Gebrand wasgietwerk uit aluminiumlegering 

Verbrande wasgiettechnologie van aluminiumlegering: een volledige analyse van het proces

Gieten met gebrande was uit een aluminiumlegering blijft de enige industriële methode waarmee onderdelen met een complexe geometrie kunnen worden geproduceerd met een oppervlakteruwheid van Ra 1,6–3,2 μm zonder daaropvolgende bewerking van kritische componenten. In tegenstelling tot zand- of cokesgieten elimineert deze technologie de noodzaak voor het vormen van kernen voor interne holtes, omdat het model eenvoudigweg verdampt bij hoge temperaturen. We werken al meer dan 15 jaar met dit proces en kunnen zeggen dat als uw onderdeel dunne wanden van minder dan 3 mm of complexe interne koelkanalen heeft, traditionele gietmethoden in 40% van de gevallen tot defecten zullen leiden, terwijl een verloren model de integriteit van de structuur garandeert.

Het belangrijkste voordeel van de methode is de mogelijkheid om legeringen zoals AK7ch (AlSi7Mg) en AK9ch (AlSi9Cu3) te gebruiken om componenten te maken die onder hoge druk werken. De maatnauwkeurigheid bereikt klasse CT4-CT5 volgens ISO 8062-3, waardoor assemblages zonder aanpassingen kunnen worden gemonteerd. Veel kopers maken echter de fout om deze technologie te kiezen voor eenvoudige beugels of massieve platen - hier daalt de economische efficiëntie vanwege de hoge kosten van wasapparatuur. Uit onze praktijk blijkt dat winstgevendheid begint met een batch van 50 stuks voor complexe onderdelen en vanaf 500 stuks voor elementen van gemiddelde complexiteit.

Stapsgewijs technologisch proces voor de productie van gietstukken

Het proces begint niet met het smelten van metaal, maar met het maken van een referentiemastermodel. Een fout in dit stadium is fataal: elke afwijking in de geometrie van de mal wordt vermenigvuldigd met de krimpcoëfficiënt van aluminium (ongeveer 1,3% voor silumina). Wij gebruiken aluminium of stalen mallen vervaardigd op CNC-machines met een nauwkeurigheid van 0,01 mm. Voor massaproductie raden wij aan meerdere mallen te gebruiken, waardoor de kosten van één wasmodel met 35% worden verlaagd. Het is belangrijk om te begrijpen: het materiaal van het mastermodel moet een thermische uitzettingscoëfficiënt hebben die zo dicht mogelijk bij het materiaal van het uiteindelijke gietstuk ligt om thermische vervormingen te compenseren.

1. Wasmodellen maken.Gesmolten was wordt onder een druk van 4–6 MPa in de mal geïnjecteerd. De wastemperatuur wordt strikt gecontroleerd tussen 65 en 70 °C; oververhitting leidt tot een verandering in de viscositeit en verlies van maatvastheid. Na afkoeling wordt het model verwijderd en visueel geïnspecteerd op vulfouten. In dit stadium zien we vaak defecten als gevolg van de verkeerde temperatuur van de mal - het oppervlak van de was wordt dof, wat duidt op voortijdige verharding.
2. Montage van clusters (bomen).De individuele waspatronen worden met behulp van een verwarmd gereedschap aan het centrale poortsysteem gelast. De geometrie van het poortsysteem wordt voor elk onderdeel afzonderlijk berekend: te smalle kanalen veroorzaken koude verbindingen, te breed - overmatig verbruik van metaal en problemen tijdens het snijden. Voor het verbinden gebruiken wij speciale wasstaafjes, die smelten bij dezelfde temperatuur als het model zelf. Overtreding van de verbindingshoek van de aanspuiting met meer dan 5 graden veroorzaakt turbulentie in de metaalstroom tijdens het gieten.
3. Vormgeven van de keramische schaal.Het cluster wordt ondergedompeld in een suspensie van een vuurvast vulmiddel (electrocorundum of zirkoon) en een bindmiddel (ethylsilicaat of colloïdaal silica). Na elke laag wordt zand aangebracht. Het proces wordt 7–9 keer herhaald totdat de schaaldikte 6–8 mm is. Het is van cruciaal belang om de luchtvochtigheid (niet meer dan 60%) en de temperatuur (20–22°C) binnenshuis te controleren. Als de laag te snel droogt, ontstaan er microscheurtjes waardoor het metaal bij het gieten doorbreekt (“doorbraak”).
4. Was branden en de mal calcineren.De voltooide mallen worden in een autoclaaf geplaatst, waar stoom onder een druk van 0,3–0,5 MPa en een temperatuur van 160–170 °C smelt en de was uitwast. Het resterende spoor wordt verwijderd door calcineren in een oven bij 850-950°C gedurende 2-4 uur. Deze stap is van cruciaal belang: een onvoldoende calcineringstemperatuur zal koolstofhoudende residuen achterlaten die, wanneer ze in contact komen met gesmolten aluminium, gasporositeit zullen veroorzaken. Wij eisen dat de mal onmiddellijk vóór het gieten de oven verlaat, waarbij een temperatuur van minimaal 600°C wordt aangehouden.
5. Vullen en afkoelen.Gesmolten aluminiumlegering (temperatuur 720–740°C) wordt onder invloed van middelpuntvliedende kracht of vacuüm in een mal gegoten. Voor kritische onderdelen verdient vacuümgieten de voorkeur, omdat hierdoor het waterstofgehalte in het metaal wordt verlaagd. De uithardingstijd is afhankelijk van het gewicht van de zak: voor kleine onderdelen bedraagt deze 10-15 minuten, voor grote onderdelen maximaal een uur. Snel afkoelen met water is verboden - dit veroorzaakt thermische schokken en vernietiging van de keramische schaal samen met het gietstuk.

Na afkoeling wordt de keramische schaal gebroken met een hydraulische hamer of trilunit. Het poortsysteem wordt mechanisch (met een zaag) of door elektrische erosie gescheiden als hoge nauwkeurigheid vereist is. De laatste bewerking is gritstralen om keramische resten te verwijderen en het uiterlijk van het oppervlak te verbeteren. Onthoud: zelfs een ideaal gietstuk kan in de controlefase worden afgewezen als de zuiverheid van de lading tijdens het smelten niet wordt gehandhaafd.

De keuze van aluminiumlegeringen en hun effect op de eigenschappen van het product

Niet alle aluminiumlegeringen presteren even goed in het investeringsgietproces. De merkkeuze wordt bepaald door de bedrijfsomstandigheden van het eindproduct. De meest voorkomende in onze praktijk zijn siluminen - legeringen van het Al-Si-systeem. Ze hebben een uitstekende vloeibaarheid, wat van cruciaal belang is voor het vullen van dunne delen van wasmodellen.

Legering AK7ch (AL9 volgens GOST 1583-93).Het is een eutectische legering met een siliciumgehalte van ongeveer 7%. Het is ideaal voor afgedichte behuizingen, pomponderdelen en drukonderdelen. Door de fijnkorrelige structuur na modificatie met natrium of strontium vertoont deze legering een hoge taaiheid en corrosieweerstand. De treksterkte is echter beperkt tot 200–220 MPa. Als uw onderdeel onderhevig is aan schokbelastingen, is dit mogelijk niet voldoende.

Legering AK9ch (AK9pch).Bevat tot 9% silicium- en koperadditieven. De aanwezigheid van koper verhoogt de sterkte tot 250-280 MPa, maar vermindert de corrosieweerstand en bemoeilijkt het gietproces vanwege de neiging tot hete scheuren. We raden deze legering alleen aan voor onderdelen die in droge omgevingen werken of worden beschermd door verfcoatings. Bij het gieten van AK9ch is het noodzakelijk om de afkoelsnelheid strikt te controleren: snelle stolling leidt tot segregatie van koper en de vorming van brosse fasen langs de korrelgrenzen.

Legering AK8ch (AL34).Universele legering met magnesium- en koperadditieven. Het combineert een goede sterkte (tot 240 MPa) en een bevredigende gietvloeibaarheid. Vaak gebruikt in de auto-industrie voor ophangbeugels en transmissiecomponenten. Een bijzonder kenmerk van deze legering is de mogelijkheid tot verharding door warmtebehandeling (verharding + veroudering), waardoor de hardheid toeneemt tot 90–100 HB. Maar houd er rekening mee dat warmtebehandeling dunwandige onderdelen kan doen kromtrekken, dus houd bij het ontwerp rekening met mogelijke vervormingen.

Geef bij het bestellen van gietstukken zeker de vereiste sterkteklasse en bedrijfsomstandigheden aan. Het gebruik van de verkeerde legering is de meest voorkomende oorzaak van vroegtijdig falen van producten. Een poging om bijvoorbeeld een AK7ch-legering te gebruiken voor een zwaarbelaste hefboom in plaats van AK8ch zal resulteren in vermoeidheidsfalen na 50.000 laadcycli in plaats van de ontworpen 200.000.

Kwaliteitscontrole en typische gietfouten

Zelfs als alle technieken worden gevolgd, is het gieten met gebrande wasmodellen uit een aluminiumlegering onderhevig aan specifieke gebreken. Door de aard ervan te begrijpen, kunnen we defecten in de ontwerpfase voorkomen. De belangrijkste soorten defecten kunnen worden onderverdeeld in oppervlakkig en intern.

Gasporositeit.Het ziet eruit als afgeronde holtes in het metaal of op het breukoppervlak. De reden is de verzadiging van de smelt met waterstof. Aluminium absorbeert actief waterstof tijdens het smelten, dat vrijkomt tijdens kristallisatie en belletjes vormt. Oplossing: gebruik van smeltraffinage met tabletten chloorhoudende zouten of spoelen met een inert gas (argon) vóór het gieten. We introduceren een verplichte monitoring van het waterstofgehalte met behulp van een uitdrukkelijke methode (dichtheidstest) vóór elke smelting.

Koude kruispunten.Lijnen of naden op het oppervlak van een gietstuk waar twee stromen metaal samenkomen maar niet samensmelten. Ze ontstaan wanneer de temperatuur van de mal of het metaal laag is, of wanneer het gieten te langzaam gaat. Visueel lijken ze op scheuren, maar gaan ze niet open onder mechanische belasting. Om deze te bestrijden moet de giettemperatuur worden verhoogd naar 740–750 °C of moet het ontwerp van het poortsysteem worden geoptimaliseerd om het vullen te versnellen.

Krimpschalen.Verborgen holtes op plaatsen waar massa geconcentreerd is (ribverbindingen). Ze worden gevormd als gevolg van een schending van de kristallisatierichting. Het metaal hardt ongelijkmatig uit en de vloeibare fase in het midden krijgt geen voeding van de poorten. De enige manier om dit tegen te gaan is door de koelkasten correct in de mal te plaatsen en de geometrie van het onderdeel te veranderen (door technologische uitsteeksels toe te voegen om de wanddikte gelijk te maken).

Keramische insluitsels.Shell-deeltjes gevangen in metaal. Treedt op wanneer de mal wordt vernietigd tijdens het gieten of door een slechte hechting van de schaallagen. Dergelijke defecten zijn uiterst gevaarlijk, omdat ze fungeren als stressconcentratoren. We gebruiken een meerlagensysteem met verstevigingsgaas in de eerste lagen en afwerklagen van puur zirkoon om contact van de smelt met het zand te voorkomen.

Onze afdeling kwaliteitscontrole maakt gebruik van radiografische inspectie (GOST R 50.05.01) om interne defecten in kritische batches te identificeren. Voor elke batch gietstukken voeren we spectrale analyses uit van de chemische samenstelling en mechanische tests van getuigenmonsters die samen met de hoofdbatch worden gegoten. Hierdoor kunnen wij de naleving van de aangegeven kenmerken garanderen.

Economische efficiëntie en productietijd

Veel potentiële klanten denken ten onrechte dat wasgieten uit een aluminiumlegering altijd duurder is dan andere methoden. Dit geldt alleen voor massaproductie van eenvoudige onderdelen. Voor complexe componenten met een hoge toegevoegde waarde profiteert deze technologie vaak van verminderde bewerking.

Laten we een voorbeeld bekijken: de productie van een versnellingsbakbehuizing met complexe interne kanalen. Zandgieten vereist de productie van 4-5 metalen staven, het monteren van de mal en na het gieten het verwijderen van de staven en het diep bewerken van de kanalen. De verwerkingskosten kunnen oplopen tot 60% van de prijs van het voltooide onderdeel. Bij gebruik van een verloren model worden de kanalen onmiddellijk gevormd en is de verwerkingsmarge minimaal (1-2 mm in plaats van 4-5 mm). De besparingen op metaalbewerking dekken de kosten van was en keramiek zelfs bij een batch van 100 stuks.

De productietijd voor de eerste batch (prototype) bedraagt doorgaans 15-20 werkdagen. Hiervan worden 5 à 7 dagen besteed aan het ontwikkelen van een 3D-model en het maken van een mastermodel op CNC, 3 à 4 dagen aan het maken van een pilotwasmal en 5 à 7 dagen aan het proefsmelten en het verkrijgen van gietstukken. Voor massaproductie wordt de cyclus teruggebracht tot 7-10 dagen, omdat de hoofdapparatuur al klaar is. Wij raden u aan een extra buffer van 3 tot 5 dagen te reserveren voor de transportlogistiek en de douaneafhandeling voor exportleveringen.

Een belangrijke kostenfactor is het gewicht van het poortsysteem. In sommige gevallen overschrijdt het gewicht van de poorten het gewicht van bruikbare gietstukken 2-3 keer. Clusteroptimalisatie maakt het mogelijk het metaalverbruik met 15-20% te verminderen, wat rechtstreeks van invloed is op de prijs per kilogram eindproduct. Onze ingenieurs gebruiken mal-fill-simulatiesoftware (Magmasoft of ProCAST) om het aanspuitvolume te minimaliseren voordat ze fysiek wasmodellen maken.

Toepassing in diverse industrieën

De technologie heeft een brede toepassing gevonden waarbij betrouwbaarheid en nauwkeurigheid belangrijker zijn dan de prijs van een kilogram metaal. In de luchtvaartindustrie worden instrumentbehuizingen, elementen van besturingssystemen en motorbeugels gemaakt van aluminiumlegeringen met behulp van verloren wasmodellen. De vereisten voor dergelijke onderdelen worden geregeld door de ASTM B26-serienormen of de Russische GOST R 53472. Zelfs microscopische porositeit is hier onaanvaardbaar, dus elke batch ondergaat 100% röntgeninspectie.

In de auto-industrie wordt de methode gebruikt voor de productie van turbocompressorcomponenten, inlaatspruitstukken en hoogwaardige ophangingsonderdelen. Voorbeeld: een complex gevormd inlaatspruitstuk geoptimaliseerd voor laminaire luchtstroom. Door spuitgieten zou deze geometrie niet kunnen worden gemaakt zonder matrijsscheidingslijnen in het kanaal, wat de aerodynamica in gevaar zou brengen. Het verloren model geeft een monolithische structuur met gladde wanden, waardoor de motorefficiëntie met 2 à 3% toeneemt.

De voedings- en farmaceutische industrie maakt ook actief gebruik van deze gietstukken voor pompen en kleppen. Glad oppervlak (Ra< 1,6 µm na polijsten) voorkomt de ophoping van bacteriën en vergemakkelijkt het reinigen. Legeringen van het type AK7ch, die geen giftige elementen (lood, cadmium) bevatten, zijn gecertificeerd voor contact met voedsel. Wij leveren dergelijke componenten aan fabrikanten van drankafvulapparatuur, waar de hygiëne-eisen bijzonder streng zijn.

Bijzondere aandacht moet worden besteed aan de energie- en petrochemische sectoren, waar de eisen aan apparatuur het strengst zijn. Dit zijn de sectoren waarin het bedrijf actief is.Wuxi Kaisheng elektrische energie en petrochemische apparatuur Co., Ltd., gespecialiseerd in het ontwerp en de productie van systemen met hoge belasting, zoals titanium shell-and-tube-warmtewisselaars, ASME-units en luchtkoelers. Hoewel de primaire materialen voor hun producten vaak roestvrij staal (316, 321), C46400 scheepsmessing, C70600 koper-nikkellegeringen of N06625 nikkellegeringen zijn, vormen de principes van precisieproductie en kwaliteitscontrole die worden gebruikt bij investeringsgieten de basis voor het creëren van betrouwbare buisplaten en complexe assemblages van warmteoverdrachtapparatuur. Wuxi Kaisheng-producten, gecertificeerd volgens PED- en ASME-normen, vertonen een hoge corrosieweerstand en het vermogen om te werken onder extreme druk en temperaturen, wat van cruciaal belang is voor olieraffinage, ontzilting van zeewater en scheepsbouw. De synergie van geavanceerde gieterijtechnologieën en ervaring in de productie van elektrische apparatuur stelt ons in staat oplossingen op maat te creëren die de stabiele werking van industriële faciliteiten over de hele wereld garanderen.

Een van onze klanten, een fabrikant van medische apparatuur, ondervond een trillingsprobleem in de sensormodulehouder. Het onderdeel, vervaardigd door frezen uit één stuk, had anisotropie van eigenschappen en resoneerde op bepaalde frequenties. De overstap naar precisiegieten maakte het mogelijk om de interne korrelstructuur te veranderen en dempingsverstijvingen toe te voegen die onmogelijk economisch te bewerken zouden zijn geweest. Als resultaat werden de trillingsniveaus met 40% verminderd, wat de levensduur van de sensor verlengde.

Veelgestelde vragen

Wat is het maximale gewicht van één gietstuk?

Het is technologisch mogelijk om onderdelen met een gewicht tot 50-70 kg te gieten, maar de economisch haalbare limiet is 10-15 kg. Naarmate de massa toeneemt, neemt de kans op krimpfouten sterk toe en is er krachtigere apparatuur voor het smelten en gieten nodig. Voor zware eenheden bieden we vaak een gecombineerde optie aan: de hoofdkrachtelementen worden uit verschillende kleinere gietstukken gelast.

Is het mogelijk om een gekleurd gietstuk rechtstreeks uit de oven te krijgen?

Nee. De kleur van het gieten van aluminium na het gieten is zilvergrijs met een mogelijke gelige tint als gevolg van oxiden. Decoratieve coating (anodiseren, poederlakken) wordt pas aangebracht na mechanisch reinigen en ontvetten. Het gebrande wasgieten van een aluminiumlegering biedt een uitstekende basis voor anodiseren vanwege de hoge oppervlakteafwerking, maar het gietproces zelf verandert de kleur van het metaal niet.

Wat is de minimale bestelling (MOQ) die u accepteert?

Voor nieuwe projecten waarbij een unieke matrijs wordt geproduceerd, bedraagt de minimale hoeveelheid doorgaans 50 stuks. Dit komt door de afschrijving van de kosten van apparatuur. Als u al een kant-en-klaar wasmodel of mal heeft, zijn we klaar om een bestelling van 10 stuks uit te voeren, maar de kosten per productie-eenheid zullen aanzienlijk hoger zijn vanwege de overheadkosten voor het ombouwen van de lijn.

Verstrekt u materiaalcertificaten?

Ja, aan elke partij gietstukken voegen wij een kwaliteitscertificaat toe met de resultaten van spectraalanalyse en mechanische tests. Indien nodig is het mogelijk om een onafhankelijk onderzoek uit te voeren in geaccrediteerde laboratoria. Al onze productieprocessen zijn ISO 9001-gecertificeerd, waardoor de traceerbaarheid van elke productie, van batch tot eindproduct, wordt gegarandeerd.

Conclusie en volgende stappen

Wasgieten uit een aluminiumlegering is niet alleen een manier om een werkstuk te verkrijgen, het is een hulpmiddel voor technische optimalisatie. Hiermee kunt u meerdere onderdelen in één combineren, het gewicht van de constructie verminderen als gevolg van dunne wanden en dure bewerkingen elimineren. Het succes van het project hangt echter af van het correct beoordelen van de maakbaarheid van het ontwerp in een zeer vroeg stadium.

Als u overweegt om naar deze technologie te upgraden of op zoek bent naar een betrouwbare partner voor bestaande projecten, wacht dan niet langer met het controleren van uw ontwerpdocumenten. Onze ingenieurs staan klaar om een gratis analyse van tekeningen uit te voeren en bieden optimalisatieopties voor het gieten waarmee u op de lange termijn uw budget kunt besparen.

Neem vandaag nog contact met ons op om uw project te bespreken. Stuur ons een 3D-model of tekening en binnen 24 uur ontvangt u een voorlopige inschatting van de kosten en productietijd. We werken met GOST-, DIN- en ASTM-normen en garanderen kwaliteit die op de wereldmarkt wordt erkend.

Lees meer over onze mogelijkheden in de sectiediensten voor het gieten van aluminiumof bekijk voorbeelden van voltooid werk in ons portfolio.