Støpematerialer av aluminium: En omfattende guide 

Aluminiumstøping er en mye brukt, svært effektiv produksjonsprosess som er i stand til å produsere komplekse, høyfaste og lette komponenter med god dimensjonsnøyaktighet. Det er masseproduksjon av holdbare og presise deler og er basert på prinsippet om injisering av smeltet aluminium i MOULD under høyt trykk. I disse bransjene der ytelse eller levetid avhenger av materialegenskaper, brukes denne teknikken i et bredt spekter. Aluminiumslegeringen er en nøkkelfaktor i valget av hva det endelige produktet skal bli, noe som inkluderer styrke, korrosjonsbestandighet, termiske egenskaper og bearbeidbarhet. Egenskapene til ulike aluminiumslegeringer er forskjellige, blant annet A380, balansen mellom styrke og støpbarhet; A383, overlegen flytbarhet for komplekse deler; og A360, høy korrosjonsbestandighet. I tillegg kan kobber, mangan, magnesium og silisiumelementer også øke de mekaniske egenskapene ytterligere.

I tillegg til valg av legering kan produsentene også styrke aluminiumsstøpte deler gjennom overflatebehandling som anodisering, plettering eller pulverlakkering for å oppnå høyere slitestyrke, korrosjonsbeskyttelse og hardhet. I tillegg reduserer jevn veggtykkelse, trekkvinkler og forsterkningsribber komponenter av høy kvalitet og feilfrie komponenter til lave kostnader. Ved å velge riktig aluminiumslegering, bruke egnede forsterkningsteknikker og ta hensyn til størrelsen på aluminiumsstøpte deler, kan produsenter av høytytende aluminiumsstøpte deler skreddersys spesifikt til de industrielle problemstillingene som kreves. I denne veiledningen utforsker vi de beste materialene, legeringsegenskapene og metodene for å forsterke og vurdere utformingen av trykkstøpte komponenter i aluminium, slik at de blir mer holdbare og effektive.

Denne artikkelen forklarer om støpematerialer i aluminium, egenskaper til legeringer som brukes i støpeprosesser, metoder for styrke og overflatebehandling, samt designhensyn for å forbedre ytelsen, holdbarheten og driftseffektiviteten til støpte komponenter.

Hva er trykkstøping av aluminium?  

Aluminiumstøping er en prosess der smeltet aluminium sprøytes under høyt trykk inn i en stålform (matrise) for å produsere presisjonsstøpte, komplekse og holdbare metalldeler. Aluminiums lette vekt, styrke, korrosjonsbestandighet og utmerkede varmeledningsevne gjør at det ofte brukes i bilindustrien, romfart, elektronikk og industri. Siden det er en prosess, er det mulig å produsere i høy hastighet, med god kostnadseffektivitet og god dimensjonsnøyaktighet.

Design av støpegodsdeler i aluminium 3 faktorer å ta hensyn til 

For å oppnå høy kvalitet, robusthet og økonomi i pressstøpte aluminiumsdeler er det nødvendig med nøye planlegging. En passende design kan øke produksjonseffektiviteten, redusere defekter og øke den generelle ytelsen. Aluminiumsstøpedeler har tre parametere, blant hvilke nøkkelfaktorene er gitt nedenfor som.

1. Veggtykkelse og ensartethet

Hvorfor det er viktig:

Riktig formfylling, avkjøling og størkning opprettholdes med jevn veggtykkelse.

Tykkelsesendringer kan oppstå plutselig og føre til skjevhet, krymping og porøsitet i den ferdige delen.

Beste praksis

• Reguler veggtykkelsen for å unngå indre spenninger og dårlig kvalitet.
• Typisk veggtykkelse varierer fra 1,5 mm til 4,0 mm, avhengig av delstørrelse og bruksområde.
• Gå fra et brått skifte til en gradvis overgang for å eliminere svake punkter.

Eksempel

Som med motorbraketter til biler må veggtykkelsen være konstant for å opprettholde styrke og termisk stabilitet i alle materialer.

2. Utkast til vinkler og fileter

Hvorfor det er viktig

Enkle trekkvinkler hjelper til med å fjerne delen fra støpeformen, og forhindrer at den kleber seg fast og får overflatedefekter. Fileter (avrundede kanter) unngår spenningskonsentrasjon og er mer holdbare i formen.

Beste praksis

• Sørg for en utkastvinkel på minst 1° til 3° for jevn utstøting.
• Bruk fileter i de skarpe hjørnene for å øke formens styrke og levetid.
• Unngå dype hulrom uten skikkelig trekk og armering.

Eksempel

Ulike typer elektronikkskap bruker avrundede kanter, uttrekksvinkler osv. for å oppnå bedre produserbarhet og styrke.

3. Ribber og forsterkninger 

Hvorfor det er viktig

Ved å legge til ribber forblir vekten lav, men styrken økes. En slik forsterkning opprettholder også form og styrke under trykk.

Beste praksis

• For å øke stivheten kan du legge til ribber i stedet for å øke veggtykkelsen.
• Hold balansen ved å ha en ribbetykkelse på 50 til 60 prosent av den tilstøtende veggen.
• Sørg for at ribbeina er plassert med jevn avstand fra hverandre, slik at risikoen for spenningsoppbygging i ribbestrukturen reduseres.

Eksempel

Ribber brukes for å opprettholde lettvektsstyrken i girkasser til biler, samtidig som materialbehovet reduseres.

De viktigste egenskapene til støpelegeringer av aluminium

Materialegenskapene til pressstøpte aluminiumslegeringer består av høy styrke sammen med lav vekt og utmerket korrosjonsbeskyttelse. Hver aluminiumslegering har forskjellige materialegenskaper som bestemmer den praktiske bruken.

Tabell 1 viser støpegods av aluminium som inkluderer de viktigste materialegenskapene.

Produkter som er laget ved hjelp av aluminiumstøping, har høyere styrke enn de som er laget ved hjelp av sandstøping, fordi produksjonsmetoden resulterer i rask avkjøling og et raffinert kornarrangement.

Vanlige aluminiumslegeringer som brukes i indie-casting

Flere aluminiumslegeringer brukes ofte i støpeoperasjoner, og hver av dem har unike egenskaper som til syvende og sist definerer produktets ytelse og holdbarhet. De mest brukte aluminiumslegeringene er:

1. A380 Aluminiumslegering 

Egenskaper: A380 er en av de mest brukte aluminiumslegeringene for trykkstøping på grunn av sin utmerkede "styrke, korrosjonsbestandighet og varmeledningsevne". I tillegg har den god flytbarhet, noe som gjør det mulig å støpe den i komplekse former.

Bruksområder: Denne legeringen er mye brukt i bildeler, elektroniske hus, girkasser og motorbraketter.

2. A383 Aluminiumslegering 

A383-egenskaper: Likner på A380, men har bedre motstand mot varmsprengning og bedre egenskaper for fylling av matriser. Dette gir fordeler når de endelige komponentene er kompliserte og krever kraftig presisjon.

Bruksområder: Den brukes i tynnveggede og komplekse deler, i detaljerte elektronikkhus og apparatkomponenter.

3. A360 aluminiumslegering

Egenskaper: A380 har bedre duktilitet og høyere korrosjonsbestandighet og trykktetthet enn denne legeringen. Den er imidlertid vanskeligere å støpe.

Bruksområder: Egnet for bruksområder med høy ytelse, for eksempel komponenter til romfart og marint utstyr.

4. ADC12 Aluminiumslegering 

Egenskaper: Mye brukt i Japan og andre asiatiske markeder med gode støpeegenskaper, god termisk stabilitet og høy styrke. Det gir også god maskinbearbeidbarhet.

Bruksområder: Brukes i komponenter til bilmotorer, sykkeldeler og elektroverktøy.

5. AlSi10Mg aluminiumslegering 

Egenskaper: Høy styrke og god kombinasjon av mekaniske egenskaper, gode termiske egenskaper og slitasjeegenskaper. Denne brukes ofte i 3D-utskrift og støpeapplikasjoner.

Bruksområder: Vanlig i romfart, bilindustri og høyytelsesdeler til industrien.

Legeringsegenskaper som påvirker utgangsresultatet 

Valget av aluminiumslegering er en viktig faktor som påvirker kvaliteten, ytelsen og effektiviteten til det endelige støpeproduktet. Hver av legeringene har unike fysiske, mekaniske og kjemiske egenskaper som direkte påvirker støpepresisjon, holdbarhet og prosessutbytte. Kunnskap om disse egenskapene gjør det mulig for produsentene å velge det materialet som passer best til deres behov.

Øk styrken til støpte deler av aluminium 

Det naturlige styrkenivået til trykkstøping av aluminium deler finnes. Likevel kan styrken og de mekaniske egenskapene forbedres ved hjelp av legeringselementer og overflatebehandlinger. Den riktige metoden velges for å forbedre hardheten, korrosjonsbestandigheten og ytelsen generelt.

1. Legeringselementer for å forbedre styrken

For å øke styrken, korrosjonsbestandigheten og maskinbearbeidbarheten tilsettes noen spesifikke legeringselementer i pressstøpeprosessen. Vanlige legeringselementer og deres effekt er vist i tabellen nedenfor.

Tabell 1: Legeringselementer for styrkeforbedring 

2. Overflatebehandlinger for økt styrke

De øker også hardheten, slitasjen og korrosjonsmotstanden. Nedenfor beskriver jeg de mest effektive behandlingene:

Tabell 2 Fordeler og overflatebehandlinger

Nedenfor er de viktigste legeringsegenskapene i aluminiumstøping som påvirker produksjonsresultatene.

1. Styrke og hardhet

Påvirkning: I tillegg til høyere styrke og hardhet øker det produktets evne til å motstå deformasjon, slitasje og støt.

Eksempel: Legering A380 er kjent for sin svært høye styrke, og bør vurderes for bilindustrien og strukturelle deler.

Hensynsfull:  Hardere legeringer er vanskelige å bearbeide og etterbehandle.

2. Flytbarhet og støpbarhet

Resultat: Legeringer med god flyteevne er enkle å krympe inn i komplekse formkonstruksjoner, og minimerer dermed feil som porøsitet og krymping.

For eksempel:  A383-legeringen har bedre flyteegenskaper enn A380 og egner seg for tynnveggede komponenter.

Tatt i betraktning: Fullstendige fyllinger og overflatedefekter på grunn av dårlig flyt er verdt å vurdere.

3. Motstandsdyktighet mot korrosjon

Påvirkning: Produktets levetid forlenges ved bruk av korrosjonsbestandige legeringer i både utendørs og marine bruksområder.

For eksempel: A360 og AlSi10Mg-legeringene har svært god korrosjonsbestandighet, og er dermed gode kandidater for bruk i marine og romfart.

Overveielser: Det kan være nødvendig å legge til ekstra belegg eller behandlinger på legeringer som er mindre motstandsdyktige mot korrosjon.

4. Termisk og elektrisk ledningsevne

Varmespredning: Forbedret varmespredning gir seg utslag i høy ledningsevne, noe som er en nødvendig fordel for både elektroniske komponenter og motorkomponenter.

For eksempel: AlSi10Mg-legeringen har utmerkede termiske egenskaper og kan brukes til kjøleribber og i motordeler.

Varmeledningsevne: Høy varmeledningsevne kan oppveies av lavere styrke og kreve forsterkning.

5. Duktilitet og seighet

Kjennetegn: Komponenter laget av et mer duktilt materiale vil kunne tåle bøying og deformasjon uten å sprekke.

Eksempel: A380-legeringen er ikke like duktil som A360-legeringen, og den egner seg derfor også til slagfaste bruksområder.

Hardhet og slitestyrke: De blir lavere jo mer duktile legeringene anses å være.

6. Bearbeidbarhet og etterbehandling

Påvirkning: Legeringer som er enklere å bearbeide, vil øke produktiviteten, senke produksjonskostnadene og gi en bedre finish enn ved sliping.

Eksempel: ADC12-legeringen er et av de mest brukte materialene til presisjonskomponenter på grunn av sin gode bearbeidbarhet.

Behandlingshensyn: For noen legeringer kan det være nødvendig å polere overflaten, slik den er, eller for eksempel belegge den for å gjøre den glatt.

7. Motstand mot krymping og porøsitet

Legeringer:  Jo lavere krymping legeringen gir, desto mer nøyaktige blir dimensjonene på delene, og desto færre feil.

A380 har lavere krymping: enn A383, og selv om A380 har høyere krymping enn jern, er den bedre egnet for bruksområder med små toleranser enn jern, som har den laveste krympingen av alle de tre legeringene.

Fordeler: Høy porøsitet kan redusere den effektive mediumtettheten og kan øke trykkfastheten på grunn av den resulterende forsterkende effekten.

Faktorer å ta hensyn til ved valg av støpemateriale i aluminium 

Det er flere aspekter å ta hensyn til når man skal velge riktig aluminiumslegering for pressstøping for å oppnå best mulig ytelse til lavest mulig kostnad:

• Styrke og holdbarhet: Avhengig av bruksområde gir slike legeringer høyere strekkfasthet og slagfasthet.
• Motstandsdyktighet mot korrosjon: Legeringer med god korrosjonsbestandighet egner seg godt til utendørs eller marin bruk.
• Termisk og elektrisk ledningsevne: Andre kan være det riktige valget i miljøer med høy temperatur, for eksempel kjøleribber eller elektriske skap.
• Enkel bearbeiding: (maskinbearbeidbarhet) refererer til prosessen etter støping, inkludert boring, fresing og etterbehandling.
• Kostnad og tilgjengelighet: Noen legeringer kan være dyrere og mindre tilgjengelige enn andre, noe som påvirker de totale produksjonskostnadene.

Bruksområder for støpematerialer av aluminium

Grunnen til at aluminiumstøpematerialer brukes mye i mange bransjer, er at de i tillegg til å være lette, ha høy styrke og korrosjonsbestandige egenskaper, også har utmerket termisk og elektrisk ledningsevne. På grunn av disse egenskapene er aluminium et utmerket materiale for produksjon av komplekse høyytelsesdeler med nødvendig holdbarhet og presisjon. Nedenfor finner du noen av de største industriene som bruker støpematerialer av aluminium:

Bilindustrien

I bilindustrien er støping av aluminium en av de viktigste delene, der reduksjon av bilens vekt er avgjørende for å øke drivstoffeffektiviteten, senke utslippene og forbedre ytelsen. Aluminium er et materiale som produsentene foretrekker å bruke fordi det kan lage sterke, men likevel lette deler. Noen vanlige bruksområder inkluderer:

• Motorkomponenter (topplokk, motorblokk, stempler og oljetanker).
• Girkasser og girhus som overfører kraften jevnt.
• Strukturelle komponenter som chassisdeler, fjæringskomponenter og braketter.
• Høy varmeledningsevne og lav vekt er nødvendig for å oppnå optimal effektivitet i batterikapslingen til elbiler.

Industrielt utstyr

Det er viktig å vite at pressstøpte aluminiumsmaterialer brukes til tunge industrielle bruksområder der styrke og holdbarhet er av største betydning. Disse materialene har stor slitestyrke og tåler tøffe driftsforhold:

• Brukes i deler til produksjons- og automatiseringsmaskiner.
• Jevn væskeoverføring og effektiv drift av pumpe- og kompressorhusene.
• Verktøy og utstyr som krever lang levetid og lite vedlikehold.
• Hydrauliske og pneumatiske systemkomponenter for kraftig og pålitelig drift i industrielle miljøer.

Elektronikk- og elektroindustrien

Aluminiumstøpematerialer har utmerket varmespredning, elektrisk ledningsevne og korrosjonsbestandighet, noe som gjør dem til et svært nyttig materiale for elektronikkindustrien. Vanlige bruksområder inkluderer:

• Kjøleribber som effektivt leder bort varmen i datamaskiner, LED-lys og strømomformere.
•  Beskytt følsomme komponenter som elektroniske kabinetter og hus.
• Koblinger og braketter brukes i forbrukerelektronikk, strømforsyningsenheter og kommunikasjonsutstyr.
• Styrke uten å øke vekten på kabinettene til smarttelefoner og bærbare datamaskiner.

Luft- og romfart og forsvar

I luftfarts- og forsvarsindustrien spiller lette, men sterke materialer en viktig rolle for å øke drivstoffeffektiviteten og øke lastekapasiteten og den generelle ytelsen. Aluminiumstøping gir høy presisjon og strukturell integritet for følgende.

• De brukes til komponenter i flymotorer og turbiner som må tåle varme og korrosjon.
• Reduserer den totale vekten på flyskrogets strukturelle deler uten at det går på bekostning av holdbarheten.
• Innkapsling av navigasjons- og kontrollsystem, noe som sikrer pålitelighet under ekstreme forhold.
• For bruk i militært utstyr, ettersom det krever den styrken og presisjonen som er nødvendig for å oppnå den nødvendige ytelsen og sikkerheten.

Forbruksvarer og hvitevarer

Husholdningsapparater og forbruksvarer brukes også i stor utstrekning til støping i aluminium på grunn av aluminiums lette vekt, estetiske utseende og korrosjonsbestandighet. Noen vanlige bruksområder inkluderer:

• Termisk motstand er høy, brukt til kjøleskap og ovnsdeler.
• Holdbare og korrosjonsbestandige komponenter i vaskemaskinen.
• Sterke og elegante møbelrammer og dekorative beslag.
• For eksempel boremaskiner og sager, der lettvektskonstruksjon kan brukes for å forbedre brukervennligheten.

Hvorfor pressstøping av aluminium?

• Dets popularitet i flere bransjer for støping av aluminium skyldes:
• Lett og sterk - behov for redusert drivstofforbruk og økt rekkevidde.
• Korrosjonsbestandighet - sikrer holdbarhet i tøffe miljøer.
• Termisk og elektrisk ledningsevne - Ideell for elektronikk- og kraftapplikasjoner.
• Kostnadseffektivitet i masseproduksjon - reduserer materialavfall og etterbehandlingskostnader.
• Komplekse former kan formes - en høy grad av designkompleksitet kan oppnås.

Aluminiumtrykkstøping vil fortsette å være en nøkkelteknologi for slik innovasjon, ettersom industrien fortsetter å etterspørre lettere, sterkere og mer effektive materialer. Det er to hovedgrunner til at pressstøping av aluminium øker: Det er mulig å utvikle legeringer, automatisering og bærekraft, og det vil vokse.

Konklusjon 

I vår tid er pressstøping av aluminium fortsatt en grunnleggende del av produksjonen på grunn av de lette, sterke og kostnadseffektive løsningene den tilbyr ulike bransjer. Valget av aluminiumslegeringer, som A380, A383, A360, ADC12 og AlSi10Mg, er spesielt viktig på grunn av deres styrke, korrosjonsbestandighet og termiske ytelse. Hver legering er unik, med noen fordeler som vil bli brukt i bil-, romfarts-, industri- og forbrukerapplikasjoner. Valget av legering er ikke helt tilstrekkelig for å forbedre de mekaniske egenskapene til pressstøpte aluminiumsdeler, i stedet kan legeringselementer og overflatebehandling benyttes for å forbedre de mekaniske egenskapene. Forzinking, anodisering og pulverlakkering øker slitestyrken og levetiden. I tillegg bør gjennomtenkt utformede deler ha jevn veggtykkelse, rette uttrekksvinkler og forsterkningsribber for å redusere feilene og legge til rette for effektiv produksjon. Den rette kombinasjonen av materiale, behandling og designtilnærming for bruk av trykkstøpte deler i aluminium sikrer at produsentene produserer deler av høy kvalitet som oppfyller kravene til høy ytelse. Aluminiumtrykkstøping vil fortsette å være en pålitelig og allsidig produksjonsprosess for motorkomponenter til bilindustrien, romfartskonstruksjoner, presisjonselektronikk og andre bruksområder.

Ofte stilte spørsmål (FAQ)

1. Hvilken aluminiumslegering egner seg best til pressstøping?

Aluminium A380 er en av de mest brukte aluminiumslegeringene i pressstøping, på grunn av den gode balansen mellom styrke, korrosjonsbestandighet og støpbarhet. Det er veldig mye brukt i bilindustrien og industrielle applikasjoner.

2. Hvordan kan man øke styrken til pressstøpte deler i aluminium?

Styrken til trykkstøpte aluminiumsdeler kan forbedres ved hjelp av legeringselementer som kobber, magnesium og silisium eller gjennom overflatebehandling som anodisering, plettering eller pulverlakkering.

3. Hva er de viktigste grunnene til å støpe deler av formkomponenter i aluminium?

Lett og sterk komponent, utmerket termisk og elektrisk ledningsevne, korrosjonsbestandighet, evne til å produsere komplekse former med meget høy nøyaktighet kan produseres med aluminiumstøping.

4. Hvilke bransjer bruker vanligvis pressstøpematerialer av aluminium?

Avhengig av de unike kravene til støping, brukes aluminiumstøping til produksjon av alle typer motordeler, girkasser, strukturelle komponenter, kjøleribber, kapslinger, pumper, kompressorer, bil-, romfart-, elektronikk- og industrimaskiner.

5. Hvilken støpemetode er bedre enn andre støpemetoder?

På grunn av høytrykksformfylling og rask avkjølingsprosess gir aluminiumstøping høyere presisjon og raskere produksjon enn sand- og investeringsstøping med sterkere deler.