Wat is spuitgieten?
Spuitgieten is een productieproces dat wordt gebruikt om metalen onderdelen te produceren met een hoge maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking. Hierbij wordt gesmolten metaal onder hoge druk in een matrijsholte geperst. De matrijsholte wordt gecreëerd door twee geharde stalen matrijzen die in de gewenste vorm worden gebracht.
Het proces begint met het smelten van het metaal, meestal aluminium, zink of magnesium, in een oven. Het gesmolten metaal wordt vervolgens onder hoge druk in de mal gespoten met behulp van een hydraulische pers. Het metaal stolt snel in de mal en de twee helften van de mal worden geopend om het voltooide onderdeel te verwijderen.
Spuitgieten wordt veel gebruikt voor de productie van onderdelen met complexe vormen en dunne wanden, zoals motorblokken, transmissiebehuizingen en diverse auto- en luchtvaartcomponenten. Het proces is ook populair bij de productie van consumptiegoederen, zoals speelgoed, keukengerei en elektronica.
Spuitgieten onder druk
Spuitgieten is een vrij gespecialiseerd proces dat zich vooral in de 20e eeuw heeft ontwikkeld. Het basisproces bestaat uit: gesmolten metaal wordt in een stalen mal gegoten/geïnjecteerd en door middel van hoge snelheid, constante en toenemende druk (bij spuitgieten onder druk) en afkoeling stolt het gesmolten metaal tot een massief gietstuk. Het proces zelf duurt doorgaans slechts enkele seconden en is een snelle manier om metalen producten uit ruw materiaal te vormen. Spuitgieten is geschikt voor materialen zoals tin, lood, zink, aluminium, magnesium tot koperlegeringen en zelfs ijzerlegeringen zoals roestvrij staal. De belangrijkste legeringen die tegenwoordig bij spuitgieten onder druk worden gebruikt, zijn aluminium, zink en magnesium. Van de vroege spuitgietmachines die de matrijsgereedschappen verticaal oriënteerden tot de nu gangbare standaard van horizontale oriëntatie en bediening, vier trekstangen en volledig computergestuurde processtappen, heeft het proces zich in de loop der jaren ontwikkeld.
De industrie is uitgegroeid tot een wereldwijde productiemachine die componenten voor uiteenlopende toepassingen maakt. Veel van deze componenten zijn binnen het eigen bereik, omdat de producttoepassingen van spuitgieten zo divers zijn.
Voordelen van spuitgieten onder druk
Enkele voordelen van hogedrukspuitgieten:
• Het proces is geschikt voor productie van grote volumes.
• Produceer snel vrij complexe gietstukken vergeleken met andere metaalvormprocessen (bijv. machinale bewerking).
• Hoogwaardige componenten geproduceerd in gegoten toestand (afhankelijk van het componentontwerp).
• Dimensionale herhaalbaarheid.
• Dunne wanddiktes mogelijk (bijv. 1-2,5 mm).
• Goede lineaire tolerantie (bijv. 2 mm/m).
• Goede oppervlakteafwerking (bijv. 0,5-3 µm).
Het proces van het gieten onder druk met een hete kamer omvat het smelten van een metalen staaf in een oven die zich dicht bij/integraal aan de vaste halve plaat van de spuitgietmachine bevindt en het injecteren van gesmolten metaal via een ondergedompelde plunjer rechtstreeks door de zwanenhals en het mondstuk in het matrijsgereedschap. De zwanenhals en het mondstuk moeten worden verwarmd om te voorkomen dat het metaal bevriest voordat het de matrijsholte bereikt. Het hele verwarmingselement en het gesmolten metaalelement van dit proces vormen de basis voor de term 'hete kamer'. Het gewicht van de gietstuk wordt bepaald door de slag, lengte en diameter van de plunjer, evenals de grootte van de huls/kamer. Ook het mondstuk speelt een rol, waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van de matrijs. Zodra het metaal in de matrijsholte is gestold (dit duurt slechts enkele seconden), opent de bewegende halve plaat van de machine waaraan de bewegende helft van de matrijs is bevestigd en wordt het gietstuk van het matrijsvlak geworpen en van het gereedschap verwijderd. De matrijsvlakken worden vervolgens gesmeerd via een sproeisysteem, de matrijs sluit en het proces begint opnieuw.
Dankzij dit "gesloten" metaalsmelt-/injectiesysteem en de minimale mechanische beweging kan spuitgieten in een warme kamer betere productie-efficiëntie opleveren. Zinkmetaallegering wordt voornamelijk gebruikt in spuitgieten in een warme kamer, dat een vrij laag smeltpunt heeft. Dit biedt verdere voordelen zoals lage slijtage aan machines (pot, zwanenhals, mof, plunjer, spuitmond) en ook lage slijtage aan matrijsgereedschappen (dus een langere standtijd in vergelijking met aluminium spuitgietgereedschappen – afhankelijk van de goedkeuring van de gietkwaliteit).
De naam koude kamer komt van het proces waarbij gesmolten metaal in een koude kamer/shothuls wordt gegoten, die via de vaste halve matrijsplaat aan de achterkant van het vaste halve matrijsgereedschap is bevestigd. Smeltovens voor het vasthouden van gesmolten metaal worden doorgaans zo dicht mogelijk bij het shotuiteinde van de spuitgietmachine geplaatst, zodat een handmatige operator of een automatische gietlepel het gesmolten metaal dat voor elke shot/cyclus nodig is met een gietlepel kan opzuigen en in een gietgat in de huls/shotkamer kan gieten. Een plunjerpunt (een verslijtbaar en vervangbaar onderdeel, nauwkeurig bewerkt op de binnendiameter van de shothuls met inachtneming van thermische uitzetting) die is verbonden met de ram van de machine, duwt het gesmolten metaal door de shotkamer en in de matrijsholte. De spuitgietmachine zal, wanneer daartoe aangezet, de eerste fase uitvoeren om het gesmolten metaal langs het gietgat in de huls te duwen. Verdere fasen vinden plaats onder verhoogde hydraulische druk van de ram om het gesmolten metaal in de matrijsholte te injecteren. Het hele proces duurt enkele seconden. De snelle en toenemende druk en de daling van de metaaltemperatuur zorgen ervoor dat het metaal stolt in de matrijsholte. De bewegende halve plaat van de spuitgietmachine (waaraan de bewegende helft van het matrijsgereedschap is bevestigd) opent zich en werpt het gestolde gietstuk van de matrijs. Het gietstuk wordt verwijderd, de matrijsvlakken worden gesmeerd met een sproeisysteem en vervolgens herhaalt de cyclus zich.
Koelkamermachines zijn geschikt voor aluminium spuitgieten. Onderdelen van de machine (spuitbus, plunjerpunt) kunnen na verloop van tijd worden vervangen en de bussen kunnen een metaalbehandeling ondergaan om hun duurzaamheid te vergroten. Aluminiumlegeringen worden gesmolten in een keramische smeltkroes vanwege het relatief hoge smeltpunt van aluminium en de noodzaak om het risico op ijzeropname, wat een risico is in ijzerhoudende smeltkroezen, te verminderen. Omdat aluminium een relatief lichte metaallegering is, is het geschikt voor het gieten van grote en zware spuitgietstukken of wanneer een hogere sterkte en lichtheid van spuitgietstukken vereist is.
