Dunwandige gietstukken worden over het algemeen gedefinieerd als onderdelen met wanddiktes lager dan 3 mm voor ferro-legeringen en lager dan 2 mm voor non-ferro legeringen (bijv. aluminium, magnesium). De verhouding tussen oppervlakte en volume is hoog, waardoor er snel warmteverlies optreedt. In tegenstelling tot dikke secties, waarbij de matrijsgaten gemakkelijk gevuld worden, vereisen dunne secties een nauwkeurige controle van de vloeibaarheid, vullingsnelheid en stollingsgedrag. Voor een succesvolle productie is een holistische aanpak nodig, die selectie van legeringen, gereedschapsontwerp en procesoptimalisatie omvat.
1. Grote uitdagingen bij het gieten van dunwandige onderdelen
Misrun (onvolledige vulling): Het gesmolten metaal stolt voordat de holte volledig gevuld is, vooral bij uiteinden of dunne ribben.
Koude sluitingen: Twee stroomfronten komen samen maar smelten niet goed samen vanwege een lage temperatuur, wat resulteert in een lineaire defect.
Gasporositeit en oppervlakteturbulentie: Hoge vullingsnelheden kunnen luchtinsluiting veroorzaken, terwijl onvoldoende ventileren leidt tot tegendruk.
Hete scheurvorming en vervorming: Dunne secties koelen en krimpen sneller dan aangrenzende dikkere secties, waardoor trekspanningen en scheuren ontstaan.
Matrijserosie: Metaalstroom met hoge snelheid kan zandkernen of matrijsoppervlakken bij dunne ingieten eroderen.
2. Ontwerpoverwegingen
2.1 Uniformiteit van wanddikte
Vermijd abrupte veranderingen in wanddikte. Geleidelijke overgangen verminderen thermische spanningen en hete plekken. Als een variatie onvermijdelijk is, integreer dan afrondingen (straal ≥ 0,5× dikte) om de stroming te verbeteren en concentratie van spanningen te verminderen.
2.2 Minimale praktische wanddikte
De minimale dikte hangt af van de vloeibaarheid van de legering:
- Magnesiumlegeringen: 0,8–2 mm
- Aluminiumlegeringen: 1,2–8 mm
- Zinklegeringen: 0,5–0 mm (hot-chamber spuitgieten)
- Koperlegeringen: 2,0–0 mm
- Grijs gietijzer: 3,0–0 mm (zandgieten)
Onder deze limieten nemen misrunpercentages drastisch toe.
2.3 Ribben en verstevigingen
Voeg kleine ribben of golfjes toe om de stijfheid te verhogen zonder de nominale wanddikte te vergroten. Deze kenmerken begeleiden ook de stroming en verminderen kromtrekking.
3. Overwegingen met betrekking tot procesparameters
| Parameter | Aanbeveling voor dunne wanden |
| Giettemperatuur | Verhoog de temperatuur met 30–50 °C boven normaal om de vloeibaarheid te verlengen, maar vermijd overmatige gasopname. |
| Maltemperatuur | Verwarm mallen vooraf (bijv. stempelmallen tot 200–300°C) om het afkoelen te vertragen. |
| Vul tijd | Minimaliseer – vul de holte in <0,1 seconden voor kleine drukgietstukken; gebruik bij zandgietstukken een hoge vullingsdruk. |
| Ontluchting | Vergroot het ventilatiegebied en het aantal ventilatieopeningen om ingesloten lucht vrij te laten. |
| Poortlocatie | Plaats gaten bij het dikste gedeelte en leid de stroom naar dunne delen; vermijd meerdere gaten die koude sluitingen kunnen veroorzaken. |
4. Legeringsselectie
Gebruik legeringen met een smalle solidificatiezone (bijv. eutectische of bijna-eutectische samenstellingen) om hete scheurvorming te verminderen. Voor aluminium biedt A356 (Al-Si-Mg) goede vloeibaarheid en scheurbestendigheid. Voor magnesium wordt AZ91D veel gebruikt voor dunne drukgietstukken. Vermijd legeringen met een lange solidificatiezone (bijv. sommige messinglegeringen) voor extreem dunne secties.
5. Matrijs- en kern technologie
- Zandgieten: Gebruik fijner zand (AFS 55–65) met bindmiddelen die weinig gas ontwikkelen om de oppervlakteafwerking te verbeteren en wrijving te verminderen. Gebruik koelblokken in de buurt van dunne secties om gericht te solidificeren.
- Drukgieten (hoge druk): Dunne wanden profiteren van een hoge injectiesnelheid (3–5 m/s) en hoge druk (80–120 MPa). Pas vacuümondersteuning toe om porositeit te voorkomen.
- Investeringsgieten: Gebruik een dunnere primaire laag voor betere detailweergave; controleer de schelptemperatuur om voortijdige afkoeling te vermijden.
6. Overwegingen na het gieten
Dunwandige gietstukken zijn gevoelig voor vervorming tijdens het uitkloppen, bewerken en warmtebehandeling.
- Afkoeling: Zorg voor gelijkmatige afkoeling in de mal of op een koelapparaat om kromtrekken te voorkomen.
- Warmtebehandeling: Gebruik gecontroleerde afschrikking (bijv. met heet water of polymeerafschrikking) in plaats van koud water om vervorming te minimaliseren.
- Behandeling: Ondersteun dunne secties tijdens het nabewerken (slijpen, trimmen) om buigen of breken te voorkomen.
7. Checklist voor het voorkomen van defecten
✓ Verifieer simulaties van het vullen van de mal (bijv. met MAGMA, ProCAST) om mogelijke misloopgebieden te identificeren.
✓ Verhoog gelijktijdig de giettemperatuur en de maltemperatuur.
✓ Gebruik overloopputten of ontluchtingsgaten bij de meest ver afgelegen dunwandige uiteinden.
✓ Breng een beschermende coating aan op zandvormen om wrijving en warmteverlies te verminderen.
✓ Bij hogedrukgieten verklein de dikte van de biscuit om de drukoverdracht te handhaven.
✓ Inspecteer vroege monsters met radiografie of kleurstofpenetrantie; pas de ingietschachten aan op basis van stroomsporen.