Zwaartekrachtgieten vs Drukgieten: Wat is het beste?

Introductie van zwaartekrachtgieten

Zwaartekrachtgieten is het proces waarbij gesmolten metaal in een mal wordt gespoten onder invloed van de zwaartekracht, ook wel eenvoudigweg gieten genoemd.

De bredere definitie van zwaartekrachtgieten omvat verschillende methoden, waaronder zandgieten, metaalgieten, klompgieten, verdwijngieten en kleigieten.

In engere zin verwijst zwaartekrachtgieten echter specifiek naar metaalgieten.

Metaalgieten is een moderne techniek waarbij hittebestendig gelegeerd staal om mallen te maken.

Het vloeibare metaal wordt meestal handmatig in de poort gegoten en het eindproduct wordt geproduceerd door de vormholte te vullen, te ontluchten, af te koelen en de vorm te openen door de kracht van het gewicht van het vloeibare metaal.

Het proces omvat de volgende stappen: smelten, materiaal in de mal gieten, ontluchten, afkoelen, de mal openen, warmtebehandeling en nabewerking.

Dit zijn de kenmerken van zwaartekrachtgieten:

• Het gietstuk heeft weinig poriën, waardoor een warmtebehandeling mogelijk is. Dit resulteert in een aanzienlijke verbetering van de sterkte, die die van spuitgietproducten overtreft.
• Het product heeft een lage dichtheid. Door het gieten met eigen gewicht is de dichtheid lager dan die van spuitgietenwat resulteert in een iets lagere sterkte maar een hogere rek.
• De oppervlakteafwerking van het product is niet optimaal. Afkoeling en krimp kunnen leiden tot de vorming van kraters die lijken op de kraters die ontstaan door stralen.
• Het vulproces is traag en de productie-efficiëntie is laag. Met een efficiëntie van slechts 1/4 van hogedrukgieten zijn de kosten van het product lager.
• De matrijs heeft een langere levensduur en lagere kosten in vergelijking met spuitgieten.
• Het proces is eenvoudig.
• Zwaartekrachtgieten is niet geschikt voor het produceren van onderdelen met dunne wanden.

Introductie van hogedrukgieten

Drukgieten is onderverdeeld in twee categorieën: hogedrukgieten en lagedrukgieten.

Hogedrukgieten is een giettechniek waarbij een gesmolten legering snel in de holte van een stalen mal in een drukkamer wordt gegoten en onder hoge druk stolt.

(1) De metaalvloeistof wordt onder druk in de holte gevuld en stolt door kristallisatie, meestal met een druk van 15-100 MPa.

(2) De metaalvloeistof wordt met hoge snelheid in de holte gevuld, met snelheden variërend van 10-50 m/s en in sommige gevallen zelfs meer dan 80 m/s, die door de interne poort wordt ingebracht. Dit resulteert in een zeer korte vultijd van de metaalvloeistof, meestal slechts 0,01-0,2 seconden, afhankelijk van de grootte van het gietstuk.

De kenmerken van hogedrukgieten zijn onder andere:

• Snel vullen en efficiënte productie.
• Hogedrukgieten resulteert in een product met een hoge dichtheid, sterkte en oppervlaktehardheid, maar een lage rek.
• Een uitstekende oppervlakteafwerking, meestal tot Ra6,3 en in sommige gevallen tot Ra1,6.
• De mogelijkheid om onderdelen met dunne wanddiktes te produceren, waarbij spuitgieten van aluminium een wanddikte van 0,5 mm kan bereiken.
• Snel vullen elimineert interne gasinmenging, wat resulteert in een product met een lage porositeit.
• Voor hogedrukgieten is geen warmtebehandeling nodig, omdat het inwendige gas tijdens de warmtebehandeling uitzet, wat defecten veroorzaakt zoals uitpuilen of barsten.
• Kleine bewerkingstoleranties zijn noodzakelijk (idealiter minder dan 0,25 mm), omdat overmatige bewerking de dichte oppervlaktelaag kan beschadigen en interne poriën kan blootleggen, waardoor het product minder sterk wordt.

Hogedrukgieten heeft echter hoge matrijskosten en een lage levensduur van de matrijs.

Introductie van lagedrukgieten

Het proces van lagedrukgiettechnologie verloopt als volgt: Droge, samengeperste lucht wordt in de afgesloten kroes of tank gebracht. Onder invloed van de gasdruk stijgt het vloeibare metaal op langs de stijgbuis en in de sprue, waardoor het soepel in de vormholte terechtkomt. De gasdruk wordt op het vloeistofniveau in de kroes gehouden tot het gietstuk volledig gestold is.

Na het stollen wordt de gasdruk op het vloeistofoppervlak opgeheven, waardoor het vloeibare metaal in de stijgbuis terugstroomt in de smeltkroes.

Tot slot wordt de mal geopend en het gietstuk verwijderd.

Lagedrukgieten verschilt aanzienlijk van hogedrukgieten op het gebied van apparatuur, proces en productprestaties.

De druk die wordt uitgeoefend bij lagedrukgieten is relatief laag, meestal tussen 20 en 60 kPa, en de drukbron is gas.

Door de lage druk wordt het product langzamer gevuld en is de productie-efficiëntie lager, maar de poreusheid van het product wordt verbeterd, waardoor het een warmtebehandeling kan ondergaan.

Over het algemeen is lagedrukgieten een balans tussen de voordelen van hogedrukgieten en zwaartekrachtgieten.

Vergelijking van voor- en nadelen

De kracht van aluminiumlegeringen kan sterk variëren door verschillen in grondstoffen. Spuitgietproducten hebben daarentegen een hoge dichtheid en sterkte omdat ze onder hoge druk worden gevormd. Zo hebben A380 spuitgietproducten een sterkte van 360MPa en een rek van slechts 3,7%.

Zwaartekrachtgietproducten hebben over het algemeen een lagere sterkte in vergelijking met gegoten producten. Zo heeft ZL101A een sterkte van 310MPa na warmtebehandeling, maar met een rek van 5-6%. Er zijn ook materialen, zoals ZL201a en ZL204a, met een sterkte van meer dan 380MPa.

Bij het kiezen van een productieproces is de wanddikte van het product de belangrijkste overweging. Hogedrukgieten is een zeer efficiënt proces en zou de eerste keuze moeten zijn zolang het productieproces en de productprestaties aan de eisen voldoen. Als de wanddikte van het product echter groter is dan 8 mm, voldoet hogedrukgieten mogelijk niet aan de gewenste sterkte vanwege interne poriën, in welk geval zwaartekrachtgieten of lagedrukgieten kan worden overwogen.