Spuitgietmaterialen en wanneer ze te gebruiken?

Spuitgieten is een zeer nauwkeurig en efficiënt metaalproductieproces voor industriële, commerciële en consumentengoederen. Met gereedschap dat zeer lang meegaat, is spuitgieten geschikt voor de productie van complexe metalen onderdelen, wat een grote meerwaarde biedt als het gaat om massaproductie.

Verschillende metalen kunnen geschikte spuitgietmaterialen maken. Dit zijn meestal non-ferro metalen (metalen die geen significante hoeveelheid ijzer bevatten), hoewel af en toe ook ferrometalen kunnen worden gebruikt. De belangrijkste spuitgietmaterialen zijn aluminium , magnesium , en zink legeringen, die allemaal specifieke voordelen en geschikte toepassingen hebben.

Dit artikel gaat in op de beste spuitgietmaterialen, met hun respectievelijke voordelen en veelvoorkomende toepassingen in de productiewereld.

Wat is spuitgieten?

Spuitgieten is een vorm van metaalgieten, een familie van processen waarbij gesmolten metaal in een vormholte wordt gegoten of geperst. Er zijn vele vormen van metaalgieten, waaronder zandgieten (lage kosten), investeringsgieten (laag volume) en spuitgieten (hoog volume). Gietprocessen verschillen wat betreft hun patroontypes, maltypes, compatibele materialen en materiaalleveringsmethoden (bijv. zwaartekrachtgieten versus hogedrukinjectie).

Binnen de metaalgietfamilie is spuitgieten bijzonder geschikt voor de productie van grote hoeveelheden complexe onderdelen. Dit komt omdat het een permanente mal gebruikt in de vorm van twee gereedschapsstalen matrijzen . Deze matrijzen zijn duur om te maken - meestal via machinale bewerking - maar gaan erg lang mee en bieden op de lange termijn waarde.

Spuitgieten wordt in veel industrieën gebruikt bij de productie van industriële, commerciële en consumentenproducten. In vergelijking met andere metaalgiettechnieken is het beter geschikt voor kleine of middelgrote onderdelen die een goede oppervlakteafwerking vereisen.

Het spuitgietproces

Spuitgieten heeft een paar varianten (besproken in de volgende sectie), maar het proces volgt over het algemeen een vaste routine.

Voordat het spuitgieten begint, moet een fabrikant twee metalen matrijzen aanschaffen:de helft van de dekselmatrijs en de helft van de uitwerpmatrijs. Samen vormen deze twee matrijzen het gereedschap voor het spuitgieten, en de opening tussen de twee matrijshelften fungeert als de vormholte. Matrijzen worden meestal vervaardigd uit gehard gereedschapsstaal, dat zeer duurzaam is.

De eerste juiste fase van het spuitgietproces omvat het voorbereiden van de matrijzen voor het gieten. Dit houdt in het aanbrengen van smeermiddel (meestal op waterbasis) aan de spouwmuren, zodat de gietstukken niet aan de binnenkant van de matrijzen blijven plakken. Smeermiddel helpt ook bij temperatuurregeling.

De volgende fase is de levering van materiaal. In de meeste spuitgietopstellingen injecteert de spuitgietmachine gesmolten metaal in de vormholte onder hoge druk — hoewel de exacte mate van druk afhangt van het type materiaal en of het een spuitgietmachine met warme of koude kamer is. Druk zorgt ervoor dat het materiaal zelfs in de kleinste spleten wordt geperst, en deze druk wordt gehandhaafd terwijl het gesmolten metaal afkoelt en stolt om krimp te verminderen.

Nadat het metaal is afgekoeld en gestold in de vormholte, wordt het gietstuk uitgeworpen door de matrijzen te openen en de gietstukken voorzichtig met uitwerppennen uit de matrijzen te duwen. Direct na het uitwerpen kan nog een schot worden voorbereid, waardoor een snelle massaproductie van identieke onderdelen mogelijk is.

De laatste fase van het spuitgietproces is de shakeout fase, waarbij (handmatig of via speciale machines) de overtollige stukjes metaal die aan het gietstuk zijn bevestigd, worden gesneden, inclusief flits van de scheidingslijn en eventuele poorten, lopers en sprues (delen van het matrijsontwerp waardoor gesmolten metaal de mal kan binnendringen holte).

Spuitgieten zorgt voor een uitstekende oppervlakteafwerking die niet hetzelfde niveau van nabewerking vereist als bijvoorbeeld machinaal bewerkte of 3D-geprinte onderdelen.

Hete kamer spuitgieten versus koude kamer spuitgieten

Spuitgieten valt uiteen in twee hoofdsubtypen:hete-kamer-spuitgieten en koude-kamer-spuitgieten. Deze subtypes verschillen in termen van waar het metaal wordt gesmolten en hoe het wordt geïnjecteerd. Cruciaal is dat alleen bepaalde materialen geschikt zijn voor spuitgieten in hete kamer . (Merk op dat spuitgieten in een koude kamer nog steeds volledig gesmolten metaal vereist; het verwerkt geen metaal in zijn vaste vorm.)

Het belangrijkste kenmerk van spuitgieten met hete kamer is de mogelijkheid om metaal in de spuitgietmachine op te warmen. Soms ook wel zwanenhalsmachines genoemd , deze systemen bevatten een interne verbrandingsruimte en een pot voor het gesmolten metaal. Een zuiger (hydraulisch of pneumatisch) dwingt gesmolten metaal uit de kamer in de matrijs, waarna de kamer onmiddellijk opnieuw kan worden gevuld ter voorbereiding op het volgende schot.

Spuitgieten met koude kamer vereist de externe verwarming van spuitgietmaterialen, en het gesmolten metaal moet vervolgens worden overgebracht naar de spuitgietmachine met een overdrachtsbuis of lepel . Een plunjer dwingt het gesmolten metaal uit de kamer in de matrijs (met een hogere druk dan wordt gebruikt voor hete-kamer spuitgieten). Dit proces is langzamer, omdat het metaal voor elke opname moet worden overgebracht van de externe bron.

Hoewel spuitgieten met hete kamer sneller is, is het beperkter in zijn materiaalcompatibiliteit. Het werkt meestal alleen voor metalen met een laag smeltpunt, zoals zink, magnesium en loodlegeringen. Het kan geen aluminiumlegeringen verwerken, omdat deze ijzer uit de kamer kunnen opnemen.

Overwegingen voor spuitgietmateriaal

Fabrikanten moeten rekening houden met bepaalde factoren en variabelen bij het kiezen van spuitgietmaterialen. Deze omvatten:

• Of het materiaal geschikt is voor spuitgieten met hete kamer
• Materiaalkosten
• Indirecte materiaalkosten (bijv. eventuele extra nabewerking vereist)
• Materiaal structurele eigenschappen
• Kracht
• Gewicht
• Oppervlakteafwerking
• Bewerkbaarheid

Met al deze factoren moet rekening worden gehouden bij het kiezen van een spuitgietmateriaal voor onderdelen of prototypes.

Aluminium spuitgietlegeringen

Aluminium is een van de belangrijkste spuitgietmetalen en aluminiumlegeringen worden gebruikt bij het spuitgieten in koude kamers. Deze legeringen bevatten doorgaans silicium, koper en magnesium.

Aluminium spuitgietlegeringen zijn licht van gewicht en bieden een goede maatvastheid, waardoor ze een goede keuze zijn voor complexe onderdelen met fijne kenmerken. Andere voordelen zijn een goede corrosieweerstand, temperatuurbestendigheid en thermische en elektrische geleidbaarheid.

Gebruikelijke spuitgietaluminiumlegeringen zijn onder meer:

• 380 :Een aluminiumlegering voor algemeen gebruik die gietbaarheid combineert met goede mechanische eigenschappen. Het wordt gebruikt in een zeer grote verscheidenheid aan producten, waaronder motorsteunen, meubels, elektronicabehuizingen, frames, handgrepen, versnellingsbakken en elektrisch gereedschap.
• 390 :Een legering met uitstekende slijtvastheid en trillingsbestendigheid. Het is speciaal ontwikkeld voor het spuitgieten van motorblokken voor auto's en is ook geschikt voor klephuizen, waaiers en pomphuizen.
• 413 :Een aluminiumlegering met uitstekende gieteigenschappen. Het heeft een goede drukdichtheid en wordt daarom gebruikt voor producten zoals hydraulische cilinders, maar ook voor bouwkundige onderdelen en apparatuur voor de voedsel- en zuivelindustrie.
• 443 :De meest taaie van de gegoten aluminiumlegeringen, deze legering is geschikt voor consumptiegoederen, vooral die welke plastische vervorming vereisen na het gieten.
• 518 :Een kneedbare aluminiumlegering met een goede corrosieweerstand. Het wordt gebruikt in een verscheidenheid aan producten, waaronder beslag voor vliegtuigbeslag, sierbeslag en onderdelen van roltrappen.

Magnesium spuitgietlegeringen

Magnesium is een ander zeer populair spuitgietmateriaal. Het is zelfs lichter dan aluminium, met als bijkomend voordeel dat het zeer bewerkbaar is — waardoor het geschikt is voor gegoten onderdelen waarvoor extra machinale details of machinale oppervlakteafwerking nodig zijn.

Een groot voordeel van magnesium spuitgietlegeringen is hun geschiktheid voor hete-kamer spuitgieten, waardoor ze gemakkelijker te gebruiken zijn dan spuitgietmetalen zoals aluminium. Andere elementen in magnesiumlegeringen zijn aluminium, zink, mangaan en silicium.

Gemeenschappelijke magnesium spuitgietlegeringen zijn onder meer:

• AZ91D :Een legering voor algemeen gebruik met goede gietbaarheid, corrosieweerstand en sterkte-gewichtsverhouding. Toepassingen zijn onder meer mechanische en aandrijflijncomponenten.
• AM60 :Een legering met goede gietbaarheid, sterkte, trillingsdemping en vervormbaarheid. Het wordt gebruikt in auto-onderdelen zoals stoelframes en panelen.
• Zeldzame aardlegeringen AS41B en AE42 :Legeringen met superieure temperatuurbestendigheid, evenals goede kruipweerstand, corrosieweerstand en ductiliteit. Beide legeringen komen voor in motoronderdelen.

Gegoten zinklegeringen

Een andere belangrijke categorie spuitgietmetalen zijn zinklegeringen. Gietbaar in een hete-kamer spuitgietmachine, zink is de meest fabrikantvriendelijke spuitgietmaterialen en biedt andere voordelen zoals slagvastheid, ductiliteit en geschiktheid voor plating. Door zijn gietbaarheid resulteert het ook in minimale slijtage van de matrijs.

Zink is zwaarder dan aluminium en magnesium en is meestal gelegeerd met aluminium, koper en magnesium.

Gebruikelijke legeringen voor spuitgieten van zink zijn onder meer:

• Zamak 3 :Een zinklegering voor algemeen gebruik die gemakkelijk te gieten is en een uitstekende maatvastheid biedt. In Noord-Amerika wordt Zamak 3 voor meer dan twee derde van het spuitgietwerk van zink gebruikt. Voorbeelden van toepassingen zijn plafondventilatoren en sanitaircomponenten.
• Zamak 2 :Een iets sterkere en duurdere legering met toegevoegd kopergehalte. Het wordt vaak gebruikt om gereedschappen te produceren voor kunststof spuitgieten.
• Zamak 5 :Een zinklegering die qua samenstelling dicht bij Zamak 3 ligt, maar met een grotere treksterkte en een lagere vervormbaarheid. Populair voor producten zoals auto-onderdelen en wielbalanceergewichten.

Andere spuitgietlegeringen

Andere spuitgietmaterialen zijn onder meer koper, siliciumtombac, lood en tinlegeringen, naast zink-aluminiumlegeringen.

Koperlegeringen vertonen een hoge sterkte, hardheid en corrosieweerstand, naast een uitstekende maatvastheid. Ondertussen zijn lood- en tinlegeringen zeer dicht en kunnen ze bestand zijn tegen corrosie. Zink-aluminiumlegeringen zijn herkenbaar aan het ZA-voorvoegsel; die met een lager aluminiumgehalte kunnen in hete kamer gegoten zijn, maar die met 11% of meer kunnen dat meestal niet.