Low volume die casting is an affordable solution for small production runs. It’s ideal for prototypes and batches under 5,000 units. This process offers faster turnaround times, typically within 2-4 weeks. It produces high-quality, dimensionally accurate metal parts. Various alloys like aluminum, magnesium, and zinc can be used. This allows for material customization. Low-volume die casting reduces waste and improves design flexibility.
This guide is based on the first hand knowledge to convey to beginners the most fundamental concepts. You will learn different casting techniques, materials, and applications.
Low Volume Die Casting Definition
Low volume die casting solutions are beneficial for small-scale industries. They can create accurate and strong components with these methods. It also reduces your overall production cost. You can use this process for prototypes, customized products.
Benefits of Low-Volume Manufacturing
Low-volume casting gives many operational advantages to small-scale sectors. That includes reduced waste, minimal production time, and increased customization, as detailed below.
Cost and Waste Reduction
The real benefit of low-volume manufacturing is that it minimizes material waste. You can reduce scrap by as much as 30%. This way, you can avoid excess inventory and high storage costs. That results in significant cost savings. Furthermore, it lowers overall operating costs without affecting quality.
Faster Production and Flexibility
The manufacturers often complete orders within 2-4 weeks, allowing for a fast time to market. The operators offer you several deviation options without asking for costly delays. It is best for industries producing 1,000 to 5,000 units. For example, automotive or aerospace.
Enhanced Quality Control
You should monitor low-volume production closely at every stage. This consideration ensures 95%+ quality consistency. Moreover, you can test and refine parts before scaling up to minimize the risk of costly errors.
Customization and Innovation
You can produce your items with flexibility and add detailed elements. Additionally, low-volume diecasting promotes innovation. It offers trial runs of 100-500 units or unique designs at a low price. For example, medical sectors can ask for the production of custom parts tailored to specific applications. Manufacturers can reduce the development time of these parts by 30–40%.
Common Alloys Used in Low-Volume Die Casting
Die Materials
Tool steels are common for making dies. H13 steel handles high heat well. P20 steel is good for large dies. D2 steel resists wear better. Chrome plating protects the die surface. Beryllium copper helps remove heat fast. Die steel hardness should be 48-52 HRC. Heat treatment improves die life. Regular maintenance prevents die damage.
Alumínium Die Casting
Aluminum is the preferred option for lightweight parts in low volume die casting. You can use A380 alloy for further making a part strong enough. That can deal with and tackle extremely high temperatures and resist bending and breaking.
The components of A380 include 8.5–11.5% silicon, 2.5–3.5% copper, and also other elements like iron, magnesium, etc. This is why its melting point is 1030-1100°F (554-593°C). This alloy is best for use in transportation and electronics. Furthermore, alumínium öntvény is relatively affordable.
Magnézium Die Casting
Magnesium AZ91D provides the strength your parts need and keeps weight to a minimum. It has 8.5–9.5% aluminum and 0.5–1.5% zinc. This combination improves its ability to handle significant stress and vibration.
With a melting point of 1090-1160°F (588-627°C), magnesium is an excellent choice. Because you can use it to create lengthy and extensive designs. For example, automotive and aerospace parts.
Cink öntvény
Among particulars, zinc ZA-8 can notably absorb impact. It does not let the part break or deform during operation. This alloy usually consists of 8-10% aluminum and 0.5-1.5% copper. That results in a fairly low melting point of 787°F (420°C).
You can use this material for accurate and detailed parts. For example, consumer electronics, locks, and hardware. Moreover, manufacturers can make thin walls or complex geometries because of zinc’s reliability and finish quality.
Die Design
Gates control how plastic enters the mold. Fan gates work for flat parts. Pin gates suit small parts. Side gates are common for basic shapes. Gate size affects fill pressure. Large gates cool slower. Small gates may freeze early. Multiple gates help fill big parts. Gate location affects weld lines.
Venting System
Vents remove trapped air from dies. Poor venting causes burn marks. Vent depth is typically 0.025-0.076mm. Vent width ranges 3-6mm. More vents help fill faster. Vacuum vents work for tough fills. Parting line vents are most common. Ejector pins can act as vents. Proper venting reduces defects.
Hűtőcsatornák
Cooling lines control die temperature. Channel diameter is 10-14mm. Channels need smooth bends. Spacing affects cooling rate. Baffles direct water flow. Bubbler tubes cool deep sections. Temperature sensors monitor cooling. Even cooling prevents warpage. Cooling layout matches part shape.
| Ingatlan | Unit | Aluminum A380 | Aluminum ADC12 | Magnesium AZ91D | Zinc ZA-8 |
| Szakítószilárdság | MPa (ksi) | 310-330 (45-48) | 280-300 (40-44) | 230-260 (33-38) | 300-330 (44-48) |
| Nyúlásszilárdság | MPa (ksi) | 160-170 (23-25) | 140-160 (20-23) | 160-170 (23-25) | 240-270 (35-39) |
| Nyúlás | % | 3-3.5 | 2-3 | 3-5 | 7-10 |
| Keménység (Brinell) | HB | 80-90 | 75-85 | 60-70 | 100-120 |
Low Volume Die Casting Techniques
1. High-Pressure Die Casting
During high-pressure die casting, diecasters pour molten material (Al, Zn, or Mg) into the die cavity. They apply high pressure—about 10,000–15,000 psi—to force molten metal into a mold.
You can achieve production units up to 5000 per run for even complex and intricate parts. High-pressure die casting is usually suitable for the automotive and electronics industries. It adds exactness in parts and critical speed.
Injection Speed
Injection speed controls how plastic fills the mold. Normal speeds range from 20-150 mm/s. Higher speeds reduce plastic thickness. This helps fill thin walls under 1mm. Very high speeds can burn the material. Thick parts need slower speeds of 20-50 mm/s. This prevents defects. Modern machines use different speeds during filling. Common problems from wrong speed are short shots and burn marks.
Die Temperature
Die temperature affects how plastic flows. Most polymers process between 180-300°C. The die has separate temperature zones. The sprue runs 10-15°C hotter than the cavity. Higher temperatures give better surface finish. Lower temperatures reduce cycle time. Temperature must stay within 5°C of target. Hot runners need even tighter control at 2°C range. This ensures good parts.
Cooling Rate
Cooling rate sets the final part quality. Most parts cool between 5-30 seconds. Water channels stay at 10-40°C. Fast cooling makes amorphous parts. Slow cooling creates crystals in the plastic. This affects how much the part shrinks. Crystal-forming plastics need controlled cooling. Water flow must be turbulent for good cooling. The Reynolds number should exceed 4000. This gives the best heat transfer.
2. Low-Pressure Die Casting
Az alacsony nyomású öntvények segítségével erős és egyenletes minőségű alkatrészeket készíthet. A gyártók 5-15 psi légnyomást használnak a szerszámformák olvadt anyagokkal, például Al, Cu és Zn anyagokkal való megtöltéséhez.
Ideális esetben közepes bonyolultságú alkatrészeket (kerekek és szerkezeti elemek) gyárthat 500-2000 darabos darabszámban sorozatonként.
3. Gravitációs öntés
You should know gravity die casting uses Earth’s gravity (9.8 m/s²) to charge molten metal (Al, Cu, and Zn) into molds. You can save 20–30% in comparison with other methods. This is because of its simpler equipment and lower energy consumption.
A gravitációs eljárással a gyártók 500-1000 darabot tudnak gyártani sorozatonként. Ez azonban nem mindig előnyös. A lassabb gyártási sebesség és a korlátozott alkatrészösszetétel miatt.
4. Squeeze Casting
A gyártó az öntési és a kovácsolási eljárást kombinálja a sűrű és nagy szilárdságú alkatrészek előállítása érdekében. Például felfüggesztési alkatrészek az autóiparban és a repülőgépiparban. Ezt a technikát sajtolóöntésnek nevezik.
Az olvadt fémet egy formába öntik, nagy nyomást (akár 15 000 psi) adva. Az anyag (Al, Mg és Cu) befecskendezése után kovácsolási erőt alkalmaznak (akár 50 tonna). Ez az erő adja a sűrűséget a profilformájú alkatrészekben.
A présnyomásos öntés lehetővé teszi a gyártók számára, hogy sorozatonként 1000-3000 darabot állítsanak elő. Ezen felül a hőmérséklet (1.000-1.200°F vagy 538-649°C) és a ciklusidő (30-60 másodperc) pontos szabályozására is szükség van e kiváló minőségű alkatrészek előállításához.
5. Gyors szerszámozás
A gyors szerszámozási módszerek alkalmazásával felgyorsíthatja a rövidített gyártási ciklust. A gyártók ugyanis gyors szerszámgyártást alkalmaznak ebben a technikában.
Ez a gyártás 3D nyomtatási vagy megmunkálási lépéseket foglal magában, hogy a termékprofil formáját néhány óra alatt elkészítse.
Ezzel a technikával kevesebb mint 1000 mennyiségi egységet lehet elérni olyan anyagok felhasználásával, mint az Al, Cu vagy Zn.
Prototípusgyártás kis volumenű öntéssel
A gyors prototípusgyártás szerepe
A gyors prototípusgyártás segítségével most megtudhatja a tényleges hibaterületeket, és tesztelheti a terveket a sorozatgyártás előtt. Ennek során a gyártó a hibák azonosítására és a működésük javítására öntött prototípusokat használ.
A prototípusgyártással 1-2 hétre van szüksége az alkatrészek elkészítéséhez. Ezenfelül ezt a technikát használhatja az autóipari és űrtechnikai alkalmazások pontos mintáinak előállítására. Ezenkívül az iparágak a 20%-30% által javított formatervek és csökkentett költségek előnyeit élvezhetik.
Bordák Design
A bordák növelik a műanyag alkatrészek szilárdságát. A borda vastagsága a falvastagság 50-75%. A borda maximális magassága a falvastagság 3x-a. A vastag bordák süllyedésnyomokat okoznak. A fokozatos bordaalap megakadályozza a feszültséget. A bordák közötti távolságnak 2-3x falvastagságnak kell lennie. A bordák huzatszöge 1-2 fok. A kerek sarkok csökkentik a feszültséget. A párhuzamos bordák jobban működnek, mint az egymást keresztező bordák.
Boss Design
A csavarokat és csapokat tartó bozontok. A fej átmérője megegyezik a csavarok méretével. A falvastagság 60% névleges falvastagság. A magozás csökkenti a süllyedésnyomokat. A támasztó bordák segítik a magas fődarabokat. A fődarabok magassága nem haladhatja meg a 2,5x átmérőt. A huzatszögnek 0,5-1 fokosnak kell lennie. A kötőelemek támogatják a nagy terheket. Az alapsugár megakadályozza a feszültséget.
Búcsúvonal
Az elválasztó vonal kettéválasztja a forma felét. A jó elhelyezés segíti az alkatrész-kiválást. Az egyenes választóvonalak egyszerűbbek. Az összetett formákhoz lépcsőzetes elválasztás szükséges. A vonalnak el kell rejtenie a vizuális hibákat. Az elválasztó vonalnál villanás keletkezik. Az éles élek különös gondosságot igényelnek. A megfelelő szellőzéshez elválasztó vonalhézagok szükségesek. A tanúvonalak megjelennek a végleges alkatrészen.
Toleranciák
A szabványos tűrés ±0,2 mm 25 mm-enként. A szűk területeken a ±0,05mm is elérhető. A falvastagság ±10% értékkel változik. A laposság az alkatrészmérettől függ. A merülési szögek legalább 0,5-1 fokot igényelnek. A furatátmérő tűréshatára ±0,1 mm. A menettűrés 2H/2G osztályú. A kapukhoz közeli jellemzők kisebb tűréssel rendelkeznek. A vetemedés befolyásolja a végső tűrést.
A 3D nyomtatás integrálása
A 3D nyomtatás modern technológia. Lehetővé teszi, hogy 2-5 nap alatt sokrétű mintákat, többek között rácsszerkezeteket és vékony falakat kezeljen. Ezzel a fejlett eszközzel valóban 50% - 70%-ig csökkentheti az átfutási időt.
Ezenkívül segít a falvastagság (akár 0,5 mm-től 2 mm-ig) vagy az összetett formák beállításában. Ez a rugalmasság tehát támogatja a gyors prototípusgyártást az olyan iparágakban, mint az autóipar, az elektronika és az orvostudomány.
A kis volumenű öntvények előnyeit élvező iparágak
Autóipari ágazat
A kis volumenű öntési megoldások költséghatékony lehetőségeket kínálnak a minimális súlyú, kis sorozatszámú gyártáshoz. Ezzel hatékonyan készíthet kompresszorházakat, szűrőházakat, szelepházakat és szervokormányházakat.
Emellett egyértelmű előrejelzéseket ad az alkatrészek funkcionalitásáról. A nagyszabású gyártás előtt tesztelheti és finomíthatja a terveket. Ennélfogva akár 30%-vel csökkenti az anyagfelhasználást.
Repülőgépipari alkalmazások
A gyártók biztosítják a repülőgépipari alkatrészek egyenletes minőségét. Például sebességváltók és motorházak. Ezekre az alkatrészekre általában kis tételekben van szükség.
A kis volumenű öntési megoldások itt körülbelül 20% anyagfelhasználást takarítanak meg. Ez a technika megfelel továbbá a szigorú ipari szabványoknak.
Szórakoztató elektronika
A fogyasztói alkatrészeket precízebbé teheti kis volumenű öntési eljárással. Ez lehetővé teszi az intenzíven részletes alkatrészek egyszerű tervezését.
Például LED házak, utcai lámpák házai, gyeplámpák házai és beltéri lámpatestek. Ez az eljárás a gyors piacra lépés érdekében akár 40%-vel is csökkentheti az átfutási időt.
Kis volumenű vs. nagy volumenű öntés
Legfontosabb különbségek
- Ha kis, 5000 darabos vagy annál kisebb mennyiséget állít be, akkor a kis volumenű öntvények ára 15-30% kevesebb. De néha a kezdeti szerszámozás még mindig jelentős lehet. Másrészt a gyártóknak 10 000 vagy annál több egységhez kezdeti szerszámokra van szükségük. Ez általában $20 000-$50 000 körüli költséget jelent.
- A gyártók általában 2-4 hetet igényelnek kis volumenű beállításoknál, de nagy volumenűeknél 8-12 hétre is szükségük lehet.
- Ezenfelül a kis üzemekben kevesebb dolgozóra van szükség (5-10 fő), mint a nagyokban. Emellett ez az eljárás 25-40% csökkenti a szerszámok összetettségét, és nagyobb sokoldalúságot biztosít.
Az alacsony volumenű megoldások kiválasztásának tényezői
$5,000 és $15,000 közötti összeggel kell rendelkeznie ahhoz, hogy kis volumenű öntvényekbe fektessen be induló vállalkozásként. Ez a költségvetés elegendő a szerszámozáshoz és a gyártáshoz legfeljebb 5000 darabig.
Ez a beállítás néhány más paramétert is tartalmaz, mint például a szerszámformák ($3,000-$7,000), olvasztókemencék ($2,000-$5,000) és befejező szerszámok ($1,000-$3,000).
A karbantartási költségekről szólva, ezek évente $500 körül lehetnek. Ezenkívül, ha beépíti a tesztelési és finomítási eljárásokat, megtakaríthatja az anyagköltségeket.
Sok induló vállalkozás aggódik a piaci kudarc miatt. Így, miután kipróbálták terveiket a piacon, újra felhasználhatják a formákat vagy módosíthatják a terveket. Ez a legjobb javaslat a minimális kockázat és erőforrás-felhasználás biztosítására.
Kis volumenű nyomóöntési képességek
CNC megmunkálás a precizitásért
A CNC integrálása a kis szériás nyomásos öntvény alkatrészekbe finomítja azok teljesítményét. Akár ±0,01 mm-es szoros tűréshatárral és Ra 0,4-1,6 μm-es sima felületekkel (Ra 0,4-1,6 μm) fejlett részletességűvé teheti az alkatrészeket. Minél több erőfeszítést tesz a gyártásba, annál jobban csökkenti az anyagot, ami akár 15% is lehet.
Szerződéses összeszerelés és felületkezelés
A szerződéses összeszerelés és a felületkezelés figyelemre méltó tulajdonságokkal ruházza fel az öntött alkatrészt. Például az alkatrészek bevonása és eloxálása növeli az élettartamukat, és akár 30%-vel csökkenti a kopást. A további lépések közé tartozik a hegesztés, az összeszerelés, a galvanizálás, a megmunkálás és a csiszolás.
Egyablakos gyártási megoldások
The low-volume die casting offers one-stop manufacturing solutions. Because in this service you get casting, machining and finishing offers combined. This is also a cheaper option across various industries.
Következtetés
Low volume die casting solutions are beneficial, especially for startup businesses. They are looking for cost-effective, precise options. This technology supports various industries, which can be automotive, aerospace, and consumer electronics.
Additionally, low volume die casting helps you in creating high-quality components, rapid prototyping, and versatility in design. Also, it allows you to check your particular parts on the market as a sample by investing fewer amounts compared to large volumes.