Trykstøbning udmærker sig ved store mængder og komplekse former, men har lavere præcision. CNC-bearbejdning er præcis og alsidig til prototyper og mindre mængder. Trykstøbning bruger smeltet metal i forme, mens CNC trækker materiale fra solide blokke. Vælg trykstøbning til masseproduktion, CNC til nøjagtighed og fleksibilitet.
Ved at sammenligne begge procedurer med deres grundlæggende parametre kan du finde den bedste løsning. Derfor giver denne artikel dybdegående detaljer om trykstøbning vs. CNC-bearbejdning.
Trykstøbning: Oversigt og fordele
Producenterne smelter udvalgte metaller i henhold til deres smeltetemperatur. For eksempel smelter de zink ved 385 °C og aluminium ved 660 °C. Derefter sker det næste trin, trykstøbning.
Denne metode fører smeltet metal ind i en permanent form under et tryk på 10-175 MPa. Runners flyder dette metal, og risers opsamler deres rester.
Smeltet metal størkner, hvilket tager 5-30 sekunder og muliggør udstødning ved 200-300 °C. Du skal vide, at hver cyklus er færdig på 15-60 sekunder.
Når man ser på den hurtige produktionsevne, kan man færdiggøre store serier med trykstøbning op til 10-100 gange hurtigere end med CNC-bearbejdning.
Anvendelser af trykstøbning
Trykstøbning hjælper med at producere komplekse dele. For eksempel kan man lave motorblokke af aluminium med 1,5 mm vægge. Denne metode giver også holdbarhed og varmebestandighed.
Elektroniske dele støber zink for at gøre deres tyndvæggede kabinetter meget lettere. Desuden bruger rumfartsindustrien magnesium til at reducere vægten omkring 30% og øge brændstofeffektiviteten.
Processer til trykstøbning
1. Trykstøbning under højt tryk (HPDC):
Generelt arbejder HPDC under et tryk på 10-175 MPa. Den sprøjter metal ind med en hastighed på 10-50 m/s. Denne proces er perfekt til fremstilling af aluminiumsdele til elektronik eller bilindustrien. Den kan tilføje tynde vægge (1,5-5 mm).
2. Trykstøbning ved lavt tryk (LPDC):
Producenterne bruger et tryk på 0,3-1,5 MPa, når de bruger LPDC. I denne proces er formfyldningsprocessen meget langsom for at undgå defekter. Den fungerer bedre til store dybder omkring 5-15 mm dele (hjulnav). De giver også en vis styrke og holdbarhed.
3. Trykstøbning ved hjælp af tyngdekraft:
Metoden bruger tyngdekraften til at fylde formen, som er forvarmet til 150-300 °C. Den kan producere meget enkle aluminiumsdele med fine overflader til overkommelige priser.
Typer af legeringer og egenskaber
| Legering | Smeltepunkt | Trækstyrke | Termisk ledningsevne | Omkostninger |
| Aluminium | 660°C | 220-330 MPa | 120-180 W/m-K | Moderat |
| Zink | 385°C | 280-440 MPa | 110-130 W/m-K | Mindre |
| Magnesium | 650°C | 160-240 MPa | 80-100 W/m-K | Dyrt |
Proces for trykstøbning af værktøj
Producenterne skaber matricer, der er 10 gange stærkere ved hjælp af stål (H13-kvalitet) for at modstå effekten af 50.000-1.000.000 cyklusser. De kan koste 10.000-200.000 afhængigt af design, legering eller andre faktorer. Desuden omfatter deres vigtigste aspekter:
- De bruger en spændekraft på omkring 100-5.000 tons (alt efter emnestørrelse).
- Hver cyklus tager 15-60 sekunder (afhængigt af emnets afkøling).
- Deres udstødningskraft kan være omkring 5-20% af fastspændingskraften.
Begrænsninger ved trykstøbning
- En røntgeninspektion er nødvendig for at kontrollere porøsiteten, fordi der kan dannes op til 1-2 mm dybe luftlommer.
- Brug trækvinkler på 1-3° til fjernelse af dele.
- Den maksimale emnestørrelse kan være op til 600 mm på grund af værktøjsomkostningerne.
CNC-bearbejdning: Oversigt og fordele
CNC-bearbejdning (Computer Numerical Control) bruger Computerstøttede teknikker. Denne teknologi får vejledning fra computere til at skære former og omdanne råt metal til skarpt definerede dele.
Ved trykstøbning kommer varmt metal ind, og en fast form kommer ud. Omvendt bruger CNC-bearbejdning skæreværktøjer til at fjerne materiale (metaller, plast og kompositter) lag for lag.
Denne procedure er dog velegnet til færre specialfremstillede dele, prototyper og små til mellemstore ordrer (1-1.000 enheder).
CNC-programmeringsproces
CNC-bearbejdning bruger et værktøj, der holdes af en spindel. Dette værktøj skærer råmaterialet på arbejdsbordet. Drivmotoren får MCU-signaler og bevæger spindlen i overensstemmelse hermed. I mellemtiden bekræfter feedback-enheden korrektheden.
CNC-bearbejdning
CNC-maskiner udfører tre almindelige opgaver:
- Fræsning
- Drejning
- Boring
Fræsning
Producenter bruger roterende værktøjer (500-15.000 RPM) til fræsning. De skærer flade og buede former op. De bruger f.eks. en 10 mm hårdmetalfræser. Det hjælper med at skære aluminiumslegeringer ved 2.000 o/min til fremstilling af motorbeslag.
Drejning
En roterende spindel fastholder arbejdsemnet, hvor den roterer med op til 3.000 omdrejninger pr. minut.) I mellemtiden roterer skæreværktøjer eller stationære værktøjer langs spindelaksen og giver materialet en cylindrisk form (skrue eller rør).
Boring
Boreprocessen skal lave huller i dele. Normalt bruger producenterne Bor (1-25 mm i diameter) ved hastigheder på 500-1.500 RPM. For eksempel laver de huller i plastikhuse ved hjælp af bits på 5 mm.
Eksempler på CNC-bearbejdede dele
CNC-bearbejdning tager 3 timer at fremstille en prototype til et 100 mm robotled i aluminium. Denne del kan give en nøjagtighed på op til 0,02 mm.
I medicinske implantater polerer producenterne kobolt-krom-knæproteser til Ra 0,4 µm. Det gør det muligt at bevæge sig jævnt.
Turbineblade af titanium til luft- og rumfart kan tåle 800 °C. Disse dele fremstilles ved hjælp af 5-aksede CNC-fræsere med 0,01 mm præcision.
Typer af CNC-maskiner og deres kapacitet
3-aksede CNC-fræsere
Den indeholder tre primære akser (X, Y, Z). Den bevæger sig venstre-højre, forfra-bagfra og op-ned. På trods af dens begrænsede bevægelsesmuligheder kan den håndtere dele, der er ca. 600 mm lange. 3 akser laver 3D-former til dele som gearkasser med en nøjagtighed på ±0,05 mm.
5-aksede CNC-fræsere
Denne maskine vipper og roterer værktøjer. Disse værktøjer kan skære meget vanskelige former (f.eks. turbineblade) i én opsætning. Du kan få ±0,02 mm angivne dele.
CNC-drejebænke
Denne type CNC-maskine er specialiseret i runde dele. Den kan gribe fat i materialer, der er op til 300 mm brede. Med den kan du skære gevind så fint som 0,5 mm pitch.
Værktøj i CNC-bearbejdning
Manufacturers make CNC cutting tools, usually with carbide (lasts 200–400 minutes). The other tool’s material can be high-speed steel (HSS, 100–200 minutes) or ceramics (for high heat).
Du kan også øge levetiden for disse værktøjer ved at bruge forskellige belægninger som Titannitrid (TiN). Belægningslag gør værktøjet 50% hurtigere og lader det ikke blive slidt. For eksempel kan belagte bor lave 500 huller i rustfrit stål med 0,2 mm pr. omdrejning.
Værktøjsholdere bruger hydraulisk kraft (op til 200 bar). Disse kræfter klemmer værktøjet fast og minimerer vibrationer under skæring.
Materialer til CNC-bearbejdning
| Materiale | Eksempel | Funktioner | Bearbejdningshastighed (m/min) | Kravene |
| Metaller | Aluminium (6061) | Styrke: 270 MPa | 200-300 | Standard skæreværktøjer |
| Plast | PEEK | Smeltepunkt: 343°C | 50-100 | Hold hastigheden lav for at undgå smeltning |
| Kompositter | Kulfiber | Brittle, prone to fraying | Varies (e.g., 1,500 RPM) | Diamond-coated tools, shallow cuts |
Begrænsninger ved CNC-bearbejdning:
- CNC machining removes material slowly.
- Its feed rates typically range from 0.1 to 0.5 mm/tooth, which is, therefore, inefficient for large orders.
- Cutting materials at high speed causes tool wear.
- It can be challenging for CNC to obtain complex geometries with deep features (e.g., depth-to-width ratios >5:1).
Sammenligning af trykstøbning og CNC-bearbejdning
1. Sammenligning af materialeegenskaber
As we have discovered, both the technique of die-casting and CNC use different materials. This means they have unique properties. For example, a common die-cast alloy is aluminum A380. This alloy comes with a tensile strength of around 310 MPa and a yield strength of up to 159 MPa.
Likewise, CNC machines use Aluminum 6061. That offers 310 MPa tensile strength and 276 MPa yield strength.
2. Sammenligning af tolerancer
You can get tolerances around 0.004 inches (0.1 mm) for small parts via die-casting. However, material shrinkage and cooling effects increase tolerances with part size.
Conversely, CNC machining gives very tight tolerances, often below 0.001 inches (0.025 mm). This means it can work well when strictly conforming to a pattern.
However, getting accurate outputs demands higher costs. If you want to achieve a 0.003-inch (0.075 mm) tolerance, it might cost 100 units. Meanwhile, a 0.0005-inch (0.012 mm) tolerance could triple it. This is because of increased machining time, tool wear, and quality control measures.
3. Analyse af omkostninger
Die-casting includes initial setups and tooling. That is why it costs around $5,000–$50,000. However, it reduces each unit cost ($1–$5 per part) for a big order.
CNC machining does not claim tooling costs. Its production cost depended on material selection and design complexity level.
4. Sammenligning af gennemløbstid
Tooling setup of die casting takes 4–8 weeks before initiating the process. However, once these tools are ready, they can produce large batches quickly.
There is no tooling delay in CNC machining. This process can make prototypes within 1–3 days. Additionally, batch production takes 5–10 days according to design complexity.
5. Delkompleksiteter
die-casting can handle simple to moderate complexity levels of designs. It supports thin walls and integrated features like ribs. This process struggles while making deep cuts, sharp internal corners, and lengthy stated parts.
CNC machines can work on deeper designs and complex geometries. This process is slower, which is why it increases the cost of large batches.
6. Sammenligning af miljøpåvirkning
There is less material waste during casting operations, but leftover material is not always 100% recyclable. This is because of oxidation and impurities. Also, mold fabrication uses significant energy.
The CNC machining process produces more scrap. In particular, you can reuse metal chips. However, its cooling agent impacts the environment. This can be reduced up to 50% using modern filtration systems.
Beslutningsmatrix til at vælge den rigtige proces
| Kriterier | trykstøbning | CNC-bearbejdning |
| Works best for large production | ✅ Yes | ❌ No |
| Ideal for Prototypes | ❌ No | ✅ Yes |
| Offer high-dimensional state | ❌ No (±0.1 mm) | ✅ Yes (±0.005 mm) |
| Material Options | ❌ Limited to cast metals | ✅ Works with metals, plastics, and composites |
| Short Lead Time | ❌ No (4–8 weeks tooling) | ✅ Yes (1–3 days for prototypes) |
Designovervejelser for trykstøbning og CNC-bearbejdning
Designregler for trykstøbning
die-casting needs draft angles. These angles make the ejection process smoother. You can calculate the draft angle using formulas.
Formulas incorporate alloy-specific constants, typically 1°–3° per side. Its calculation is also affected by the material and part complexity.
Additionally, wall thickness can also vary. For example, aluminum can be used 1–1.5 mm, and zinc can be used 0.5–1 mm. Thickness confirms proper flow and repels defects.
Moreover, the main job of fillets and radii is to reduce stress concentration and increase mold life.
Designovervejelser for CNC-bearbejdning
Generally, CNC machining designs do not need draft angles. They can make sharp internal corners and vertical walls. Their design option can include T-slots, dovetails, and deep pockets. That contain higher depth-to-width ratios.
Consider tool access because deep cavities need longer ones. That can also increase vibration and not provide accurate results. In addition, fixturing supports stability during machining.
Brug af simuleringssoftware
You can use simulation tools to polish the design’s performance further. These tools make diecasting mold flow and CNC tool paths as functional as possible. It also helps in identifying defects like porosity in die-casting and chatter in machining.
Samarbejde mellem designere og ingeniører
Try to communicate with designers early. Confirm your requirements to produce cost-effective and manufacturable parts. This step also prevents several modifications and production issues.
Konklusion:
The die-casting option is good to use for large production. It produces parts faster at a low rate but is not efficient for precision results. Conversely, CNC machining uses multiple materials and provides high accuracy. However, this technique is slow and costly.
Both processes have different pros and cons. The selection totally depends on what types of material or products you are producing.