Vad är skillnaden mellan aluminium och pressgjutet aluminium?

Inom modern tillverkning används aluminium i nästan alla tillämpningar. Det används inom bilindustrin, elektronik, maskindelar, fönsterkarmar, kylflänsar, höljen, köksredskap och mycket mer. Detta leder ofta till en enkel fråga: Vad är skillnaden mellan aluminium och pressgjutet aluminium? Svaret är att aluminium är metallen, medan pressgjutet aluminium är aluminium som har formats genom en specifik gjutningsprocess.

Inte alla aluminiumprodukter har samma sammansättning eller egenskaper. Eftersom aluminium är mjukt blandar tillverkarna in olika grundämnen i rent aluminium för att framställa olika legeringar. Därefter utsätter tillverkarna legeringarna för olika tillverkningsprocesser, såsom valsning, strängpressning, smidning, maskinbearbetning, sandgjutning och pressgjutning.

Om en komponent är tillverkad av aluminium räcker det alltså inte med den informationen för att avgöra hur den har tillverkats. Därför jämför man oftast smidd aluminium med pressgjuten aluminium. Smidd aluminium är massivt aluminium som formas med mekaniska metoder. Tryckgjuten aluminium tillverkas genom att smält legering sprutas in under högt tryck i en metallform. Dessa skillnader påverkar hållfasthet, form, ytfinhet, tillverkningskostnad, toleranser och lämplighet för olika användningsområden.

Vad är aluminium?

Aluminium är lätt och har god korrosionsbeständighet, värmeledningsförmåga och elektrisk ledningsförmåga. I de flesta tekniska produkter används aluminiumlegeringar, eftersom rent aluminium är relativt mjukt. Legeringar är aluminium blandat med andra grundämnen, vilket förändrar metallens egenskaper.

Till exempel innehåller 6061 magnesium och kisel och används i konstruktionsdelar, ramar, maskiner och bearbetade detaljer. 6063 används till strängpressade profiler och arkitektoniska produkter, delvis på grund av sin fina ytfinish. 7075 är en höghållfast legering som innehåller zink, magnesium och koppar.

Tillverkningsmetoden påverkar också de slutliga egenskaperna

Ett bra aluminiumstycke kan vara:

• Valsad till plåt eller skiva
• Extruderad till en profil
• Smidd till en höghållfast komponent
• Bearbetad till en precisionskomponent
• Gjuten i en form

Alla dessa processer utgår från aluminium, men produkterna skiljer sig åt.

·      Smidd aluminium

Bearbetad aluminium är en legering som formas till ett fast material. Vanliga bearbetningsmetoder är valsning, strängpressning och smidning. Vid dessa processer utsätts metallen för kontrollerad deformation. När materialet formas förändras dess kornstruktur, vilket kan förbättra hållfastheten och duktiliteten hos bearbetade legeringar.

Extruderat aluminium används för tillverkning av långa produkter med enhetliga tvärsnitt, bland annat fönsterkarmar, konstruktionsprofiler, U-profiler, rör och skenor. Smidd aluminium ger hög hållfasthet och tålighet mot upprepade belastningar. Varmsmidning av aluminium, innebär till exempel att man värmer upp och pressar samman het smältmassa med stor kraft istället för att hälla den i en form för att skapa en form.

·      Gjuten aluminium

Gjutna aluminiumprodukter är delar av aluminiumlegering som tillverkas genom gjutning eller formsprutning av smält aluminium. Det finns flera olika gjutningsmetoder. Aluminiumgjutning omfattar sandgjutning, gravitationsgjutning, gjutning i permanentform, precisionsgjutning och tryckgjutning pressgjutning.

Valet beror på detaljens geometri, produktionsvolym, önskade egenskaper, verktygskostnad och ytkrav. Tryckgjutning är en särskild typ av gjutning. Under högt tryck matas smält aluminiumlegering in i ett metallformhålrum och fyller det snabbt. När metallen svalnar öppnas formen och personalen tar ut detaljen.

Vad är pressgjuten aluminium?

Gjutet aluminium är en aluminiumlegering som framställs genom högtrycksgjutning pressgjutning. Processen inleds med ingots av aluminiumlegering eller annat lämpligt utgångsmaterial. Legeringen smälts och hålls vid en kontrollerad temperatur. Därefter sprutar en gjutmaskin in det smälta metallen i en stålform med hög hastighet och högt tryck. Formen innehåller utrymmet för den färdiga delen.

När metallen har fyllt formen börjar delen stelna. Formen öppnas och arbetarna tar ut gjutgodset. Arbetarna skär bort överflödigt material från ingötningskanaler, ingötningsställen och gjutgrater.

A form för tryckgjutning är utformad utifrån detaljens geometri, materialflödet, kylningskraven, utmatningssystemet och den förväntade produktionsvolymen. Denna process är särskilt användbar för tillverkning av stora mängder detaljer med återkommande mått och komplexa former.

Vanliga legeringar för tryckgjutning är bland annat ADC12, A380, A360 och flera andra aluminiumbaserade legeringar. Dessa legeringar innehåller fler legeringsämnen än många vanliga smideskvaliteter. Kisel är särskilt användbart eftersom det förbättrar flytbarheten och underlättar för den smälta metallen att fylla tunna och detaljerade partier.

Aluminium kontra pressgjutet aluminium: Vad är den största skillnaden?

Den största skillnaden ligger inte bara i ordet “aluminium”. Den verkliga skillnaden ligger i hur aluminiumlegeringen bearbetas och formas. Smidd aluminium utgår från ett fast ämne och formas mekaniskt. Tryckgjuten aluminium utgår från smält legering och pressas in i en metallform.

Denna skillnad påverkar kornstrukturen, de tillgängliga formerna, de mekaniska egenskaperna, produktionshastigheten och kostnaden.

Varför används pressgjutning för komplexa detaljer?

Den största fördelen med tryckgjutning är möjligheten att tillverka komplexa former. Att tillverka en komponent ur ett massivt aluminiumblock kan kräva flera tillverkningssteg, till exempel för att lägga till utskjutande delar, förstärkningsribbor, monteringsdetaljer, krökta ytor och tunna väggar.

En enda produktionscykel kan åstadkomma samma grundläggande geometri på en tryckgjutningsmaskin. Detta sparar material och förkortar bearbetningstiden.

Tryckgjutning ger också god repeterbarhet. När formen och processen väl är fastställda kan tillverkaren producera ett stort antal likartade komponenter av liknande storlek. Detta gör metoden användbar inom bilindustrin för komponenter, elektronikhus, belysningskroppar, motorhus, industriutrustning och konsumentprodukter.

·      Här kommer verktygen in i bilden

En av de största initialkostnaderna vid pressgjutning är stålverktygen. En pressgjutningsform består av ett hålrum, inloppskanaler, ingångar, kylkanaler, glidare, ett utstötningssystem och andra delar som behövs för att tillverka detaljen.

Innan tillverkningen påbörjas måste verktyget utformas noggrant för att säkerställa att det är lämpligt. Verktyget bör utformas noggrant innan tillverkningen påbörjas. Väggtjocklek, delningslinjer, förstärkningsribbor, utsprång, underskärningar, metallflöde och utdragningsvinklar påverkar slutprodukten. En bristfällig verktygskonstruktion kan leda till ofullständiga fyllningar, porositet, överskott, deformation, verktygsslitage och problem med utstötningen.

Tillverkarna genomför ofta en granskning av konstruktionen med avseende på tillverkningen innan de tillverkar verktygen, för att säkerställa att de kan tillverka produkten.

Hur hållbart är pressgjutet aluminium?

Denna fråga kräver viss noggrannhet, eftersom begreppet “aluminium” avser många olika legeringar och tillverkningsprocesser. Det är inte nödvändigtvis så att alla pressgjutna aluminiumdelar är svagare än alla smidda aluminiumdelar. Denna jämförelse beror på legeringen, hårdhetsgraden, gjutningsprocessen, värmebehandlingen, delens form och belastningsförhållandena.

Sträckgränsen och töjningen hos smidda legeringar som 6061-T6 kan överstiga motsvarande värden för vissa vanliga tryckgjutningslegeringar, såsom ADC12 eller A380. Gjutlegeringar är dock lämpliga för höljen, fästen, lock, motordelar, kylflänsar och många andra delar tack vare sin goda hållfasthet.

·      Vad är porositet?

Porositet är de små hålen i en gjutning. Luft eller gas kan fastna i den smälta metallen under snabb insprutning och stelning. Krympning under stelningen kan också orsaka inre hålrum.

Inte alla porösa detaljer är nödvändigtvis oanvändbara. Processkontroll, rätt val av legering, vakuumgjutning, lämplig väggtjocklek och god verktygskonstruktion kan minimera porositeten. Om detaljerna måste vara trycktäta eller ha höga strukturella prestanda, välj en gjutningsmetod som uppfyller dessa krav.

Ett tillämpningsområde där det är viktigt att minska mängden instängd gas är vakuumgjutning.

Hur skiljer sig ytbehandlingen åt?

Ytorna på pressgjutna aluminiumdetaljer är relativt släta eftersom den smälta metallen anpassar sig efter stålformens form. Det slutliga utseendet beror på verktygets yta, legeringen, gjutningsparametrarna, beskärningen och eventuella efterbehandlingsmoment.

En annan fördel med aluminium är de goda ytfinisharna, särskilt när materialet extruderas och bearbetas. Det finns olika ytbehandlingsalternativ för båda typerna av aluminiumprodukter. Vanliga alternativ är bland annat:

• Anodisering
• Pulverlackering
• Målning
• Polering
• Blästring med skrot
• CNC-bearbetning
• Plätering

Varje pressgjuten legering uppför sig på olika sätt beroende på hur ytbehandlingen utförs. Legeringens sammansättning spelar roll.

Vilken är billigast?

Det finns inget entydigt svar, eftersom beräkningen varierar beroende på produktionsvolymen. När det gäller prototyper, små serier, enkla former och detaljer som redan finns tillgängliga som standardprofiler eller plåt kan aluminium ofta vara ett bra val.

De initiala verktygskostnaderna är höga vid tryckgjutning. När verktyget väl är klart sjunker dock kostnaden per detalj i allmänhet i takt med att produktionsvolymen ökar. Vid tillverkning av tusentals eller hundratusentals identiska detaljer kan tryckgjutning vara mer kostnadseffektivt.

Valet bör baseras på komponenten och inte enbart på materialets benämning.

Vanliga användningsområden för aluminium

Smidd aluminium används i produkter där hållfasthet, låg vikt, korrosionsbeständighet eller en specifik profil är avgörande.

Typiska exempel är bland annat:

• Fönster- och dörrkarmar
• Konstruktionsprofiler
• Flygplanskomponenter
• Cykelramar
• Värmeväxlare
• Maskindelar
• Komponenter till fordonsupphängningar
• Axlar och fästen
• Plattor och paneler

Den exakta legeringen varierar beroende på användningsområdet.

Till exempel används 6061 för allmänna konstruktionsdelar och bearbetade detaljer, medan 7075 används för tillämpningar som kräver högre hållfasthet.

Vanliga användningsområden för pressgjuten aluminium

Produkter med komplex geometri och som tillverkas i stora volymer tillverkas ofta av tryckgjutet aluminium.

Typiska användningsområden är bland annat:

• Höljen för fordonsindustrin
• Kopplingskåpor
• Motorhus
• Växellådshus
• LED-ljusarmaturer
• Elektronikskåp
• Kylflänsar
• Höljen för industriell utrustning
• Pumpkroppar
• Fästen
• Komponenter till vitvaror

Processen gäller även när flera detaljer integreras i en enda komponent.

Ett hölje kan till exempel ha fästnoppor, förstärkningsribbor, skruvhål, kabelöppningar och kylflänsar som alla är gjutna i ett och samma stycke.

Vad bör tillverkarna välja?

Börja med att fastställa kraven på delen.

Om detaljen är enkel och kräver en lång, enhetlig profil kan strängpressning vara ett bättre alternativ. En detalj av smidd legering eller en smidd detalj kan vara lämpligare om detaljen måste tåla upprepade belastningar och kräver hög hållfasthet.

Ju fler funktioner konstruktionen omfattar och ju större produktionsvolymen är, desto mer attraktivt blir tryckgjutning.

Följande frågor hjälper till att avgränsa processen:

·      Hur komplex är delen?

Aluminium är ofta lättare att forma till enkla plåtar, stänger, rör och profiler. Komplexa höljen och fästen lämpar sig väl för tryckgjutning.

·      Hur många delar behövs?

Ibland är det inte lönsamt att investera i verktyg för tryckgjutning när det bara handlar om några dussin delar. Vid tillverkning av stora volymer är det enklare att fördela verktygskostnaden på de enskilda komponenterna.

·      Hur mycket styrka krävs?

Vid höga belastningar, stötar, utmattning eller säkerhetsrelaterade tillämpningar bör ingenjörer använda faktiska uppgifter om legeringar och tillverkningsprocesser istället för den allmänna benämningen “aluminium”.”

·      Måste delen vara trycktät?

Om komponenten innehåller vätska eller gas bör man vara särskilt uppmärksam på porositeten. Vakuumgjutning, korrekt legering och läckagetestning kan vara nödvändigt.

·      Hur mycket bearbetning är acceptabelt?

Tryckgjutning ger en produkt som nästan är färdig, men hål, tätningsytor, gängor och snäva toleranser kräver vanligtvis efterbearbetning med CNC-maskiner. När man använder en aluminiumplatta, stång eller ämne måste man också bearbeta materialet.

Slutsats

Aluminium och pressgjutet aluminium är inte två helt olika metaller. Aluminium är grundmetallen och benämningen på en stor familj av legeringar. Med pressgjutet aluminium avses aluminiumlegeringar som gjuts under högt tryck. När hållfasthet och formbarhet är viktiga egenskaper är aluminium ett bra material för profiler, plåtar, bearbetade detaljer och komponenter. Tryckgjutet aluminium används för komplexa former, tunna väggar, integrerade detaljer och volymproduktion.

För tillverkare handlar det om valet av komponenter, inte om materialbeteckningar. Extrudering kan vara den bästa metoden för att tillverka en enkel profil. En komponent som utsätts för höga belastningar kan passa bättre för smide eller andra bearbetningsmetoder. Tryckgjutning kan vara ett bättre alternativ för ett komplext elektronikhus. Innan produktionen påbörjas bör man granska konstruktionen med avseende på väggtjocklek, formlutning, delningslinjer, bearbetningskrav, val av legering, toleranser och produktionsvolymer. En välkonstruerad form för tryckgjutning och bidrar sedan till att omvandla den godkända konstruktionen till enhetliga produktionsdelar.

Typiska steg för företag som går från CAD-filer eller fysiska prototyper till produktion är bland annat: DFM-granskning, verktygsdesign, formtillverkning, godkännande av prototyper, produktion, efterbehandling, kontroll och montering. Att fatta rätt beslut innan verktygstillverkningen påbörjas sparar in kostnaderna för eventuella ändringar i ett senare skede.