Hoe werkt hogedrukspuitgieten?

Hogedrukspuitgieten is een proces waarbij vloeibaar metaal met hoge druk en snelheid in een matrijsholte wordt geïnjecteerd. De basisopstelling bestaat uit twee verticale platen, steunen en een beweegbare plaat die de matrijshelften op hun plaats houdt. Een hydraulisch aangedreven zuiger opent en sluit de matrijs. Het metaal wordt vervolgens in een spuitbus gegoten voordat het in de matrijsholte wordt gebracht.

Metalen met een laag smeltpunt

Bij hogedrukspuitgieten wordt één plunjer gebruikt om gesmolten metaal door een gietkanaal of toevoerkanaal te persen, waarbij een druk van zeven tot 207 MPa wordt uitgeoefend. Het metaal stolt snel en wordt vervolgens uit de matrijs verwijderd. Tijdens het gietproces kan er een braam ontstaan op de plaats waar de twee helften van de matrijs elkaar raken. Door de matrijs bij te snijden, kan deze braam worden verwijderd. Hogedrukspuitgieten vereist een grote investering.

Het gebruik van ijzer en koper vermindert de aantasting van aluminium op de matrijzen, en koper verhoogt de hardheid van het gietstuk, hoewel een teveel aan koper scheurvorming kan veroorzaken. Het proces vereist een hoog ijzergehalte en kan de vorming van intermetallische fasen veroorzaken. Deze intermetallische verbindingen beïnvloeden de ductiliteit en warmtebehandelingsmogelijkheden van het gietstuk. Dit proces is doorgaans niet ideaal voor het gieten van metalen met een hoog smeltpunt.

Non-ferrometalen

Hogedrukgieten van non-ferrometalen is een techniek die wordt gebruikt om metalen onderdelen te produceren met behulp van de smelt onder druk. Dit proces heeft zijn voordelen en kan worden uitgevoerd met een hoge productiesnelheid en in specifieke stromen. Om dit proces te gebruiken, worden de matrijzen verhit tot ongeveer 700 °C. De druk in de matrijzen is constant of neemt toe, waardoor het metaal in de matrijs blijft tot het stolt. Wanneer de matrijzen worden losgelaten, stroomt de resterende vloeistof terug naar de warmhoudoven, terwijl het gietstuk uit de machine wordt verwijderd.

HPDC is een proces dat het meest geschikt is voor de productie van grote volumes van onderdelen die bijna de gewenste vorm hebben. Het thixotrope gedrag van de slurry resulteert in gietstukken met een hoge integriteit. Hogedrukspuitgietmachines kunnen SSM-slurries produceren met behulp van horizontale of verticale injectie en klemming. Het proces is ook succesvol op de markt gebracht door V-Forge en SAG.

Gladde oppervlakken

Het proces van hogedrukgieten produceert componenten met een uitstekende maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. Het gietproces kan componenten produceren met wanddiktes van slechts 3 mm en een oppervlakteruwheid van 1,5 Ra. Dit proces minimaliseert ook de secundaire bewerkingskosten, maar is qua ontwerp minder flexibel dan zwaartekrachtgieten. Het metaal of de legering wordt onder hoge druk in de matrijs gespoten, wat resulteert in een snelle vulling en een fijnkorrelige structuur. Dit proces vermindert metaalverlies, versnelt de productie en produceert gladde oppervlakken.

Naast het produceren van gladde oppervlakken, produceert hogedrukspuitgieten zeer complexe onderdelen met nauwe toleranties. Omdat het metaal de holte snel vult, wordt het moeilijk om het gas te laten ontsnappen. Bovendien slaat het gas vaak neer onder het oppervlak, wat de complexiteit van het eindproduct beperkt. Het proces wordt vaak gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en andere industrieën die precisie en hoogwaardige onderdelen vereisen. Hogedrukspuitgieten is een ideale oplossing voor een breed scala aan toepassingen.

Kosten

De materiaalkosten voor hogedrukspuitgieten zijn een belangrijke factor in de totale productiekosten. De gebruikte hoeveelheid materiaal hangt af van het volume en de dichtheid van het onderdeel, evenals de maximale wanddikte van het onderdeel. De matrijs zelf is gemaakt van hard gereedschapsstaal. Hoe hoger de temperatuur van het gesmolten metaal, hoe langer de matrijs meegaat. Daarom is een groter kanaalsysteem nodig dan een klein kanaalsysteem, omdat kleinere onderdelen minder materiaal nodig hebben.

De matrijs zelf is erg zwaar en weegt meestal meer dan duizend keer het gewicht van het onderdeel. Hij moet extra koelkanalen hebben om te voorkomen dat hij onder de hoge druk verweekt. Hij moet ook uitwerppennen hebben om het onderdeel na het gietproces te verwijderen. De matrijs moet bovendien bestand zijn tegen thermische schokken en niet verweken bij de spuittemperatuur. Matrijsmaterialen zijn meestal gemaakt van gehard gereedschapsstaal en de uitloophoeken in de scheidingsvlakken moeten nauwkeurig zijn.