Pressgjutning är utmärkt för komplexa former i stora volymer, men har lägre precision. CNC-bearbetning är exakt och mångsidig för prototyper och lägre volymer. Vid pressgjutning används smält metall i formar, medan CNC subtraherar material från solida block.  Välj pressgjutning för massproduktion, CNC för noggrannhet och flexibilitet.

Genom att jämföra båda förfarandena tillsammans med deras grundläggande parametrar kan du hitta det bättre alternativet. Därför ger den här artikeln fördjupade detaljer om pressgjutning kontra CNC-bearbetning.

Pressgjutning: Översikt och fördelar

Tillverkarna smälter utvalda metaller enligt deras smälttemperatur. Till exempel smälter de zink vid 385°C och aluminium vid 660°C. Sedan sker nästa steg, pressgjutning.

Metoden innebär att smält metall matas in i en permanent gjutform under ett tryck på 10-175 MPa. Runners flödar denna metall och risers samlar upp sina rester.

Smält metall stelnar, vilket tar 5-30 sekunder och möjliggör utskjutning vid 200-300°C. Du måste veta att varje cykel är klar på 15-60 sekunder.

Om man tittar på dess snabba produktionsförmåga kan du slutföra stora partier med pressgjutning upp till 10-100 gånger snabbare än CNC-bearbetning.

Tillämpningar av pressgjutning

Pressgjutning hjälper till att producera komplexa delar. Till exempel kan man tillverka motorblock av aluminium med 1,5 mm väggar. Dessutom ger denna metod hållbarhet och värmebeständighet.

Elektroniska delar gjuter zink för att göra deras tunnväggiga höljen mycket lättare. Dessutom används magnesium inom flyg- och rymdindustrin för att minska vikten runt 30% och öka bränsleeffektiviteten.

Processer för pressgjutning

1. Tryckgjutning under högt tryck (HPDC):

Vanligtvis arbetar HPDC med ett tryck på 10-175 MPa. Den sprutar in metall med en hastighet på 10-50 m/s. Denna process producerar perfekt angivna aluminiumdelar för elektronik eller fordonsindustrin. Den kan lägga till tunna väggar (1,5-5 mm).

2. Tryckgjutning med lågt tryck (LPDC):

Tillverkarna använder 0,3-1,5 MPa tryck när de använder LPDC. I denna process är formfyllningsprocessen mycket långsam för att undvika defekter. Det fungerar bättre för stort djup runt 5-15 mm delar (hjulnav). De ger också viss styrka och hållbarhet.

3. Tryckgjutning med tyngdkraft:

Metoden utnyttjar tyngdkraften för att fylla formen, som förvärms till 150-300°C. Den kan producera mycket enkla aluminiumdelar med fina ytor till överkomliga priser.

Legeringstyper och egenskaper

Verktygsprocess för pressgjutning

Tillverkarna skapar matriser som är 10 gånger starkare med hjälp av stål (H13-kvalitet) för att motstå effekten av 50.000-1.000.000 cykler. De kan kosta 10.000-200.000 beroende på design, legering eller andra faktorer. Dessutom inkluderar deras viktigaste aspekter:

• De använder en klämkraft på cirka 100-5.000 ton (beroende på detaljstorlek).
• Varje cykel tar 15-60 sekunder (beroende på kylning av detaljen).
• Deras utstötningskraft kan vara cirka 5-20% av klämkraften.

Begränsningar vid pressgjutning

• En röntgeninspektion krävs för att kontrollera porositeten eftersom luftfickor kan bildas på upp till 1-2 mm djup.
• Använd 1-3° dragvinklar för borttagning av delar.
• Den maximala detaljstorleken kan vara upp till 600 mm på grund av verktygskostnaderna.

CNC-bearbetning: Översikt och fördelar

CNC-bearbetning (Computer Numerical Control) använder datorstödda tekniker. Denna teknik får vägledning från datorer för att skära ut former och omvandla rå metall till skarpt definierade delar.

Du vet, vid pressgjutning går varm metall in och en solid form kommer ut. Vid CNC-bearbetning används däremot skärande verktyg för att avlägsna material (metaller, plaster och kompositer) lager för lager.

Detta förfarande är dock lämpligt för färre specialtillverkade delar, prototyper och små till medelstora beställningar (1-1 000 enheter)

CNC-programmeringsprocess

Vid CNC-bearbetning används ett verktyg som hålls av en spindel. Detta verktyg skär råmaterialet på arbetsbordet. Drivmotorn får MCU-signaler och flyttar spindeln i enlighet därmed. Under tiden bekräftar återkopplingsenheten korrektheten.

CNC-bearbetning

CNC-maskiner utför tre vanliga arbetsuppgifter:

• Fräsning
• Vändning
• Borrning

Fräsning

Vid fräsning använder tillverkarna roterande verktyg (500-15.000 varv/min). De skär upp platta och böjda former. Till exempel använder de en 10 mm hårdmetallfräs. Den hjälper till att skära aluminiumlegeringar vid 2.000 varv/min för att tillverka motorkonsoler.

Vändning

En roterande spindel håller fast arbetsstycket där den roterar (upp till 3.000 varv/min). Samtidigt roterar skärverktyg eller stationära verktyg längs spindelaxeln och ger materialet en cylindrisk form (skruv eller rör).

Borrning

Borrningsprocessen kräver att hål görs i delar. Vanligtvis använder tillverkare borrkronor (1-25 mm diameter) vid hastigheter på 500-1.500 varv/min. De gör t.ex. hål i plasthöljen med hjälp av bits på 5 mm.

Exempel på CNC-bearbetade delar

CNC-bearbetning tar 3 timmar för att tillverka en prototyp för en 100 mm robotled i aluminium. Denna del kan ge en noggrannhet på upp till 0,02 mm.

När det gäller medicinska implantat polerar tillverkarna knäproteser av kobolt-krom till Ra 0,4 µm. Det gör att den kan röra sig smidigt.

Turbinblad av titan för flyg- och rymdindustrin klarar 800°C. Dessa delar tillverkas med 5-axliga CNC-fräsar med en precision på 0,01 mm.

Olika typer av CNC-maskiner och deras kapacitet

3-axliga CNC-fräsar

Den innehåller tre primära axlar (X, Y, Z). Den rör sig vänster-höger, fram-bak och upp-ned. Trots sin begränsade rörelseförmåga kan den hantera delar som är ca 600 mm långa. 3 axlar gör 3D-former för delar som växellådor med en noggrannhet på ±0,05 mm.

5-axliga CNC-fräsar

Den här maskinen lutar och roterar verktyg. Dessa verktyg kan skära mycket svåra former (t.ex. turbinblad) i en enda uppställning. Du kan få ±0,02 mm angivna delar.

CNC-svarvar

Denna typ av CNC-maskin är specialiserad på runda delar. Den kan greppa material med en bredd på upp till 300 mm. Med hjälp av den kan du skära gängor så fina som 0,5 mm stigning.

Verktyg inom CNC-bearbetning

Tillverkarna gör CNC-skärverktyg, vanligtvis med hårdmetall (varar 200-400 minuter). Det andra verktygets material kan vara snabbstål (HSS, 100-200 minuter) eller keramik (för hög värme).

Du kan också öka livslängden på dessa verktyg genom att använda olika ytbehandlingar som titannitrid (TiN). Beläggningsskikten gör verktyget 50% snabbare och gör att det inte slits. Belagda borrkronor kan t.ex. göra 500 hål i rostfritt stål med 0,2 mm per varv.

Verktygshållarna använder hydraulisk kraft (upp till 200 bar). Dessa krafter klämmer fast verktygen ordentligt, vilket minimerar vibrationerna under kapningen.

Material för CNC-bearbetning

Begränsningar av CNC-bearbetning:

• CNC-bearbetning avlägsnar material långsamt.
• Dess matningshastigheter ligger vanligtvis mellan 0,1 och 0,5 mm/tand, vilket därför är ineffektivt för stora order.
• Att skära material med hög hastighet orsakar verktygsslitage.
• Det kan vara en utmaning för CNC att få fram komplexa geometrier med djupa funktioner (t.ex. förhållandet mellan djup och bredd >5:1).

Jämförelse mellan pressgjutning och CNC-bearbetning

1. Jämförelse av materialegenskaper

Som vi har upptäckt använder både tekniken för pressgjutning och CNC olika material. Detta innebär att de har unika egenskaper. Till exempel är en vanlig pressgjuten legering aluminium A380. Denna legering har en draghållfasthet på cirka 310 MPa och en sträckgräns på upp till 159 MPa.

På samma sätt använder CNC-maskiner aluminium 6061. Det ger en draghållfasthet på 310 MPa och en sträckgräns på 276 MPa.

2. Jämförelse av tolerans

Du kan få toleranser på cirka 0,004 tum (0,1 mm) för små detaljer genom pressgjutning. Materialkrympning och kylningseffekter ökar dock toleranserna med detaljens storlek.

Omvänt ger CNC-bearbetning mycket snäva toleranser, ofta under 0,025 mm (0,001 tum). Detta innebär att den kan fungera bra när den strikt följer ett mönster.

För att få exakta utdata krävs dock högre kostnader. Om du vill uppnå en tolerans på 0,003 tum (0,075 mm) kan det kosta 100 enheter. Samtidigt kan en tolerans på 0,0005 tum (0,012 mm) tredubbla kostnaden. Detta beror på ökad bearbetningstid, verktygsslitage och kvalitetskontrollåtgärder.

3. Kostnadsanalys

Pressgjutning omfattar initiala inställningar och verktyg. Det är därför det kostar cirka $5.000-$50.000. Det minskar dock varje enhetskostnad ($1-$5 per del) för en stor order.

CNC-bearbetning kräver inte verktygskostnader. Dess produktionskostnad beror på materialval och designens komplexitetsnivå.

4. Jämförelse av ledtider

Verktygsinställningen för pressgjutning tar 4-8 veckor innan processen påbörjas. Men när dessa verktyg är klara kan de snabbt producera stora partier.

Det finns ingen verktygsfördröjning vid CNC-bearbetning. Denna process kan göra prototyper inom 1-3 dagar. Dessutom tar batchproduktion 5-10 dagar beroende på designkomplexitet.

5. Delars komplexitet

pressgjutning kan hantera enkla till måttligt komplexa konstruktioner. Den stöder tunna väggar och integrerade funktioner som ribbor. Processen har svårt att klara djupa skärningar, skarpa inre hörn och långa angivna delar.

CNC-maskiner kan arbeta med djupare konstruktioner och komplexa geometrier. Denna process är långsammare, vilket är anledningen till att den ökar kostnaden för stora partier.

6. Jämförelse av miljöpåverkan

Det blir mindre materialspill vid gjutning, men överblivet material är inte alltid 100% återvinningsbart. Detta beror på oxidation och orenheter. Dessutom använder formtillverkningen betydande energi.

CNC-bearbetningsprocessen producerar mer skrot. Framför allt kan du återanvända metallspån. Kylmedlet påverkar dock miljön. Detta kan minskas med upp till 50% med hjälp av moderna filtreringssystem.

Beslutsmatris för att välja rätt process

Konstruktionsöverväganden för pressgjutning och CNC-bearbetning

Konstruktionsregler för pressgjutning

pressgjutning behöver dragvinklar. Dessa vinklar gör utmatningsprocessen smidigare. Du kan beräkna dragvinkeln med hjälp av formler.

Formlerna innehåller legeringsspecifika konstanter, vanligtvis 1°-3° per sida. Beräkningen påverkas också av materialet och detaljens komplexitet.

Dessutom kan väggtjockleken också variera. Till exempel kan aluminium användas 1-1,5 mm och zink kan användas 0,5-1 mm. Tjockleken bekräftar korrekt flöde och avvisar defekter.

Dessutom är den huvudsakliga uppgiften för filéer och radier att minska spänningskoncentrationen och öka formens livslängd.

Konstruktionsöverväganden för CNC-bearbetning

I allmänhet behöver CNC-bearbetningsdesign inte dra vinklar. De kan göra skarpa inre hörn och vertikala väggar. Deras designalternativ kan inkludera T-spår, svansar och djupa fickor. Som innehåller högre djup-till-bredd-förhållanden.

Tänk på verktygstillgången eftersom djupa hålrum kräver längre verktyg. Det kan också öka vibrationerna och ge sämre resultat. Dessutom bidrar fixturerna till stabiliteten under bearbetningen.

Användning av simuleringsprogram

Du kan använda simuleringsverktyg för att polera designens prestanda ytterligare. Dessa verktyg gör flödet i pressgjutningsformen och CNC-verktygsvägarna så funktionella som möjligt. Det hjälper också till att identifiera defekter som porositet vid pressgjutning och chatter vid bearbetning.

Samarbete mellan designers och ingenjörer

Försök att kommunicera med konstruktörerna i ett tidigt skede. Bekräfta dina krav för att producera kostnadseffektiva och tillverkningsbara delar. Detta steg förhindrar också flera modifieringar och produktionsproblem.

Slutsats:

Pressgjutningsalternativet är bra att använda för stor produktion. Det producerar delar snabbare i låg takt men är inte effektivt för precisionsresultat. Omvänt använder CNC-bearbetning flera material och ger hög noggrannhet. Denna teknik är dock långsam och kostsam.

Båda processerna har olika för- och nackdelar. Valet beror helt på vilka typer av material eller produkter du tillverkar.