Aluminium spuitgietonderdelen en aluminium zandgieten: processen, toepassingen en onderhoud
Aluminium onderdelen verlaten de fabrieksvloer via meer dan één route. Sommige worden onder hoge druk gevormd in een matrijs van gehard staal, andere krijgen langzaam vorm in een bed van gebonden zand. Kiezen tussen aluminium spuitgietonderdelen en zandgegoten aluminium componenten zijn afhankelijk van de wanddikte, het ordervolume, het gereedschapsbudget en het afgewerkte oppervlak dat een project daadwerkelijk nodig heeft. In de onderstaande secties wordt uitgelegd hoe elke methode werkt, waar elke methode wordt gebruikt, wat er mis kan gaan tijdens het vormen en hoe afgewerkte aluminium hardware moet worden gereinigd zodra deze in gebruik is.
Strakke herhaalbare toleranties
Hogedrukinjectie vult de matrijsholte in een fractie van een seconde, zodat de wanddikte en gatposities zich vanaf het eerste schot tot het tienduizendste nauwkeurig herhalen. Deze consistentie is de reden aluminium spuitgietonderdelen zijn gekozen voor behuizingen en beugels die zonder handmatige montage aan bijpassende componenten moeten worden vastgeschroefd.
Mogelijkheid tot dunne wanden
Omdat gesmolten aluminium onder druk in de holte wordt geperst in plaats van door de zwaartekracht te worden gegoten, kunnen wanden zo dun als één millimeter nog steeds volledig worden gevuld voordat het metaal bevriest, waardoor de afgewerkte onderdelen licht blijven zonder dat dit ten koste gaat van de stijfheid.
Glad gegoten oppervlak
Stalen matrijzen geven een fijne oppervlaktetextuur rechtstreeks aan het gietstuk, waardoor de noodzaak voor secundaire bewerking op cosmetische oppervlakken wordt verminderd of weggenomen en de hoeveelheid nabewerking die een behuizing of afdekplaat nodig heeft voordat deze wordt verzonden, wordt verlaagd.
Efficiënt op volume
Cyclustijden gemeten in seconden in plaats van minuten maken het proces geschikt om duizenden keren dezelfde geometrie uit te voeren. Daarom vertrouwen motorsteunen, transmissiehuizen en elektronische behuizingen op deze methode zodra een ontwerp is voltooid.
Voordelen van zandgieten voor aluminium onderdelen
Zandgieten heeft een andere aanpak en verdient zijn plaats om verschillende redenen. In plaats van metaal in een geharde matrijs te persen, verpakt het proces zand vermengd met een bindmiddel rond een patroon en verwijdert vervolgens het patroon om een holte achter te laten die gesmolten aluminium vult door de zwaartekracht. Dit verandert de economie en de geometrie die praktisch geproduceerd kunnen worden.
Lage gereedschapsinvestering
Patronen kunnen worden opgebouwd uit hout, schuim of 3D-geprint plastic in plaats van gehard staal, wat de initiële kosten voor het starten van een nieuw onderdeelnummer verlaagt en de tijd tussen een voltooide tekening en een eerste monster verkort.
Mogelijkheid tot grote secties
Zwaartekrachtgieten legt niet dezelfde druklimieten op als bij spuitgieten, dus pomphuizen, versnellingsbakken en machinebasissen met een sectiedikte die veel groter is dan wat een matrijs veilig aankan, komen zonder problemen uit de mal.
Ontwerpflexibiliteit tussen runs
Een patroon kan snel worden herwerkt of een nieuw patroon worden gesneden wanneer een ontwerp verandert, waardoor de doorlooptijd en kosten van het aanpassen of vervangen van een stalen matrijs worden vermeden telkens wanneer een afmeting tijdens de ontwikkeling moet worden aangepast.
Geschikt voor runs met een laag volume
Waar slechts een handvol eenheden of een korte productierun nodig is, is het zelden zinvol om de kosten van een stalen matrijs over zo weinig onderdelen te spreiden, dus zandmallen blijven de meer praktische route voor prototypes en beperkt seriewerk.
Castingparameters naast elkaar vergelijken
In de onderstaande tabel worden de drie meest gebruikelijke routes voor het vormen van aluminium op een rij gezet met de variabelen die het vaakst bepalen naar welke route een tekening moet worden gerouteerd.
| Parameter | Spuitgieten | Zandgieten | Permanent gieten van mallen |
|---|---|---|---|
| Gereedschapskosten | Hoog | Laag | Middelmatig |
| Dimensionale nauwkeurigheid | ±0,05 tot 0,1 mm typisch | ±0,5 tot 1,5 mm typisch | ±0,2 tot 0,5 mm typisch |
| Aanbevolen batchgrootte | Duizenden en hoger | Enkele eenheden tot een paar honderd | Honderden tot een paar duizend |
| Haalbare wanddikte | 1 mm tot 4 mm | 5 mm tot 50 mm | 3 mm tot 20 mm |
| Ruwheid van het gegoten oppervlak | Ra 1,5 tot 3,0 micrometer | Ra 6,0 tot 12,5 micrometer | Ra 3,0 tot 6,0 micrometer |
| Typische cyclustijd | Seconden tot een paar minuten | Uren inclusief matrijsvoorbereiding | Minuten per casting |
Aluminium zandgieten Gemeenschappelijke onderdelentoepassingen
Omdat zandvormen grote, zware secties en onregelmatige vormen tolereren zonder de drukbeperkingen van een matrijs, worden bepaalde categorieën hardware vrijwel uitsluitend via deze route gebouwd.
Pomphuizen
Interne waterdoorgangen en montageflenzen uit één stuk gegoten, waardoor naden worden vermeden die anders afgedicht zouden moeten worden.
Kleplichamen
Dikke wanden rond poorten met schroefdraad houden de druk vast, terwijl interne stroomkanalen schoon worden gevormd tijdens het gieten.
Flenzen en fittingen
Boutcirkels en afdichtingsvlakken worden bijna op het uiteindelijke formaat gegoten, waarbij alleen het pasvlak overblijft dat moet worden bewerkt.
Basissen voor werktuigmachines
Zware, stijve secties die trillingen dempen tijdens het gebruik, met afmetingen die ver buiten de limieten voor spuitgieten vallen.
Onderdelen van landbouwmachines
Versnellingsbakbehuizingen en beugels blootgesteld aan belastingen buitenshuis en herhaalde schokken tijdens gebruik in het veld.
Maritieme hardware
Beugels, behuizingen en fittingen die de corrosiebestendigheid van aluminium combineren met de mogelijkheden van zandgieten voor grote secties.
Hoe aluminium onderdelen te gieten
Ongeacht welk maltype wordt gebruikt, volgt het vormen van een aluminium onderdeel dezelfde brede volgorde, van patroon tot afgewerkt gietstuk.
Patroon- of matrijsvoorbereiding
Er wordt een patroon gebouwd voor zandgieten, of een matrijs van gehard staal wordt machinaal bewerkt voor drukgieten, passend bij de geometrie van het uiteindelijke onderdeel plus de krimptoeslag.
Smelten
Aluminiumlegering wordt in een smeltkroes of inductieoven verwarmd tot ongeveer 660 tot 720 graden Celsius totdat het een volledig vloeibare, gietbare toestand bereikt.
Ontgassen en fluxen
Een ontgassingsmiddel verwijdert opgeloste waterstof en een flux trekt oxide-insluitingen naar het oppervlak, waardoor de porositeit in het voltooide gietstuk wordt verminderd.
Gieten of injecteren
Gesmolten metaal wordt door de zwaartekracht in een zandholte gegoten, of onder druk in een matrijs geïnjecteerd, waardoor de mal wordt gevuld voordat het oppervlak begint te stollen.
Afkoeling en stolling
Door gecontroleerde koeling kan het gietstuk stollen van de dunste delen naar de dikste delen, waardoor krimpholten en interne spanningen worden beperkt.
Ontvormen en afwerken
Het gietstuk wordt gescheiden van het zand of de matrijs, poorten en stijgbuizen worden weggesneden en het onderdeel wordt naar behoefte geslepen, warmtebehandeling of machinaal bewerkt.
Hoe aluminium onderdelen te gieten at Home
Een vereenvoudigde versie van hetzelfde proces ligt binnen het bereik van een hobbywerkplaats. Een kleine propaan- of houtskoolgestookte oven smelt schrootaluminium in een stalen of grafietkroes, terwijl een houten of 3D-geprint patroon, gedrukt in vochtig gietzand, de holte vormt. Nadat het patroon is teruggetrokken, worden met de hand een gietpoort en een ontluchtingskanaal uitgesneden voordat de malhelften worden gesloten en vastgeklemd. Gesmolten metaal wordt gestaag gegoten om te voorkomen dat er lucht in blijft zitten, en wordt vervolgens met rust gelaten totdat het gietstuk voldoende is afgekoeld om te hanteren. Veiligheidsuitrusting is op deze schaal eerder van belang dan minder: een gelaatsscherm, hittebestendige handschoenen en lange mouwen beschermen tegen spatten, en het gieten moet altijd gebeuren op een droog, niet-brandbaar oppervlak, uit de buurt van enig spoor van vocht, omdat water dat in vochtig zand of nat gereedschap zit, bij contact met gesmolten aluminium kan verdampen.
Wat kan ik gebruiken om aluminium te gieten?
De materiaalkeuze loopt in twee richtingen: het matrijsmateriaal en de aluminiumlegering zelf.
Vormmaterialen
Kiezelzand gebonden met klei of chemische bindmiddelen voor eenmalige mallen, machinaal bewerkt staal voor herhaalde spuitgietcycli, en grafiet of gietijzer voor permanente mallen die gedurende een bescheiden productierun worden hergebruikt.
Gemeenschappelijke legeringskwaliteiten
A356 en A357 voor onderdelen die na warmtebehandeling een hogere sterkte nodig hebben, ADC12 en A380 voor algemene spuitgietstukken, en 6061 waarbij een gietstuk later machinaal wordt bewerkt en een goede bewerkbaarheid vereist.
Ovenapparatuur
Smeltkroesovens die worden gestookt door propaan-, aardgas- of elektrische weerstandselementen voor kleinere batches, en inductieovens voor sneller smelten wanneer de doorvoer belangrijker is dan de brandstofkosten.
Hulpmaterialen
Ontgassingstabletten, cover flux, mould release coatings en stijghoezen die elk een specifiek risico op defecten tijdens het smelten en gieten aanpakken in plaats van de vorm van het onderdeel zelf.
Wat is de scheidingslijn van aluminiumgieten?
De scheidingslijn markeert waar twee helften van een mal of matrijs elkaar ontmoeten en scheiden om het voltooide gietstuk los te laten. De positie ervan is gekozen op de breedste dwarsdoorsnede van het onderdeel, zodat beide helften netjes kunnen wegtrekken zonder te blokkeren tegen een ondersnijding. Een slecht geplaatste scheidingslijn dwingt tot extra kernwerk, voegt diepgangshoeken toe die anders niet nodig waren, of laat overtollig flitswerk achter dat met de hand moet worden weggeslepen. Bij een voltooid gietstuk is de scheidingslijn meestal zichtbaar als een vage naad of een licht verhoogde lijn die rond het onderdeel loopt. Het is normaal dat u tijdens de eindinspectie lichte bewerking of slijpwerk langs die naad ziet, in plaats van deze als een defect te behandelen.
Hoe moeilijk is het om aluminium te gieten?
Aluminium bevindt zich in het midden van de moeilijkheidsgraad voor het gieten van metaal. Het gematigde smeltpunt en de goede vloeibaarheid maken het vergevingsgezinder dan ijzer of staal, maar een handvol defecten vereist nog steeds aandacht in elke fase van het gieten.
Gasporositeit
Gesmolten aluminium absorbeert gemakkelijk waterstof bij hoge temperaturen, en dat gas komt uit de oplossing als het metaal afkoelt, waardoor er kleine holtes achterblijven, tenzij er op de juiste manier wordt ontgast voordat het wordt gegoten.
Krimpholten
Aluminium krimpt merkbaar naarmate het stolt, dus dikke delen die afkoelen nadat het omringende metaal al is uitgehard, kunnen naar binnen trekken en een interne leegte achterlaten.
Koud gesloten
Twee stromen metaal die elkaar ontmoeten nadat een van beide is begonnen te vervellen, kunnen niet volledig samensmelten, waardoor er een zichtbare lijn van zwakte achterblijft op het oppervlak van het gietstuk.
Heet scheuren
Dunne gedeelten die grenzen aan een veel dikkere massa kunnen barsten terwijl ze nog gedeeltelijk gesmolten zijn als de mal de natuurlijke samentrekking tijdens het afkoelen tegenhoudt.
Oppervlakteafwerking en tolerantieopties voor gegoten aluminium componenten
Een ruw gietstuk verlaat zelden de werkvloer precies zoals het uit de mal komt. Machinaal bewerkte montagevlakken, geanodiseerde coatings voor corrosiebestendigheid, poedercoating voor behuizingen in bijpassende kleuren en kogelstralen voor een uniforme, matte textuur worden allemaal toegepast, afhankelijk van waar het onderdeel in gebruik zal komen. Tolerantieklassen variëren doorgaans van algemene afmetingen zoals gegoten op niet-kritieke vlakken tot nauwkeurig bewerkte boringen en boutpatronen die binnen een paar honderdsten van een millimeter worden gehouden waar bijpassende onderdelen dit vereisen. Verificatie van de wanddikte, röntgeninspectie op interne porositeit en druktesten op onderdelen die vloeistof vasthouden, zijn gebruikelijke stappen die bij de eindinspectie worden ingebouwd voordat een batch wordt vrijgegeven.
Gegoten aluminium onderdelen reinigen
De algemene reiniging van een gegoten aluminium onderdeel begint met warm water en een mild, niet-schurend reinigingsmiddel, aangebracht met een zachte borstel om stof en vuil op het oppervlak te verwijderen. Sterke zuren en alkalische reinigingsmiddelen moeten worden vermeden, omdat ze de natuurlijke oxidelaag aantasten die aluminium tegen corrosie beschermt. Hardnekkige resten kunnen worden losgemaakt door ze kort in een schoonmaakmiddel voor aluminium te laten weken voordat ze voor de laatste keer worden afgespoeld en vervolgens volledig te laten drogen met een pluisvrije doek, omdat opgesloten vocht dat achterblijft in uitsparingen of gaten met schroefdraad tot nieuwe oxidatie leidt.
Auto-onderdelen van gegoten aluminium reinigen
Wielen, inlaatspruitstukken en transmissiehuizen verzamelen na verloop van tijd wegstof en remresten. Door eerst het losse gruis weg te spoelen en vervolgens een wielveilige aluminiumreiniger en een zachte borstel in de verzonken spaken aan te brengen, voorkom je dat schurende deeltjes het oppervlak krassen. Een dun laagje beschermende was vertraagt daarna de terugkeer van oxidatie tussen wasbeurten.
Motoronderdelen van gegoten aluminium reinigen
Motoronderdelen bevatten aangekoekte oliefilm en koolstofafzettingen die door gewoon water niet kunnen verschuiven. Door het onderdeel volledig te laten afkoelen, er een ontvetter op te spuiten en het in ribben en boutnokken te bewerken met een nylon borstel in plaats van een metalen borstel, voorkom je dat er krassen in het oppervlak komen. Een grondige droge en gecomprimeerde luchtuitblaas van blinde gaten voorkomt dat overgebleven schoonmaakmiddel de pakkingafdichting bij hermontage verstoort.
Routineonderhoud Reiniging
Voor onderdelen die normaal buiten of in de industrie worden gebruikt, kan een eenvoudige maandelijkse wasbeurt met milde zeep en een zachte doek, gevolgd door inspectie op putjes of witte oxidebloei, vroegtijdige corrosie opvangen voordat deze zich verspreidt tot putjes die mechanisch polijsten vereisen om te verwijderen.
Het juiste proces selecteren voor een nieuw onderdeel
Er komt zelden een tekening binnen waarvan de gietmethode al is bepaald. Wanddikte, verwachte bestelhoeveelheid, tolerantievereisten op pasvlakken en de grootte van het onderdeel wijzen allemaal in de richting van een matrijs, een zandvorm of een permanente vorm voordat ook maar één gram aluminium is gesmolten. Door deze factoren vroegtijdig te beoordelen, samen met de legeringssoort die het beste past bij de mechanische en corrosievereisten van het onderdeel, worden herbewerkingen en gereedschapswijzigingen tot een minimum beperkt zodra de productie eenmaal is gestart.
