Zwaartekrachtgieten versus spuitgieten

Inleiding

Zwaartekrachtgieten versus spuitgieten is een belangrijke overweging wanneer fabrikanten een gietproces kiezen voor een nieuw onderdeel. Met beide methoden kunnen onderdelen worden geproduceerd met consistente afmetingen die met andere methoden moeilijk te realiseren zijn, en die bovendien een duurzaam onderdeel opleveren. Ze verschillen in de manier waarop het gesmolten metaal in de schimmel, productiesnelheid, investeringen in gereedschap en de vorm die kan worden geproduceerd.

Zwaartekrachtgieten is een vorm van gieten onder invloed van de zwaartekracht en wordt voornamelijk toegepast voor de productie van veel middelgrote onderdelen en componenten waarbij een gecontroleerde stolling vereist is. Hogedrukgieten (HPDC): Gesmolten metaal wordt onder druk en met hoge snelheid in een matrijs gespoten, wat ideaal is voor grote aantallen dunwandige, complex gevormde onderdelen.

Korte vergelijking: zwaartekrachtgieten versus spuitgieten

Wat is zwaartekrachtgieten?

Zwaartekrachtgieten is een metaalbewerkingsproces waarbij gesmolten metaal onder invloed van de zwaartekracht in een gietvorm wordt gegoten. Als de gietvorm herbruikbaar is en van staal of gietijzer is gemaakt, wordt het proces doorgaans aangeduid als zwaartekrachtgieten spuitgieten of gieten in een vaste mal.

Gieten op zwaartekracht is een gietmethode waarbij geen hogedruk-injectiesysteem nodig is om de gietvorm te vullen. De gietkwaliteit kan worden geregeld door tijdens het productieproces de temperatuur van de gietvorm, de gietsnelheid, het ontwerp van de gietkanalen en de koelomstandigheden aan te passen.

Hoe werkt gietwerk onder invloed van de zwaartekracht?

Dit is de gebruikelijke werkwijze:

• Voorbereiding van de mal: Dit wordt uitgevoerd door de fabrikant, die de matrijs indien nodig reinigt en voorverwarmt, en deze vervolgens met een geschikte coating bedekt.
• De legering wordt gesmolten en er wordt een analyse uitgevoerd van de samenstelling en de temperatuur ervan.
• Gieten: Gesmolten metaal wordt in de mal gegoten, waarna de mal door de zwaartekracht wordt gevuld.
• Stolling: Het metaal koelt af en stolt, waarbij de krimp wordt geregeld door de matrijs en het toevoersysteem.
• Verwijdering van onderdelen: De mal wordt geopend en het gietstuk wordt uit de mal gehaald.
• Afwerken en controleren: De randen en het overtollige materiaal worden afgesneden, waarna ze, al naar gelang het geval, worden bewerkt, van een afwerking voorzien of geïnspecteerd.

Welke materialen gebruik je bij zwaartekrachtgieten?

Aluminiumlegeringen worden vooral gebruikt voor zwaartekrachtgieten. Als de schimmel Als het materiaal, de werktemperatuur en de procesopzet geschikt zijn, kunnen ook andere non-ferro-legeringen worden gebruikt.

Wat zijn de voordelen van zwaartekrachtgieten?

• Een goed ontworpen, door zwaartekracht aangedreven metalen doorstroom kan turbulentie tijdens het vullen tot een minimum beperken; dit wordt ‘gecontroleerd vullen’ genoemd.
• Mogelijk lage porositeit: Door het proces te regelen, kunnen dichte gietstukken met een goede interne integriteit worden vervaardigd.
• Opties voor warmtebehandeling: Veel aluminiumlegeringen die via zwaartekrachtgieten worden vervaardigd, kunnen een warmtebehandeling ondergaan die leidt tot een verbetering van de mechanische eigenschappen.
• Matige investering in gereedschap: Normaal gesproken is de permanente gietvorm niet zo ingewikkeld als hogedrukgieten gereedschap.
• Geschikte mechanische eigenschappen: Met de juiste legering en gietkwaliteit kan dit proces worden gebruikt voor de productie van betrouwbare mechanische onderdelen voor constructietoepassingen en druktoepassingen.

Wat zijn de beperkingen van zwaartekrachtgieten?

• Vanwege de lange productietijd is zwaartekrachtgieten over het algemeen tijdrovender dan HPDC.
• Dunne secties en complexe vormen die moeten worden opgevuld, kunnen een grotere uitdaging vormen, en er kan aanvullende bewerking nodig zijn om aan strakke toleranties te voldoen.
• Hoewel de kosten van matrijzen voor HPDC soms hoger zijn dan die van matrijzen voor permanente mallen, zijn er bij die laatste toch investeringen nodig.

Wat is spuitgieten?

Spuitgieten is een productieproces waarbij een herbruikbare metalen matrijs wordt gevuld met gesmolten metaal.

Hogedrukgieten: Een machine perst het gesmolten metaal onder hoge druk in de holte van de matrijs, waardoor het metaal de details van de holte kan opvullen voordat het stolt.

Deze methode wordt vaak toegepast in situaties waarin fabrikanten dunne wanden, hoge productiesnelheden en complexe geometrie nodig hebben en een consistente afmeting willen behouden.

Hoe werkt spuitgieten?

De algemene procedure voor HPDC is als volgt:

• Het reinigen, smeren en klaarmaken van de matrijs voor de productie.
• Het smelten van legeringen: De legering wordt gesmolten en binnen het vereiste temperatuurbereik van het proces gehouden.
• Injectie: Het gesmolten metaal staat onder hoge druk en wordt in de holte van de mal gegoten.
• Koeling: Het metaal wordt onder gecontroleerde omstandigheden in de matrijs gestold.
• Uitwerping: Het gietstuk wordt door uitwerppinnen uit de mal geduwd.
• Bijsnijden en controle: Verwijder overtollig materiaal en controleer het onderdeel op maat- en gietfouten.

Wat zijn de twee belangrijkste soorten spuitgieten?

Er zijn in principe twee soorten conventionele spuitgiettechnieken: warmkamer- en koudkamer-spuitgieten.

Spuitgieten met hete kamer

Bij het spuitgieten met een hete kamer wordt een deel van het injectiesysteem ondergedompeld in het gesmolten metaal of daarmee verbonden. Door deze opstelling hoeft er niet bij elke cyclus gesmolten metaal naar het injectiesysteem te worden overgebracht.

Spuitgieten in een koude kamer

Bij koudkamer-spuitgieten wordt het metaal in een externe oven gesmolten en tijdens elke cyclus in de gietkamer gegoten. Deze methode wordt toegepast voor aluminiumlegeringen en enkele magnesium- en koperlegeringen.

Wat zijn de voordelen van spuitgieten?

• Hoge productiesnelheid: HPDC is vanwege de korte productietijden de ideale keuze voor grote bestellingen.
• Complexe geometrie: Met dit proces kunnen complexe geometrieën met dunne wanden worden gereproduceerd.
• Herhaalbare afmetingen: Een goed ontwerp van de matrijzen en gecontroleerde processen dragen bij aan het bereiken van maatvastheid.
• Goede oppervlakteafwerking: Onderdelen kunnen zo worden afgewerkt dat de oppervlakken glad genoeg zijn voor verschillende soorten afwerkingen.
• Productie-efficiëntie: Door middel van ‘near-net-shape’-productie kunnen verspilling bij de bewerking en materiaalafval worden verminderd.

Wat zijn de beperkingen van spuitgieten?

• De initiële investering in spuitgieten is aan de hoge kant, omdat hiervoor speciale machines nodig zijn en er bovendien hoogwaardige, duurzame en nauwkeurig ontworpen matrijzen vereist zijn.
• Een ander probleem bij het snel injecteren van metaal is de kans dat er gas wordt ingesloten, wat van invloed is op de mechanische eigenschappen, de drukdichtheid of de afwerkingskwaliteit.
• Deze beperkingen kunnen tot een minimum worden beperkt door gebruik te maken van vacuümondersteunde en andere spuitgietprocessen met een hoge integriteit.

Wat is het verschil tussen zwaartekrachtgieten en spuitgieten?

Het belangrijkste verschil zit hem in de manier waarop het gesmolten metaal in de gietvorm wordt gegoten. Bij zwaartekrachtgieten wordt gebruikgemaakt van de zwaartekracht, terwijl bij HPDC een aangedreven injectiesysteem wordt gebruikt.

1. Productiesnelheid en -hoeveelheid.

Meestal duurt gieten door zwaartekracht langer omdat het metaal in de schimmel en laat men het afkoelen voordat het wordt verwijderd. Afhankelijk van de vraag naar gereedschap en onderdelen.

HPDC zorgt voor korte cyclustijden en is geschikt voor productie in grote volumes.

2. Ontwerpcomplexiteit en maatnauwkeurigheid

Zwaartekrachtgieten is geschikt voor een breed scala aan onderdelen die een matige geometrische complexiteit vertonen en tevens relatief dikke wanden hebben.

Met HPDC kunnen complexe, geïntegreerde geometrieën, dunnere wanden en gedetailleerde elementen worden gecreëerd.

3. Sterkte, porositeit en warmtebehandeling

Als het gietproces en de stolling onder controle worden gehouden, kan met een zwaartekrachtgietmethode een goede kwaliteit van de gietstukken worden bereikt.

Hoewel HPDC kan worden gebruikt voor het vervaardigen van sterke en lichtgewicht onderdelen, kan snelle injectie leiden tot de vorming van gasporiën.

4. Oppervlakteafwerking en nabewerkingen.

Het oppervlak na het gieten is doorgaans glad en kleine oppervlaktedetails worden goed weergegeven. Dit kan bepaalde ontwerpen vereenvoudigen, waardoor een deel van de benodigde bewerkingen kan worden beperkt.

Ook bij zwaartekrachtgietstukken kan een goede oppervlaktekwaliteit worden bereikt, met name bij goed onderhouden metalen gietvormen.

Kostenvergelijking: welke gietmethode is voordeliger?

Toepassingen van zwaartekrachtgieten en spuitgieten

Hier volgen enkele voorbeelden van veelvoorkomende toepassingen van zwaartekrachtgieten.

Veelvoorkomende toepassingen van zwaartekrachtgieten

• Geselecteerde motoronderdelen, cilinderkoppen en behuizingen voor auto’s.
• Pompbehuizingen, klephuizen en onderdelen voor industriële machines.
• Transmissie- en versnellingsbakbehuizingen van aluminium.
• Constructieonderdelen die over de juiste mechanische eigenschappen moeten beschikken.
• Lucht- en ruimtevaart, sportartikelen en elektrische componenten (indien van toepassing) met materiaal- en kwalificatie-eisen.

Veelvoorkomende toepassingen van spuitgieten

• Transmissiebehuizingen, afdekkappen, beugels en sierlijsten voor auto’s.
• Behuizingen voor elektronische apparatuur, connectoren en behuizingen voor koellichamen.
• Behuizingen van apparaten en onderdelen van consumentenproducten.
• Afdekkingen en constructieonderdelen voor industriële apparatuur.
• Dunwandige, lichtgewicht onderdelen met complexe vormgevingen.

Wat zijn de drie soorten gietwerk?

Er zijn drie populaire soorten:

1. Zandgieten: Het metaal wordt gesmolten en in een zandmal gegoten. Deze methode is geschikt voor grote onderdelen en diverse legeringen, en het vervaardigen van de mal is relatief goedkoop.
2. Precisie-gieten: Een mal van wegwerpwas of een soortgelijk materiaal wordt met vuurvaste materialen bekleed om zo een mal te vormen. Nadat het patroon is verwijderd, blijft er een holte over waarmee een complexe vorm met fijne details kan worden gemaakt.
3. Spuitgieten: Gesmolten metaal wordt in een herbruikbare metalen mal gegoten, hetzij door middel van zwaartekracht, hetzij via een systeem dat het metaal onder druk in de mal perst.

Hoe kies je tussen zwaartekrachtgieten en spuitgieten?

Fabrikanten moeten rekening houden met de volgende factoren voordat ze een proces kiezen:

• Ontwerpbeoordeling: Wanddikte, holle ruimte, ribben, uitsteeksels, uitloophoek en maattoleranties.
• Benodigde materialen: Zorg ervoor dat aan de eisen inzake legeringscompatibiliteit, sterkte, corrosiebestendigheid, bedrijfstemperatuur en warmtebehandeling wordt voldaan.
• Productievolume: Maak een schatting van zowel de aanvankelijke vraag als het verwachte volume gedurende de gehele levensduur.
• Kwaliteitseisen: Geef aan welke porositeit, drukdichtheid, oppervlakteafwerking en inspectietechnieken aanvaardbaar zijn.
• Ttotale kosten: Denk aan gereedschappen, productie per stuk, verspanen, afwerking, keuring en logistiek.

De proceservaring van de fabrikant, de apparatuur, het kwaliteitssysteem en de leveringscapaciteit van leveranciers. Tijdens een Design-for-Manufacturing (DFM)-beoordeling worden mogelijkheden geïdentificeerd om, nog vóór de productie van de gereedschappen, de matrijs te vereenvoudigen, de metaalstroom te verbeteren, de bewerkingsbehoefte te verminderen en de kosten tijdens de productie te beheersen.

Conclusie

Zowel zwaartekrachtgieten als hogedrukgieten leveren onderdelen op met een hoge betrouwbaarheid en worden ingezet voor verschillende productiedoelen.

Zwaartekrachtgieten wordt vaak toegepast bij kleine tot middelgrote producties, dikkere wanddiktes en legeringen die mogelijk een warmtebehandeling vereisen. Hogedrukgieten heeft doorgaans de voorkeur bij complexe onderdelen of onderdelen met dunne wanden, en bij productie in grote volumes.

Prijs en snelheid zijn niet de enige criteria bij het kiezen van het beste proces. De keuze hangt af van de eigenschappen van het materiaal, de geometrie van het onderdeel, de vereisten inzake porositeit, de maattoleranties, de investering in gereedschap en de totale productie. Door deze factoren in een vroeg stadium met elkaar te vergelijken, kunnen fabrikanten een evenwicht vinden tussen kwaliteit, prestaties en kosten.

Veelgestelde vragen

Hoeveel soorten gietwerk zijn er?

Zandgieten, precisiegieten en spuitgieten zijn de drie meest voorkomende giettechnieken. Bij zandgieten wordt gebruikgemaakt van een zandmal, bij precisiegieten van een wegwerpmodel en een vuurvaste mal, en bij spuitgieten van een herbruikbare metalen matrijs. Andere technieken zijn zwaartekrachtgieten, centrifugaalgieten en continu gieten.

Wat houdt zwaartekrachtgieten in?

Zwaartekrachtgieten is een gietmethode waarbij gesmolten metaal in een herbruikbare mal wordt gegoten of door de zwaartekracht in de mal stroomt, zonder dat er hoge druk wordt uitgeoefend. Deze methode wordt toegepast voor aluminium onderdelen en kan, mits de legering, de mal en het proces goed worden beheerst, een hoge maatnauwkeurigheid en interne integriteit opleveren.

Hoeveel soorten spuitgieten zijn er?

Er zijn twee belangrijke soorten: Spuitgieten in een warme en koude kamer. Zink en andere geschikte legeringen met een laag smeltpunt worden doorgaans in een warmkamer verwerkt. De aluminiumlegering en andere metalen die moeten worden gesmolten voordat ze naar de spuitkamer worden overgebracht, worden meestal gesmolten met behulp van koudkamersystemen.

Waar staan PDC en GDC voor?

Meestal is PDC een afkorting voor ‘pressure die casting’, meer bepaald ‘high-pressure die casting’ (HPDC), waarbij gesmolten metaal onder druk in een matrijs wordt geperst. Zwaartekrachtgieten (GDC) is een techniek waarbij gesmolten metaal door de zwaartekracht in een herbruikbare metalen gietvorm wordt gedreven. PDC wordt doorgaans gebruikt bij grotere productievolumes of voor snelle productie, terwijl GDC zowel voor kleinere productieseries als voor onderdelen kan worden gebruikt waarbij gecontroleerde stolling vereist is.