Magnesium Alloy Die Castings: Process, Properties, and Mold Design Essentials

Gietstukken van magnesiumlegeringen zijn het meest directe antwoord wanneer een structureel metalen onderdeel gewicht moet verliezen zonder dat dit ten koste gaat van de stijfheid, maatnauwkeurigheid of thermische prestaties. Magnesium is met ongeveer 1,74 g/cm³ het lichtste structurele metaal bij industrieel gebruik, wat het ongeveer een derde lichter maakt dan aluminium. Een correct ontworpen magnesium gegoten mal kan wandsecties van minder dan 1,5 mm vasthouden en toch gietstukken produceren met treksterktes in het bereik van 200 tot 230 MPa. De legering alleen garandeert echter geen goed onderdeel; het matrijsontwerp, het procesvenster en de technische ervaring van de spuitgieter bepalen of het project soepel verloopt of in schroot verandert.

Wat is spuitgieten van magnesiumlegeringen?

Spuitgieten van magnesiumlegeringen is een hogedrukproces waarbij gesmolten magnesium met hoge snelheid in een holte van gehard staal wordt geïnjecteerd. Injectiedrukken variëren gewoonlijk van 10 tot 70 MPa, en de holte vult zich in milliseconden. Zo kunnen dunne ribben, montagenokken en complexe interne geometrie worden gegoten in plaats van machinaal bewerkt.

De meeste middelgrote en kleine magnesiumonderdelen draaien op machines met hete kamers, waarbij het injectiesysteem ondergedompeld blijft in de gesmolten legering, waardoor het metaal op een stabiele temperatuur blijft en de cyclustijden worden verkort. Grotere gietstukken worden meestal uitgevoerd op machines met een koude kamer, die vóór injectie een afgemeten hoeveelheid legering in een spuithuls gieten. Beide configuraties zijn gebaseerd op dezelfde basisprincipes: snel vullen van de holte, snel stollen, gecontroleerde koeling en schoon uitwerpen uit het gereedschap. Tijdens het smelten wordt beschermend gas gebruikt om oxidatie te beperken, en de smelt wordt verwerkt zonder vloeimiddelen, zodat de insluitsels laag genoeg blijven voor consistente mechanische eigenschappen.

Na het uitwerpen gaan de onderdelen door middel van trimmen, ontbramen en in veel gevallen CNC-bewerking tot de uiteindelijke tolerantie. Magnesium is gemakkelijk te bewerken, wat een van de praktische voordelen van het materiaal is, maar de bewerking moet met de juiste brandveiligheidsmaatregelen gebeuren, omdat fijne magnesiumspanen brandbaar zijn. Oppervlakteafwerking, van conversiecoating tot verven, volgt op de machinale bewerking en maakt deel uit van de geleverde productspecificatie.

Legeringsselectie en basisprincipes van mechanische eigenschappen

Legeringskeuze is de eerste beslissing met blijvende gevolgen, omdat de verschillen tussen gangbare magnesiumlegeringen groter zijn dan hun namen doen vermoeden. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de standaardkwaliteiten die worden gebruikt bij productiespuitgieten.

AZ91D blijft de standaard voor de meeste behuizingen, beugels, deksels en algemene structurele onderdelen, omdat het uitstekende gietbaarheid, voorspelbare sterkte en aanvaardbare corrosieprestaties combineert zodra het is gecoat. AM60B en AM50A ruilen grofweg 10 tot 15 procent van de treksterkte in voor een twee tot drie keer hogere rek, waardoor ze de juiste legeringen zijn voor onderdelen die te maken krijgen met stoten, trillingen of buigbelastingen. AE42 is de legering die moet worden gespecificeerd wanneer een gietstuk zijn vorm moet behouden bij langdurige hitte, omdat de toevoegingen van zeldzame aardmetalen een kruipweerstand bieden die verder gaat dan wat AZ91D kan leveren.

Corrosiebestendigheid wordt bij magnesium vaak verkeerd begrepen. Kale magnesium is geen corrosiekampioen, maar de juiste legering gecombineerd met een correcte conversiecoating presteert acceptabel in binnen- en de meeste auto-omgevingen. De coatingkeuze is in de praktijk vaak belangrijker dan de legering en een leverancier die zowel het giet- als het afwerkingsproces controleert, levert een voorspelbaarder resultaat op.

Overwegingen bij het ontwerp van magnesium gegoten mallen

De magnesium gegoten mal is waar het succes van een magnesiumprogramma wordt bepaald. Magnesiumlegeringen stollen sneller dan aluminium, dus de mal moet zich vullen, afkoelen en ventileren op een manier die past bij dat snelle vriesgedrag. Het gereedschapsstaal is normaal gesproken van H13 of een gelijkwaardige heetwerkkwaliteit, gehard en genitreerd, zodat de holte zowel thermische cycli als de erosieve stroom van gesmolten metaal overleeft.

De ontwerpregels die er het meest toe doen, zijn dezelfde die de meeste productieproblemen veroorzaken als ze worden genegeerd:

• Een uniforme wanddikte in het bereik van 1,5 tot 3,0 mm geeft het beste vul- en koelgedrag. Dunwandige gietstukken van 0,8 tot 1,2 mm zijn mogelijk, maar vereisen bredere poorten, snellere injectie en een veel strakkere matrijstemperatuurregeling.
• Diepgangshoeken van 0,5 tot 2,0 graden op verticale wanden zorgen ervoor dat het onderdeel de mal zonder vervorming kan verlaten. Ribben en nokken hebben iets meer diepgang nodig dan vlakke wanden.
• De krimp bedraagt ​​ongeveer 0,6 tot 0,7 procent, afhankelijk van de legering en de dikte van het profiel, en de afmetingen van de holte moeten met die krimpfactor in gedachten worden gebouwd.
• Gebalanceerde koelkanalen zijn essentieel. Ongelijkmatige koeling is de meest voorkomende oorzaak van kromtrekken, interne porositeit en afgekeurde onderdelen.
• Overlopen en ventilatieopeningen hebben een direct effect op het gas- en oxidegehalte. Ze verzamelen het eerste koude metaal en geven ingesloten lucht een uitgang, precies waar de drukdichtheid wordt gewonnen of verloren.
• Uitwerppennen moeten in grotere aantallen worden geplaatst in plaats van te vertrouwen op een paar grote pinnen, omdat dunne magnesiumsecties gemakkelijk scheuren tijdens het uitwerpen.

Een werkplaats die zijn eigen gereedschappen ontwerpt en bouwt, lost deze problemen op voordat de matrijs de productievloer bereikt. Daarom werken kopers van magnesiumonderdelen steeds vaker graag mee een spuitgietfabrikant die in eigen huis zijn eigen mallen ontwerpt en bouwt in plaats van het gereedschap en het gieten over twee afzonderlijke bedrijven te verdelen. De kwaliteit van de matrijs komt ook tot uiting in de kosten per onderdeel: een gereedschap met goed geharde inzetstukken, op elkaar afgestemde koellijnen en duurzame uitwerpsystemen behoudt zijn cyclustijd en onderdeelkwaliteit voor honderdduizenden opnames, terwijl een licht ontworpen matrijs vroegtijdig kapot gaat en het productieschema met zich meeneemt.

Toepassingen in verschillende sectoren

De automobielsector is de grootste en meest veeleisende markt voor magnesiumspuitgietstukken. Stuurkolombeugels, transmissiebehuizingen, instrumentenpaneelframes en stoelconstructies maken allemaal gebruik van magnesium omdat het gewicht precies daar verwijdert waar het de handling en efficiëntie beïnvloedt. Platforms voor elektrische voertuigen breiden de lijst verder uit, met behuizingen voor e-drives en structurele dragers die een paar jaar geleden nog aluminium onderdelen waren. Het bereik van auto-onderdelen van magnesiumlegering geproduceerd door een gespecialiseerde spuitgietmachine illustreert hoe nauw deze onderdelen ribben, montagenokken en warmteafvoerende kenmerken integreren.

Aangepaste magnesiumlegering Auto-onderdelen Leveranciers, fabriek Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. is China op maat gemaakte leveranciers van magnesiumlegeringen voor auto-onderdelen en magnesiumlegeringen voor auto-onderdelen... Bekijk Product →

Communicatie- en elektronische apparatuur is een andere grote gebruiker. Magnesium biedt natuurlijke EMI- en RFI-afscherming, wat betekent dat een wand van 1,0 tot 1,2 mm elektromagnetische interferentie bijna net zo goed blokkeert als een veel dikkere wand van aluminium of zink. Deze eigenschap elimineert de noodzaak voor afzonderlijke afschermingsvoeringen in veel behuizingen en deksels. Omdat communicatieapparatuur vaak buiten wordt geïnstalleerd, moet de gegoten behuizing ook bestand zijn tegen hitte, vocht en mechanische belastingen, wat ontwerpers tot magnesium dwingt wanneer plastic onderdelen niet aan de gecombineerde eisen kunnen voldoen.

Industriële apparatuur en elektrisch gereedschap profiteren van de trillingsdemping van magnesium en zorgen voor minder vermoeidheid bij de machinist. Motorbehuizingen, versnellingsbakdeksels en handgereedschapslichamen kunnen worden geproduceerd als afzonderlijke gietstukken met geïntegreerde montagenokken, ribben en koelvinnen. Typische voorbeelden laten zien hoeveel structuur in één onderdeel kan worden geconsolideerd, en het geometriebereik ervan Gietstukken van magnesiumlegeringen voor industriële apparatuur laat die consolidatie in de praktijk zien.

Aangepaste leveranciers van industriële apparatuur van magnesiumlegering, fabriek Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. is China op maat gemaakte magnesiumlegering industriële apparatuur leveranciers en magnesiumlegering industriële... Bekijk Product →

Gespecialiseerde behuizingen, optische behuizingen en kleine structurele componenten vormen een bredere categorie artikelen van magnesiumlegering dat toont de flexibiliteit van het materiaal buiten de mainstream van de automobiel- en industriële sector.

Aangepaste artikelen van magnesiumlegering Leveranciers, fabriek Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. is China op maat gemaakte leveranciers van magnesiumlegeringsartikelen en een fabriek van magnesiumlegeringsartikelen. Elektromag... Bekijk Product →

Controles voordat u magnesiumspuitgietstukken bestelt

Bij de inkoop van magnesiumspuitgietstukken zijn een aantal beslissingen betrokken die niet op dezelfde manier van toepassing zijn op aluminium- of zinkprojecten.

• Mechanische vereisten komen op de eerste plaats, de legeringskeuze op de tweede plaats. Als het onderdeel schokbelastingen kan verdragen, kan de rek van 3 procent van de AZ91D de verkeerde specificatie zijn; AM60B of AM50A is vaak de veiligere keuze.
• Corrosiebescherming moet worden overeengekomen voordat met het bewerken wordt begonnen. De meeste magnesiumonderdelen krijgen een conversiecoating, en industriële kopers specificeren gewoonlijk chroomvrije fosfaat- of mangaanbehandelingen. Verf en poedercoat hebben ook een juiste voorbehandeling nodig, anders zullen ze tijdens het gebruik kapot gaan.
• Porositeitsverwachtingen moeten worden opgeschreven. Drukdichte behuizingen hebben vacuümgieten en zorgvuldig geplaatste overlopen nodig, en de positie van de poort heeft al invloed op waar porositeit zal verschijnen.
• De beoordeling van het matrijsontwerp moet de simulatie van de vulling, berekeningen van de diepgangshoek en de koellay-out omvatten. Wijzigingsverzoeken worden dramatisch duurder zodra de matrijs een hittebehandeling en gepolijst heeft.
• Procesdocumentatie is niet optioneel. Materiaalcertificaten, eerste artikelrapporten en batch-tot-batch-consistentiegegevens onderscheiden een gecontroleerd proces van een gok.
• Budget voor secundaire activiteiten. Een magnesiumgietstuk kan bijna netvormig zijn, maar precisieboringen, schroefdraad en pasvlakken vereisen nog steeds machinale bewerking. De uiteindelijke leveringskosten moeten de bewerking, oppervlaktebehandeling en inspectie omvatten, en niet alleen de gietprijs.

Leveranciers die de matrijs ontwerpen en het gietproces onder één dak uitvoeren, hebben de neiging om deze punten juist te krijgen, omdat hetzelfde team het gereedschapsontwerp, het procesgedrag en de inspectieresultaten samen ziet. Voor ingenieurs die een shortlist van leveranciers opstellen, is een praktische follow-up het controleren branchenieuws over magnesiumspuitgietmaterialen en matrijstechnologie om bij te houden hoe de productiekant zich ontwikkelt.

De beslissing om spuitgietstukken van magnesiumlegeringen te gebruiken wordt meestal ingegeven door eenvoudige rekenkunde: minder gewicht, dunnere wanden en kortere cyclustijden. De betrouwbaarheid van die rekenkunde hangt in gelijke delen af ​​van de legering, de mal en de procesdiscipline van de gieterij. Specificeer de legering aan de hand van de gemeten mechanische vereisten, bekijk het ontwerp van de gegoten magnesiummatrijs net zo zorgvuldig als de onderdeeltekening en vraag om gegevens die aantonen dat het proces gecontroleerd is. Wanneer aan deze voorwaarden wordt voldaan, is magnesiumspuitgieten een van de meest kosteneffectieve manieren om lichte, stijve en complexe metalen onderdelen te bouwen.