Zand-, matrijs- en investeringsgieten:het juiste proces kiezen voor uw metalen onderdelen

Vanwege hun aanpassingsvermogen, prestaties en relatief lagere kosten worden sommige gietprocessen op grote schaal gebruikt bij de productie met veel industriële toepassingen. Zandgieten, spuitgieten en investeringsgietstukken zijn bijvoorbeeld wereldwijd veelgebruikte gietprocessen om metalen onderdelen te maken voor de consumenten-, auto-, medische en ruimtevaartindustrie.

Hoewel alle drie de productieprocessen metalen onderdelen van goede kwaliteit kunnen produceren, zal het ene proces beter geschikt zijn voor uw toepassing dan het andere, omdat elke procedure zijn voordelen en beperkingen heeft. De ideale aanpak hangt af van uw vereisten, ontwerpcomplexiteit, materiaaleigenschappen en andere cruciale elementen van uw onderdeelontwerp.

vergelijking van zand-matrijs-investeringen-gieten

Metaalgieten

Wat zijn metalen gietstukken? Simpel gezegd omvat het gietproces het smelten van metaal en het gieten van het gesmolten materiaal in een voorbereide mal om het vorm te geven. De meeste giettechnieken variëren tegenwoordig in de manier waarop het gesmolten metaal wordt gehanteerd en in de mal wordt geplaatst. Afhankelijk van het onderdeelontwerp kunnen gietprocessen netvormige onderdelen opleveren. Daarom zijn er geen extra bewerkingen nodig om de uiteindelijk vereiste vorm en pasvorm van het onderdeel te bereiken.

Een productontwerper moet weten hoe elk proces functioneert en hoe deze van elkaar verschillen om te beslissen wat beter is voor het onderdeel:zandgieten, spuitgieten of investeringsgieten. De ontwerper kan alleen het meest geschikte proces voor de toepassing kiezen als hij zich bewust is van de complexiteit, eisen en resultaten ervan.

Laten we dus snel drie castingprocedures bekijken.

Wat is spuitgieten?

Spuitgieten is een populair gietproces van permanent metaal, waarbij gesmolten metaal onder druk in de mal wordt geperst, waardoor het tot een metalen gietstuk wordt gestold. Spuitgietstukken of drukgietstukken worden vaak gebruikt in autobehuizingen, onderdelen van apparaten en speelgoed.

Spuitgieten

Volledige gids voor spuitgieten

Wat is zandgieten

Zandgieten verschilt enigszins van spuitgieten. Eerst wordt het gesmolten metaal handmatig in een vervangbare zandvorm gegoten, die afkoelt tot een 3D-vorm.

Volledige gids voor zandgieten

Wat is investeringscasting

Bij investeringsgieten wordt gesmolten materiaal in een mal van vuurvast materiaal gegoten. Zodra het metaal in de mal stolt, wordt het gietstuk verwijderd door de vuurvaste mal te breken. Er wordt gebruik gemaakt van een waspatroon om een mal te maken met vuurvast materiaal.

investeringsgietmatrijs en cluster

Volledige gids voor investeringscasting

Wat zijn de verschillen tussen zandgieten, spuitgieten en investeringsgieten?

Wat zijn de verschillen tussen zandgieten, spuitgieten en investeringsgieten?

Zand, inbedmassa en spuitgieten zijn uitstekende keuzes voor verschillende toepassingen. Ze zijn efficiënt, hebben een vergelijkbare kwaliteit en kunnen vergelijkbaar materiaal gieten. Als gevolg hiervan kan het lastig zijn om een duidelijke winnaar te bepalen en tegelijkertijd de verschillen tussen zandgieten, spuitgieten en investeringsgieten te beoordelen.

Er bestaan echter enkele significante verschillen bij de keuze tussen de investerings-, matrijs- en zandgietproductieprocessen. Daarom kan het kennen ervan de productontwerper ten goede komen, omdat het helpt een weloverwogen beslissing te nemen.

Hier zijn de acht belangrijkste verschillen tussen de zand-, investerings- en spuitgietprocessen.

Vergelijking van zandgieten, spuitgieten en investeringsgieten

Matrijsontwerp en materiaal

Het belangrijkste verschil tussen zand-, investerings- en spuitgietprocessen is het materiaal dat wordt gebruikt om de mal te maken.

Spuitgietmatrijzen zijn van permanent metaal, terwijl zandgietmatrijzen vervangbaar zand zijn. Bij investeringsgieten is een speciale vuurvaste coating rond het waspatroon nodig om een mal te maken.

Voorbeeld van gietmatrijs (bron:indiamart.com)

Vanwege de permanente mal heeft spuitgieten een snellere productiesnelheid dan zandgieten en investeringsgieten, waarbij de fabrikant de mal elke keer opnieuw moet maken. Investeringsgieten heeft het voordeel dat er meer onderdelen per mal zijn, omdat er meerdere onderdelen in één boom worden gegoten.

De kwaliteit van het gebruikte zand heeft een aanzienlijke invloed op de kwaliteit van het gietoppervlak. Daarentegen zouden de gegoten metalen mal en de fijne slurry vuurvaste materiaalmal bij investeringsgieten u een gladder oppervlak geven dan zandgieten.

Zandgiet- en investeringsgietmatrijzen worden elke keer vernietigd, terwijl de spuitgietmatrijs na een gietgang direct gereed is. Deze kwaliteit en de fantastische verwerkingssnelheid van de methoden behoren tot de belangrijkste aspecten. Dat is de reden waarom spuitgieten over het algemeen de voorkeur heeft in productieomgevingen met hoge snelheid.

Vanwege deze ongelijkheid is zandgieten minder geschikt voor toepassingen die snelheid vereisen. Aan de andere kant is het proces relatief kosteneffectief en veelzijdig, waardoor het ideaal is voor legeringen en ongebruikelijke vormen. Bovendien hebben ontwerpers meer vrijheid omdat het productieproces eenvoudig is en gemakkelijk een breed scala aan legeringen kan verwerken.

Metaalgiettypes Materiaal en productie ZandgietenVervangbare mal
Het materiaal van de mal is Zand 1 – 2 wekenSpuitgietenPermanente mal
Het materiaal van de mal is van metaal 4 – 10 wekenInvesteringsgietenVervangbare mal
Het vormmateriaal is een vuurvast materiaal. 7 – 10 dagen vanaf waspatroon tot volledig gieten Vormmateriaal en productietijden

Materiaal

Investeringsgieten en zandgieten kunnen elk materiaal gieten. Spuitgieten wordt echter over het algemeen gebruikt om onderdelen te gieten uit non-ferrometalen met een laag smeltpunt. Daarom worden zink, aluminium, magnesium en messing veel gebruikt bij spuitgieten, terwijl aluminiumlegeringen, messinglegeringen, gietijzer en gietstaal populaire zandgietmaterialen zijn.

Investeringsgieten lijkt sterk op zandgieten, waarbij elk materiaal kan worden gegoten.

Metaalgiettypes Zandgieten Spuitgieten Investeringscasting Gietbare metalenOnbeperktMetalen met laag smeltpuntOnbeperktZand-, spuitgiet- en investeringsgietmaterialen

Onderdeeleigenschappen

Spuitgietonderdelen zijn over het algemeen duurzamer dan zand- en investeringsgieten vanwege de hoge druk die bij het proces betrokken is. Bovendien zorgt de hoge druk er ook voor dat er geen interne gaten ontstaan en dat het gehele product vrijwel vrij is van interne gebreken.

Spuitgieten koelt sneller af dan zandgieten, waardoor gegoten onderdelen een fijnere, uniformere microstructuur krijgen. Doorgaans verbetert deze microstructuur de mechanische eigenschappen met wel 20%.

• Zandgieten – Materiaaleigenschappen zijn relatief slecht
• Spuitgieten – Goede mechanische eigenschappen en microstructuur dankzij hoge druk
• Investeringsgieten – Mechanische en microstructuur zijn afhankelijk van de gietmethode, maar vallen doorgaans tussen zandgieten en spuitgieten.

Castingfuncties en -eigenschappen Zandgieten Spuitgieten Investeringscasting Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – Min0,01<0,010,001Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – MaxGeen limiet50100Porositeit (1 – beste tot 5 – slechtste)3 – 51 – 35Vormcomplexiteit (1 – beste tot 5 – slechtste)1 – 23 – 41Eigenschappen van zand-, matrijs- en investeringsgietonderdelen

Complexiteit van onderdelen

Een ander onderscheid tussen matrijs-, investerings- en zandgietresultaten is de algehele complexiteit van de onderdelen. Investering en zandgieten kunnen veel ingewikkelder en uitgebreidere ontwerpen aan dan spuitgieten. Spuitgieten biedt een veel grotere maatnauwkeurigheid en snelheid, maar is beperkt in zijn vermogen om complexe vormen te produceren.

Investeringen en spuitgieten zijn ook beperkt en zijn geschikt voor kleine tot middelgrote onderdelen in vergelijking met zandgieten.

Castingfuncties en -eigenschappen Zandgieten Spuitgieten Investeringscasting Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – Min0,01<0,010,001Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – MaxGeen limiet50100Vormcomplexiteit (1 – beste tot 5 – slechtste)1 – 23 – 41Zand-, matrijs- en investeringsgietonderdelencomplexiteit

Muurdikte

Zandgieten resulteert over het algemeen in dikkere muren. Dikke muren betekenen meer ruimte om fouten te corrigeren door machinale bewerking en andere nabewerkingen, maar zijn ook zwaarder.

GietprocesSectiedikte MinimaalSectiedikte MaximaalZandgieten3,00 mmGeen limietSpuitgieten0,50 mm12,00Investeringsgieten1,00 mm75,00Zand-, matrijs- en investeringsgieten wanddikte

Spuitgieten daarentegen produceert dunnere wanden terwijl een grotere maatnauwkeurigheid behouden blijft. Als gevolg hiervan is zandgieten niet geschikt voor kleine voorwerpen met nauwe toleranties en wordt het handhaven van de consistentie en het leveren van de beste resultaten uiterst moeilijk. Investeringsgieten kan ook dunne wanden produceren en is een goede keuze voor complexe vormen en kenmerken.

Productievolume

Een van de voordelen van zandgieten is dat er minder gereedschap nodig is. Hierdoor verloopt het proces relatief sneller en kan het direct goede resultaten opleveren. Spuitgieten is daarentegen het meest geschikt voor productie in grote volumes vanwege de complexere en tijdrovendere initiële gereedschappen.

Productievolume van zand-, matrijzen- en investeringsgietstukken

Investeringsgieten kan meer onderdelen per batch produceren omdat er meerdere onderdelen per boom kunnen worden gegoten, maar de initiële insteltijd is vergelijkbaar met spuitgieten.

Castingfuncties en -eigenschappen Zandgieten Spuitgieten Investeringscasting Typische productiesnelheid (onderdelen/vormuur)1 – 202 – 2001 – 1000Minimumhoeveelheid1        10.00010Productietijd van zand-, spuitgiet- en investeringsgietwerk

Houd er echter rekening mee dat spuitgieten een sneller proces is voor grote volumes. Snelle productie betekent dat u met spuitgieten duizend stuks kunt produceren in minder tijd dan met de alternatieve methode. De initiële gereedschapstijd die nodig is voor het spuitgieten maakt het andere proces echter beter als u slechts 100 – 150 of minder producten nodig heeft.

Tolerantie en nauwkeurigheid

Spuitgieten biedt de beste tolerantienauwkeurigheid van de drie gietstukken. Deze zijn typisch voor aluminium, omdat de nauwkeurigheid en tolerantie van het gietproces afhankelijk zijn van factoren zoals de volgende.

• Ontwerpcomplexiteit
• Type patroonuitrusting en matrijsuitrusting
• Metaal en gebruikt
• Patroon- en dobbelsteenvoorwaarde
• Werkmethoden van de gieterij

Afmetingen Spuitgieten Zandgieten Investeringsgieten Tot 25 mm +/- 0,050 mm +/- 2,00 mm +/- 0,250 mm Tot 50 mm +/- 0,075 mm +/- 2,00 mm +/- 0,350 mm Tot 75 mm +/- .0,100 mm +/- 2,00 m +/- 2,00 m +/- 0,400 mmTot 100 mm +/- 0,125 mm +/- 3,00 mm +/- 0,500 mm Zand-, matrijs- en investeringsgietwerk Tolerantie en nauwkeurigheid

Raadpleeg de volgende normen voor grafieken en tabellen met giettolerantie en nauwkeurigheid.

• ISO 8062 – Maattolerantie voor gieten en bewerkingstoeslagen

Oppervlakafwerking

Een andere kritische factor is de oppervlakteafwerking van het eindproduct. Het zandgietproces produceert een grof en ruw oppervlak dat na afkoeling mogelijk verdere behandeling of machinale bewerking vereist. Spuitgieten heeft echter een uitstekende oppervlakteafwerking die zelden een aanvullende behandeling vereist.

Oppervlakteafwerking van zand, spuitgieten en investeringsgieten

Investeringsgieten produceert doorgaans een uitstekende oppervlakteafwerking dankzij het fijne slurrymateriaal.

Kosten

Zoals bij alle productieprocessen zijn de kosten per eenheid afhankelijk van verschillende factoren, waaronder materiaal, arbeid en apparatuur. Voor zandgieten is bijvoorbeeld meer arbeid nodig dan voor ander gietwerk, voor spuitgieten zijn dure matrijzen en machines nodig, en voor investeringsgieten zijn lange productietijden nodig.

Vergelijking van zand-, matrijzen- en investeringsgietkosten

Vergeleken met de eenvoud van Sand kost het maken van een metalen mal voor het spuitgietproces meer. Bovendien vergen metalen mallen meer tijd en expertise, waardoor de totale kosten van het proces stijgen.

Castingproces Materrijskosten Apparatuurkosten Arbeidskosten Producttarief (stuks/u) ZandgietenLaagLaagLaag – Medium<20SpuitgietenHoogHoogLaag – Medium<200InvesteringsgietenMedium tot HoogLaag tot MediumHoog <1000Vergelijking van kosten voor zand-, matrijzen- en investeringsgieten

De ontwikkelingstijd varieert ook tussen de gietprocessen en verhoogt de totale kosten.

• Zandgieten – 2-10 weken ontwikkeltijd
• Spuitgieten – 12 – 20 weken
• Investeringscasting – 5 – 16 weken

Onderstaande afbeelding laat zien dat de kosten afhankelijk zijn van de productiehoeveelheid en -snelheid.

Productiekosten van zand-, matrijzen- en investeringsgietstukken (Bron:Chegg)

Voor- en nadelen van zand-, matrijs- en investeringsgieten

Casttype Voordelen Nadelen ZandgietenBijna elk metaal kan worden gegoten
Er is geen limiet aan de grootte, vorm of gewicht van het onderdeel.
Lage gereedschapskostenAfwerking vereist
Grove oppervlakteafwerking
Brede tolerantieSpuitgietenUitstekende maatnauwkeurigheid
Uitstekende oppervlakteafwerking
Lage porositeit
Hoge productiesnelheidHoge matrijskosten
Beperkte onderdeelgrootte
Over het algemeen beperkt tot non-ferrometalen
Lange doorlooptijdInvesteringsgietenIngewikkelde onderdeelvormen
Uitstekende oppervlakteafwerking en nauwkeurigheid
Bijna elk metaal kan worden gegoten. Deelgrootte beperkt
Dure patronen en schimmels
Dure arbeid Voor- en nadelen van zand-, matrijs- en investeringsgieten

Kenmerken van zand-, matrijs- en investeringsgieten

Castingfuncties en -eigenschappen Zandgieten Spuitgieten Investeringscasting Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – Min0,01<0,010,001Onderdeelgrootte – Gewicht (kg) – MaxGeen limiet50100Typische oppervlakteafwerking (Raum)5 – 2501-0,3 februari – 2Porositeit (1 – beste tot 5 – slechtste)3 – 51 – 35Vormcomplexiteit (1 – beste tot 5 – slechtste)1 – 23 – 41Dimensionale nauwkeurigheid (1 – beste tot 5 – slechtste)311Sectie – Wanddikte – Min30,51Sectie – Wanddikte – MaxGeen limiet1275Typische maattolerantie (mm)1,6 – 4,00+/- 0,001 – 0,005+/- 0,005Typische productiesnelheid (delen/vormuur)1 – 202 – 2001 – 1000Minimum hoeveelheid1                           10.00010Kenmerken van zand-, spuitgiet- en investeringsgietwerk