Ydinero on siinä, kuinka sula alumiini pakotetaan muottiin: korkeapaineinen painevalu (HPDC) käyttää 10-175 MPa:n ruiskutuspainetta täyttääkseen ontelon millisekunneissa , kun taas matalapaine painevalu (LPDC) perustuu 0,02–0,1 MPa kontrolloituun kaasunpaineeseen, ja painovoimavalu (GDC) ei käytä ulkopuolista painetta lainkaan – vain metallin painoa. Nämä erot prosessin perustekijöissä kaskautuvat erillisiin tuloksiin nopeuden, osien monimutkaisuuden, mekaanisten ominaisuuksien ja kustannusten osalta.
Fysikaalisen mekaniikan ymmärtäminen selittää, miksi kukin menetelmä sopii eri sovelluksiin.
Sula alumiini ruiskutetaan karkaistuun terässuuttimeen klo nopeudet 30-100 m/s hydraulisen männän avulla. Metalli täyttää ontelon 10–100 millisekunnissa ja jähmettyy jatkuvassa paineessa. On olemassa kaksi versiota: kuumakammio (alhaisen sulamispisteen metalliseoksille) ja kylmäkammio (vakio alumiinille). Jaksoajat kulkevat yhtä nopeasti kuin 15-60 sekuntia per osa .
Suljettu uuni sijaitsee suulakkeen alla. Painekaasu (tyypillisesti 0,02–0,1 MPa) työntää metallia nousuputken kautta muotin onteloon. Hidas, kontrolloitu täyttö minimoi turbulenssia, mikä johtaa alhainen kaasuhuokoisuus ja erinomainen sisäinen ääni . Jaksoajat ovat pidempiä – tyypillisesti 3-8 minuuttia per osa.
Kutsutaan myös pysyväksi muottivaluksi, GDC kaataa sulaa alumiinia painovoiman avulla suoraan uudelleen käytettävään metallimuottiin ilman painetta. Täyttö on hidasta ja hellävaraista, mikä tekee prosessista ihanteellisen paksuseinäisille, rakenteellisesti kriittisille osille. Se on yksinkertaisin asennus työkalukustannukset ovat 30–50 % alhaisemmat kuin HPDC vertailukelpoisille osakokoille.
Alla oleva taulukko sisältää päätöksen kannalta tärkeimmät tiedot kaikilla kolmella menetelmällä.
| Parametri | Korkeapaine (HPDC) | Matalapaine (LPDC) | Painovoima (GDC) |
|---|---|---|---|
| Ruiskutuspaine | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Ei mitään (vain painovoima) |
| Kierrosaika | 15-60 sek | 3–8 min | 3-10 min |
| Pienin seinän paksuus | 0,5-1,0 mm | 2-3 mm | 3-5 mm |
| Pintakäsittely (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Huokoisuustaso | Korkeampi (kaasusulku) | Matala | Matala–Keskitaso |
| Hitsattavuus / lämpökäsittely | Rajoitettu (huokoisuus) | Kyllä | Kyllä |
| Työkalukustannukset (suhteellinen) | Korkea (50 000–250 000 dollaria) | Keskikokoinen | Matalaest |
| Optimaalinen tuotantomäärä | 50 000-1M osia | 5000-100000 osaa | 500-50 000 osaa |
| Mittojen toleranssi (IT-luokka) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
HPDC:n korkea ruiskutusnopeus mahdollistaa sen, että se täyttää monimutkaiset ontelot, joiden seinämäpaksuudet ovat yhtä ohuet kuin 0,5 mm — kyky, joka on vertaansa vailla kahdella muulla menetelmällä. Autojen vaihteistokotelot, sähköautojen akkukotelot ja älypuhelinkehykset luottavat kaikki tähän kykyyn tuottaa ohuita, monimutkaisia geometrioita mittakaavassa.
LPDC on suositeltava, kun monimutkaisuus on kohtalaista, mutta sisäinen eheys on kriittinen. Autojen alumiinivanteet – yksi volyymiltaan suurimmista LPDC-sovelluksista – vaativat alhainen huokoisuus ja tasainen mikrorakenne jonka ohjattu täyttöaste tarjoaa yhdistettynä yleensä 3 mm tai paksumpiin seiniin.
GDC käsittelee paksuimmat poikkileikkaukset hyvin. Moottorin sylinterikannet ja imusarjat ovat yleisiä GDC-osia, joissa 5–10 mm seinämänpaksuudet ovat normaaleja ja hitaampi jähmettyminen edesauttaa rakeiden rakennetta ja työstettävyyttä.
HPDC-osissa on pinnan lähellä hienorakeiset rakenteet nopean jähmettymisen vuoksi, mikä tuottaa hyvän vetolujuuden - tyypillisesti 240–310 MPa UTS tavallisille metalliseoksille, kuten A380. Turbulentin täytön aiheuttama sisäinen kaasuhuokoisuus rajoittaa kuitenkin sitkeyttä ja tekee lämpökäsittelystä riskialtista (rakkuloita voi muodostua).
LPDC ja GDC mahdollistavat molemmat T6-lämpökäsittelyn (liuos lämpökäsittely keinotekoisen ikääntymisen), mikä lisää vetolujuutta 280–330 MPa ja venymät 5–12 % seoksissa, kuten A356-T6. Tämä tekee niistä ensisijaisen reitin rakenteellisesti kuormitetuille osille jousitusjärjestelmissä, ohjausnivelissä ja ilmailun kiinnikkeissä.
| Prosessi | Tavallinen seos | UTS (MPa) | Myönnön vahvuus (MPa) | Pidentymä (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
HPDC-työkalut ovat kalliita – keskikokoisten autonosien tuotantosuulake maksaa tyypillisesti 80 000–200 000 dollaria ja se on arvioitu 100 000–500 000 laukausta varten. Näillä ennakkokustannuksilla on taloudellista järkeä vain, kun ne poistetaan suurista määristä. 500 000 osalla työkalukustannukset osaa kohti putoavat vain 0,16–0,40 dollariin.
GDC-muotit, jotka on usein valmistettu valuraudasta tai pehmeästä teräksestä, maksavat 30-50 % vähemmän kuin vastaavat HPDC-suuttimet, ja ne sopivat hyvin prototyyppeihin tai pienimääräisiin 500–10 000 osan tuotantoihin. LPDC-työkalut jäävät tyypillisesti väliin 30 000–100 000 dollaria , mikä on perusteltua pyörä- ja rakennekomponenttiteollisuudella, joka tuottaa 20 000–80 000 kappaletta vuodessa.
Jokainen menetelmä on luonut erillisen sovellusraon näiden kompromissien perusteella.
Päätöskehys on yksinkertainen, kun hakemusvaatimukset on määritelty:
Tyhjiöavusteinen HPDC kuroaa yhä enemmän umpeen - tyhjentämällä suulakkeen ontelo ennen ruiskutusta, kaasun huokoisuus laskee merkittävästi, mikä mahdollistaa T5- tai T6-käsittelyn korkeapainevaluosissa. Tätä muunnelmaa käytetään nykyään laajalti autojen rakennekomponenteissa, kuten iskunvaimentimissa ja runko-valkoisissa solmuissa, joissa tarvitaan samanaikaisesti sekä ohuita seiniä että lämpökäsiteltävissä olevaa.
