Belangrijkste oorzaken van blikjesvorming bij spuitgieten uitgelegd

TL;DR

Bellenvorming bij spuitgieten is een oppervlakdefect dat wordt gekenmerkt door opgezette bellen veroorzaakt door de expansie van afgevangen gas net onder de oppervlakte van het metaal. De belangrijkste oorzaak is het insluiten van gas of lucht als gevolg van turbulente metalen stroming en onvoldoende ventilatie van de mal. Andere cruciale factoren zijn te hoge temperatuur van het gesmolten metaal of de mal, verkeerde toepassing van malsmeermiddelen en verontreinigingen of fysieke oneffenheden in de aluminiumlegering zelf.

De rol van gas- en luchtsluiting bij de vorming van bellen

De meest fundamentele oorzaak van blaren bij spuitgieten is de insluiting van gas in de matrijsholte tijdens het inspuiten van het metaal. Blaren zijn in wezen een specifieke vorm van gatporositeit, waarbij het ingesloten gas zich net onder het oppervlak van het gietstuk bevindt. Naarmate het gesmolten metaal stolt, staat dit ingesloten gas onder enorme druk. Wanneer het onderdeel uit de matrijs wordt geëjecteerd, verdwijnt de externe ondersteuning en kan het nog steeds zachte metalen oppervlak naar buiten worden geduwd door het expanderende gas, waardoor een duidelijk zichtbaar blaartje ontstaat.

Dit gas kan verschillende oorsprongen hebben. Het meest voorkomend is lucht die al aanwezig is in de matrijsholte en het leidingsysteem voordat het spuitproces begint. Als het gesmolten metaal te snel wordt ingespoten of als het stroompad niet geoptimaliseerd is, ontstaat turbulentie. Deze turbulente, chaotische stroming vouwt zich op, waardoor luchtbellen worden ingesloten die niet kunnen ontsnappen voordat het metaal stolt. Zoals uitgelegd in een technische analyse door CEX Casting , een slechte poort- en loopkanaldesign is vaak de boosdoener, omdat deze geen vlotte, laminaire stroom van metaal naar de matrijs biedt.

Onvoldoende ontluchting is een andere cruciale factor. Ontluchtingskanalen zijn kleine kanalen die bedoeld zijn om de lucht in de holte te laten ontsnappen terwijl het gesmolten metaal deze vult. Als deze kanalen geblokkeerd zijn, te klein of slecht gepositioneerd, heeft de lucht nergens heen en raakt opgesloten binnenin de gieting. Het gevolg is porositeit en, indien dicht bij het oppervlak, bultjes. Het optimaliseren van het ontluchtingssysteem is een cruciale stap om dit type fout te voorkomen.

Om insluiting van gas en lucht te beperken, moeten verschillende beste praktijken worden toegepast:

• Optimaliseer poort- en loopkanaldesign: Gebruik simulatiesoftware voor matrijsgietstromen om een systeem te ontwerpen dat een vlotte, niet-turbulente vuling van de matrijsholte bevordert.
• Zorg voor voldoende ontluchting: Ontwerp en onderhoud schone, effectieve ontluchtingskanalen en overloopgaten om volledige verwijdering van lucht mogelijk te maken.
• Regel de injectiesnelheid: Pas het spuitprofiel aan, met name de initiële trage spuitfase, om lucht voorzichtig uit de matrijsholte te duwen voordat de hoge-snelheidsvulling begint.
• Gebruik vacuüm-assistentie: Voor kritieke onderdelen kan het toepassen van een vacuüm spuitgietproces actief lucht uit de matrijsholte verwijderen vóór de injectie, waardoor het risico op ingesloten gasfouten vrijwel wordt geëlimineerd.

Procesparameters: Hoe temperatuur en smeermiddelen blaren veroorzaken

Naast het fysiek insluiten van lucht, spelen operationele procesparameters een belangrijke rol bij het creëren van de omstandigheden waaronder blaren kunnen ontstaan. Temperatuurregeling en het aanbrengen van smeermiddelen zijn twee van de meest kritieke aspecten die beheerd moeten worden. Te hoge temperaturen, ofwel in het gesmolten metaal of in de matrijs zelf, kunnen gasgerelateerde problemen verergeren. Volgens een overzicht van Sunrise Metal , kunnen hoge temperaturen de dampdruk binnen de gesmolten legering verhogen en ervoor zorgen dat matrijssmeermiddelen afbreken, waarbij gas vrijkomt dat vervolgens wordt ingesloten.

Gietvloeistoffen, of scheidingsmiddelen, zijn noodzakelijk om te voorkomen dat het gietstuk aan de matrijs blijft kleven, maar verkeerd gebruik ervan is een belangrijke oorzaak van gasporositeit en bulten. Wanneer er te veel scheidingsmiddel wordt aangebracht, of ongelijkmatig, kan de overtollige vloeistof zich ophopen in de matrijs. Bij contact met het hete smeltmetaal verdampt dit overtollige scheidingsmiddel onmiddellijk, waardoor een grote hoeveelheid gas ontstaat die geen tijd heeft om via de ventielen te ontsnappen. Zoals vermeld in een rapport van The Hill & Griffith Company , is plunjer-smeermiddel vaak de grootste afzonderlijke bijdrage, met name wanneer extra smeermiddel wordt gebruikt om een versleten plunjertip te compenseren.

Vocht is een andere belangrijke oorzaak. Alle restvocht in de matrijs, afkomstig van lekkende waterleidingen, druipende sproeiers of zelfs het scheidingsmiddel zelf, zal bij inspuiting veranderen in stoom. Deze stoom gedraagt zich net als elke andere opgesloten gasvorm, waardoor druk onder de huid van het gietstuk ontstaat die kan leiden tot bulten. Daarom is het van essentieel belang om een droge matrijsomgeving te handhaven.

Om blaren te voorkomen veroorzaakt door procesparameters, moeten operators de volgende corrigerende maatregelen naleven:

1. Handhaaf strikte temperatuurbewaking: Zorg ervoor dat zowel de gesmolten legering als de mal binnen hun gespecificeerde temperatuurbereiken worden gehouden om oververhitting en te veel gasvorming te voorkomen.
2. Breng smeermiddel spaarzaam en gelijkmatig aan: Gebruik geautomatiseerde sproeisystemen om een minimale, consistente laag van een hoogwaardig ontklevingsmiddel met weinig residu aan te brengen.
3. Zorg voor verdampingstijd: Zorg voor een voldoende tussenpoos na het sproeien, zodat eventueel water of oplosmiddelen in het smeermiddel volledig kunnen verdampen voordat de mal wordt gesloten.
4. Voer regelmatig onderhoud uit: Controleer routinematig op lekkende water- of hydraulische leidingen en zorg ervoor dat sproeimondstukken niet druppelen.

Materiaal- en fysieke gebreken als oorzakelijke factoren

De laatste categorie oorzaken heeft betrekking op de integriteit van het gietmateriaal en het voorkomen van fysieke discontinuïteiten binnen de metalen stroom. Blaren kunnen ontstaan door verontreinigingen in de legering zelf. Elementen met een laag kookpunt, zoals lood of cadmium, kunnen bijvoorbeeld tijdens het giëten of een daaropvolgende warmtebehandeling verdampen, waardoor interne gasdruk ontstaat. Op dezelfde manier kunnen aluminiumlegeringen waterstof opnemen tijdens het smelten, die probeert te ontsnappen tijdens het stollen, wat leidt tot porositeit en blaren.

Fysieke gebreken die ontstaan tijdens het vulproces zijn eveneens zeer nadelig. Onderzoek gepubliceerd in Engineering Failure Analysis benadrukt dat koude flinters—semi-gehardde stukjes metaal die van de wanden van de spuitbus loskomen—een belangrijke oorzaak zijn van grote bulten, met name in gebieden in de buurt van het gietopeningssysteem. Deze flinters zorgen voor onderbrekingen in de microstructuur van het gietstuk. Gas dat aanwezig is in deze holtes zet uit tijdens warmtebehandeling, waardoor aanzienlijke oppervlaktebulten ontstaan. Andere vergelijkbare gebreken zijn koude druppels, koude inspuitingen en oxidehuidjes, die allemaal de homogeniteit van het metaal verstoren en fungeren als startplaatsen voor het vormen van bulten.

Het voorkomen van deze materiaalgerelateerde defecten vereist een strikte controle over het gehele proces, vanaf de omgang met grondstoffen tot en met de eindproductie. Het samenwerken met een leverancier die een sterk engagement toont voor kwaliteitscontrole is essentieel. Fabrikanten van hoogwaardige auto-onderdelen vertrouwen bijvoorbeeld vaak op gecertificeerde processen zoals IATF16949 en interne kwaliteitscontrole om de materiaalintegriteit van begin tot eind te waarborgen, wat een cruciale maatregel is om dergelijke defecten te voorkomen.

Om deze verschillende oorzaken beter te begrijpen, vergelijkt de volgende tabel bulten die ontstaan door gasporositeit met bulten door fysieke of chemische defecten:

Oplossingen zijn grondig voorverwarmen en drogen van grondstoffen, gebruik van legeringen met hoge zuiverheid, en het toepassen van effectieve ontgassingsbehandelingen met stikstof of argon om opgeloste waterstof te verwijderen vóór het gieten.

Veelgestelde vragen over bulten bij spuitgieten

1. Wat is de belangrijkste oorzaak van bulten bij spuitgieten?

De voornaamste oorzaak van bulten is ingesloten gas, meestal lucht uit de matrijsholte, die wordt opgesloten door een turbulente stroom van gesmolten metaal en onvoldoende ventileren. Dit gas, dat zich net onder het oppervlak van het gietstuk bevindt, zet uit en duwt de zachte metalen laag naar buiten, waardoor een bult ontstaat.

2. Kan warmtebehandeling blaren veroorzaken op een spuitgietonderdeel?

Ja, warmtebehandeling is een veelvoorkomende oorzaak voor het ontstaan van blaren. Een onderdeel kan er in gegoten toestand perfect uitzien, maar als er lucht is ingesloten of een fysieke onderbreking onder het oppervlak aanwezig is, zal de hoge temperatuur tijdens de warmtebehandeling ervoor zorgen dat het gas sterk uitzet, waardoor het defect zichtbaar wordt als een blaar op het oppervlak.

3. Hoe onderscheidt u een blaar van algemene porositeit?

Blaren zijn een oppervlakkig of nabij-oppervlakte defect, dat verschijnt als opgezwollen bultjes op de buitenkant van de gieting. Algemene porositeit daarentegen verwijst naar holtes die zich op elke locatie binnen de gieting kunnen bevinden, ook diep in het onderdeel. Hoewel beide worden veroorzaakt door ingesloten gas, zijn blaren specifiek de poriën die dicht genoeg bij het oppervlak liggen om dit te vervormen.