Wat is spuitgieten van aluminium?

Een van de populairste productieprocessen voor het op grote schaal produceren van metalen onderdelen met hoge precisie is aluminium spuitgietwerk. Het is belangrijk in hedendaagse industrieën die hoge precisie in afmetingen, mechanische sterkte, licht gewicht en kosteneffectiviteit vereisen.

 Onder hoge druk gieten van gesmolten staal aluminiumlegering stelt fabrikanten in staat om complexe vormen te produceren met een hoge oppervlakteafwerking en minder secundaire bewerkingen. Deze eigenschap maakt aluminium spuitgietwerk een van de beste opties voor de auto-industrie, elektronica, industriële machines, medische apparatuur en consumentengoederen.

In de afgelopen decennia, aluminium spuitgietwerk heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt dankzij de vooruitgang in legeringen, het ontwerp en de ontwikkeling van gereedschappen, automatisering en controlesystemen. Het is nu zowel een massaproductietechniek als een zeer gecontroleerd proces dat geschikt is voor nauwe toleranties, veeleisende prestatie-eisen en internationale kwaliteitsnormen, waaronder ISO 9001 en IATF 16949.

Het spuitgietproces van aluminium

Algemene regel voor het spuitgieten van aluminium

Aluminium spuitgieten is een proces waarbij een gesmolten aluminiumlegering onder druk wordt gezet in een geharde stalen mal of matrijs. De druk ligt meestal tussen honderden en duizenden bar en het gesmolten metaal wordt zo gemaakt dat het de kleinste en meest complexe kenmerken van de mal vult. Na het injecteren koelt het metaal af en stolt het snel, waarbij het de vorm aanneemt van de matrijsholte. Zodra het gestold is, wordt de mal geopend en wordt het voltooide gietstuk uitgeworpen.

Het gebruik van herbruikbaar staal onderscheidt spuitgietmatrijzen van andere gietprocessen, zoals zandgieten of zwaartekrachtgieten. Deze herbruikbaarheid maakt een uniforme productkwaliteit, een hoge productie-efficiëntie en een hoge herhaalbaarheid bij grote productievolumes mogelijk.

Processen bij de productie van aluminium spuitgietproducten

Gieten van aluminium is een zeer efficiënt productieproces omdat het complexe metalen precisieonderdelen produceert die worden gebruikt bij de productie van auto's, elektronica en industriële apparatuur. Het wordt gedaan door gesmolten aluminium onder hoge druk in een hooggefabriceerde mal te pompen, gevolgd door afwerking en kwaliteitsinspectie.

De samenvatting van het proces van aluminium spuitgieten is als volgt:

Analyse van het onderdeelontwerp

Spuitgieten wordt gebruikt bij aluminium gieten en de eerste stap is het analyseren van het ontwerp van het onderdeel. Ingenieurs houden rekening met wanddikte, ontwerphoeken en de locatie van openingen en ontluchtingen om mogelijke obstakels te identificeren en de produceerbaarheid te verbeteren. Zo worden defecten en gietkwaliteit aangepakt.

Matrijs- of gietvormontwerp

In de analyse ontwerpen ingenieurs een spuitgietmatrijs met holtes, kernen, geleiders en deellijnen. Vormontwerp moet goed worden uitgevoerd om de juiste geometrie, goede metaalstroom en gemakkelijke uitwerping van onderdelen te verkrijgen.

Gereedschap, productie en materiaalselectie

Matrijzen voor spuitgietwerk worden meestal gemaakt van hoogwaardige gereedschapsstalen zoals H13, DIN 1.2344, 8407 en P20, die hard, slijtvast en warmtegeleidend zijn. Na de selectie van de materialen worden de matrijzen geproduceerd door middel van zeer nauwkeurige bewerkingsprocessen zoals CNC frezen, boren en EDM, en vervolgens onderworpen aan een zeer strenge inspectie.

Smelten en injecteren

Staven van aluminiumlegeringen smelten in een oven bij 650-700 °C. Vervolgens wordt een hogedruk plunjer of hydraulische zuiger gebruikt om het gesmolten aluminium in de matrijsholte te injecteren. Deze hogesnelheidsinjectie bedekt de matrijzen volledig.

Koelen, stollen en uitwerpen

De matrijs wordt gevuld met gesmolten aluminium dat na het inspuiten afkoelt en stolt. De koelsnelheid is belangrijk om te controleren, anders leidt te snel tot porositeit en te langzaam tot vervorming. Kanalen in de matrijs helpen om de temperatuur gelijkmatig te houden. Na uitharding duwen uitwerppennen en -platen het onderdeel er onschadelijk uit zonder het onderdeel of de matrijs te beschadigen.

Oppervlakteafwerking, verspanen en trimmen

Bijwerken gebeurt handmatig of automatisch om overtollig materiaal te verwijderen, zoals uitlopers, uitlopers en bramen. Andere worden dan CNC-bewerkt om zeer fijne toleranties te bereiken of om versieringen toe te voegen, zoals gaten met schroefdraad. Oppervlakteafwerking kan de duurzaamheid en het uiterlijk verbeteren door anodiseren, poedercoaten, verven, galvaniseren of elektroforese.

Eindassemblage en kwaliteitsinspectie

Voorafgaand aan de levering ondergaat elk onderdeel van de aluminiumgietmatrijs een grondige kwaliteitsinspectie om te voldoen aan de specificaties van de klant. Het kan indien nodig ook worden geassembleerd na voltooiing van het product, waardoor producten van hoge kwaliteit worden geleverd die voldoen aan de wereldwijde normen.

Soorten processen voor het spuitgieten van aluminium

Spuitgieten onder hoge druk

De meest gebruikte spuitgieten van aluminium proces is hogedrukgieten. Het maakt gebruik van horizontale machines met een koude kamer waarin gesmolten aluminium onder extreem hoge druk en snelheid in de matrijs wordt gespoten.

Dit is het beste proces om fijnwandige, complexe voorwerpen te maken met een hoge oppervlaktekwaliteit en nauwe toleranties. Spuitgieten wordt vaak onder hoge druk toegepast in de automobiel-, elektronica- en industriële sector.

Spuitgieten onder lage druk

Lagedruk spuitgieten is een proces waarbij gesmolten aluminium onder lage druk in de mal wordt gespoten, in vergelijking met injectie met hoge snelheid. Bij dit proces zorgen een grotere controle over de metaalbeweging en minder turbulentie voor een hogere interne kwaliteit en minder porositeit.

Gegoten aluminium wordt vaak onder lage druk gebruikt om structurele onderdelen en wielen te maken waarvan de mechanische integriteit van groot belang is.

Vacuüm Spuitgieten

Het is hogedrukgieten, maar in een verfijnde vorm waarbij de lucht voor en tijdens het spuitgieten uit de matrijsholte wordt verwijderd: vacuüm spuitgieten.

Dit proces kan de porositeit sterk verminderen en de mechanische eigenschappen verbeteren door de ingesloten gassen te minimaliseren, waardoor de gietstukken geschikt worden voor warmtebehandeling en lassen.

Technische overwegingen bij het spuitgieten van aluminium

Aluminium spuitgietlegeringen

Betekenis van de keuze van de legering

Door de hoge prestaties van een aluminium spuitgietcomponent is de legering een belangrijke bepalende factor. Verschillende gegoten aluminiumlegeringen verschillen in sterkte, vervormbaarheid, corrosiebestendigheid, thermische geleidbaarheid en bewerkbaarheid. De keuze van de legering is van vitaal belang om ervoor te zorgen dat aan de functionele eisen wordt voldaan terwijl de kosten worden geminimaliseerd en de produceerbaarheid wordt verbeterd.

Ontwerpoverwegingen voor spuitgietaluminium

Ontwerp voor maakbaarheid

De eerste stap naar succesvol aluminium spuitgieten is een goed ontworpen onderdeel. De ingenieurs moeten aandacht besteden aan het gedrag van de metaalstroom, koeling en uitwerpen. De wanddikte moet uniform zijn om een gelijkmatige koeling te bereiken en de kans op porositeit, krimp en vervorming te minimaliseren.

Eenvoudige verbindingen tussen de dikke en dunne delen verbeteren de integriteit van het gietstuk en de maatnauwkeurigheid. Verticale oppervlakken zijn voorzien van ontwerphoeken die het uitwerpen uit de matrijs vergemakkelijken.

De onderdelen kunnen in de matrijs worden afgezet, waardoor oppervlakteschade of slijtage van het gereedschap kan ontstaan als er onvoldoende trekkracht is. In plaats van scherpe hoeken worden fillets en radii gebruikt, die spanningsconcentratie minimaliseren en de stroming van het metaal tijdens het inspuiten verbeteren.

Tolerantie- en oppervlakteafwerkingsverwachtingen

Aluminium spuitgietwerk biedt een hoge maatnauwkeurigheid in vergelijking met veel andere gietprocessen. Gangbare toleranties variëren van -0,05 mm tot -0,2 mm, afhankelijk van de grootte en geometrie van het onderdeel.

De oppervlakteafwerking is glad en gelijkmatig, waardoor uitgebreide machinale bewerking of polijsten vaak overbodig is. Gaten met schroefdraad, afdichtingsvlakken of lagerzittingen kunnen echter nog steeds kritieke onderdelen zijn waarvoor CNC-bewerking nodig is.

Controle bij spuitgieten van aluminium

Technieken voor procesbeheersing

De fabrikant moet constante kwaliteit garanderen in aluminium spuitgietwerken handhaven een strakke procescontrole in alle productiestadia. De smelttemperatuur, injectiesnelheid, druk, koelsnelheid en matrijstemperatuur worden voortdurend gecontroleerd en aangepast.

Fabrieken die goed zijn uitgerust met technologie hebben realtime controlesystemen en geautomatiseerde controles om variaties te minimaliseren. De inspectiemethoden zijn visuele inspectie, dimensionale inspectie met een coördinatenmeetmachine, röntgeninspectie om inwendige porositeit op te sporen, hardheidstesten en chemische samenstellingstesten.

Deze voorzorgsmaatregelen worden genomen om ervoor te zorgen dat alle partijen gietstukken voldoen aan de specificaties en vereisten van de klant en de industrie.

Certificeringen en normen in de industrie

Fabrikanten van op kwaliteit gebaseerd aluminium spuitgietwerk zijn ook gecertificeerd volgens de internationaal erkende kwaliteitsmanagementsystemen. Alle drie de certificeringen (IATF 16949, ISO 14001 en ISO 9001) tonen aan dat het bedrijf zich inzet voor kwaliteit, milieubeheer en voortdurende verbetering, wat klanten uit de auto-industrie en de industrie zeer waarderen.

Eindafwerking van oppervlakken en bewerkingen

Bewerking en trimmen

Gieten vereist het verwijderen van vast afval, zoals uitlopers, poorten en uitlopers. Snoeien kan handmatig of met geautomatiseerde persen.

Als er hogere toleranties of meer gespecialiseerde functies nodig zijn, wordt CNC-verspaning gebruikt. De bewerkingscentra van tegenwoordig zijn zeer nauwkeurig, betrouwbaar en zeer herhaalbaar bij productie in grote volumes.

Opties voor oppervlaktebehandeling

Gegoten aluminium kan ook verschillende oppervlakteafwerkingen krijgen om het uiterlijk, de corrosiebestendigheid en de functionaliteit te verbeteren. De meest voorkomende zijn galvaniseren, elektroforese, anodiseren, poedercoaten en verven. Het beoogde gebruik, de esthetiek en de betaalbaarheid bepalen het type afwerking.

Voordelen en nadelen van aluminium spuitgietstukken

Aluminium spuitgieten: voordelen

Het ideale proces is aluminium spuitgieten, omdat het een licht gewicht en mechanische sterkte biedt, waardoor het geschikt is voor gevallen die gewichtsvermindering vereisen. Het proces biedt efficiëntie in productie en stabiliteit, evenals de mogelijkheid om gecompliceerde geometrieën te produceren met minder afval.

Andere aspecten die aluminium aantrekkelijk maken als duurzaam productiemateriaal zijn de inherente corrosiebestendigheid en recyclebaarheid.

Nadelen en zorgen

Gieten van aluminium is beperkt, maar heeft voordelen. Initiële tooling kan duur zijn en minder kosteneffectief als het productievolume erg laag is.

Het is meestal ook beperkt tot bepaalde klassen aluminiumlegeringen en het onvermogen om het proces te controleren kan leiden tot defecten, zoals porositeit of groottevariatie. Deze problemen zijn aangepakt door een goed ontwerp, engineering en systemen van hoge kwaliteit.

Gieten van aluminium: Industriële toepassingen

Auto en transport

De auto-industrie is een van de grootste gebruikers van gietaluminium. Onder andere motorblokken, transmissiebehuizingen, beugels en structurele onderdelen kunnen worden gebruikt om de sterkte-gewichtsverhouding van aluminium te benutten voor een zuiniger brandstofverbruik en lagere emissies.

Elektronica en elektrische apparatuur

De thermische en elektrische geleidbaarheid van aluminium is uitzonderlijk en daarom worden elektronicabehuizingen, koellichamen en behuizingen vaak in aluminium gegoten. Deze eigenschappen geven prioriteit aan effectieve warmteafvoer en elektromagnetische afscherming.

Machines, consumentenproducten en industrie

Industriële apparatuur, elektrisch gereedschap, verlichting en huishoudelijke apparaten worden gegoten in aluminium spuitgietwerk omdat het onderdelen produceert die sterk, nauwkeurig en visueel aantrekkelijk zijn. Het proces vergemakkelijkt de prestaties (functioneel) en het huidige productontwerp.

Conclusie

Gieten van aluminium is een van de meest veelbelovende en betrouwbare methoden voor het produceren van hoogwaardige, lichtgewicht, duurzame metalen onderdelen op grote schaal. Door een herbruikbare stalen matrijs onder hoge druk in gesmolten aluminiumlegeringen te persen, kunnen fabrikanten complexe geometrieën, nauwe maattoleranties en hoogwaardige oppervlakteafwerkingen produceren met minimale secundaire bewerkingen.

Dit alles onderstreept de behoefte aan spuitgieten van aluminium in vele sectoren, waaronder auto's, elektronica, industriële apparatuur, medische apparatuur, consumentengoederen en andere. Vooruitgang in de ontwikkeling van legeringen, matrijsontwerp, automatisering en procescontrole hebben ook geholpen om de uniformiteit, kwaliteit en prestaties van aluminium spuitgietonderdelen te verbeteren.

Producenten kunnen het proces kiezen dat voldoet aan hun structurele, mechanische en esthetische eisen, met opties als hoog-, laag- en vacuüm aluminium spuitgieten. Als er voldoende aandacht wordt besteed aan het ontwerp van het onderdeel, de keuze van de legering, de kwaliteit van het gereedschap en inspectie, kunnen typische problemen zoals poreusheid of hoge gereedschapskosten worden voorkomen.

In het algemeen is de combinatie van sterkte, gewichtsvermindering, kostenefficiëntie en duurzaamheid een ideale oplossing voor aluminium spuitgietwerk. Het kan gemakkelijk gerecycled worden, is corrosiebestendig en voldoet aan de huidige kwaliteitseisen, waardoor het een van de belangrijkste technologieën is om te voldoen aan de eisen van productieomgevingen met hoge prestaties en grote volumes in de moderne wereld.