Wat is zwaartekrachtgieten? Belangrijke inzichten voor fabrikanten

In de moderne productiewereld is metaalgieten heel belangrijk als het gaat om het produceren van onderdelen met complexe geometrieën van hoge kwaliteit. Een van de meest efficiënte manieren om dit te doen is het gravitatiegieten. Dit proces is een combinatie van precisie, efficiëntie en kosteneffectiviteit; het is daarom een geprefereerde oplossing voor industrieën zoals de automobielindustrie, luchtvaart en industriële apparatuur. In wezen wordt bij het gieten met behulp van zwaartekracht gebruik gemaakt van de zwaartekracht om een mal met metaal op te vullen zonder gebruik te hoeven maken van hogedrukapparatuur, waardoor het proces niet complex is qua opzet. Als je een student techniek, een productiemanager of gewoon geïnteresseerd in giettechnologieën bent, dan is leren over zwaartekrachtgieten cruciaal om een algemene kijk op metaalproductie te krijgen.

De basisprincipes van aluminium gravitatiegieten, hoe het wordt gedaan, belangrijke factoren zoals de temperatuur en tijd, het type materiaal dat wordt gebruikt en de voor- en nadelen, samen met veelvoorkomende toepassingen, worden in dit artikel behandeld.

Hoe werkt aluminium spuitgietwerk?

Het gieten van de aluminiummatrijs op zwaartekracht is een proces van permanent vormafgietsel dat vaak wordt toegepast voor de productie van non-ferro aluminium metalen onderdelen. Het aluminium gravitatiegieten houdt in dat gesmolten aluminiummetaal alleen onder invloed van de zwaartekracht in een herbruikbare metalen mal wordt gegoten. Door af te rekenen met het gieten onder hoge druk waarbij druk van duizenden psi's wordt gebruikt om metaal in de mal te persen, maakt het zwaartekrachtgieten alleen gebruik van natuurlijke zwaartekrachten, waardoor de gesmolten metaallegering zonder beperking in de holtes van de mal kan stromen.

Hieronder volgt het typische proces van deze activiteit:

1. De metalen matrijs (meestal gemaakt van gietijzer of staal) wordt voorverwarmd tot ongeveer 150-300° C om thermische schokken te voorkomen en een soepele metaalstroom te bevorderen.
2. De matrijs is bedekt met een smeermiddel van keramiek of grafiet om ervoor te zorgen dat het gesmolten metaal er niet aan blijft plakken.
3. Gesmolten metaal (in de vorm van een aluminium-, magnesium- of koperlegering) dat verwarmd is tot ongeveer 650-750°C (afhankelijk van het soort materiaal) wordt in de matrijs gegoten.
4. Het gesmolten metaal wordt via een sprue in de matrijsholte geduwd en neemt onder invloed van de zwaartekracht de hele matrijs in beslag.
5. De matrijs laat het gietstuk stollen binnen 20 tot 90 seconden, afhankelijk van de grootte en het materiaal.
6. Vervolgens wordt de matrijs geopend en wordt het product handmatig uitgeworpen of uit de matrijs verwijderd.
7. Voordat het product wordt afgewerkt, wordt overtollig materiaal van runners en sprues afgesneden.

Omdat het proces gebruik maakt van zwaartekracht en niet van mechanische druk, is de installatie van apparatuur eenvoudiger en zijn de onderhoudskosten en gereedschapskosten meestal lager.

Stap voor stap proces van het gieten van zwaartekrachtmatrijzen

De techniek van het zwaartekrachtgieten is populair omdat het gemakkelijk te herhalen is en omdat het metaal van hoge kwaliteit kan produceren met kleine toleranties. In tegenstelling tot hogedrukgieten wordt alleen de zwaartekracht gebruikt om de matrijsholte te vullen, waardoor het hele proces kostenefficiënter en mechanisch minder omslachtig is.

Hieronder wordt stap voor stap uitgelegd hoe het aluminium gravitatiegieten in een gewone opstelling in zijn werk gaat:

1. Voorbereiding van de mal

Het eerste proces in aluminium zwaartekracht gieten gebruikt in de voorbereiding van de mal, of anders bekend als sterven. Staal of gietijzer wordt meestal gebruikt bij het maken van deze matrijzen die bedoeld zijn voor herhaald gebruik. De mal wordt goed gereinigd nadat er metaal uitgegoten kan worden om eventuele resten van eerdere gietingen te verwijderen.

Na het reinigen wordt de mal voorverwarmd op een temperatuur tussen 150°C en 300 300°C. Voorverwarmen zorgt ervoor dat de gesmolten aluminiumlegering niet te snel afkoelt bij contact, wat leidt tot defecten zoals koude sluitingen of onvoldoende vulling. Een lossingsmiddel, meestal een coating op basis van grafiet of keramiek, wordt op het binnenoppervlak van de mal aangebracht. Dit heeft twee functies: ervoor zorgen dat de gesmolten aluminiumlegering niet aan de matrijs blijft kleven en helpen bij het verkrijgen van een gladdere afwerking van het eindproduct.

2. Smelten van aluminiumlegeringen

De voorbereiding van de mal wordt gevolgd door het smelten van de geselecteerde metaallegering. De hoeveelheden metaallegeringen worden in een oven geplaatst en gesmolten tot de giettemperatuur die afhangt van de legering. Het smeltpunt van aluminiumlegeringen ligt bijvoorbeeld meestal tussen 650°C en 750°C, terwijl legeringen op basis van koper smeltpunten tussen 900°C en 1100°С vereisen.

Het is van het grootste belang om de smelttemperatuur nauwkeurig te regelen. Oververhitting kan leiden tot verhoogde oxidatie of gasabsorptie, terwijl onderverhitting kan leiden tot onvolledige vulling van de mallen of slechte mechanische eigenschappen.

3. Het gieten van gesmolten metaal legering

Wanneer de juiste smelttemperatuur is bereikt, wordt het gesmolten metaal in de voorverwarmde mal gegoten. Bij gravitatiegieten wordt er geen mechanische kracht of zelfs druk uitgeoefend. De zwaartekracht zorgt ervoor dat de aluminiumlegeringen op natuurlijke wijze in de ingang van de matrijsholte stromen door een set van schachten en poorten.

Deze stap vereist een langzame, gecontroleerde gieting om geen turbulentie te creëren, die gassen kan vasthouden en kan leiden tot porositeit in het gietstuk. Bij sommige geavanceerde systemen is het mogelijk om de mal heel langzaam te kantelen tijdens het gieten - het kantelen van zwaartekrachtgieten om een soepele en gelijkmatige metaalstroom te creëren.

4. De malholte vullen

Zodra het gesmolten metaal de matrijs binnendringt, vult het alle delen van de holte onder de vorm van de matrijs. Het ontwerp van de matrijs is op dit punt erg belangrijk. Goed ontworpen afsluitsystemen verdelen het metaal om turbulentie, koude plekken of gebieden met mogelijke krimp te voorkomen.

Aangezien alleen de zwaartekracht wordt gebruikt voor de metaalstroom, is het noodzakelijk dat het metaal met de juiste snelheid en temperatuur wordt gegoten. Gebrek aan stromingscontrole kan defecten veroorzaken zoals onvolledig vullen of koud sluiten - plaatsen waar twee metaalfronten elkaar raken maar niet samensmelten.

5. Stollen en afkoelen

Nadat de holte is gevuld, begint de gesmolten metaallegering af te koelen en wordt vast. De afkoeltijd is afhankelijk van de grootte en complexiteit van het gietstuk en van het soort metaal dat gebruikt is. Kleine aluminium onderdelen kunnen bijvoorbeeld al na 20-30 seconden stollen, terwijl grote of dikkere onderdelen 60-90 seconden en meer nodig hebben.

De matrijs wordt in de meeste gevallen watergekoeld om de koelsnelheid te helpen controleren. Gecontroleerd afkoelen zorgt voor een verbetering van de korrelstructuur en interne spanningen en vermindert deze, waardoor sterkere en betrouwbare gietstukken ontstaan.

6. Matrijzen openen en onderdelen verwijderen

De matrijs wordt geopend na het stollen van de aluminiumlegering. Afhankelijk van het ontwerp kan het gietstuk handmatig worden verwijderd of worden uitgeworpen door de druk van de mechanische uitwerppennen in de matrijs. Omdat grade casting een metalen matrijs gebruikt, kan de matrijs voor duizenden cycli worden hergebruikt en daarom is het proces kosteneffectief voor middelgrote tot grote volumes.

Bij het verwijderen van onderdelen moet er goed op gelet worden dat het gietstuk of de mal niet beschadigd raakt. Op dit punt heeft het gietstuk nog steeds het overtollige materiaal van de runners en poorten, dat in de volgende stap moet worden verwijderd.

7. Bijwerken en afwerken

Het uitgezogen gietstuk bevat meestal extra metaal dat aan de sprue en het gietsysteem wordt bevestigd. Dit materiaal wordt mechanisch afgesneden met een zaag, schaar of slijpgereedschap. Andere nabewerkingen zijn onder andere afbramen, stralen, machinaal bewerken of warmtebehandeling voor productspecificaties.

Het doel van dit stadium is om het uiterlijk van het gietstuk te verfijnen, de nauwkeurigheid van de afmetingen te vergroten en het voor te bereiden op zijn uiteindelijke functie of assemblage.

8. Inspectie en kwaliteitscontrole

Het laatste proces van de zwaartekrachtgietmethode is inspectie. De oppervlaktedefecten, maattoleranties en interne gebreken van gietstukken worden op betrouwbare wijze getest. Visuele inspecties worden eerst uitgevoerd en afhankelijk van wat nodig is, gevolgd door andere, meer geavanceerde technieken zoals:

• Röntgentests worden uitgevoerd om interne porositeit of krimp vast te stellen.
• Scheuren in het oppervlak met penetrant onderzoek.
• Ultrasoon testen op structurele consistentie
• Druktests, met name voor de onderdelen die vloeistoffen verwerken

Alleen de gietstukken die alle kwaliteitscontroles hebben doorstaan, worden vrijgegeven voor gebruik of levering aan de klanten. De afgekeurde onderdelen worden meestal gesmolten en gerecycled, zodat er minder materiaal wordt verspild.

Soorten spuitgietmatrijzen

Zwaartekrachtgieten is een veelzijdig proces dat verschillende vormen kent om te voldoen aan verschillende onderdeelgeometrieën, materialen en productie met verschillende behoeften. Hoewel de essentie van het idee - het vullen van een metalen mal met behulp van zwaartekracht - behouden blijft, heeft het zwaartekrachtgietproces specifieke types, of beter gezegd, methodes die verschillende fabrikanten toepassen om aan een bepaalde toepassing te voldoen.

1. Permanent Mold Gravity Die Casting

Dit is de meest typische vorm van zwaartekrachtgieten. De productie van grote volumes met hetzelfde onderdeel gebeurt met behulp van een herbruikbare metalen mal (meestal van staal of gietijzer). De mal wordt voorverwarmd en vervolgens ingesmeerd met een lossingsmiddel en gevuld met gesmolten metaal. Na het stollen wordt het onderdeel uit de mal gehaald en gerecycled.

Toepassingen: Onderdelen van auto's, fittings van pijpleidingen en pomphuizen

Voordelen: Hoge maatnauwkeurigheid, goede oppervlakteafwerking en matrijs met lange levensduur

2. Het kantelende Gieten van de Zwaartekrachtmatrijs

Bij deze methode wordt de mal langzaam gekanteld tijdens het gietproces. Hierdoor kan het gesmolten metaal de matrijsholte langzaam en gelijkmatig vullen, zodat turbulenties en de kans op insluiting van gas of koude sluitingen worden vermeden.

Toepassingen: Dunwandige onderdelen of onderdelen waarin lucht kan insluiten

Voordelen: Verbeterde interne stevigheid, verbeterd oppervlak en minder defecten

3. Lage-druk zwaartekracht spuitgieten (hybride)

Technisch gezien is dit een aparte categorie, hoewel sommigen dit beschouwen als een variant waarbij een lage gasdruk (meestal 0,7 - 1,5 bar) wordt toegepast op het gesmolten metaal om het voorzichtig in de matrijs te duwen. Het voegt de voordelen van de eenvoud van zwaartekrachtgieten en enkele voordelen van drukregeling toe.

Toepassingen: Wielen voor voertuigen en structurele onderdelen zijn ook van gietstukken met een hoge integriteit.

Voordelen: Verbeterde controle over metaalstroom, betere mechanische eigenschappen

4. Gieten met behulp van zwaartekracht met zandkern

De methode maakt gebruik van zandkernen die in de metalen matrijs worden gestoken, waar ze de interne holtes of ondersnijdingen vormen die nooit zouden kunnen worden gemaakt met alleen een massieve metalen matrijs.

Toepassingen: Complexe motoronderdelen, klephuizen

Voordelen: Maakt de productie van geavanceerde onderdelen mogelijk met de verlengde levensduur van een permanente matrijs. 

Tabel: Soorten spuitgietwerk met zwaartekracht

Toegepaste materialen in spuitgietwerk met zwaartekracht 

Zwaartekrachtgieten is een van de meest voorkomende permanente vormgietprocessen; het wordt meestal toegepast in non-ferro legeringen. De materialen in dit proces moeten een hoge vloeibaarheid, een matig smeltpunt en een uitstekende gietbaarheid hebben, zodat het gesmolten metaal zonder defecten de matrijsholte kan vullen. Aangezien bij zwaartekrachtgieten alleen de zwaartekracht wordt gebruikt om de matrijs te vullen zonder externe druk, is de materiaalkeuze een nog kritischere factor om de maatnauwkeurigheid, oppervlaktekwaliteit en sterkte te bereiken. De belangrijkste materialen die gebruikt worden bij het gravitatiegieten zijn onder andere;

Aluminiumlegeringen

Aluminium is het meest gebruikte materiaal in het zwaartekrachtgietproces vanwege de lichtgewichteigenschappen, uitzonderlijke corrosiewerende eigenschappen en het gietgemak. Typische aluminiumlegeringen zijn A356, AlSi12 en A319. Dergelijke legeringen bieden een goede mix van sterkte, taaiheid en thermische geleidbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor auto-onderdelen zoals motorblokken, cilinderkoppen, transmissiebehuizing en andere structuurdelen.

De aluminiumlegeringen die gebruikt worden voor zwaartekrachtgieten smelten meestal bij een temperatuur tussen 660°C en 750°C. Het gesmolten aluminium stroomt soepel in de metalen mal en koelt snel af, waarbij een dichte, fijnkorrelige structuur wordt gevormd. Deze kunnen ook worden voorzien van een T5 of T6 warmtebehandeling, waardoor de mechanische prestaties verbeteren. Zwaartekrachtgieten in aluminium geeft een hoge maatnauwkeurigheid, goede oppervlakteafwerking en een lange nooit levensduur als de matrijs goed wordt onderhouden.

Legeringen op basis van koper

Zwaartekrachtgieten is ook mogelijk met koperlegeringen, vooral brons en messing. Deze materialen worden toegepast waar een hoge slijtvastheid, uitstekende sterkte en uitstekende thermische/elektrische geleidbaarheid nodig is. Bronzen gietstukken worden bijvoorbeeld gebruikt voor scheepsschroeven, pomphuizen en lagers, terwijl messing wordt gebruikt voor sanitair en decoratieve hardware.

De smelttemperaturen van koperlegeringen liggen hoger, tussen 1000 en 1200 graden Celsius. Hierdoor kan het matrijsmateriaal thermische spanning verdragen en wordt verwacht dat het gietproces goed gecontroleerd wordt om oxidatie en krimpfouten te voorkomen. Zwaartekrachtgieten met koperlegeringen kan worden gemaakt om sterke onderdelen te leveren met uitstekende service in extreme omstandigheden als het goed wordt gecontroleerd.

Magnesium legeringen

De magnesiumlegeringen worden gebruikt bij spuitgietwerk met zwaartekracht wanneer het ontwerp van lichtgewicht constructies van groot belang is, zoals in de ruimtevaart en de auto-industrie. Enkele veelvoorkomende legeringen zijn AZ91D, dat een goed evenwicht combineert tussen sterkte, gietbaarheid en corrosiebestendigheid. Het belangrijkste voordeel is een lage dichtheid van ongeveer 1,8 g/cm³, wat betekent dat het het lichtste structurele metaal is dat wordt toegepast.

Magnesiumlegeringen worden vloeibaar bij ongeveer 600°C - 650°C. Vanwege de hoge reactiviteit moeten ze gegoten worden in een beschermende omgeving of met behulp van vloeimiddelen om oxidatie en verbranding te voorkomen. Niettemin maakt zwaartekrachtgieten de productie van magnesium onderdelen mogelijk met een hoge mate van precisie en minder afval in vergelijking met andere vormprocedures.

Zinklegeringen

Hoewel zink meer geschikt is voor hogedrukgietprocessen, wordt het ook gebruikt voor zwaartekrachtgieten voor specifieke toepassingen, met name kleine, nauwsluitende onderdelen met nauwere toleranties. De zinklegeringen, zoals Zamak 3 en Zamak 5, worden gebruikt vanwege het lage smeltpunt (ongeveer 385 °C), de goede vloeibaarheid en het repliceren van fijne details in mallen.

Zink-zwaartekrachtgietstukken worden toegepast in elektronische producten en consumentenproducten en mechanische onderdelen met een lage belasting. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van zink in het zwaartekrachtgietwerk is de mogelijkheid om scherpe randen en fijne vormen te maken zonder veel machinale bewerkingen. Door de lage mechanische sterkte in vergelijking met aluminium of koper kan het echter alleen worden gebruikt voor niet-structurele toepassingen.

Siliciumversterkte aluminiumlegeringen

Siliciumrijke aluminiumlegeringen zoals AlSi12 zijn ideaal voor spuitgieten omdat het toegevoegde silicium de vloeibaarheid verhoogt, de krimp vermindert en de slijtvastheid verhoogt. Dergelijke legeringen worden veel gebruikt in motoronderdelen, remonderdelen en hydraulische behuizingen, waar dimensionale stabiliteit en sterkte belangrijk zijn.

Het siliciumgehalte dat binnen het bereik van 7-12% valt, verbetert verder het vermogen van de legering om gecompliceerde matrijsvormen te vullen zonder warmscheuren of gasporositeit. Deze legeringen kristalliseren consistent, waardoor er minder defecten ontstaan en er weinig nabewerking nodig is.

Alternatieven voor spuitgieten met zwaartekracht

Spuitgieten met behulp van zwaartekracht is een veel toegepaste techniek voor het maken van metalen onderdelen met een gemiddeld tot hoog volume en goede mechanische eigenschappen. Maar het is niet altijd de beste keuze. Een aantal factoren zoals de complexiteit van het onderdeel, de gewenste oppervlakteafwerking, de kosten en het productievolume zijn bepalend voor het type giettechniek. Fabrikanten kunnen in dergelijke gevallen hun toevlucht nemen tot verschillende andere alternatieve gietprocessen. Hieronder volgt een nauwkeurig onderzoek van de belangrijkste alternatieven voor zwaartekrachtgieten en hun sterke en zwakke punten en gebruikelijke toepassingen.

Zandgieten

De meest traditionele en flexibele gietmethode is het zandgieten. Het omvat het werken met vormholte door zandmengsels voor te bereiden die meestal gebonden zijn door klei of chemische bindmiddelen. Een patroon, dat meestal van hout of metaal is, wordt gebruikt om de zandvorm te vormen. Na het vormen van de mal wordt gesmolten metaal in de holte gevuld.

Dit proces is vooral goed voor kleine tot middelgrote productievolumes, grote onderdelen of onderdelen met complexe interne geometrische structuren die niet gemakkelijk kunnen worden bereikt in het massieve metaal. Zandgieten is relatief goedkoper qua gereedschapskosten, dus geschikt voor prototyping of aangepaste bestellingen.

Zandgieten resulteert echter in een ruwe afwerking en een inferieure maatnauwkeurigheid in vergelijking met zwaartekrachtgieten. De matrijs wordt na elk gebruik vernietigd, waardoor de productietijd en materiaalverspilling hoger zijn bij grote series. Desalniettemin is zandgieten een flexibele optie als de kosten van het instellen een lage prioriteit hebben.

Spuitgieten onder hoge druk

Bij hogedrukgieten (HPDC) wordt gesmolten metaal onder hoge druk (tussen 600 en 1200 bar (1 druk)) in een stalen mal gespoten. Deze methode maakt het mogelijk om met hoge snelheden ingewikkelde vormen te maken met een grote maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit.

HPDC is vooral nuttig bij de productie van dunwandige onderdelen die niet gegoten zouden kunnen worden met alleen zwaartekrachttechnologie. Het wordt veel toegepast in de auto-, elektronica- en apparatenindustrie. De korte cyclustijden en de hoge mate van automatisering maken het kosteneffectief voor zeer grote volumes.

De belangrijkste nadelen in vergelijking met het gravitatiegieten zijn de onbetaalbaar dure gereedschappen en de neiging tot gasinsluiting, wat kan resulteren in porositeit in het uiteindelijke gegoten product. Ook is het proces vanwege de hoge druk meestal beperkt tot kleinere onderdelen en niet bruikbaar voor grotere of dikkere onderdelen.

Spuitgieten onder lage druk

Lagedrukgieten (LPDC) is een aangepaste versie van zwaartekrachtgieten. In plaats van alleen gesmolten metaal in de mal te gieten, wordt er een positieve druk (tussen 0,7 en 1,5 bar) in de ovenkamer uitgeoefend, waardoor het gesmolten metaal in de mal omhoog komt via een buis die stijgbuis wordt genoemd.

Deze methode biedt meer controle over de metaalstroom en minimaliseert het risico op gasporositeit. Het wordt vaak toegepast in toepassingen die onderdelen met een hoge integriteit vereisen, zoals autowielen en structurele aluminium onderdelen. LPDC zal ook resulteren in betere mechanische kwaliteiten en uitvalpercentages vergeleken met het gravitatiegieten.

Maar zo'n verhoogde controle heeft zijn prijs. De technologie is ingewikkelder en duurder en het proces duurt langer. Zelfs onder dergelijke omstandigheden wordt LPDC vaak gekozen als er een betere gietkwaliteit en interne integriteit nodig is.

Centrifugaal gieten

Bij centrifugaal gieten wordt de mal op hoge snelheid rondgedraaid en wordt er gesmolten metaal in gegoten. De centrifugale krachten dwingen het metaal hard tegen de wanden van de mal waardoor porositeit wordt verminderd en een extreem fijnkorrelige structuur ontstaat.

Deze techniek is geschikt voor cilindrische of buisvormige onderdelen, zoals pijpen, ringen en bussen. Door de gerichte kristallisatie en de dichte samenstelling hebben de gevormde onderdelen doorgaans hoge mechanische eigenschappen en lage slijtage-eigenschappen.

Centrifugaal gieten is echter aanzienlijk beperkt in de geometrie van het onderdeel - het kan alleen worden gebruikt voor symmetrische vormen en complexe interne kenmerken zijn moeilijk te implementeren. De initiële opstelling en uitrusting is ook vrij gespecialiseerd, wat een belemmering blijkt te zijn voor sommige bewerkingen. In het geval van ronde, hoogwaardige onderdelen is centrifugaal gieten echter een goede optie in vergelijking met zwaartekrachtgieten.

Verloren-was-gieten

Investeringsgieten, ook wel verloren-was-gieten genoemd, is een proces waarbij een wasvorm van het te maken onderdeel wordt gemaakt, een keramische (coating) wordt aangebracht en de was wordt weggesmolten zodat er een holte overblijft. Vervolgens wordt heet metaal in deze holte gegoten om het uiteindelijke onderdeel te maken.

Dit proces is zeer waardevol omdat het zeer ingewikkelde en gedetailleerde onderdelen kan maken met een bijna nettovorm. Het is perfect voor relatief kleine tot middelgrote onderdelen met een hoge maatnauwkeurigheid en esthetische kenmerken van een hoogwaardige oppervlakteafwerking, zoals turbinebladen, onderdelen voor de ruimtevaart en juwelen.

In vergelijking met het zwaartekrachtgieten heeft verlorenwas-gieten een lagere productiesnelheid en hoge kosten per onderdeel, vooral als het volume groot is. De mallen zijn ook disposable en hebben grotere stappen. Maar voor ingewikkelde onderdelen die niet door middel van zwaartekrachtgieten kunnen worden gemaakt, is verlorenwas-gieten normaal gesproken de beste optie.

Wanneer alternatieven gebruiken?

De keuze van het beste alternatief voor het zwaartekrachtgietproces hangt af van de behoeften van het onderdeel en de productieomstandigheden. Zandgieten is bijvoorbeeld ideaal voor eenmalige of grote, zware onderdelen. Hogedrukgieten is geschikt voor grootschalige productie waar behoefte is aan grove details. Lagedruk spuitgieten is perfect als de doelen een verbeterde interne integriteit vereisen. Centrifugaalgieten is onverslaanbaar als het gaat om ronde onderdelen, terwijl verlorenwasgieten beter geschikt is voor complexe en zeer precieze voorwerpen.

Bij elke methode krijg je te maken met een andere afweging wat betreft prijs, gereedschap, snelheid en onderdeelkwaliteit. De beslissing ligt meestal in de balans tussen deze factoren en de functie en het esthetische aspect van het eindproduct.

Procesparameters: Temperatuur, druk en tijd 

Verschillende technische parameters beïnvloeden het succes van het gravitatiegieten:

1. Giettemperatuur

Dit is meestal 650 - 750 °C voor aluminiumlegeringen. Te heet gieten kan gasinsluiting en porositeit veroorzaken. Te koud kan het metaal niet helemaal in de mal komen.

2. Vormtemperatuur

De matrijzen worden normaal verwarmd tot 150 - 300 °C. Een voorverwarmde matrijs zorgt ervoor dat het metaal niet te snel stolt en dat de metaalstroom soepeler wordt.

3. Koeltijd

Het metaal moet de tijd krijgen om te stollen voordat het na het gieten wordt verwijderd. De afkoeltijd varieert afhankelijk van de legering en de geometrie van het onderdeel, maar ligt meestal tussen 20 en 90 seconden.

4. Alleen zwaartekracht (geen externe druk)

Bij zwaartekrachtgieten wordt geen externe kracht gebruikt in vergelijking met spuitgieten onder druk. Deze eenvoud zorgt voor lagere kosten en minder slijtage van de apparatuur.

5. Smering en coating

Matrijsoppervlakken worden gesmeerd om het loslaten en de afwerking van het oppervlak te vergemakkelijken. Enkele typische coatings zijn boornitride- en grafietsuspensies.

Deze drie parameters moeten zeer goed gecontroleerd worden om gietstukken van hoge kwaliteit te optimaliseren met minimale gebreken zoals porositeit, krimp en koudsluiting.

Toepassingen van Gravity Die Casting 

Gieten met behulp van zwaartekracht is een van de populaire methoden voor metaalgieten die een brede toepassing hebben gevonden in verschillende industrieën vanwege de mogelijkheid om nauwkeurige, duurzame en complexe onderdelen van non-ferrometalen te produceren. Het proces biedt een hoge herhaalbaarheid, adequate mechanische eigenschappen en nauwe dimensionale controle waardoor het proces geschikt is voor zowel structurele als functionele toepassingen. Hieronder staan de belangrijkste sectoren en enkele voorbeelden waar zwaartekrachtgieten kritisch wordt gebruikt.

1. Auto-industrie

De auto-industrie is een van de grootste afnemers van gegoten onderdelen. De techniek is perfect voor de vervaardiging van onderdelen die sterk, hittebestendig en dimensionaal stabiel moeten zijn.

De belangrijkste toepassingen zijn:

• Cilinderkoppen en motorblokken
• Remklauwen en hoofdremcilinders
• Ophangbeugels en draagarmen
• Transmissiebehuizingen

Met zwaartekrachtgieten kunnen complexe geometrieën worden gemaakt met gladde interne oppervlakken, wat erg belangrijk is voor het efficiënte vloeistoftransport in motoren en remmen. Componenten werken bij temperaturen tussen 90 en 120 °C, maar de sterkte van het materiaal is een belangrijk aandachtspunt bij het ontwerp.

2. Lucht- en ruimtevaart

Gewichtsbesparing en betrouwbaarheid zijn belangrijk in luchtvaarttoepassingen. Gravity die casting wordt gebruikt voor onderdelen die lichtgewicht moeten zijn en tegelijkertijd duurzaam en zonder compromissen op het gebied van afmetingen en weerstand tegen vermoeiing.

Typische ruimtevaartgietstukken zijn onder andere:

• Montagebeugels
• Onderdelen behuizing
• Luchtkanaalsystemen
• Motorkappen

Aluminium- en magnesiumlegeringen worden vaak gekozen voor onderdelen voor de ruimtevaart vanwege hun hoge sterkte/gewichtsverhouding. De gietstukken moeten bestand zijn tegen atmosferische belastingen, temperatuurschommelingen van -55°C tot 125°C tijdens de vlucht en de mechanische trillingen tijdens de vlucht.

3. Industriële machines

Zwaartekrachtgieten wordt gebruikt in zware machines en industriële apparatuur om onderdelen te maken die sterk en slijtvast moeten zijn onder verhoogde spanning.

Veel voorkomende onderdelen zijn:

• Tandwielkasten
• Pompbehuizingen
• Compressorhuizen
• Spruitstukken

Deze gietstukken zijn meestal van het type aluminium of bronslegering, waarbij sommige ontwerpen verschillen in wanddikte en complexe binnenste holtes hebben. De werkdruk kan variëren van 10 bar tot 150 bar, afhankelijk van het systeem.

4. Elektrische en elektronische behuizing

Zwaartekrachtgieten wordt gebruikt bij het gieten van hittebestendige en corrosiebestendige behuizingen voor delicate elektrische en elektronische componenten.

Typische toepassingen:

• Motorbehuizingen
• Verlichtingsarmaturen
• Aansluitdozen
• Koelribben voor voedingsapparaten

De componenten moeten een uitstekende warmteafvoer en dimensionale stabiliteit bieden en tegelijkertijd voorkomen dat omgevingsfactoren, zoals stof en vocht, binnendringen. De aluminium-siliciumlegeringen worden hiervoor veel toegepast vanwege hun thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid.

5. Marine en scheepsbouw

Maritieme toepassingen vereisen materialen die bestand zijn tegen corrosie door zout water en ook bestand zijn tegen voortdurende blootstelling aan vocht. Gravity die cast wordt gebruikt om sterke onderdelen te maken die onder zulke omstandigheden betrouwbaar werken.

Voorbeelden zijn:

• Schroefbehuizingen
• Klephuizen
• Waterpompbehuizingen
• Fittingen en koppelingen

De gebruikelijke materialen zijn brons en aluminium-brons legeringen. Deze gietstukken zijn eerder drukdicht en werken in omstandigheden met een hoge vochtigheidsgraad, blootstelling aan zout en temperaturen van 5°C tot 50°C.

6. Landbouwmachines

Gegoten producten met zwaartekracht, versierd met interne koelkanalen, zijn een waardevol aspect van landbouwmachines vanwege hun weerstand tegen elementen zoals mechanische schokken, slijtage door de omgeving en blootstelling aan meststoffen of grond.

Zwaartekrachtgegoten onderdelen zijn onder andere:

• Hydraulische klephuizen
• Versnellingsbakdeksels
• Montagebeugels
• Behuizingseenheden voor aftakassen (Power Take-Off-systemen)

Deze apparaten werken meestal buiten onder een breed temperatuurbereik (-20 °C tot 50 °C) en moeten zelfs in vuile, trillende en corrosieve omstandigheden kunnen werken.

7. Consumentenproducten en hardware

Zwaartekrachtgieten wordt ook toegepast bij de productie van decoratieve en functionele onderdelen in consumentenproducten, die zowel sterk als decoratief moeten zijn.

Toepassingen zijn onder andere:

• Deurgrepen en sloten
• Basisverlichting
• Kookgerei
• Behuizingen voor gereedschap

Voor veel van deze onderdelen worden zink- of aluminiumlegeringen gebruikt vanwege hun uitzonderlijke oppervlakteafwerking en de mogelijkheid om fijne details vast te houden met weinig machinale bewerking voor het gieten.

Zwaartekracht spuitgiet veelzijdigheid

De veelzijdigheid van het gravitatiegieten ligt in de mogelijkheid om sterke, nauwkeurige en complexe metalen onderdelen te maken voor verschillende industrieën. Van de auto- en luchtvaartindustrie tot maritieme en consumentenproducten, dit gietproces biedt een solide oplossing als structurele integriteit, oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheid enzovoort prioriteit hebben.

De toepassing van herbruikbare stalen mallen, non-ferro legeringen en de zwaartekracht gevoede metaalstroom maken het een efficiënte en betrouwbare oplossing voor de moderne productiebehoeften.

Voordelen van Gravity Die Casting

Het gebruik van zwaartekrachtgieten heeft verschillende belangrijke voordelen:

• Betere mechanische eigenschappen: 

Als gevolg van de minder snelle stolling worden de korrels uniformer van vorm, waardoor een hoge sterkte wordt bereikt.

• Herbruikbare mallen: 

Metalen matrijzen kunnen duizenden cycli worden hergebruikt, waardoor de kosten per onderdeel dalen.

• Verbeterde oppervlakteafwerking: 

In tegenstelling tot zandgieten is dit niet alleen een gladdere afwerking, maar is er ook minder machinale bewerking nodig.

• Goede maatnauwkeurigheid: 

Er zijn toleranties van ±0,1 mm mogelijk.

• Milieuvriendelijk: 

Het proces van gravitatiegieten is ook duurzaam omdat de gebruikte mallen hergebruikt kunnen worden en er relatief minder afval is.

Vanwege deze voordelen geven veel fabrikanten de voorkeur aan zwaartekrachtgieten boven andere gietmethoden, zoals zandgieten, wanneer zowel volume als kwaliteit vereist zijn.

Beperkingen van zwaartekrachtgieten

Het spuitgietproces met zwaartekracht heeft net als alle andere processen een paar nadelen, hoewel het op zichzelf voordelig is:

• Hoge gereedschapskosten: 

Vergeleken met het gieten onder druk is de prijs voor metalen matrijzen relatief hoger dan zandmallen.

• Beperkt tot eenvoudige vormen:

Deze delicate details en ondersnijdingen moeten moeilijk zijn zonder een complexe kern.

• Langere cyclustijden: 

Het heeft een langzamere cyclustijd in vergelijking met hogedrukgieten vanwege de natuurlijke stroming en koeling.

• Vakkundige bediening vereist: 

Handgrepen voor temperatuur en timing zijn cruciaal om defecten te voorkomen.

Deze beperking moet in overweging genomen worden als besloten wordt om zwaartekrachtgieten te gebruiken voor een bepaald onderdeel.

Conclusie

Zwaartekrachtgieten is een praktische, effectieve en nauwkeurige manier om metalen werkstukken te maken, vooral in non-ferro legeringen zoals aluminium en koper. Door het gebruik van zwaartekracht in plaats van externe druk, heeft het proces een hoge oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid en levert het een structureel gezond object op. Daarom is deze methode populair in veel industrieën.

Als u auto-onderdelen, ruimtevaartonderdelen of industriële behuizingen maakt, levert zwaartekrachtgieten een kosteneffectief, consistent resultaat op. Door de parameters zoals giettemperatuur, matrijstemperatuur en uithardingstijd nauwkeurig te controleren, kunnen producenten gietstukken produceren die zeer gespecificeerd zijn op het gebied van prestaties en betrouwbaarheid.

Gezien de toegenomen behoefte aan lichte, sterke en milieuvriendelijke metalen onderdelen, is de gravitatiegieten is een essentiële technologie in het hedendaagse productieparadigma.