Gjutning av varmkammare och kallkammare är båda metallgjutningsmetoder. Men de fungerar på olika sätt. Gjutning med varm kammare använder en inbyggd ugn. Det fungerar snabbare och gör delar från metaller med låg smältpunkt som zink. Under tiden använder gjutning av kallkammare en separat ugn för att smälta metall. Det kan producera delar från måttliga till högre smältpunktsmetaller som aluminium men fungerar inte snabbt.

Valet beror på metalltyperna och detaljens komplexitet. Läs den här artikeln för att upptäcka deras olika aspekter, legeringar, tillämpningar och processer.

Pressgjutning i varmkammare

Processen kallas varmkammare på grund av det nedsänkta injektionssystemet (svanhalssystem och kolv) i den smälta metallen inuti en ugn. Det går snabbare att använda en automatiserad teknik för att tillverka metalldelar.

Tillverkaren pressar in smält metall i en återanvändbar stålform under högt tryck. Zink-, tenn- och blybaserade legeringar är de primära metaller som används. Denna process arbetar med lägre smältpunkter för metall (under 450°C / 842°F) för att undvika skador på insprutningssystemet. Blylegeringar är dock begränsade i många industrier på grund av deras toxicitet.

Injektion av metall: Systemet med svanhals

Svanhalssystemen i varmkammargjutning används för att pumpa in smälta legeringar i gjutformens hålrum. Den är nedsänkt i en ugn för att förbättra metallflödet. En hydraulisk eller pneumatisk kolv som drivs av olja/gas vid 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi tvingar in metallen i formen och upp i svanhalsen. Den här konstruktionen är idealisk för massproduktion och möjliggör 2-5 injektioner per minut.

Viktiga utmaningar:

Vissa föroreningar, t.ex. oxiderad metall, kan ansamlas i svanhalsen och bilda slagg. De blockerar flödet och försämrar därmed kvaliteten på detaljen. För att undvika detta krävs därför lämpliga rengöringssystem.

Dessutom försämras kolven och svanhalsen med tiden av den ständiga exponeringen för smält legering. Detta kräver byte var 50.000-100.000:e cykel.

Verktygsmaterial och hållbarhet

Matriklarna är tillverkade av starkare och hårdare material som stål (t.ex. H13-kvalitet). Dessa formar tenderar att stå emot intensivt tryck och värme. Små sprickor bildas dock inuti matrisen när den värms upp till över 400°C och sedan kyls ned. Alla verktyg kan klara 100.000-500.000 cykler innan de behöver repareras.

På tal om kostnaden är den fortfarande hög, från $20.000 till $50.000 per matris. Det blir alternativt överkomligt när det används för massproduktion. Regelbundet underhåll, beläggningar och temperaturhantering ökar oundvikligen dess livslängd.

Uppdelning av cykeltid

• Fyllning: Det tar 0,1-0,5 sekunder att föra in smält metall i verktyget. Hastigheten beror vanligtvis på kolvkraften och metallens viskositet.
• Stelning: Den smälta metallen kyls och stelnar på 2-10 sekunder. Tjockare delar behöver längre tid, medan tunnväggiga delar (t.ex. 1-3 mm) svalnar tillräckligt snabbt.
• Utskjutning: Utmatningsstift gör processen enkel och tar bort detaljen på 1-3 sekunder. Dessutom undviker man att detaljen fastnar om man sprayar smörjmedel på verktyget (t.ex. grafit).

Temperaturreglering

För att få jämn gjutkvalitet är det värdefullt att välja en exakt temperatur. Därför håller ugnen den smälta zinken vid 410-430°C (770-806°F). Det innebär att temperaturförändringar på bara 10°C kan orsaka defekter.

Under gjutningen värms ugnen upp av elektriska motståndsvärmare eller gasbrännare. Under tiden övervakar termoelement temperaturen hela tiden. Detta beror på att dålig kontroll (för varmt) försämrar metallen och för kallt orsakar slagg. På samma sätt fyller inte för tidig stelning luckor eller orsakar sprickor.

Utskjutningssystem

Delen är redo för borttagning när dess metall är helt solid. Tillverkarna öppnar matrisen med hjälp av utmatningsstift som skjuter ut detaljen.

Därutöver, hydrauliska ställdon kontrollera kraften och undvika skador. Under tiden släpper vinklade stift smidigt komplexa former. Du kan också använda en smörjmedelsdimma för att kyla matrisen och förhindra att den fastnar. Allt detta innebär att välfungerande utskjutningssystem presterar mycket effektivt.

Fördelar

• Denna process är 3-4 gånger snabbare än pressgjutning i kallkammare.
• Inbyggda ugnar förbrukar 20-30% mindre energi än de som smälter metall separat.
• Den tillverkar detaljer med snäva toleranser (±0,1 mm) och släta ytor.
• Varmkammargjutning är idealisk för massproduktion (10.000+ delar).
• Det används ofta i gångjärn för bilar eller elektroniska höljen.

Nackdelar

• Denna teknik är inte lämplig för aluminium eller pressgjutning av magnesium. Eftersom de har en högre smältpunkt, vilket skulle skada svanhalsen.
• Temperaturavvikelser vid frekvent cykling belastar svanhalsen och sprickor uppstår som en följd av detta.
• Kräver skumning av orenheter för att undvika slagg.

Gjutning i kallkammare

Gjutning i kallkammare är inte som en varmkammare; den har en separat ugn för att smälta metall. Istället flyttar tillverkarna smält metall genom en skänk in i skotthylsan. Varvid den hydrauliska kolven tvingar den in i formhålan. Restprocessen är nästan likartad. Denna process fungerar bra med måttliga till höga smälttemperaturer för metaller som aluminium, magnesium och kopparbaserade legeringar.

Metallskänkning och -injektion

Du kan föra den uppvärmda metallen till maskinen med hjälp av antingen en manuell eller automatiserad skänk.

• Manuell skänkning är långsammare och inte särskilt konsekvent. Den används för att hälla smält metall i presshylsan. Variationer i detaljkvaliteten uppstår som ett resultat av detta.
• Automatiserad skänk hänvisar till en robotarm. Den mäter och för in den uppvärmda metallen på ett exakt sätt. Det fyller luckorna ordentligt och minskar mänskliga fel. Denna process hjälper till att förbättra produktionshastigheterna runt 10-20%. Dessutom tar den bort defekter som luftinneslutning och ofullständiga fyllningar.

Skjuthylsa och kolv

Korta ärmar är en del av insprutningssystemen. Det här är den punkt där smält metall hälls innan den sprutas in i matrisen. Tillverkarna använder hårdare material som stål för att de ska kunna hantera höga temperaturer och tryck.

Kolven är som en stång som drivs av en hydraulcylinder. Den tvingar den smälta legeringen in i formen. Vanligtvis kan detta vara av två typer: platt och avsmalnande.

En platt kolv fungerar för enklare delar med konstant väggtjocklek. Avsmalnande kolvar är användbara för tuffa konstruktioner och stoppar turbulens och luftinsamling.

Material för matriser

I grund och botten innehåller kallkammarformar härdat verktygsstål som H13 eller H11. Det här materialet har redan ett bra förhållande mellan styrka och vikt och är slitstarkt. Det klarar därför hög värme (upp till 700°C/ 1292°F) och intensiva insprutningstryck utan att deformeras.

Det finns dock vissa utmaningar som verktyget står inför. Till exempel orsakar värmekontroller från konstant värme och kylning ytsprickor. Samtidigt leder erosion från högtemperaturlegeringar till gradvis slitage.

Försök därför att fokusera på regelbundet underhåll, ytbehandlingar och beläggning (nitrering eller PVD). Dessa kan öka matrisens livslängd och även förbättra prestandan.

Kylningskanaler

Ingenjörerna integrerar kylkanaler i gjutformen på ett strategiskt sätt. Det beror på att dessa kanaler reglerar stelningssteget och minskar cykeltiderna. Genom att placera dem nära högupphettade områden kan man åstadkomma konstant kylning. Det orsakar därför inte skevhet, krympning eller inre sprickor.

System för gran och löpare

Dessa komponenter i kallkammarmaskinen hjälper till att leda uppvärmd legering från spruthylsan in i formhålan.

Granatdelen brukar vara en ingångspunkt varifrån löpare distribuerar bort metall. Utforma dem på rätt sätt för att eliminera större defekter som luftinträngning och blockflöde.

Utskjutningssystem

När det stelnade gjutgodset ska avlägsnas från formen utan att skadas finns det utmatningssystem som säkerställer en smidig process. Dessa system inkluderar användning av utskjutningsstift, smörjmedelsspray, hydrauliska ställdon och utskjutningslådor som liknar heta kammare.

När detaljen blir kall öppnas matrisen, vilket aktiverar utmatningslådan och utmatningsstiften trycker ut den gjutna detaljen.

Fördelar

• Den kan gjuta ett bredare urval av legeringar som aluminium, magnesium och koppar.
• Den termiska chocken blir mindre eftersom spruthylsan och kolven inte möter konstant smält metall, vilket minskar slitaget.
• Den kan tillverka mycket skarpa, detaljerade delar med tunna väggar.

Nackdelar

• Den är långsammare än varmkammarprocessen och tar 20-60 sekunder per detalj.
• Den kräver mer energi och underhåll på grund av högre temperaturer och tryck. Det gör det kostsamt.
• Användningen av manuell skänkning och underhåll av munstycken ökar ofta arbetsbehovet.

Jämförelse mellan varmkammar- och kallkammargjutning

Fallstudier

Tillverkare använder vanligtvis varmkammargjutning för att tillverka spännen och fästelement av zinklegering. De använder denna teknik på grund av dess förmåga att producera små delar och massproduktion.

Medan kallkammarformar, gjutning producerar motorblock av aluminium. Denna del inkluderar stor storlek, komplex geometri och behovet av hög hållfasthet. Det är därför gjutning av kallkammare är bäst.

Tillämpningar och branscher

Fordon:

Fordonsindustrin använder varmkammare för att tillverka zinklegerade delar som säkerhetsbälten, torkardelar och höljen till bilstereon. Zinkens imponerande egenskaper ger dem en slät yta och hög hållbarhet.

Omvänt hjälper gjutning av kallkammare till att göra aluminiummotorfästen, motorrumskomponenter och belysningsdelar. Detta beror på att det kan skapa alla svåra mönster med hög hållfasthet.

Aerospace:

Du vet, gjutning av varmkammare används sällan för flygdelar. Det beror på att dess gjutmetall (zink, magnesium) har en lägre smältpunkt. Men det betyder inte att det inte finns någon användning av denna process i denna bransch. Många små magnesiumdelar för flyg- och rymdindustrin, som fästen, höljen och kontakter, tillverkas med den. Det ger lättviktsstyrka, korrosionsbeständighet och hållbarhet.

Delar som gjuts i kallkammare och tillverkas av magnesiumlegeringar används dock i flygplan. Till exempel sätesramar och kabinkomponenter. Dessa delar är lättare och starkare.

Konsumentvaror:

Tillverkarna gör produkter som är populära inom mode och accessoarer med hjälp av varmkammargjutning. Till exempel spännen, blixtlås och dekorativa detaljer i zinklegering.

Elektroniska höljen och kylflänsar av aluminium används ofta i konsumentelektronik. De tillverkas med en kallkammarprocess.

Nya tillämpningar

Elektriska fordon (EV):

Pressgjutning används allt oftare för att tillverka lätta batterihöljen och strukturella komponenter till elbilar.

Den ökande efterfrågan på lättviktsdelar för elbilar är orsaken till den utbredda användningen av pressgjutningstekniken. Denna process skapar batterihöljen och strukturella komponenter som innehåller mindre vikt än genomsnittet och är starkare.

5G-teknik:

Pressgjutet aluminium och magnesium har nu blivit viktiga komponenter för 5G-infrastrukturen. Till exempel antennhöljen och värmehanteringssystem.

Slutsats

Gjutning med varmkammare fungerar snabbt och är ett prisvärt alternativ. Det handlar om metaller med lägre smältpunkt som zink. Å andra sidan använder gjutning av kallkammare mer energi eftersom den smälter legeringen separat. Denna process är dock effektiv för tuffa material med hög smältpunkt som aluminium, koppar etc. När du väljer, leta efter deras metalllämplighet, designkomplexitet och produktionsvolym. På så sätt får du önskat resultat.