Gravitationsgjutningsprocess
Introduktion till gravitationsgjutning
Gravity Die Casting (GDC) är en klassisk metallformningsprocess. Den bygger på principen att använda tyngdkraften för att spruta in smält metall i en färdigställd metallform (vanligtvis tillverkad av gjutjärn, stål eller kopparlegering). När den smälta metallen har svalnat och stelnat i formen öppnas formen och gjutgodset tas ut.
Denna process används i stor utsträckning inom bil-, maskin-, flyg- och rymdindustrin samt inom hushållsapparatsindustrin, och är särskilt lämplig för massproduktion av medelstora till stora metalldelar med komplexa former och höga krav på måttnoggrannhet.
Gravitationsgjutningsprocess
Gravitationsgjutning (GD/formgjutning) bygger på principen att använda tyngdkraften för att leda smält metall in i en metallform, där den sedan kyls ned och stelnar för att ge gjutgods med hög precision. Hela processen kräver noggrann kontroll av formens skick, smältmetallens kvalitet, gjutparametrar och efterbehandlingstekniker för att säkerställa gjutgodsets enhetlighet och utbyte.
Suijin Machinery tillhandahåller standardiserade processflöden för storskalig industriell produktion och erbjuder samtidigt optimerade lösningar för anpassning av små serier.
Steg 1: Formkonstruktion och tillverkning / Kontroll
Kärnverksamhet:
- Konstruera gjutformar (inklusive formhåligheter, inloppskanaler, matarkanaler, avluftningskanaler och utstötningsmekanismer) som är specifikt anpassade för gjutkonstruktionen för att säkerställa ett jämnt flöde av smältmetall, tillräcklig tillförsel och fullständig avluftning (för att undvika porositet och krympningshåligheter);
- Använd stål för varmformning (t.ex. H13) som formmaterial, värmebehandlat (härdning + anlöpning) för att förbättra högtemperaturbeständigheten och slitstyrkan. Polera formhålans yta till Ra 3,2–6,3 μm (för att säkerställa en slät gjutytan);
- Inspektion av formen före produktion: Rengör formhåligheten från kvarvarande föroreningar, kontrollera om formhåligheten uppvisar slitage eller deformation, kontrollera utstötningsmekanismens smidighet och säkerställ att kylkanalerna är fria från hinder (om ett kylsystem ingår).
Kvalitetskontroll:
Formens måtttoleranser måste vara 1–2 grader högre än kraven för gjutningen. Avluftningskanalens bredd är 0,2–0,5 mm och djupet 0,1–0,3 mm, för att förhindra att smältmetallen rinner över och samtidigt säkerställa effektiv avluftning.
Steg 2: Förberedelse av råmaterial och smältning av metall
Kärnverksamhet:
- Välj lämpliga legeringsmaterial (t.ex. aluminiumlegering A356, zinklegering ZAMAK 5, kopparlegering mässing H62). Råmaterialen måste uppfylla branschstandarder (t.ex. ASTM, GB/T), och ytolja, oxidbeläggningar och andra föroreningar måste avlägsnas.
- Förbered materialen enligt formelförhållandet och smält dem i en ugn (t.ex. en motståndsugn eller induktionsugn): aluminiumlegering 650–700 ℃, zinklegering 380–420 ℃, kopparlegering 900–1100 ℃.
- Raffinering av metall: Tillsätt raffineringsmedel (t.ex. hexakloretan för aluminiumlegeringar) för att avlägsna gaser och föroreningar. Låt stå i 5–10 minuter för att säkerställa en enhetlig sammansättning. Analysera legeringens sammansättning med hjälp av ett spektrometer för att säkerställa att den uppfyller standarderna.
Kvalitetskontroll:
Gashalten i smältmetallen ≤ 0,15 ml/100 g (aluminiumlegering), orenhetshalten ≤ 0,51 TP3T, för att undvika porositet och inneslutningsfel i gjutgodset som orsakas av gaser eller orenheter.
Steg 3: Förbehandling av formen
Kärnverksamhet:
- Förvärmning av gjutform: Använd el- eller gasuppvärmning för att höja gjutformens temperatur till 150–300 ℃ (gjutgods av aluminiumlegering) respektive 100–200 ℃ (gjutgods av zinklegering). Detta förhindrar att formen, som har låg temperatur, kommer i kontakt med den smälta metallen som har hög temperatur, vilket skulle kunna leda till kallstängningar eller ofullständig gjutning.
- Påföring av släppmedel: Applicera ett tunt lager högtemperaturbeständigt släppmedel (t.ex. grafitbaserat eller vattenglasbaserat släppmedel) jämnt på ytorna i formhåligheten, ingångskanalen och utstötningsmekanismen. Tjockleken bör vara 0,05–0,1 mm för att säkerställa en smidig urformning av gjutgodset och skydda formhåligheten.
Kvalitetskontroll:
Formtemperaturen måste vara jämn (temperaturskillnad ≤20 ℃). Det får inte förekomma ansamlingar eller utelämnade appliceringar av formavlägsningsmedlet för att undvika att gjutgodsets ytkvalitet och urformningen påverkas.
Steg 4: Formens stängning och placering
Kärnverksamhet:
- Stäng de övre och nedre formhalvorna eller flersegmentformarna med hjälp av en formstängningsanordning (manuell, hydraulisk eller mekanisk) för att säkerställa korrekt formpositionering (spelet mellan positioneringsstiftet och positioneringshålet bör vara ≤0,03 mm) och därmed förhindra felinriktning och överdriven grät på gjutgodset.
- Kontrollera formens stängningstryck: Justera trycket efter formens storlek (vanligtvis 0,5–2 MPa) för att säkerställa att formen stängs tätt och förhindra att smält metall rinner över.
Kvalitetskontroll:
När formen har stängts ska formhåligheten vara väl tätad utan synliga mellanrum, och positioneringsavvikelsen ska vara ≤0,05 mm.
Steg 5: Metallgjutning
Kärnverksamhet:
- Gjutmetod: Manuell gjutning (små satser, enkla gjutgods) eller automatiserad mekanisk gjutning (stora satser, gjutgods med hög precision, t.ex. robotarmar + doseringsmaskiner);
- Kontroll av gjutningsparametrar: Jämn metallflödeshastighet (för att undvika turbulens), gjutningshastighet 0,5–2 L/s (justeras efter gjutningens storlek), gjutningstemperatur 30–50 ℃ högre än legeringens smältpunkt (för att säkerställa flytbarhet);
- Gjutvinkel: Häll smidigt längs ingötningskanalen och undvik direkt kontakt med formhålans vägg (för att förhindra luftfångst och slitage på formhålan), så att metallen långsamt fyller hela formhålan.
Kvalitetskontroll:
Inget stänk eller avbrott under gjutningen; fyllningstiden för gjutkaviteten ska hållas inom 5–30 sekunder (beroende på gjutningens komplexitet), för att undvika alltför snabb fyllning som kan leda till porositet och alltför långsam fyllning som kan leda till kallfogar.
Steg 6: Kylning och stelning
Kärnverksamhet:
- Naturlig kylning (enkla gjutgods) eller forcerad kylning (komplexa gjutgods med hög precision): Kylvatten eller tryckluft leds in genom formens inbyggda kylkanaler för att reglera kylningshastigheten.
- Kylningstid: Anpassas efter gjutgodsets tjocklek och legeringstyp (t.ex. 10–20 sekunder för gjutgods av aluminiumlegering med en tjocklek på 2–5 mm, 30–60 sekunder för gjutgods med en tjocklek på 10–20 mm) för att säkerställa fullständig stelning och en tät inre struktur.
Kvalitetskontroll:
Det är förbjudet att öppna formen i förtid under kylningsprocessen (för att undvika deformation och sprickbildning i gjutgodset). Avformning är endast tillåten efter att gjutgodset har stelnat och temperaturen har sjunkit under 200 ℃ (aluminiumlegeringar) eller under 150 ℃ (zinklegeringar).
Steg 7: Formöppning och urtagning av gjutgodset
Kärnverksamhet:
- När den inställda avkylningstiden har uppnåtts matas gjutgodset ut ur formhåligheten med hjälp av en utmatningsmekanism (hydraulisk utmatningsstift, mekanisk utmatningsstång). Utmatningshastigheten är jämn (för att undvika stötskador på gjutgodset).
- Gjutgodset avlägsnas manuellt eller med hjälp av en robotarm, samtidigt som grader avlägsnas från ingjutningssystemet, matningskanalerna och anslutningspunkterna på gjutgodset (förrengöring).
Kvalitetskontroll:
Under urtagningen undviks kollisioner och repor på gjutgodset. Utstötningsmärkena är ≤0,1 mm djupa och påverkar varken gjutgodsets utseende eller prestanda.
Steg 8: Avlägsnande av ingångskanal och uppgångskanal samt borttagning av överskott
Kärnverksamhet:
- Avlägsna ingötningskanaler, matningsrör och överskott från gjutgodset med hjälp av mekanisk skärning (t.ex. skärning med slipskiva, plasmaskärning), stansning eller slipning;
- Slipa skärkanterna efter skärningen för att säkerställa en slät yta utan vassa grader (gradhöjd ≤ 0,1 mm).
Kvalitetskontroll:
Se till att inte skada gjutkroppen under demonteringen; skärjämnhet ≤ 0,2 mm/m.
Steg 9: Rengöring och kontroll av gjutgodset
Kärnverksamhet:
- Ytrengöring: Avlägsna oxidslagg, rester av släppmedel och föroreningar från gjutgodsets yta genom kulblästring (stålkulor med en diameter på 0,2–0,5 mm), sandblästring eller kemisk rengöring.
- Visuell besiktning: Kontrollera gjutytan visuellt med avseende på defekter såsom porositet, sprickor, kallfogar, inneslutningar och krympningshåligheter (diameter på ytporositet ≤ 0,5 mm och högst 2 per kvadratcentimeter).
- Måttkontroll: Använd skjutmått, mikrometrar och koordinatmätmaskiner för att kontrollera gjutgodsets kritiska mått (toleranserna måste uppfylla konstruktionskraven, t.ex. ±0,1–0,3 mm).
- Intern kvalitetskontroll (kritiska gjutgods): Använd röntgenfelkontroll, ultraljudsfelkontroll eller penetrerande provning för att kontrollera förekomsten av inre defekter såsom krympningshåligheter och sprickor (area för inre krympningshåligheter ≤ 0,5%).
Kvalitetskontroll:
Andelen ytfel ≤ 3%, andelen godkända dimensioner ≥ 98%; interna fel i kritiska gjutgods måste uppfylla kraven i standarderna ASTM E446 eller GB/T 6402.
Steg 10: Efterbearbetning (vid behov)
Kärnverksamhet:
- Bearbetning: Svarvning, fräsning, borrning och slipning utförs på viktiga delar av gjutgodset (t.ex. monteringshål och passytor) för att förbättra måttnoggrannheten och ytfinheten (t.ex. ytjämnhet på passytor Ra 1,6–3,2 μm);
- Värmebehandling: Gjutgods av aluminiumlegering genomgår en åldringsbehandling (150–200 ℃, med en hålltid på 2–4 timmar) för att förbättra hållfastheten och hårdheten; gjutgods av kopparlegering genomgår en glödgningsbehandling för att eliminera inre spänningar;
- Ytbehandling: Målning, anodisering (aluminiumlegering), galvanisering (zinklegering/kopparlegering) och passivering utförs i enlighet med användningskraven för att förbättra korrosionsbeständigheten och utseendet.
Kvalitetskontroll:
Efter bearbetning är måtttoleranserna ≤±0,05 mm (nyckelkomponenter); efter värmebehandling uppfyller hårdheten konstruktionskraven (t.ex. aluminiumlegering HB 80–100); vidhäftningen hos ytbehandlingsskiktet uppfyller standarderna (ingen avskalning vid vidhäftningsprovning med tvärsnitt).
Steg 11: Förpackning och lagerhållning av färdiga produkter
Kärnverksamhet:
- Sortering och märkning av godkända gjutgods (med angivande av modell, sats och tillverkningsdatum);
- Använd fuktsäker och stötsäker förpackning (t.ex. bubbelplast, skumgummi och kartong) för att undvika skador under transporten;
- Genomför en sista stickprovskontroll före inlagring (provtagningsfrekvens ≥ 5%) och registrera gjutgodset i lagret efter att ha kontrollerat att det inte förekommer några kvalitetsbrister.
Suijin gjutningslösning
Gravitationsgjutning är en metallformningsprocess som kännetecknas av hög precision, hög effektivitet och stora volymer. De främsta fördelarna är stabil gjutkvalitet, hög produktionseffektivitet och hög materialutnyttjandegrad, vilket gör metoden särskilt lämplig för tillverkning av gjutgods av legeringar med god flytbarhet, såsom aluminium- och zinklegeringar. Även om den initiala investeringen i gjutformar är relativt hög kan den avsevärt sänka kostnaden per styck vid massproduktion, vilket gör den till en vanlig gjutningsprocess inom branscher som fordonsindustrin, maskinindustrin och vitvaruindustrin.