Hete kamer en koude kamer spuitgieten zijn beide metaalgietmethodes. Maar ze werken op verschillende manieren. Hete kamer spuitgieten gebruikt een ingebouwde oven. Het werkt sneller en maakt onderdelen van metalen met een laag smeltpunt, zoals zink. Koudkamergieten gebruikt een aparte oven om metaal te smelten. Het kan onderdelen maken van metalen met een gemiddeld tot hoger smeltpunt, zoals aluminium, maar werkt niet snel.

De selectiebeslissing ligt in de metaalsoorten en de complexiteit van het onderdeel. Lees dit artikel om de verschillende aspecten, legeringen, toepassingen en processen te ontdekken.

Hete kamer spuitgieten

Het proces wordt hete kamers genoemd vanwege het injectiesysteem onder water (zwanenhalssysteem en plunjer) in het gesmolten metaal in een oven. Het werkt sneller met een geautomatiseerde techniek om metalen onderdelen te maken.

De fabrikant perst gesmolten metaal onder hoge druk in een herbruikbare stalen mal. Zink-, tin- en loodlegeringen zijn de primaire metalen die worden gebruikt. Dit proces werkt met lagere smeltpunten van metaal (lager dan 450°C / 842°F) om schade aan het injectiesysteem te voorkomen. Loodlegeringen zijn echter in veel industrieën beperkt vanwege hun giftigheid.

Injectie van metaal: Het zwanenhalssysteem

De zwanenhalssystemen in hete kamer spuitgieten dienen om gesmolten legeringen in de matrijsholte te pompen. Het wordt ondergedompeld in een oven om de metaalstroom te verbeteren. Hierbij dwingt een hydraulische of pneumatische plunjer, aangedreven door olie/gas met een druk van 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi, metaal in de matrijs en langs de zwanenhals omhoog. Dit ontwerp is ideaal voor massaproductie en maakt 2-5 injecties per minuut mogelijk.

Belangrijkste uitdagingen:

Sommige onzuiverheden zoals geoxideerd metaal kunnen zich ophopen in de zwanenhals en dross vormen. Ze blokkeren de doorstroming en verminderen zo de kwaliteit van de producten. De juiste reinigingssystemen moeten dit dus vermijden.

Bovendien verslechteren de zuiger en zwanenhals na verloop van tijd door de constante blootstelling aan gesmolten legering. Hierdoor moeten ze elke 50.000-100.000 cycli worden vervangen.

Matrijsmaterialen en duurzaamheid

Matrijzen worden gemaakt van sterkere en hardere materialen zoals staal (bijv. H13 kwaliteit). Deze matrijzen zijn bestand tegen intense druk en hitte. Er ontstaan echter kleine scheurtjes in de matrijs wanneer de hitte boven de 400°C komt en afkoelt. Elke matrijs kan 100.000-500.000 cycli meegaan voor hij gerepareerd wordt.

De kosten blijven hoog, variërend van $20.000 tot $50.000 per matrijs. Dat wordt echter betaalbaar bij gebruik voor massaproductie. Regelmatig onderhoud, coatings en temperatuurbeheer verlengen onvermijdelijk de levensduur.

Opsplitsing cyclustijd

• Vullen: Het duurt 0,1-0,5 seconden om gesmolten metaal in de matrijs te brengen. De snelheid hangt meestal af van de plunjerkracht en de viscositeit van het metaal.
• Stolling: Het gesmolten metaal koelt af en wordt hard in 2-10 seconden. Dikkere onderdelen hebben langer nodig, terwijl dunwandige onderdelen (bijv. 1-3 mm) snel genoeg afkoelen.
• Uitwerpen: Uitwerppennen maken dit proces eenvoudig en verwijderen het onderdeel in 1-3 seconden. Bovendien voorkomt het gebruik van smeermiddel op de matrijs (bv. grafiet) plakken.

Temperatuurregeling

Om een consistente gietkwaliteit te krijgen, is het belangrijk om een precieze temperatuur te kiezen. Daarom houdt de oven gesmolten zink op 410-430°C (770-806°F). Dit betekent dat veranderingen in temperatuur van zelfs 10°C defecten kunnen veroorzaken.

Tijdens het gieten verwarmen elektrische weerstandverwarmers of gasbranders de oven. Ondertussen houden thermokoppels de temperatuur de hele tijd in de gaten. De reden hiervoor is dat een slechte controle (te heet) het metaal aantast en een te koude temperatuur dross veroorzaakt. Ook voortijdig stollen vult geen gaten en veroorzaakt geen scheuren.

Uitwerpsysteem

Het onderdeel is klaar voor verwijdering als het metaal volledig vast is. De fabrikanten openen de matrijs met uitwerppennen die het onderdeel naar buiten duwen.

Bovendien, hydraulische actuators Controleer de kracht en voorkom schade. Ondertussen laten schuine pennen complexe vormen soepel los. Je kunt ook een smeermiddelnevel gebruiken om de matrijs af te koelen en het kleven te voorkomen. Dit alles betekent dat goed functionerende uitwerpsystemen zeer efficiënt werken.

Voordelen

• Dit proces is 3-4x sneller dan koudkamergieten.
• Ingebouwde ovens verbruiken 20-30% minder energie dan ovens die metaal apart smelten.
• Hij maakt onderdelen met nauwe toleranties (±0,1 mm) en gladde oppervlakken.
• Heetkamergieten is ideaal voor massaproductie (10.000+ onderdelen).
• Het wordt veel gebruikt in autoscharnieren of elektronische behuizingen.

Nadelen

• Deze techniek is niet geschikt voor aluminium of magnesium spuitgieten. Omdat ze een hoger smeltpunt hebben, wat de zwanenhals zou beschadigen.
• Temperatuurschommelingen als gevolg van frequente cycli belasten de zwanenhals, waardoor scheuren ontstaan.
• Vereist afschuimen van onzuiverheden om dross te voorkomen.

Koud Kamer Die Casting

Het gieten met koude kamer is niet zoals een warme kamer; het heeft een aparte oven om metaal te smelten. In plaats daarvan verplaatsen fabrikanten gesmolten metaal door een gietpan in de shotmof. Daarin duwt de hydraulische plunjer het in de vormholte. De rest van het proces is bijna hetzelfde. Dit proces werkt goed bij matige tot hoge smelttemperaturen van metalen zoals aluminium, magnesium en legeringen op basis van koper.

Ladderen en injecteren van metaal

Je kunt verhit metaal naar de machine brengen met een handmatige of geautomatiseerde lepel.

• Handmatig opscheppen is langzamer en niet erg consistent. Het wordt gebruikt om gesmolten metaal in de shotmof te gieten. Dit leidt tot variaties in de kwaliteit van de werkstukken.
• Automatisch opscheppen verwijst naar een robotarm. Die meet en plaatst het verwarmde metaal nauwkeurig. Het vult de gaten op de juiste manier en vermindert menselijke fouten. Dit proces helpt de productiesnelheden van 10-20% te verbeteren. Bovendien worden defecten zoals luchtinsluiting en onvolledige vullingen verwijderd.

Schothuls en plunjer

Korte hulzen maken deel uit van injectiesystemen. Dit is het punt van waaruit gesmolten metaal wordt gegoten voordat het in de matrijs wordt geïnjecteerd. Fabrikanten maken ze van hardere materialen zoals staal zodat ze intense temperaturen en druk aankunnen.

De plunjer is als een staaf die wordt aangedreven door een hydraulische cilinder. Deze duwt de gesmolten legering in de mal. Meestal zijn er twee soorten: vlak en conisch.

Een vlakke plunjer werkt voor eenvoudigere onderdelen met een constante wanddikte. Conische plunjers zijn handig voor lastige ontwerpen, om turbulentie en luchtinsluiting tegen te gaan.

Matrijs Materialen

In principe bevatten matrijzen voor koude kamer gehard gereedschapsstaal zoals H13 of H11. Dit materiaal heeft al een goede sterkte-gewichtsverhouding en slijtvastheid. Daarom kan het hoge hitte (tot 700°C/1292°F) en intense injectiedrukken aan zonder te vervormen.

De matrijs kent echter een aantal uitdagingen. Warmtecontroles door constante hitte en koeling veroorzaken bijvoorbeeld oppervlaktescheuren. Ondertussen zorgt erosie van legeringen op hoge temperatuur voor geleidelijke slijtage.

Probeer je daarom te richten op regelmatig onderhoud, oppervlaktebehandelingen en coating (nitreren of PVD). Deze kunnen de levensduur van de matrijs verlengen en ook de prestaties verbeteren.

Koelkanalen

De ingenieurs integreren koelkanalen strategisch in de matrijs. De reden hiervoor is dat deze kanalen de stollingsstap regelen en de cyclustijden verkorten. Door ze in de buurt van gebieden met hoge warmte te plaatsen, kan constante koeling worden geproduceerd. Dat veroorzaakt dus geen kromtrekken, krimpen of inwendige scheuren.

Sprue en runnersysteem

Deze onderdelen van de koude kamer machine helpen om de verhitte legering van de shotmof in de matrijsholte te leiden.

Het sprue-onderdeel is meestal een ingangspunt van waaruit runners metaal wegdelen. Ontwerp ze op de juiste manier om grote defecten zoals luchtinsluiting en blokkering van de stroming te voorkomen.

Uitwerpsysteem

In het stadium waarin gestold gietwerk zonder schade uit de matrijs wordt verwijderd, zorgen uitwerpsystemen voor een soepele werking. Deze systemen omvatten het gebruik van uitwerppennen, smeermiddelspray, hydraulische actuators en uitwerpkasten die op hete kamers lijken.

Daarbij wordt het onderdeel koel, gaat de matrijs open, wordt de uitwerpkast geactiveerd en duwen uitwerppennen het gegoten onderdeel naar buiten.

Voordelen

• Hij kan een breder scala aan legeringen gieten, zoals aluminium, magnesium en koper.
• Er is minder thermische schok omdat de shotmof en plunjer niet in aanraking komen met constant gesmolten metaal, waardoor er minder slijtage optreedt.
• Het kan zeer scherpe, gedetailleerde onderdelen maken met dunne wanden.

Nadelen

• Het is langzamer dan het warmtekamerproces en duurt 20-60 seconden per onderdeel.
• Het heeft meer energie en onderhoud nodig vanwege de hogere temperaturen en druk. Dat maakt het duur.
• Het gebruik van handmatige opscheplepels en het onderhoud van matrijzen verhoogt vaak de arbeidsvereisten.

Vergelijking van spuitgieten met hete kamer en met koude kamer

Casestudies

Fabrikanten gebruiken vaak warmkamergieten om zinklegering gespen en sluitingen te maken. Ze gebruiken deze techniek omdat het onderdelen van klein formaat en massaproductie mogelijk maakt.

Terwijl de koude kamer matrijzen, produceert het gieten aluminium motorblokken. Dit onderdeel omvat grote afmetingen, complexe geometrie en de behoefte aan hoge sterkte. Daarom is koudkamergieten het beste.

Toepassingen en industrieën

Automobiel:

De auto-industrie gebruikt hete kamers om onderdelen van zinklegeringen te produceren, zoals onderdelen voor veiligheidsgordels, ruitenwissers en behuizingen voor autogeluid. De indrukwekkende eigenschappen van zink zorgen voor een gladde afwerking en een hoge duurzaamheid.

Omgekeerd helpt koudkamergieten bij het maken van aluminium motorsteunen, machinekameronderdelen en verlichtingsonderdelen. Dit komt omdat het alle moeilijke ontwerpen met hoge sterkte kan maken.

Ruimtevaart:

Het hete kamer spuitgieten wordt zelden gebruikt voor onderdelen voor de ruimtevaart. Dat komt omdat het gietmetaal (zink, magnesium) een lager smeltpunt heeft. Maar dat betekent niet dat dit proces niet gebruikt wordt in deze industrie. Er worden veel kleine magnesium onderdelen voor de ruimtevaart mee gemaakt, zoals beugels, behuizingen en connectoren. Dat zorgt voor lichtgewicht sterkte, corrosiebestendigheid en duurzaamheid.

Koudkamergietdelen van magnesiumlegeringen worden echter gebruikt in vliegtuigen. Bijvoorbeeld frames voor stoelen en cabineonderdelen. Deze onderdelen zijn lichter en sterker.

Consumptiegoederen:

Fabrikanten maken producten die populair zijn in de mode en accessoires met behulp van hete kamer spuitgieten. Bijvoorbeeld zinklegering gespen, ritsen en decoratieve versieringen.

Aluminium elektronische behuizingen en koellichamen worden veel gebruikt in consumentenelektronica. Ze worden gemaakt met een koud kamerproces.

Opkomende toepassingen

Elektrische voertuigen (EV's):

Spuitgieten wordt steeds vaker gebruikt om lichtgewicht batterijbehuizingen en structurele onderdelen voor EV's te produceren.

De toenemende vraag naar lichte onderdelen voor EV's is de reden voor het brede gebruik van de spuitgiettechniek. Dit proces creëert batterijbehuizingen en structurele onderdelen die minder gewicht bevatten dan gemiddeld en sterker zijn.

5G-technologie:

Gegoten aluminium en magnesium zijn nu belangrijke onderdelen geworden voor de 5G-infrastructuur. Bijvoorbeeld antennebehuizingen en warmtebeheersystemen.

Conclusie

Het hete kamer spuitgieten werkt snel en is een betaalbare optie. Het verwerkt metalen met een lager smeltpunt, zoals zink. Aan de andere kant verbruikt het gieten met een koude kamer meer energie omdat de legering apart wordt gesmolten. Dit proces is echter efficiënt voor taaie materialen met een hoog smeltpunt zoals aluminium, koper, enz. Let bij het kiezen op de geschiktheid van het metaal, de complexiteit van het ontwerp en het productievolume. Zo krijg je de gewenste resultaten.