Drukgieterij materialen: het juiste metaal kiezen voor uw productie

Drukgieterij is een hoog nauwkeurig en efficiënt metaalproductieproces voor industriële, commerciële en consumentengoederen. Met tooling die erg lang meegaat, is drukgieterij geschikt voor productie van complexe metalen delen, met grote waarde bij massaproductie.

Verschillende metalen zijn geschikt als drukgieterijmaterialen. Meestal non-ferro metalen (geen significant ijzer) hoewel soms ferro metalen mogelijk. Hoofdmaterialen: aluminium, magnesium, en zink legeringen, elk met specifieke voordelen en toepassingen.

Dit artikel bekijkt de beste drukgieterijmaterialen, met hun voordelen en veelvoorkomende toepassingen in de productiewereld.

Wat is drukgieterij?

Drukgieterij is een vorm van metaalgieten: vloeibaar metaal gegoten of geperst in een vormkaviteit. Veel vormen metaalgieten: zandgieten (laag kost), wasuitgieterij (laag volume), drukgieterij (hoog volume). Processen verschillen in patroontypen, vormtypen, compatibele materialen, vulmethoden (zwaartekracht vs hoge-druk injectie).

Binnen metaalgieten is drukgieterij bijzonder geschikt voor hoog-volume productie van complexe delen. Dit door permanente vorm van twee gereedschapsstaal stempels (dies). Dies zijn duur te maken (meestal via bewerking) maar duren lang en bieden langetermijnwaarde.

Drukgieterij wordt in veel industrieën ingezet voor industriële, commerciële, consumentenproducten. Vergeleken met andere metaalgiettechnieken beter geschikt voor kleine tot middelgrote delen die goede oppervlakteafwerking vereisen.

Het drukgieterijproces

Drukgieterij heeft varianten (besproken in volgende sectie) maar volgt algemene routine.

Vooraf: fabrikant moet twee metalen dies verkrijgen: dekkersdie en uitwerperdie. Samen vormen ze de tooling; de opening ertussen = vormkaviteit. Dies meestal gefabriceerd uit gehard gereedschapsstaal – zeer duurzaam.

1. Vormen voorbereiden: Smeermiddel (meestal watergebaseerd) aanbrengen op kaviteitswanden – voorkomt dat gietsel aan binnenkant kleeft. Smeermiddel helpt ook temperatuurcontrole.
2. Materiaaltoevoer: Machine injecteert vloeibaar metaal onder hoge druk in kaviteit – exacte druk hangt af van materiaal en of het een warm-kamer of koud-kamer machine is. Druk dwingt materiaal in kleinste kieren, en wordt gehandhaafd tijdens afkoeling/uitharding om krimp te minimaliseren.
3. Uitwerping: Na afkoeling/uitharding wordt gietsel uitgeworpen door stempels te openen en zacht te duwen met uitwerperpennen. Volgende schot direct na uitwerping – snelle massaproductie identieke delen.
4. Schudden (shakeout): Overmaat metaal (grat van scheidingslijn, gates, runners, sprues – ontwerpelementen voor metaaltoevoer) verwijderen (handmatig of speciaal machine).

Drukgieterij levert uitstekende oppervlakteafwerking – geen zware nabewerking nodig als bij bewerkte of 3D-geprinte delen.

Warm-kamer vs koud-kamer drukgieterij

Twee hoofdsotypes: warm-kamer en koud-kamer. Verschillen in waar metaal gesmolten wordt en hoe geïnjiceerd. Cruciaal: alleen bepaalde materialen geschikt voor warm-kamer. (Koud-kamer vereist nog steeds volledig vloeibaar metaal – verwerkt geen vast metaal.)

Warm-kamer: metaal verwarmen binnen de machine. "Ganshalsmachines" met interne verbrandingsruimte en pot voor vloeibaar metaal. Zuiger (hydraulisch/pneumatisch) perst metaal van kamer in stempel; kamer direct hergevuld voor volgende schot.

Koud-kamer: externe verhitting materiaal, vloeibaar metaal via overbrengbuis of loodgieter naar machine. Ram perst metaal van kamer in stempel (hogere druk dan warm-kamer). Langzamer – metaal moet per schot van externe bron overgebracht worden.

Hoewel warm-kamer sneller is, is materiaalcompatibiliteit beperkter. Meestal alleen metalen met lage smeltpunten: zink, magnesium, loodlegeringen. Kan geen aluminiumlegeringen verwerken (nemen ijzer op uit kamer).

Overwegingen bij keuze drukgieterijmateriaal

Fabrikanten moeten factoren overwegen:

• Geschiktheid voor warm-kamer drukgieterij
• Materiaalkosten
• Indirecte materiaalkosten (extra nabewerking)
• Structurele materiaaleigenschappen
• Sterkte
• Gewicht
• Oppervlakteafwerking
• Bewerkbaarheid

Alle factoren meewegen bij keuze materiaal voor delen/prototypes.

Aluminium drukgieterij legeringen

Aluminium is een hoofddrukgieterijmetaal; legeringen in koud-kamer. Bevatten typisch silicium, koper, magnesium.

Voordelen: lichtgewicht, goede dimensionale stabiliteit – goed voor complexe, fijn gedetailleerde delen. Ook: goede corrosieweerstand, temperatuurbestendigheid, thermische/elektrische geleiding.

Gangbare legeringen:

• 380: Algemeen, balans gietbaarheid/mechanische eigenschappen. Breed: motorbeugels, meubels, elektronica behuizingen, frames, handvaten, tandwielkasten, elektrisch gereedschap.
• 390: Uitstekende slijt-/trillingsweerstand. Specifiek voor auto motorblokken, ook klepkasten, wieltjes, pomphuisjes.
• 413: Uitstekende gietbaarheid, goede drukgasdichtheid. Hydraulische cilinders, architecturale delen, voedel/zuivel apparatuur.
• 443: Meest duktil – consumentengoederen met plastische vervorming na gieten.
• 518: Duktil, goede corrosieweerstand. Vliegtuigfittings, decoratieve hardware, trapliftcomponenten.

Magnesium drukgieterij legeringen

Magnesium: nog lichter dan aluminium, plus hoog bewerkbaar – geschikt voor gegoten delen die extra bewerkte details/afwerking vereisen.

Groot voordeel: geschikt voor warm-kamer drukgieterij – makkelijker dan aluminium. Overige elementen: aluminium, zink, mangaan, silicium.

Gangbare legeringen:

• AZ91D: Algemeen, goede gietbaarheid, corrosieweerstand, sterkte/gewichtverhouding. Toepassingen: mechanische/aandrijfcomponenten.
• AM60: Goede gietbaarheid, sterkte, trillingsdemping, duktiliteit. Auto: zitframes, panelen.
• Zeldzame aard legeringen AS41B, AE42: Superieure temperatuurbestendigheid, goede kruip-/corrosieweerstand, duktiliteit. Beiden in motoronderdelen.

Zink drukgieterij legeringen

Zinklegeringen: grote categorie. Gietbaar in warm-kamer machine – meest fabrikantvriendelijk materiaal. Voordelen: slagensterkte, duktiliteit, geschikt voor verchroming. Door gietbaarheid: minimaal stempelslijtage.

Zink zwaarder dan aluminium/magnesium, meestal geligeerd met aluminium, koper, magnesium.

Gangbare legeringen:

• Zamak 3: Algemeen, makkelijk te gieten, uitstekende dimensionale stabiliteit. Noord-Amerika: >2/3 zink drukgieterij gebruikt Zamak 3. Voorbeelden: plafondventilatoren, sanitaire componenten.
• Zamak 2: Lichter sterker, duurder, extra koper. Vaak voor tooling voor plastic injectiegieten.
• Zamak 5: Samenstelling dicht bij Zamak 3, maar hogere trekkracht, lagere duktiliteit. Populair: auto-onderdelen, wielbalansgewichten.

Overige drukgieterij legeringen

Koper, silicium tombac, lood, tin legeringen, plus zink-aluminium legeringen.

Koperlegeringen: hoge sterkte, hardheid, corrosieweerstand, uitstekende dimensionale stabiliteit. Lood/tin: zeer dicht, corrosiebestendig. Zink-aluminium (ZA prefix): lagere Al-gehalte = warm-kamer mogelijk; ≥11% Al = meestal niet warm-kamer.