TAAL 
Thuis / Nieuws / Industrnieuws / Ideeën voor aluminiumgieten: methoden, legeringen, ontwerp en afwerkingen
Het directe antwoord: waar te beginnen met ideeën voor het gieten van aluminium
Meest werkbaar aluminium gieten ideeën vallen in vier praktische groepen: decoratieve hardware en architecturale accessoires zoals ladetrekkers, huisnummerplaten en relingbeugels; functionele vervangingsonderdelen voor motoren en machines, zoals kleppendeksels, inlaatfittings en montagebeugels; winkelgereedschap zoals mallen, bevestigingsplaten en uitlijnblokken; en sculpturale of tentoonstellingsstukken zoals medaillons, plantmarkeringen en kleine beelden. Voor een eerste project werd zandgieten met behulp van zwaartekracht gebruikt A356 aluminiumlegering is het meest vergevingsgezinde uitgangspunt. A356 heeft een comfortabel gietbereik van ongeveer 705 tot 760 graden C, vult dunne delen goed en is schoon te bewerken nadat het een T6-hittebehandeling heeft ondergaan.
Een propaangestookte oven, opgebouwd uit een stalen pijpomhulsel met een vuurvaste of keramische dekenvoering, kan een lading van 2 tot 5 kilogram schoon aluminiumschroot of -staven smelten. 25 tot 40 minuten , waarbij op comfortabele wijze de giettemperatuur van meer dan 700 graden C wordt bereikt die nodig is voor een schone vulling. Dit is de belangrijkste reden waarom ideeën voor het gieten van aluminium zo toegankelijk zijn vergeleken met brons, dat 950 tot 1000 graden Celsius nodig heeft, of gietijzer, dat boven de 1370 graden Celsius komt. Gecombineerd met een sterkte-gewichtsverhouding van bijna een derde van de dichtheid van staal na warmtebehandeling, zijn aluminium gietstukken eerder echt nuttig dan puur decoratief.
Waarom aluminium het standaardmetaal is voor gietprojecten
Voordat u aan een project begint, helpt het om de specifieke materiaaleigenschappen te kennen die aluminium gietbaar en duurzaam maken. De onderstaande figuren leggen uit waarom aluminium overal in voorkomt, van motorblokken tot fotolijsten en tuinornamenten.
Laag smeltpunt, breed procesvenster
Zuiver aluminium smelt bij 660,3 graden C, en gewone gietlegeringen smelten in een bereik van ongeveer 555 tot 650 graden C, afhankelijk van het silicium- en kopergehalte. Dat bereik ligt ruim binnen het bereik van propaan-, aardgas- of zelfs houtskoolovens, wat niet geldt voor legeringen op koperbasis of gietijzer.
Vloeibaarheid voor dunne wandsecties
Aluminium-siliciumlegeringen zoals A356 en A380 blijven lang genoeg vloeibaar om wandsecties zo dun als 2,5 tot 3 mm in zandvormen, en tot ongeveer 1 mm bij drukgieten. Dit is de reden waarom dunne decoratieve panelen, roosters en behuizingen uit massief materiaal kunnen worden gegoten in plaats van machinaal bewerkt.
Krachtwinst na warmtebehandeling
As-cast A356 heeft een treksterkte van bijna 159 MPa. Een T6-hittebehandeling, dat wil zeggen een oplossingsbehandeling rond de 540 graden C, gevolgd door afschrikken met water en veroudering bij ongeveer 155 graden C gedurende 4 tot 6 uur, verhoogt dat tot ongeveer 262 MPa met een verlenging van 5 tot 7 procent.
Recycleerbaarheid en voorspelbare materiaalkosten
Aluminium kan herhaaldelijk opnieuw worden gesmolten met slechts 5 tot 8 procent verlies door oxidatie per cyclus. Schrootaluminium van wielen, extrusies en motoronderdelen kost doorgaans 1,50 tot 3,00 USD per pond, terwijl nieuwe blokken 2,50 tot 4,00 USD per pond kosten, waardoor de materiaalkosten voorspelbaar blijven voor herhaalde projecten.
Het gietproces afstemmen op het project
Hetzelfde idee voor het gieten van aluminium kan worden uitgevoerd via verschillende processen, en de keuze verandert de gereedschapskosten, de haalbare oppervlakteafwerking en het aantal onderdelen dat economisch zinvol is om in één run te produceren.
| Proces | Typische rungrootte | Oppervlakteafwerking | Tolerantie | Gereedschapskosten | Beste geschikt voor |
|---|---|---|---|---|---|
| Zandgieten | 1 tot 50 stuks | 250 tot 500 micro-inch Ra | plus of min 1,5 mm per 25 mm | Patroon van 20 tot 150 USD | Beugels, plaquettes, eenmalige prototypes |
| Permanente schimmel (zwaartekracht) | 100 tot 10.000 stuks | 100 tot 200 micro-inch Ra | plus of min 0,5 mm | Schimmel van 500 tot 3.000 USD | Wielen, behuizingen, herhaal hardware |
| Investering (verloren was) | 1 tot 1.000 stuks | 60 tot 125 micro-inch Ra | plus of min 0,13 mm per 25 mm | 50 tot 500 USD per patroon | Gedetailleerde sculpturen, medaillons, onderdelen op sieradenschaal |
| Hogedruk spuitgieten | Meer dan 10.000 stuks | 32 tot 63 micro-inch Ra | plus of min 0,1 mm | Gereedschap van 10.000 tot 100.000 USD | Massaproductiebehuizingen, autobeugels |
Twaalf projectideeën voor aluminiumgietwerk die de moeite waard zijn om te bouwen
De onderstaande lijst gaat van eenvoudige decoratieve stukken naar functionele mechanische onderdelen, grofweg geordend op basis van toenemende patrooncomplexiteit en tolerantie-eisen. Elk idee bevat een praktische opmerking over de legering of wanddikte, zodat het project rechtstreeks van idee naar patroon kan gaan.
- Op maat gemaakte ladetrekkers en kastbeslag - gegoten in A356 met een afgewerkte wand van 4 tot 6 mm, vervolgens gepolijst of geanodiseerd voor een consistente uitstraling in een keuken of werkplaats.
- Gegraveerde huisnummerplaten - vlakke gietstukken van ongeveer 150 bij 100 bij 6 mm, zandgegoten en vervolgens gezandstraald met korrel 80 voor een mat, weerbestendig oppervlak.
- Overlays voor gereedschapshandgrepen en ergonomische handgrepen - gegoten rond een stalen kerninzetstuk met behulp van een 535.0-legering, gekozen vanwege zijn soepele polijstreactie op gebogen oppervlakken.
- Trekhaakafdekkingen en trekhaakkappen - geproduceerd door middel van permanente zwaartekrachtgieten met een wanddikte van 3 tot 5 mm, vervolgens gepoedercoat voor langdurige UV-bestendigheid.
- Kleppendeksels voor motorfietsen en ATV's - ingewikkelde koelvinpatronen geven de voorkeur aan zandgieten met kernen, waarbij gebruik wordt gemaakt van A356-T6, geclassificeerd voor continu gebruik tot ongeveer 200 graden C.
- Tuinornamenten en plantmarkers - dunwandige gietstukken van ongeveer 2 tot 3 mm, gegoten gelaten of afgewerkt met een blanke beschermlak.
- Armatuurbehuizingen en lampvoeten - zandgietstukken met holle kern waarbij de interne kernen na het gieten worden verwijderd en vervolgens machinaal worden bewerkt voor bedradingskanalen.
- Meubelpoten en tafelpootbeugels - dragende delen die interne afrondingen van minimaal 3 mm nodig hebben om spanningsverhogers te voorkomen, gegoten in A356-T6.
- Riemgespen en onderscheidingsmedaillons - Investeringsgieten legt fijne reliëfdetails vast tot ongeveer 0,5 mm, ideaal voor gegraveerde logo's of tekst.
- Vervangende inlaat- en vlotterkameronderdelen voor vintage motoren - A380-legering biedt goede brandstofbestendigheid en bewerkbaarheid voor schroefdraadpoorten.
- Op maat gemaakte wielnaafdoppen - Permanente malbewerking geeft de herhaalbare diametertolerantie die nodig is voor een perspassing en vervolgens spiegelgepolijst.
- Winkelbevestigingsplaten en uitlijnmallen - Functioneel gereedschap gegoten in A356-T6 met een geribbelde onderkant die stijfheid toevoegt zonder massa toe te voegen.
Patroon- en vormontwerpregels die een mislukte storting voorkomen
Drie ontwerpgewoonten onderscheiden een schoon gietproces van een gietstuk vol scheuren, holtes of ongevulde hoeken. Wanddikte, diepgangshoek en afrondingsradius hebben allemaal invloed op hoe aluminium stolt, en ze zijn allemaal gemakkelijk te repareren in de patroonfase, maar duur om daarna te repareren.
Wanddikte: Bij zandgietstukken moeten de muren minimaal 3 mm zijn, waarbij 4 tot 6 mm veel betrouwbaarder is voor structurele onderdelen, omdat dunnere delen afkoelen en stollen voordat het metaal ze volledig kan vullen. Permanente gietstukken kunnen een dikte hebben van 1,5 tot 2 mm, omdat de stalen mal de warmte sneller afvoert en het metaal langer in beweging houdt ten opzichte van zijn eigen stollingsfront.
Diepgangshoek: Verticale vlakken op een zandgietpatroon hebben 1 tot 3 graden diepgang per zijde nodig, zodat het patroon netjes omhoog komt zonder het zand te scheuren. Bij permanent vormgereedschap kan een ondiepere 0,5 tot 1,5 graden worden gebruikt, omdat het gepolijste stalen oppervlak gemakkelijker loslaat dan gepakt zand.
Afrondingsradius: elke binnenhoek moet een afrondingsradius hebben die gelijk is aan of groter is dan de plaatselijke wanddikte, met 3 mm als praktisch minimum. Scherpe interne hoeken concentreren de spanning terwijl het gietstuk afkoelt en samentrekt, en zijn het meest voorkomende startpunt voor hete tranen.
Krimptoeslag en waarom patronen te groot worden
Aluminium krimpt in drie fasen terwijl het van vloeistof naar een koele vaste stof gaat: vloeistofkrimp van ongeveer 3,5 tot 6 volumeprocent, stollingskrimp van ongeveer 3,0 tot 8,5 procent, afhankelijk van de legering, en koelkrimp in vaste toestand van ongeveer 1,3 procent lineair voor A356 tussen de solidustemperatuur en kamertemperatuur. Patroonmakers compenseren de laatste fase door het overmaatse patroon af te snijden met behulp van een krimpliniaal, meestal ongeveer 5/32 inch per voet, wat dicht bij dat cijfer van 1,3 procent ligt voor A356. Als uitgewerkt voorbeeld zou een voltooide afmeting van 300 mm in A356 moeten beginnen als een patroonafmeting van ongeveer 303,9 mm, berekend als 300 vermenigvuldigd met 1,013.
| Legering | Lineaire krimptoeslag | Geschatte Pattern Maker-regel |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 procent | 5/32 inch per voet |
| A380.0 | 1,6 procent | 3/16 inch per voet |
| 443.0 | 1,3 procent | 5/32 inch per voet |
| 535.0 | 1,4 procent | 5/32 tot 3/16 inch per voet |
Het kiezen van de juiste aluminiumlegering voor de klus
De keuze van de legering heeft invloed op de vloeibaarheid tijdens het gieten, de sterkte na warmtebehandeling, de corrosieweerstand, de bewerkbaarheid en hoe goed het oppervlak reageert op polijsten of anodiseren. De onderstaande tabel vergelijkt vier legeringen die de meeste aluminiumgietideeën dekken, van structurele beugels tot hoogglans decoratieve hardware.
| Legering | Belangrijke legeringselementen | Treksterkte | Verlenging | Beste voor |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silicium 7%, Magnesium 0,35% | 262 MPa | 5 tot 7 procent | Structurele gietstukken, wielen, beugels |
| A380.0 | Silicium 8,5%, koper 3,5% | 324 MPa | 3 procent | Spuitgietstukken, behuizingen, onderdelen van het brandstofsysteem |
| 443.0 | Silicium 5,2% | 130 MPa | 9 procent | Maritieme hardware, corrosiebestendige fittingen |
| 535,0 (Almag 35) | Magnesium 6,8% | 241 MPa | 9 procent | Hoogglanzende decoratieve onderdelen, geanodiseerde hardware |
Een hoger siliciumgehalte verbetert de vloeibaarheid en vermindert heetscheuren. Daarom hebben A380 en A356 de voorkeur voor dunne of complexe secties, maar dezelfde siliciumdeeltjes versnellen de slijtage van het snijgereedschap, dus hardmetaalgereedschap wordt aanbevolen voor het bewerken van deze legeringen. 535.0 bevat daarentegen geen silicium en kan schoon worden bewerkt met standaard gereedschappen van snelstaal. Dit, in combinatie met de sterke respons op mechanisch polijsten, is de reden dat het populair blijft voor decoratieve gietstukken met een spiegelafwerking.
Van ruw gieten tot afgewerkt stuk: opties voor oppervlaktebehandeling
Een gietstuk dat rechtstreeks uit de mal komt, heeft een ruw, zanderig of gestructureerd oppervlak en scherpe poortstompen die moeten worden verwijderd voordat het onderdeel er uitziet of functioneert zoals bedoeld. De vijf onderstaande behandelingen behandelen de meeste ideeën voor het gieten van aluminium, van een snelle schoonmaakbeurt tot een spiegelgepolijst pronkstuk.
Afbramen en afbramen
Poorten, stootborden en flitsers worden verwijderd met een haakse slijper, lintzaag of handvijl. Voor batches van kleine onderdelen, triltrommelen met keramische media voor 4 tot 8 uur rondt randen af en verwijdert scheidingslijnen zonder elk stuk met de hand af te werken.
Zandstralen voor een uniforme matte afwerking
Glaskraalmedia in het korrelbereik 60 tot 100, aangebracht bij 80 tot 100 PSI, produceren een consistente satijntextuur die ook kleine porositeit van het oppervlak helpt verbergen. Dit is een gebruikelijke afwerking voor buitenbeugels, plantmarkeringen en gereedschapsarmaturen.
Mechanisch polijsten
Een progressie door schuurmiddelen met korrel 80, 120, 240, 400, 600 en 1200 gevolgd door een polijstschijf en polijstmiddel kan A356 of 535.0 in ongeveer 30 tot 45 minuten per klein deel . Hogere siliciumlegeringen zoals A380 polijsten minder gelijkmatig omdat de siliciumdeeltjes anders bestand zijn tegen slijtage dan de omringende aluminiummatrix.
Anodiseren voor kleur- en slijtvastheid
Type II-zwavelzuuranodiseren bouwt rechtstreeks op het aluminiumoppervlak een oxidelaag op van ongeveer 5 tot 25 micron dik, die kleurstoffen kan accepteren en de oppervlaktehardheid verhoogt van ongeveer 75 tot 90 HV voor blank aluminium tot ongeveer 300 tot 400 HV voor de geanodiseerde laag.
Poedercoating voor duurzaamheid buitenshuis
Poeder wordt elektrostatisch aangebracht en uitgehard bij 190 tot 205 graden C gedurende 10 tot 20 minuten, waardoor een UV-stabiele, chipbestendige afwerking ontstaat die zeer geschikt is voor tuinornamenten, trekhaakafdekkingen en andere onderdelen die buiten leven.
Veelvoorkomende castingfouten en hoe u ze vroegtijdig kunt ontdekken
De meeste problemen met het gieten van aluminium zijn terug te voeren op een van de zes oorzaken, en elke oorzaak laat een herkenbare handtekening achter op het voltooide onderdeel. Als u deze controleert voordat u tijd investeert in de afwerking, bespaart u een hoop polijstwerk aan een onderdeel dat nooit stand zou houden.
| Defect | Typische oorzaak | Hoe je het kunt herkennen | Preventie |
|---|---|---|---|
| Gasporositeit | Waterstof opgelost in de smelt uit oppervlaktevocht | Kleine ronde holtes verspreid over de dwarsdoorsnede | Ontgas de smelt en droog gereedschappen en mallen grondig voordat u ze giet |
| Krimpporositeit | Onvoldoende toevoermetaal omdat dikke delen het laatst stollen | Onregelmatige holtes nabij stijgbuizen of verbindingen met dikke secties | Maak de stijgbuizen groter dan de sectie die ze voeden en plaats ze op het hoogste punt |
| Koud gesloten | Twee stromen metaal komen samen zonder te versmelten, vaak bij een lage giettemperatuur | Een zichtbare naad of scheurachtige lijn op het oppervlak | Verhoog de giettemperatuur en verbeter de poortsnelheid |
| Verkeerd uitgevoerd | Metaal stolt voordat de vormholte volledig is gevuld | Een onvolledig gietstuk met afgeronde, ongevulde randen | Verhoog de giettemperatuur, vergroot de poorten of verwarm de mal voor |
| Heet scheuren | Het gietstuk wordt tegengehouden door de mal terwijl het samentrekt bij hoge temperatuur | Een grillige scheur bij een sectieovergang | Voeg filets toe, vermijd abrupte sectiewijzigingen en gebruik opvouwbare kernen |
| Insluitsels | Zand, oxidefilm of schuim wordt in de vormholte gevoerd | Harde plekken die bestand zijn tegen machinale bewerking of vlekken op het oppervlak | Filter het poortsysteem en schuim schuim af voordat u het giet |
Budgettering van tijd, materiaal en energie voor een aluminiumgietproject
Een eenvoudige propaanovenopstelling op hobbyschaal, inclusief de ovenschaal, smeltkroes, heftang, gietlepel en beschermende uitrusting, werkt doorgaans 300 tot 800 USD en kan ladingen van 2 tot 5 kilogram smelten. Greensand voor mallen is herbruikbaar voor honderden cycli met slechts een kleine aanvulling van additieven tussen gietbeurten, waardoor de materiaalkosten per onderdeel gedomineerd blijven door het aluminium zelf in plaats van door de vormmedia.
700 tot 760 C
Typische giettemperatuur voor A356, hoog genoeg voor schone vullingen zonder overmatige oxidevorming.
25 tot 40 minuten
Smelttijd voor een lading van 5 kg in een propaanoven om vanaf een koude start de giettemperatuur te bereiken.
1,3 procent
Lineaire krimptoeslag ingebouwd in A356-patronen tussen giet- en kamertemperatuur.
5 tot 8 procent
Hersmeltverlies door oxidatie per cyclus bij hergebruik van aluminiumschroot of lopers en stijgbuizen.
Wat de tijdsplanning betreft, duurt het maken van patronen voor een redelijk gedetailleerd onderdeel 2 tot 8 uur, afhankelijk van of het uit hout is gesneden, machinaal is bewerkt of in 3D is geprint. Het aanstampen van een groenzandmal uit een voltooid patroon duurt 1 tot 3 uur voor een enkele mal. De smelt- en gietfase, inclusief het opwarmen van de oven, duurt 1 tot 2 uur, en het afkoelen vóór het uitschudden varieert van 30 minuten voor kleine dunne onderdelen tot 2 uur voor zwaardere delen. Met het afvetten en afwerken kan, afhankelijk van de gekozen oppervlaktebehandeling, nog eens 1 tot 4 uur gemoeid zijn. Alles bij elkaar genomen kan een enkel redelijk complex idee voor het gieten van aluminium binnen één werkdag van schets naar voltooid onderdeel gaan zodra het patroon klaar is, waarbij het grootste deel van die tijd wordt besteed aan de voorbereiding en afwerking van de mal in plaats van aan het gieten zelf.
