Een overzicht van gegoten aluminium

Inleiding

Een lichtgewicht constructie, een goede mechanische sterkte, corrosiebestendigheid en een uitstekende maatnauwkeurigheid zijn de eigenschappen die ervoor zorgen dat gegoten aluminium zo populair in de moderne productie. Aluminium spuitgieten Fabrikanten kunnen snel en nauwkeurig complexe metalen onderdelen vervaardigen, of het nu gaat om auto-onderdelen, behuizingen voor elektronische apparatuur, industriële apparatuur of koellichamen.

Dit gebeurt door gesmolten aluminiumlegering onder druk in een herbruikbare stalen mal te gieten schimmel. Nadat het metaal is afgekoeld en uitgehard, gaat de gietvorm open en wordt het gietstuk eruit gehaald. De onderdelen kunnen vervolgens verdere bewerkingen ondergaan, zoals oppervlakteafwerking, ontbramen, assemblage en CNC-bewerking, om ze klaar te maken voor hun specifieke toepassing.

In deze gids wordt ingegaan op de werking van het aluminiumspuitgietproces, de meest gangbare legeringen, tips voor het ontwerpen van onderdelen en waar u op moet letten bij het kiezen van een productiepartner.

Wat is gegoten aluminium?

Een metalen onderdeel dat wordt vervaardigd door gesmolten metaal onder druk te brengen aluminiumlegering onder hoge druk in een nauwkeurig vervaardigd stalen onderdeel, een zogenaamde matrijs. Het metaal stolt in de matrijs, waardoor een replica ontstaat van de vorm en de oppervlaktekenmerken ervan.

Bij het spuitgieten van aluminium wordt gebruikgemaakt van een set herbruikbare matrijzen, in tegenstelling tot zandgieten, waarbij doorgaans een zandmal wordt gebruikt. Door middel van hogedrukinjectie kunnen complexe holtes met dunne wanden, ribben en bevestigingspunten snel worden gevuld; deze methode is geschikt voor onderdelen met complexe geometrieën.

Aluminiumlegeringen zijn bijzonder geschikt voor dit proces, omdat ze een goede sterkte-gewichtsverhouding, een goede warmtegeleiding en corrosiebestendigheid hebben. Spuitgietonderdelen kunnen bovendien elektrisch geleidend zijn en een goede afscherming tegen elektromagnetische straling (EM) bieden, afhankelijk van de legering en het ontwerp van het onderdeel.

Wat houdt het proces van aluminiumspuitgieten in?

Het aluminiumspuitgietproces bestaat uit verschillende stappen. Elke fase is van invloed op de maatnauwkeurigheid, de oppervlaktekwaliteit, de interne structuur en de algehele prestaties van het onderdeel.

1. Productontwerp en matrijzenbouw

Het begint met een CAD-model en een technische beoordeling. De ontwerpers berekenen de wanddikte, de afschuiningshoeken, de scheidingslijnen, de ondersnijdingen enzovoort, die van invloed zijn op het vullen van de matrijs en het uitnemen van het onderdeel. Vervolgens stellen de ingenieurs het ontwerp van de matrijs op, waarbij onder meer de holtes, de kernen, de inloopkanalen, de ingangsopeningen, de ontluchtingsopeningen, de koelkanalen en het uitwerpsysteem worden ontworpen.

De Design-for-Manufacturing (DFM)-beoordeling kan worden gebruikt om mogelijke problemen op te sporen voordat de matrijzen worden vervaardigd.

2. Smelten en spuitgieten

De gekozen aluminiumlegering wordt in een oven geplaatst en gesmolten, doorgaans bij een temperatuur die geschikt is voor de aluminiumlegering en het productieproces. Het gesmolten metaal wordt in de spuitbuis van de koudkamer-spuitgietmachine gevoerd. Vervolgens drukt een hydraulische of mechanische plunjer het metaal onder hoge druk in de gesloten stalen matrijs. De holte wordt snel gevuld voordat het metaal uithardt, waardoor het onderdeel met gedetailleerde kenmerken kan worden gevormd.

3. Koelen en stollen

Zodra de holte is gevuld, wordt het aluminium onder gecontroleerde omstandigheden afgekoeld en gestold. De temperatuurregeling wordt gerealiseerd door middel van koelkanalen in de gietvorm, die bijdragen aan een consistente productie. Temperatuurregeling, ontluchting en injectieparameters kunnen ook defecten veroorzaken, zoals porositeit, koudsloten en maatafwijkingen. Deze omstandigheden worden door de fabrikanten geoptimaliseerd om de gietkwaliteit en herhaalbaarheid te waarborgen.

4. Uitwerpen en bijsnijden

Nadat het metaal tot een veilige temperatuur is afgekoeld, laat de machine de matrijs los. Het gietstuk wordt door uitwerppinnen uit de matrijs geworpen, zonder het onderdeel te beschadigen. In het pas gegoten onderdeel kan overtollig materiaal aanwezig zijn ter hoogte van de ingietkanalen, de gietkanalen en de scheidingslijn. Dit materiaal wordt door middel van afsnijpersen of andere ontbraamprocessen van het onderdeel verwijderd, waarna het onderdeel klaar is voor verdere bewerking.

5. CNC-bewerking en oppervlakteafwerking

Andere onderdelen moeten een tweede CNC-bewerking ondergaan om de exacte afmetingen, schroefdraad en afdichtingsvlakken te verkrijgen, of om de juiste bevestigingspunten te garanderen. Machinale bewerking is met name effectief voor ontwerpen die nauwere toleranties vereisen dan met de giettechniek kan worden bereikt. De afwerkingsopties zijn poedercoating, verf, polijsten, zandstralen of galvaniseren.

6. Inspectie en montage van installaties

De laatste stap is ervoor te zorgen dat onderdelen worden geproduceerd in overeenstemming met de specificaties van de technische tekeningen en de eisen van de klant. Afmetingenmetingen, inspecties met een coördinatenmeetmachine (CMM), visuele controles, hardheidsmetingen en röntgeninspecties kunnen als inspectiemethoden worden gebruikt, afhankelijk van de vraag of er interne gebreken zijn die moeten worden beoordeeld.

Welke aluminiumlegeringen worden gebruikt voor spuitgieten?

De keuze van de juiste legering is van invloed op de sterkte, de gietbaarheid, de corrosiebestendigheid, de drukdichtheid, de bewerkbaarheid en de kosten.

Wat zijn de belangrijkste voordelen van gegoten aluminium?

Fabrikanten van standaardonderdelen die in middelgrote of grote hoeveelheden worden geproduceerd, kunnen in één keer meerdere voordelen behalen door aluminiumspuitgieten.

Lichtgewicht constructie

Aluminium is veel lichter dan staal en gietijzer. Fabrikanten in de automobiel-, transport- en elektronicasector kunnen profiteren van het gebruik van aluminium gietstukken in hun toepassingen en zo de algehele efficiëntie van hun producten verhogen.

Consistentie van vormen en afmetingen

Om de gedetailleerde schimmel holte; het gesmolten metaal wordt onder druk in de mal gepompt. Hierdoor kunnen ribben, uitsteeksels, bevestigingspunten en andere elementen in één stuk worden geïntegreerd, wat zelfs kan leiden tot een vermindering van het aantal afzonderlijke onderdelen.

Hoge productie-efficiëntie

Nadat de matrijs is ontwikkeld en de productieparameters zijn geoptimaliseerd, kan het proces aanzienlijke hoeveelheden uniforme onderdelen opleveren. Dankzij de hoge herbruikbaarheid van de matrijzen en de korte cyclustijden is aluminiumspuitgieten zeer interessant voor herhaalde productieseries.

Goede thermische en elektrische geleidbaarheid

Aluminium is, in vergelijking met andere technische materialen, een goede geleider van warmte en elektriciteit. Het is geschikt voor koellichamen, motorbehuizingen, LED-verlichtingsonderdelen en elektronische behuizingen waarvoor warmtebeheer en/of EMI-afscherming nodig is.

Corrosiebestendigheid en recycleerbaarheid

Op het oppervlak van aluminium vormt zich van nature een dunne oxidelaag, die bescherming biedt tegen corrosie. De mate van bescherming hangt af van de samenstelling van de legering, de blootstelling aan omgevingsfactoren en de oppervlaktebehandeling.

Wat zijn de nadelen van aluminiumspuitgieten?

Hoewel het proces aanzienlijke voordelen biedt, zijn er ook beperkingen waarmee tijdens de productontwikkeling rekening moet worden gehouden.

Wat is de beste manier om onderdelen van gegoten aluminium te ontwerpen?

Een goed ontwerp zorgt ervoor dat producten gemakkelijker te vervaardigen zijn, verbetert het gietproces en helpt de productiekosten onder controle te houden.

Zorg voor een gelijkmatige wanddikte

Een gelijkmatige wanddikte zorgt voor een gelijkmatigere stroming en stolling van het metaal. Plotselinge veranderingen kunnen leiden tot krimp, porositeit en vervorming. Als een verandering in dikte nodig is, is het meestal het beste om te kiezen voor een geleidelijke overgang of afgeronde vormen.

Zorg voor geschikte buighoeken

De afschuining is de lichte versmalling van oppervlakken die evenwijdig lopen aan de gietrichting en die uit de gietvorm worden verwijderd. Voor veel onderdelen is een afschuinhoek van ongeveer 1-2 graden een goed uitgangspunt, maar dit hangt af van de diepte van het oppervlak, de geometrie en de omstandigheden bij het gieten.

Gebruik filets en afgeronde hoeken

Scherpe hoeken kunnen de metaalstroom belemmeren en spanningsconcentraties veroorzaken. Overgangen en afrondingen zorgen voor een vloeiende overgang tussen oppervlakken en kunnen de integriteit van het gietstuk verbeteren.

Ontwerp ribben en uitsteeksels zorgvuldig

Ribben kunnen een profiel stijver maken zonder dat daarvoor een dikke massieve laag nodig is. Uitsteeksels worden gevormd door de bevestigingspunten voor bevestigingsmiddelen en andere onderdelen. Deze moeten zo worden ontworpen dat ze plaatselijk niet te dik zijn en ook niet te moeilijk te vullen zijn.

Ondersnijdingen en onnodige bewerkingen tot een minimum beperken

Voor ondersnijdingen zijn mogelijk verschuifbare kernen of andere gereedschapsonderdelen nodig, wat de matrijs ingewikkelder maakt en de kosten verhoogt. Door ondersnijdingen te vermijden en onderdelen zo te ontwerpen dat ze de gewenste vorm al bijna hebben, kan de productie worden vereenvoudigd.

Het is ook de verantwoordelijkheid van de ontwerper om te bepalen welke oppervlakken nauwe toleranties moeten hebben. Door kritische bewerkingen te beperken tot functionele gebieden kunnen de cyclustijd en de totale kosten worden verlaagd.

In welke sectoren wordt gegoten aluminium gebruikt?

Gegoten aluminium wordt in tal van sectoren gebruikt waar een lichte constructie, reproduceerbaarheid en complexe geometrie van belang zijn.

Hoe controleer je de kwaliteit van gegoten aluminium?

Bij kwaliteitscontrole is de eerste stap de materiaalkeuze, waarna het proces zich voortzet via de ontwikkeling van het gereedschap, het gieten, de machinale bewerking en de eindcontrole.

Dimensionale inspectie

De controle van de afmetingen op technische tekeningen gebeurt met behulp van schuifmaten, micrometers, meetklokken en CMM-apparatuur. Voor de inspectie van kritieke kenmerken moet gebruik worden gemaakt van een op consensus gebaseerd meetplan en vastgestelde toleranties.

Inspectie van porositeit en interne defecten

De porositeit kan van invloed zijn op de mechanische eigenschappen, de lekdichtheid en de afwerking. Indien dit voor de toepassing nodig is, kunnen de gebreken worden opgespoord door middel van röntgeninspectie, druktesten of andere geschikte methoden.

Oppervlakte- en hardheidsmetingen

Visuele inspectie wordt gebruikt om zichtbare gebreken op te sporen, zoals scheuren, onvolledige vulling, overmatige bramen, oppervlaktegebreken, enz. Er kan een hardheidstest worden uitgevoerd om te controleren of aan de materiaaleisen wordt voldaan.

Proces- en documentatiecontrole

Een goede fabrikant houdt een deugdelijke procesdocumentatie, inspectierapporten en materiaalregistraties bij. De ISO 9001-certificering kan duiden op een goed opgezet kwaliteitsmanagementsysteem, en branchespecifieke normen kunnen aanvullende eisen of audits door klanten voorschrijven.

Hoe kies je een fabrikant van aluminium spuitgietproducten?

Het kiezen van de verkeerde leverancier heeft gevolgen voor de kwaliteit van de onderdelen, de doorlooptijd, de investeringen in gereedschap en de betrouwbaarheid van de toekomstige productie.

Hier zijn enkele punten waarmee u rekening moet houden bij het bestellen:

• Technische ondersteuning: Vraag om beoordelingen van het ontwerp vanuit het oogpunt van de productie, expertise op het gebied van mold-flow en concrete aanbevelingen voor de produceerbaarheid.
• Mogelijkheden op het gebied van legeringen: Zorg ervoor dat de leverancier ervaring heeft met de legering die voor uw ontwerp en toepassing nodig is.
• Machinecapaciteit en gereedschap: Zorg ervoor dat de leverancier over voldoende machinecapaciteit beschikt, aan de eisen voor onderdelen en gereedschappen kan voldoen en over een fabriekscapaciteit beschikt die het verwachte productievolume aankan.
• Secundaire bewerkingen: Zorg ervoor dat CNC-bewerking, ontbramen, afwerking en assemblage intern beschikbaar zijn of door gekwalificeerde partners worden uitgevoerd.
• Kwaliteitsborging: Vraag naar maatcontrole, defectdetectie, traceerbaarheid van materialen en relevante certificering.
• Productiecapaciteit: Zorg ervoor dat de leverancier kan zorgen voor de validatie van prototypes, het opschalen van de productie en herhaalbestellingen.

Lever vóór de productie een 3D-CAD-model, een technische tekening, de benodigde materialen, de jaarlijkse productievolumes, de eisen ten aanzien van de oppervlakteafwerking en informatie over kritische afmetingen aan.

Conclusie

De spuitgegoten aluminium is een kostenefficiënte en lichtgewicht productiemethode voor het vervaardigen van metalen onderdelen met een complexe geometrie en een hoge duurzaamheid. Deze methode is zeer gewild vanwege de hoge productiesnelheid, de maatvastheid, de warmtegeleiding en de recycleerbaarheid, en wordt toegepast in diverse sectoren, waaronder de automobielindustrie, de elektronica-industrie, de industriële apparatuurindustrie, de verlichtingsindustrie en andere markten.

Het behalen van succesvolle resultaten is afhankelijk van de keuze van de legering, het ontwerp van de wanddikte, de beheersing van het gietproces en de toetsing van de resultaten aan de technische eisen. Hoewel de initiële investering in gereedschappen aanzienlijk kan zijn, kan dit proces een gunstige kostenefficiëntie per onderdeel opleveren wanneer de productieomvang de investering rechtvaardigt.

Door samen te werken met een ervaren fabrikant van aluminium spuitgietproducten, kunt u de tijd die nodig is voor het ontwikkelen van de gereedschappen, de nabewerkingen, de afwerking en de kwaliteitscontrole eenvoudig verkorten. Ontwerpbeoordelingen en productiespecificaties zijn belangrijk om betrouwbare en kosteneffectieve onderdelen te garanderen.

Veelgestelde vragen

1. Wat is gegoten aluminium?

Gegoten aluminium is een metalen onderdeel dat wordt vervaardigd door een gesmolten aluminiumlegering onder hoge druk in een herbruikbare stalen mal te gieten. Dit proces levert producten met complexe vormen en een goede maatvastheid op en wordt vaak toegepast bij de productie van middelgrote en grote series.

2. Wat is het verschil tussen gegoten aluminium en spuitgegoten aluminium?

De term ‘gegoten aluminium’ wordt gebruikt voor onderdelen die zijn gegoten met behulp van verschillende processen, zoals zandgieten, zwaartekrachtgieten en spuitgieten. Spuitgegoten aluminium is in feite een spuitgegoten onderdeel dat wordt vervaardigd door gesmolten legering in een matrijs te gieten, meestal onder hoge druk.

3. Welk type aluminiumlegering is het meest geschikt voor spuitgieten?

A380, A383, A360 en ADC12 zijn veelgebruikte keuzes. A380 biedt een goed evenwicht tussen gietbaarheid en mechanische eigenschappen; A383 kan in complexe vormen worden gegoten, en A360 kan worden gebruikt in situaties waarin corrosiebestendigheid en drukdichtheid van groot belang zijn.

4. Heeft gegoten aluminium een hoge sterkte?

Ja, gegoten aluminium kan een goede verhouding tussen sterkte en gewicht bieden. De daadwerkelijke prestaties variëren per legering, afhankelijk van de geometrie van het onderdeel, de interne porositeit en de productiekwaliteit. Onderdelen die aan zware belastingen worden blootgesteld, moeten worden getest om te controleren of ze aan de vereiste mechanische eigenschappen voldoen.