A fő különbség abban rejlik, hogy az olvadt alumínium hogyan kerül a formába: A nagynyomású fröccsöntés (HPDC) 10-175 MPa befecskendezési nyomást használ az üreg kitöltésére ezredmásodpercek alatt , miközben alacsony nyomású fröccsöntés (LPDC) 0,02–0,1 MPa szabályozott gáznyomásra támaszkodik, a gravitációs présöntés (GDC) pedig egyáltalán nem használ külső nyomást – csak a fém súlyát. Ezek a folyamatok alapjaiban mutatkozó különbségek a sebesség, az alkatrész összetettsége, a mechanikai tulajdonságok és a költségek tekintetében különböző eredményekké torkollnak.
A fizikai mechanika megértése megmagyarázza, hogy az egyes módszerek miért felelnek meg a különböző alkalmazásoknak.
Az olvadt alumíniumot egy edzett acél szerszámba fecskendezik be 30-100 m/s sebességgel hidraulikus dugattyúval. A fém 10-100 milliszekundum alatt kitölti az üreget, és tartós nyomás alatt megszilárdul. Két változat létezik: melegkamrás (alacsony olvadáspontú ötvözetekhez) és hidegkamrás (alumíniumhoz szabvány). A ciklusidők olyan gyorsan futnak, mint Részenként 15-60 másodperc .
A szerszám alatt egy lezárt kemence található. Nyomás alatt álló gáz (általában 0,02–0,1 MPa) a fémet egy felszállócsövön keresztül nyomja fel a formaüregbe. A lassú, szabályozott töltés minimálisra csökkenti a turbulenciát, aminek eredményeként alacsony gázporozitás és kiváló belső szilárdság . A ciklusidők hosszabbak – jellemzően 3-8 perc alkatrészenként.
Állandó öntésnek is nevezik, a GDC gravitációs erővel önti az olvadt alumíniumot közvetlenül egy újrafelhasználható fémformába nyomás nélkül. A töltés lassú és kíméletes, így az eljárás ideális vastag falú, szerkezetileg kritikus részekhez. Ez a legegyszerűbb beállítás a szerszámköltség 30-50%-kal alacsonyabb, mint a HPDC összehasonlítható alkatrészméretekhez.
Az alábbi táblázat a döntés szempontjából leginkább releváns mérőszámokat tartalmazza mindhárom módszer esetében.
| Paraméter | Nagynyomású (HPDC) | Alacsony nyomású (LPDC) | Gravitáció (GDC) |
|---|---|---|---|
| Befecskendezési nyomás | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Nincs (csak a gravitáció) |
| Ciklusidő | 15-60 mp | 3-8 perc | 3-10 perc |
| Minimális falvastagság | 0,5-1,0 mm | 2-3 mm | 3-5 mm |
| Felületi kikészítés (Ra) | 0,8-1,6 μm | 1,6-3,2 μm | 3,2-6,3 μm |
| Porozitási szint | Magasabb (gázzárás) | Alacsony | Alacsony – Közepes |
| Hegeszthetőség / hőkezelés | Korlátozott (porozitás) | Igen | Igen |
| Szerszámköltség (relatív) | Magas (50 000–250 000 USD) | Közepes | Alacsonyest |
| Optimális termelési mennyiség | 50.000-1M alkatrész | 5000-100000 alkatrész | 500-50.000 alkatrész |
| Mérettűrés (informatikai fokozat) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
A HPDC nagy befecskendezési sebessége lehetővé teszi, hogy olyan vékony falvastagságú, bonyolult üregeket töltsön ki 0,5 mm — a másik két módszerrel páratlan képesség. Az autóipari sebességváltó-házak, az elektromos járművek akkumulátortálcái és az okostelefon-vázak mind erre a képességre támaszkodnak, hogy vékony, összetett geometriákat hozzon létre nagy méretekben.
Az LPDC-t részesítjük előnyben, ha a komplexitás mérsékelt, de a belső integritás kritikus. Az autóipari alumínium kerekek – az egyik legnagyobb volumenű LPDC alkalmazás – megkövetelik a alacsony porozitás és konzisztens mikrostruktúra amit a szabályozott töltési sebesség biztosít, általában 3 mm-es vagy vastagabb falakkal kombinálva.
A GDC jól kezeli a legvastagabb keresztmetszeteket. A motorhengerfejek és a szívócsonkok gyakori GDC alkatrészek, ahol az 5-10 mm-es falvastagság normális, és a lassabb megszilárdulás valóban elősegíti a szemcseszerkezetet és a megmunkálhatóságot.
A HPDC alkatrészek a felület közelében finom szemcsés szerkezetűek a gyors megszilárdulás miatt, jó szakítószilárdságot eredményezve – jellemzően 240-310 MPa UTS általános ötvözetekhez, mint például az A380. A turbulens töltetből származó belső gázporozitás azonban korlátozza a rugalmasságot, és kockázatossá teszi a hőkezelést (hólyagok képződhetnek).
Az LPDC és a GDC egyaránt lehetővé teszi a T6 hőkezelést (oldat hőkezelése mesterséges öregítés), ami a szakítószilárdságot növeli 280-330 MPa 5-12%-os nyúlással olyan ötvözetekben, mint az A356-T6. Emiatt ezek az előnyben részesített útvonalak a felfüggesztési rendszerek szerkezetileg terhelt részeihez, a kormánycsuklókhoz és a repülőgép-tartókhoz.
| Folyamat | Közönséges ötvözet | UTS (MPa) | Hozamszilárdság (MPa) | Megnyúlás (%) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240–310 | 160–170 | 1–3,5 |
| LPDC (T6) | A356-T6 | 280–310 | 200-240 | 6–12 |
| GDC (T6) | A356-T6 | 275–310 | 195–235 | 5–10 |
A HPDC szerszámok költségesek – a közepes összetettségű autóalkatrészek gyártása általában költséges 80 000–200 000 USD és 100 000–500 000 lövésre van besorolva. Ennek az előzetes költségnek csak akkor van gazdasági értelme, ha nagy mennyiségben amortizálják. 500 000 alkatrésznél az alkatrészenkénti szerszámköltség 0,16–0,40 dollárra csökken.
A gyakran öntöttvasból vagy lágyacélból készült GDC formák költségesek 30-50%-kal kevesebb mint az egyenértékű HPDC matricák, és jól alkalmasak prototípusokhoz vagy kis mennyiségű, 500–10 000 alkatrészből álló gyártáshoz. Az LPDC szerszámozás általában a kettő közé esik 30 000–100 000 USD , amit az évi 20 000–80 000 darabot futtató kerék- és szerkezeti alkatrész ipar indokol.
Mindegyik módszer külön alkalmazási rést alakított ki ezeken a kompromisszumok alapján.
A döntési keret a pályázati követelmények meghatározása után egyértelmű:
A vákuummal támogatott HPDC egyre inkább áthidalja a rést – a szerszámüreg kiürítésével a befecskendezés előtt jelentősen csökken a gáz porozitása, ami lehetővé teszi a T5 vagy T6 kezelést a nagynyomású öntött alkatrészeken. Ezt a változatot ma már széles körben használják olyan szerkezeti autóalkatrészekben, mint a lengéscsillapító tornyok és a fehér karosszéria csomópontok, ahol egyszerre van szükség vékony falakra és hőkezelésre.
