gesmeed aluminium en spuitgietaluminium. Gesmeed aluminium is massief aluminium dat op mechanische wijze in vorm wordt gebracht. Gegoten aluminium wordt vervaardigd door gesmolten legering onder hoge druk in een metalen matrijs te spuiten. Deze verschillen zijn van invloed op de sterkte, de vorm, de oppervlakteafwerking, de productiekosten, de toleranties en de geschiktheid voor verschillende toepassingen.

Wat is aluminium?

Aluminium is licht van gewicht en heeft een goede corrosiebestendigheid, warmtegeleiding en elektrische geleiding. In de meeste technische producten worden aluminiumlegeringen gebruikt, omdat zuiver aluminium relatief zacht is. Legeringen zijn aluminium vermengd met andere elementen, die de eigenschappen van het metaal veranderen.

Zo bevat 6061 bijvoorbeeld magnesium en silicium en wordt het gebruikt in constructiedelen, frames, machines en bewerkte onderdelen. 6063 wordt gebruikt voor geëxtrudeerde profielen en bouwproducten, mede vanwege de goede oppervlakteafwerking. 7075 is een zeer sterke legering die zink, magnesium en koper bevat.

Ook de productiemethode is van invloed op de uiteindelijke eigenschappen

Een goed stuk aluminium zou bijvoorbeeld het volgende kunnen zijn:

• Uitgerold tot plaat of blad
• Tot een profiel geëxtrudeerd
• Gesmeed tot een onderdeel met hoge sterkte
• Verwerkt tot een nauwkeurig onderdeel
• In een mal gieten

Al deze processen beginnen met aluminium, maar de producten verschillen van elkaar.

·      Smeed aluminium

Gevormd aluminium is een legering die tot een massief materiaal wordt gevormd. Veelgebruikte bewerkingsprocessen zijn onder meer walsen, extrusie en smeden. Bij deze processen ondergaat het metaal een gecontroleerde vervorming. Terwijl het materiaal wordt gevormd, verandert de korrelstructuur, wat de sterkte en de vervormbaarheid van gevormde legeringen kan verbeteren.

Geëxtrudeerd aluminium wordt gebruikt voor de productie van lange producten met een uniforme dwarsdoorsnede, zoals raamkozijnen, constructieprofielen, U-profielen, buizen en rails. Gesmeed aluminium biedt sterkte en weerstand tegen herhaalde belasting. Warm smeden van aluminium, houdt bijvoorbeeld in dat hete grondstof onder grote druk wordt verwarmd en samengeperst, in plaats van deze in een mal te gieten om er een vorm van te maken.

·      Gegoten aluminium

Gietstukken van aluminium zijn onderdelen van een aluminiumlegering die worden vervaardigd door het gieten of spuitgieten van gesmolten aluminiumlegering. Er zijn verschillende gietmethoden. Tot de aluminiumgiettechnieken behoren zandgieten, zwaartekrachtgieten, gieten in permanente mallen, precisiegieten en drukgieten spuitgieten.

De keuze hangt af van de geometrie van het onderdeel, het productievolume, de gewenste eigenschappen, de kosten voor de matrijzen en de specificaties voor het oppervlak. Spuitgieten is een specifieke vorm van gieten. Onder hoge druk wordt gesmolten aluminiumlegering in de holte van een metalen matrijs geperst, waar het deze snel vult. Terwijl het metaal afkoelt, gaat de matrijs open en halen de medewerkers het onderdeel eruit.

Wat is gegoten aluminium?

Gegoten aluminium is een aluminiumlegering die wordt vervaardigd door middel van hogedruk spuitgieten. Het proces begint met blokken van een aluminiumlegering of ander geschikt uitgangsmateriaal. De legering wordt gesmolten en op een gecontroleerde temperatuur gehouden. Vervolgens spuit een gietmachine het gesmolten metaal met hoge snelheid en onder hoge druk in een stalen matrijs. De matrijs bevat de holte voor het afgewerkte onderdeel.

Zodra het metaal de holte heeft gevuld, begint het onderdeel uit te harden. De matrijs gaat open en de medewerkers halen het gietstuk eruit. Vervolgens snijden ze overtollig materiaal weg van de gietkanalen, de ingangsopeningen en de bramen.

A spuitgietmatrijs is ontworpen op basis van de geometrie van het onderdeel, de materiaalstroom, de koelingsvereisten, het uitwerpsysteem en het verwachte productievolume. Dit proces is met name geschikt voor de productie van grote hoeveelheden onderdelen met terugkerende afmetingen en complexe vormen.

Veelgebruikte legeringen voor spuitgieten zijn onder meer ADC12, A380, A360 en diverse andere legeringen op basis van aluminium. Deze legeringen bevatten meer legeringselementen dan veel gangbare soorten smeedstaal. Silicium is bijzonder nuttig omdat het de vloeibaarheid verbetert en ervoor zorgt dat het gesmolten metaal dunne en gedetailleerde delen goed vult.

Aluminium versus spuitgietaluminium: wat is het belangrijkste verschil?

Het grootste verschil zit hem niet alleen in het woord “aluminium”. Het echte verschil zit hem in de manier waarop de aluminiumlegering wordt bewerkt en gevormd. Gesmeed aluminium begint als massief materiaal en wordt mechanisch gevormd. Spuitgegoten aluminium begint als gesmolten legering en wordt onder druk in een metalen mal gespoten.

Dit verschil heeft invloed op de korrelstructuur, de beschikbare vormen, de mechanische eigenschappen, de productiesnelheid en de kosten.

Waarom spuitgieten wordt gebruikt voor complexe onderdelen

Het belangrijkste voordeel van spuitgieten is dat hiermee complexe vormen kunnen worden vervaardigd. Het vervaardigen van het onderdeel uit een massief aluminiumblok kan meerdere bewerkingsstappen vereisen, zoals het aanbrengen van uitsteeksels, ribben, bevestigingspunten, gebogen oppervlakken en dunne wanden.

In één productiecyclus kan op een spuitgietmachine dezelfde basisgeometrie worden vervaardigd. Dit bespaart materiaal en verkort de bewerkingstijd.

Ook bij spuitgieten wordt een goede herhaalbaarheid bereikt. Zodra de matrijs en het proces zijn vastgesteld, kan een fabrikant talrijke vergelijkbare onderdelen van vergelijkbare afmetingen produceren. Hierdoor is deze techniek zeer geschikt voor de automobielindustrie, voor onderdelen, behuizingen voor elektronische apparatuur, verlichtingsbehuizingen, motorbehuizingen, industriële apparatuur en consumentenproducten.

·      Waar de gereedschappen een rol spelen

Een van de hoogste initiële kosten bij het spuitgieten zijn de stalen matrijzen. Een spuitgietmatrijs bestaat uit een holte, inloopkanalen, ingangsopeningen, koelkanalen, schuifelementen, een uitwerpsysteem en andere onderdelen die nodig zijn om het onderdeel te vervaardigen.

Vóór de productie moet de matrijs zorgvuldig worden ontworpen om er zeker van te zijn dat deze geschikt is. De matrijs moet zorgvuldig worden ontworpen voordat de productie van start gaat. Wanddikte, scheidingslijnen, ribben, uitsteeksels, ondersnijdingen, metaalstroom en uitloophoeken zijn van invloed op het eindproduct. Een slecht ontwerp van de matrijs kan leiden tot onvolledige vulling, porositeit, bramen, vervorming, slijtage van de matrijs en problemen bij het uitwerpen.

Fabrikanten voeren vaak een beoordeling van het ontwerp vanuit productieoogpunt uit voordat ze de matrijzen laten maken, om er zeker van te zijn dat ze het product kunnen produceren.

Hoe sterk is gegoten aluminium?

Deze vraag vereist enige zorgvuldigheid, aangezien de term “aluminium” verwijst naar talrijke legeringen en processen. Niet alle onderdelen van spuitgietaluminium zijn per definitie zwakker dan alle onderdelen van gesmeed aluminium. Deze vergelijking hangt af van de legering, de hardheid, het gietproces, de warmtebehandeling, de vorm van het onderdeel en de belastingsomstandigheden.

De vloeigrens en rek van gesmede legeringen zoals 6061-T6 kunnen hoger liggen dan die van sommige gangbare spuitgietlegeringen, zoals ADC12 of A380. Spuitgietlegeringen zijn echter geschikt voor behuizingen, beugels, afdekkappen, motoronderdelen, koellichamen en vele andere onderdelen vanwege hun goede sterkte.

·      Wat is porositeit?

Porositeit is het voorkomen van kleine gaatjes in een gietstuk. Tijdens het snel injecteren en stollen kan er lucht of gas in het gesmolten metaal terechtkomen. Ook krimp tijdens het stollen kan interne holtes veroorzaken.

Niet alle poreuze onderdelen zijn per definitie onbruikbaar. Door procesbeheersing, de juiste legeringskeuze, vacuümondersteund gieten, een passende wanddikte en een goed gereedschapsontwerp kan dit tot een minimum worden beperkt. Als onderdelen drukdicht moeten zijn of hoge structurele prestaties moeten leveren, kies dan voor een gietmethode die aan die eisen voldoet.

Een toepassing waarbij het verminderen van ingesloten gas van belang is, is vacuümgieten.

Hoe verhouden de oppervlakteafwerkingen zich tot elkaar?

Oppervlakken van spuitgietaluminium zijn relatief glad, omdat het gesmolten metaal zich aanpast aan de vorm van de stalen matrijs. Het uiteindelijke uiterlijk hangt af van het oppervlak van de matrijs, de legering, de gietparameters, het afsnijden en eventuele nabewerkingen.

Een ander voordeel van aluminium is de goede oppervlakteafwerking, met name bij geëxtrudeerde en machinaal bewerkte producten. Voor beide soorten aluminiumproducten zijn diverse afwerkingsopties beschikbaar. Veelvoorkomende opties zijn onder meer:

• Anodiseren
• Poedercoating
• Schilderen
• Polijsten
• Stralen
• CNC-bewerking
• Plating

Elke spuitgietlegering gedraagt zich anders, afhankelijk van de afwerking. De samenstelling van de legering is daarbij van belang.

Welke is goedkoper?

Er is geen eenduidig antwoord, aangezien de berekening afhankelijk is van het productievolume. Voor prototypes, kleine hoeveelheden, eenvoudige vormen en onderdelen die al als standaardprofielen of -platen verkrijgbaar zijn, kan aluminium vaak een goede keuze zijn.

De initiële matrijskosten voor spuitgieten zijn hoog. Zodra de matrijs echter klaar is, dalen de kosten per onderdeel doorgaans naarmate het productievolume toeneemt. Bij de productie van duizenden of honderdduizenden identieke onderdelen kan spuitgieten voordeliger zijn.

De keuze moet worden gebaseerd op het onderdeel en niet alleen op de materiaalnaam.

Veelvoorkomende toepassingen van aluminium

Gesmeed aluminium wordt gebruikt in producten waarbij sterkte, een laag gewicht, corrosiebestendigheid of een specifiek profiel van belang zijn.

Typische voorbeelden hiervan zijn:

• Raam- en deurkozijnen
• Constructieprofielen
• Vliegtuigonderdelen
• Fietsframes
• Warmtewisselaars
• Machine-onderdelen
• Onderdelen voor auto-ophangingen
• Assen en beugels
• Platen en panelen

De exacte legering hangt af van de toepassing.

Zo wordt 6061 bijvoorbeeld gebruikt voor algemene constructie- en bewerkte onderdelen, en 7075 voor toepassingen die een hogere sterkte vereisen.

Veelvoorkomende toepassingen van gegoten aluminium

Producten met een complexe geometrie die in grote hoeveelheden worden geproduceerd, worden doorgaans vervaardigd uit spuitgegoten aluminium.

Typische toepassingen zijn onder meer:

• Behuizingen voor de automobielindustrie
• Aandrijfkastdeksels
• Motorbehuizingen
• Versnellingsbakbehuizingen
• LED-lampbehuizingen
• Elektronische behuizingen
• Koellichamen
• Behuizingen voor industriële apparatuur
• Pompbehuizingen
• Beugels
• Onderdelen van apparaten

Dit proces is ook van toepassing wanneer meerdere onderdelen in één enkel onderdeel worden geïntegreerd.

Zo kan een behuizing bijvoorbeeld bevestigingsnokken, ribben, schroefgaten, kabelopeningen en koelribben hebben die allemaal uit één stuk zijn gegoten.

Waar moeten fabrikanten voor kiezen?

Bepaal eerst de eisen voor het onderdeel.

Als het onderdeel eenvoudig is en een lang, gelijkmatig profiel vereist, is extrusie wellicht geschikter. Een onderdeel van een gesmeed of gewalst legering kan geschikter zijn als het onderdeel herhaaldelijke belastingen moet weerstaan en een hoge sterkte vereist.

Hoe meer functies het ontwerp bevat en hoe groter het productievolume is, hoe aantrekkelijker spuitgieten wordt.

De volgende vragen helpen om het proces te verfijnen:

·      Hoe complex is het onderdeel?

Aluminium laat zich vaak gemakkelijker verwerken tot eenvoudige platen, staven, buizen en profielen. Complexe behuizingen en beugels lenen zich goed voor spuitgieten.

·      Hoeveel onderdelen zijn er nodig?

Soms is de investering in spuitgietmatrijzen niet rendabel bij slechts enkele tientallen onderdelen. Bij de productie van grote hoeveelheden is het eenvoudiger om de matrijskosten over de afzonderlijke onderdelen te verdelen.

·      Hoeveel kracht is er nodig?

Bij hoge belastingen, schokken, vermoeidheid of veiligheidskritische toepassingen moeten ingenieurs gebruikmaken van concrete gegevens over legeringen en productieprocessen in plaats van de algemene term “aluminium”.”

·      Moet het onderdeel drukdicht zijn?

Als het onderdeel vloeistof of gas bevat, moet u goed letten op de porositeit. Vacuümgieten, de juiste legering en lektests kunnen nodig zijn.

·      Hoeveel bewerking is aanvaardbaar?

Door middel van spuitgieten ontstaat een product dat al bijna klaar is voor gebruik, maar voor gaten, afdichtingsvlakken, schroefdraad en nauwe toleranties is doorgaans een nabewerking met CNC-bewerking nodig. Ook bij het gebruik van een aluminiumplaat, -staaf of -blok moet het materiaal worden bewerkt.

Conclusie

Aluminium en spuitgietaluminium zijn geen twee totaal verschillende metalen. Aluminium is het basismetaal en de verzamelnaam voor een grote groep legeringen. Spuitgietaluminium verwijst naar aluminiumlegeringen die onder hoge druk worden gegoten. Wanneer sterkte en vervormbaarheid belangrijk zijn, is aluminium een geschikt materiaal voor profielen, platen, bewerkte onderdelen en componenten. Spuitgietaluminium wordt gebruikt voor complexe vormen, dunne wanden, geïntegreerde elementen en productie in grote volumes.

Voor fabrikanten gaat het om de keuze van onderdelen, niet om materiaalnamen. Extrusie is wellicht de beste methode om een eenvoudig profiel te vervaardigen. Voor een onderdeel dat zware belastingen moet weerstaan, is smeden of een ander bewerkingsproces wellicht geschikter. Spuitgieten kan een betere optie zijn voor een complexe elektronische behuizing. Controleer vóór de productie het ontwerp op wanddikte, uitloophoek, scheidingslijnen, bewerkingsvereisten, legeringskeuze, toleranties en productiehoeveelheden. Een goed ontworpen spuitgietmatrijs en helpt vervolgens het goedgekeurde ontwerp om te zetten in uniforme productieonderdelen.

Typische stappen voor bedrijven die de overstap maken van CAD-bestanden of fysieke monsters naar productie zijn onder meer: DFM-beoordeling, ontwerp van gereedschappen, matrijzenbouw, goedkeuring van monsters, productie, afwerking, inspectie en assemblage. Door de juiste beslissingen te nemen voordat met de matrijzenbouw wordt begonnen, kunnen de kosten van latere aanpassingen worden bespaard.