Alles wat u moet weten over metaalgieten

Metaalgieten, een metaalbewerkingsproces waarbij vloeibaar metaal en een mal worden gebruikt, bestaat al duizenden jaren.

In de loop van de geschiedenis is metaalgieten gebruikt om alles te maken, van zwaarden tot windturbines, en tegenwoordig is het een van de meest waardevolle en veelzijdige methoden voor het maken van hoogwaardige metalen onderdelen.

Deze gids behandelt de basisprincipes van het gieten van metaal, inclusief de vele varianten - spuitgieten, investeringsgieten, enz. - en de meest voorkomende gietmetalen.

Wat is metaalgieten?

Metaalgieten is een fabricage- / fabricageproces waarbij gesmolten vloeibaar metaal in een mal wordt gegoten.

De binnenkant van de mal is ontworpen met een negatieve indruk van het onderdeel dat wordt gemaakt, dus wanneer het gesmolten metaal afkoelt en stolt in de mal, neemt het de vorm aan van het uiteindelijke onderdeel. Het afgewerkte onderdeel kan dan uit de mal worden gehaald.

Afhankelijk van de onderdelen die worden gemaakt en de metalen die worden gebruikt, zijn er verschillende soorten metaalgieten, elk met hun eigen specifieke voordelen. Patronen, mallen en vultechnieken kunnen sterk variëren tussen deze varianten.

Hoewel het gieten van metaal een veelzijdig proces is, zijn gegoten onderdelen onderhevig aan bepaalde ontwerpbeperkingen en moeten ingenieurs rekening houden met de krimp van metaal tijdens de koelfase.

Het metaalgietproces uitgelegd

Het centrale metaalgietproces omvat het opwarmen van een metaal, het in een mal gieten, wachten tot het is afgekoeld en stollen, en vervolgens het voltooide onderdeel uit de mal verwijderen. In werkelijkheid kunnen er veel meer fasen in het proces zijn, en verschillende metaalgietprocessen werken op verschillende manieren.

Het volgende is een vereenvoudigd overzicht van het metaalgietproces. Houd er rekening mee dat sommige stappen variëren voor verschillende castingvarianten, terwijl sommige helemaal worden weggelaten.

1. Het patroon maken :Vanaf het begin vereisen veel metaalgietprocessen de fabricage van een patroon, een duplicaat van het laatste onderdeel dat wordt gebruikt om de mal te maken. Patronen kunnen permanent of vervangbaar zijn en kunnen worden gemaakt van materialen zoals was, hout en plastic.

2. De kern maken :Voor het gieten van holle onderdelen kan het nodig zijn om een ​​kern te ontwerpen, een massief stuk materiaal dat in de vormholte wordt geplaatst en dat de inwendige geometrie van een gegoten onderdeel vormt. (Bijvoorbeeld, een cilindrische kern in een grotere cilindrische mal zal een buisvormig gegoten onderdeel produceren.)

3. De mal maken :Matrijzen worden op verschillende manieren gemaakt, afhankelijk van het proces. Permanente metalen mallen kunnen bijvoorbeeld worden gemaakt met een CNC-machine, terwijl zandmallen worden gemaakt door een zandmengsel aan de buitenkant van een patroon aan te brengen. De praktijk van het vervaardigen van mallen staat bekend als matrijzenbouw en is een specialistische discipline.

4. De mal vullen :Het metaal wordt verwarmd tot het smelt en vervolgens in de mal gegoten of geperst. Bij zwaartekrachtgieten bijvoorbeeld wordt het gesmolten materiaal naar beneden in de holte gegoten; bij spuitgieten onder hoge druk wordt het onder hoge druk in de holte geduwd, waarbij hoge klemkrachten nodig zijn om de matrijs veilig te houden.

5. Het onderdeel verwijderen :Nadat het gegoten onderdeel is afgekoeld en gestold, wordt het uit de mal gehaald. Voor processen zoals zandgieten betekent dit dat de mal moet worden vernietigd om bij het onderdeel binnenin te komen; voor permanente mallen worden de twee helften van de metalen mal uit elkaar getrokken en weer klaar voor gebruik.

6. Nabewerking :Gegoten metalen onderdelen moeten mogelijk worden gereinigd, bijvoorbeeld om resten van de mal te verwijderen, of andere nabewerkingsstappen voordat ze klaar zijn voor gebruik.

Voordelen van metaalgieten

Er zijn tal van redenen om metaalgieten te verkiezen boven andere metaalbewerkingsopties zoals smeden of CNC-bewerking. Enkele van de belangrijkste voordelen van metaalgieten zijn:

• Geschikt voor massaproductie
• Kan enorme en zware onderdelen produceren
• Kan zeer dikwandige onderdelen produceren
• Geschikt voor grote onderdelen uit één stuk (in plaats van geassembleerde onderdelen)
• Uitstekende draageigenschappen
• Ideaal voor sommige lichte legeringen
• Materiaalveelzijdigheid

Beperkingen van metaalgieten zijn onder meer onvermijdelijke defecten, beperkte maatnauwkeurigheid (vergeleken met bijvoorbeeld CNC-bewerking), arbeidsintensief en typisch hoge minimale bestelhoeveelheden.

De belangrijkste soorten metaalgieten

Spuitgieten

Een van de belangrijkste soorten metaalgietwerk voor ingewikkelde en gedetailleerde onderdelen, spuitgieten maakt gebruik van twee herbruikbare gereedschapsstalen matrijzen als gereedschap. Het proces is vergelijkbaar met kunststof spuitgieten:het gesmolten materiaal wordt onder hoge druk in de holte geperst. , waarmee ingenieurs onderdelen met fijne details kunnen maken.

De kosten voor het maken van op maat gemaakte matrijzen zijn hoog, waardoor het proces vaker voorkomt bij massaproductie. Eenmaal vervaardigd kunnen deze matrijzen echter vele malen worden gebruikt. Spuitgietstukken hebben over het algemeen een uitstekende oppervlakteafwerking.

Aluminium spuitgieten en magnesium spuitgieten worden beide veel gebruikt voor hoogwaardige onderdelen.

Zwaartekrachtgieten

Net als spuitgieten is zwaartekrachtgieten een manier om metaal te gieten met behulp van een herbruikbare metalen mal. Zwaartekrachtgieten is echter afhankelijk van zwaartekracht om vloeibaar metaal door de mal te verplaatsen, van boven naar beneden, in plaats van onder druk. Mallen moeten voor het eerste gieten worden voorverwarmd en zijn vaak gemaakt van gietijzer vanwege de lage thermische vermoeidheid.

Zwaartekrachtgieten dateert van vóór alle andere metaalgiettechnieken, met zwaartekrachtgegoten onderdelen die al millennia bestaan. Het is een vorm van permanent gieten; alternatieven voor het zwaartekrachtgietproces zijn onder meer gasdruk en vacuüm.

Investment casting (verloren was casting)

Investeringsgieten of verloren was gieten is een manier om metaal te gieten met behulp van een vervangbaar patroon en mal:beide items worden vernietigd tijdens het gietproces (hoewel de gesmolten was vaak opnieuw kan worden gebruikt).

Net als zwaartekrachtgieten is investeringsgieten duizenden jaren oud. Tijdens het verloren was-gietproces wordt een patroon gemaakt van was of een gelijkwaardig materiaal - soms met de hand, soms met een 3D-printer van hars - voordat een vuurvast materiaal rond het patroon wordt gegoten om de mal te maken.

De investering is de keramische laag die rond het patroon wordt aangebracht en die vervolgens fungeert als mal voor het gesmolten metaal. Deze keramische laag wordt verwijderd in een proces genaamd desinvestering .

Zandgieten

Zandgieten is een eenvoudige, eeuwenoude methode om metaal te gieten en is goedkoper dan alternatieve technieken. Het gebruikt zand (vermengd met een bindmateriaal zoals klei) als malmateriaal en de mallen zijn bestand tegen hoge temperaturen.

Bij het zandgietproces wordt een patroon ondergedompeld in zand in een speciale doos die een kolf wordt genoemd. . Door het zand rond het patroon te verdichten, kan een mal worden gemaakt waarin gesmolten metaal kan worden gegoten.

Het zand dat in het metaalgietproces wordt gebruikt, kan ofwel groen . zijn zand (natte klei) of air set zand (droog zand met lijm).

Andere gietprocessen

Er zijn nog tientallen andere metaalgietprocessen die worden gebruikt bij de productie, waaronder leemgieten en schaalgieten - beide vervangbare vormprocessen - en permanente vormprocessen zoals centrifugaalgieten en continugieten.

Gietdruk:hoog of laag?

Metaalspuitgieten is een waardevol metaalbewerkingsproces en kan worden onderverdeeld in twee andere categorieën:hogedrukspuitgieten en lagedrukspuitgieten. Het kiezen van de juiste druk hangt af van factoren zoals materiaal, wanddikte en onderdeelgrootte.

Hogedruk spuitgieten is een meer gebruikelijke techniek dan lagedrukgieten en wordt meer dan twee keer zo vaak gebruikt.

Ideaal voor zachte legeringen zoals aluminium en zink, spuitgieten onder hoge druk houdt in dat het vloeibare metaal met hoge druk en hoge snelheid in de mal wordt geperst, waardoor een krachtige pers nodig is om de mal gesloten te houden. Het proces is daarom duurder dan spuitgieten onder lage druk.

Voordelen van spuitgieten onder hoge druk:

• Snelle productie
• Dunne wanden mogelijk
• Gladde oppervlakteafwerking
• Minimale krimp

Lage druk spuitgieten is een langzamere vorm van spuitgieten die gesmolten metaal zachter in de mal dwingt. Het is geschikt voor legeringen met een laag smeltpunt. Hoewel het langzamer is dan spuitgieten onder hoge druk, is het proces van het gieten van metaal bij lage druk geschikt voor complexe geometrieën en kan het zeer sterke onderdelen produceren.

Voordelen van lage druk spuitgieten:

• Sterke delen
• Complexe geometrieën

Gietbare metalen

Een verscheidenheid aan metalen is geschikt voor het gietproces. De drie meest voorkomende gietmaterialen die door 3ERP worden geaccepteerd, zijn aluminium, zink en magnesium.

Aluminium gietstuk

Het gieten van aluminium is de meest voorkomende manier om aluminium te vormen. Het wordt gebruikt om artikelen zoals industriële en auto-onderdelen zoals transmissies en motoren te vervaardigen uit legeringen zoals A380 en A383.

Er zijn een paar manieren om aluminium gieten uit te voeren. Aluminium spuitgieten is uitstekend geschikt voor productie van grote volumes vanwege de snelheid en uitstekende oppervlakteafwerking; permanent gieten is geschikt voor extra sterke aluminium onderdelen; en zandgieten is geschikt voor het gieten van aluminium in kleine hoeveelheden en ingewikkelde geometrieën.

Ongeacht het gietproces, het gieten van aluminium maakt sterke en lichtgewicht onderdelen en is daarom zeer veelzijdig.

Zinkgieten

Zinklegeringen zijn populaire, betaalbare en algemeen beschikbare metalen die geschikt zijn om te gieten. Zinkgieten omvat doorgaans hogedrukgieten, waardoor hoge productiesnelheden en minimale nabewerkingsvereisten mogelijk zijn.

Vanwege de hoge gietvloeibaarheid van zink kan zinkgieten resulteren in onderdelen met zeer dunne wanden en fijne details. Zink kan ook koud worden gevormd voor een betere verbinding.

Fabrikanten kunnen kiezen tussen ZAMAK-zinklegeringen of zink-aluminium (ZA) legeringen. Onderdelen van gegoten zink zijn onder meer auto-onderdelen, airconditioning-onderdelen en elektronische onderdelen.

Magnesium gieten

Gieten - met name spuitgieten onder hoge druk - is verreweg het meest gebruikelijke metaalbewerkingsproces voor het maken van magnesiumonderdelen, goed voor ongeveer 98% van de productie van magnesiumonderdelen.

Omdat magnesium het lichtste van alle structurele metalen is, is het ideaal voor lichtgewicht toepassingen. Andere voordelen van magnesiumgieten zijn zeer dunne wanden, uitstekende details en een goede verhouding tussen stijfheid en gewicht.

In kleine hoeveelheden kunnen magnesium onderdelen ook gemaakt worden met gips, hoewel magnesium spuitgieten het beste is voor professionele toepassingen.

3ERP is een prototypingspecialist met een betrouwbaar netwerk van castingbedrijven die beschikbaar zijn voor uw volgende project, hoe klein ook. Vraag vandaag nog een gratis offerte aan.