Essentiële inzichten in metaalgieten: technieken, toepassingen en voordelen

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

Wat is metaalgieten?

Metaalgieten is een productieproces dat betrekking heeft op het gieten van vloeibaar gesmolten metaal in een vorm.

De binnenstructuur van de vorm is gecombineerd met een negatieve afdruk van het te maken onderdeel, zodat wanneer het gesmolten metaal afkoelt en verstijft binnen de vorm, het de vorm van het eindonderdeel aanneemt. Het afgeronde onderdeel wordt vervolgens uit de vorm gehaald.

Er zijn verschillende variëteiten van metaalgieten, elk met zijn eigen specifieke voordelen afhankelijk van de toepassingsgebieden. Patroon, vormen en vultechnieken kunnen sterk variëren tussen deze verschillen.

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

Het proces van metaalgieten

Het centrale metaalgietproces omvat het opwarmen en gieten van het metaal in een vorm, nadat het afkoelt en verstijft, wordt het afgeronde onderdeel uit de vorm gehaald. In veelvoorkomende gevallen zijn er meer fasen in het proces, en verschillende metaalgietprocessen werken op verschillende manieren.

Stappen variëren per gietvariant, sommige worden ganzelijk overgeslagen.

1. Het maken van het patroon: Een patroon is een noodzakelijke stap voor de meeste metaalgieten, en een duplicaat van het eindonderdeel is de sleutel om de vorm te maken. Patronen kunnen permanent of flexibel zijn omdat het materiaal ervan meestal was, hout en kunststof is.

2. Het maken van de kern: Een kern is nodig voor het gieten van holle onderdelen, een massief stuk materiaal dat binnenin de vormholte wordt geplaatst en de interne geometrie van een gegoten onderdeel vormt. (Bijvoorbeeld, een cilindrische kern binnen een grotere cilindrische vorm produceert een buisvormig gegoten onderdeel.)

3. Het maken van de vorm: Vormen worden op verschillende manieren gemaakt afhankelijk van de beoogde toepassing. Bijvoorbeeld, permanente metalen vormen kunnen worden gemaakt met een CNC-machine, terwijl zandvormen worden gemaakt door een zandmengsel op de buitenkant van een patroon aan te brengen. Het fabriceren van vormen staat bekend als vormmakerij en is een specialistische discipline.

4. Vullen van de vorm: Hitte het metaal op tot het smelt, giet of pers het dan in de vorm. Bij zwaartegieten wordt het vloeibare materiaal naar beneden in de holte gegoten; bij hoge druk gieten wordt het met hoge druk in de holte geperst, met hoge klemkrachten om de matrijs veilig te houden.

5. Verwijderen van het onderdeel: Na afkoeling en verstijving van het gegoten onderdeel, verwijder het uit de vorm. Bij processen zoals zandgieten moet de vorm vernietigd worden om aan het onderdeel binnenin te komen; bij permanente vormen worden de twee helften van de metalen vorm uiteen getrokken en klaargemaakt voor hergebruik.

6. Nabewerking: Gegoten metalen onderdelen kunnen gereinigd moeten worden—om resten van de vorm te verwijderen, bijvoorbeeld—of andere nabewerkingsstappen ondergaan voordat ze gereed zijn voor gebruik.

Sterktes van metaalgieten

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

• Kan enorme en zware onderdelen produceren
• Kan dikwandige onderdelen produceren
• Geschikt voor grote eenmalige onderdelen (in plaats van gemonteerde componenten)
• Uitstekende lagerkwaliteiten
• Ideaal voor sommige lichte legeringen
• Materiaal veelzijdigheid

Beperkingen van metaalgieten omvatten onvermijdelijke defecten, beperkte dimensionale nauwkeurigheid, arbeidsintensiteit, en doorgaans hoge minimum bestelhoeveelheden.

De hoofdtypen metaalgieten

Drukgieterij (Die casting)

Dit proces is een van de belangrijkste typen gieten die gebruikt worden om complexe kunststofmatrijsmatrijzen te fabriceren, twee van welke herbruikbare gereedschapsstaalmatrijsgereedschappen gebruiken. Holte, wat ingenieurs in staat stelt om onderdelen met fijn detail te fabriceren.

De kosten voor het maken van aangepaste matrijzen zijn hoog, wat het proces meer gangbaar maakt in massaproductie. Eenmaal geproduceerd, kunnen deze matrijzen meerdere keren worden gebruikt. Drukgieterijen hebben vaak een uitstekende oppervlakteafwerking.

Zowel aluminium drukgieterij als magnesium drukgieterij worden veel gebruikt voor hoogwaardige onderdelen.

Zwaartegieten (Gravity casting)

Net als drukgieterij is zwaartegieten een methode om metaal te gieten met herbruikbare metalen vormen. Echter, zwaartegieten steunt op zwaartekracht om vloeibaar metaal door de vorm van boven naar beneden te bewegen, in plaats van druk. De vorm moet voor de eerste gietbeurt voorverwarmd worden en is meestal gemaakt van gietijzer vanwege de lage thermische vermoeidheid.

Wasmethode gieten (Investment casting)

Wasmethode gieten, ook wel lost wax casting genoemd, is een manier om metaal te gieten met een betaalbaar patroon en vorm: beide items worden tijdens het gietproces vernietigd (hoewel de gesmolten was vaak hergebruikt kan worden).

Net als zwaartegieten heeft wasmethode gieten een geschiedenis van duizenden jaren. Tijdens het lost wax casting proces wordt een patroon gemaakt van was of een equivalent materiaal—soms met de hand, soms met een 3D-harsprinter—voordat een refractair materiaal in het patroon wordt gegoten om de vorm te maken.

De investering is het aanbrengen van een keramische laag rond het model, wat vervolgens als vorm dient voor het gesmolten metaal. Deze keramische laag wordt verwijderd in een proces dat 'ontmantelen' wordt genoemd.

Zandgieten (Sand casting)

Zandgieten is een eenvoudige, eeuwenoude metaalgietmethode die betaalbaarder is dan alternatieve technologieën. Het gebruikt zand (gemengd met bindmiddelen zoals klei) als vormmateriaal, en de vorm kan hoge temperaturen weerstaan.

In het zandgietproces wordt het model in het zand in een speciale doos genaamd een 'flask' gedoopt. Door zand rond het model te compacteren, kan een vorm worden gemaakt, en kan gesmolten metaal erin worden gegoten.

Het zand dat in het metaalgietproces wordt gebruikt, kan ofwel groenzand (natte klei) ofwel luchtgedroogd zand (drog zand met een lijmmiddel) zijn.

Overige gietprocessen

Er zijn tientallen meer metaalgietprocessen die in de productie worden gebruikt, waaronder leemvormen en schilvormen—beide verliesvormprocessen—en permanente vormprocessen zoals centrifugaalgieten en continu gieten.