Diferența de bază constă în modul în care aluminiul topit este forțat în matriță: turnarea sub presiune de înaltă presiune (HPDC) utilizează 10–175 MPa de presiune de injecție pentru a umple cavitatea în milisecunde , în timp ce presiune joasă turnare sub presiune (LPDC) se bazează pe 0,02–0,1 MPa de presiune controlată a gazului, iar turnarea gravitațională (GDC) nu utilizează deloc presiunea externă - doar greutatea metalului. Aceste diferențe în elementele fundamentale ale procesului se concretizează în rezultate distincte în ceea ce privește viteza, complexitatea piesei, proprietățile mecanice și costul.
Înțelegerea mecanicii fizice explică de ce fiecare metodă se potrivește aplicațiilor diferite.
Aluminiul topit este injectat într-o matriță de oțel întărit la viteze de 30–100 m/s printr-un piston hidraulic. Metalul umple cavitatea în 10-100 de milisecunde și se solidifică sub presiune susținută. Există două variante: cameră caldă (pentru aliaje cu punct de topire scăzut) și cameră rece (standard pentru aluminiu). Timpii ciclului curg la fel de repede ca 15-60 de secunde pe parte .
Un cuptor sigilat se află sub matriță. Gazul presurizat (de obicei 0,02–0,1 MPa) împinge metalul în sus printr-un tub de ridicare în cavitatea matriței. Umplerea lentă și controlată minimizează turbulențele, rezultând porozitate scăzută a gazului și soliditate internă excelentă . Timpii ciclului sunt mai lungi - de obicei 3-8 minute pe parte.
Denumită și turnare permanentă a matriței, GDC toarnă aluminiu topit prin gravitație direct într-o matriță metalică reutilizabilă, fără presiune aplicată. Umplerea este lentă și blândă, făcând procesul ideal pentru piesele cu pereți groși, structural critic. Este cea mai simplă configurație, cu sculele costă cu 30–50% mai mici decât HPDC pentru piese de dimensiuni comparabile.
Tabelul de mai jos surprinde cele mai relevante valori decizionale din toate cele trei metode.
| Parametru | Înaltă presiune (HPDC) | Presiune joasă (LPDC) | Gravitație (GDC) |
|---|---|---|---|
| Presiune de injecție | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Niciuna (numai gravitația) |
| Timp de ciclu | 15–60 sec | 3–8 min | 3–10 min |
| Grosimea minima a peretelui | 0,5–1,0 mm | 2–3 mm | 3–5 mm |
| Finisarea suprafeței (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Nivel de porozitate | Mai mare (captarea gazelor) | Scăzut | Scăzut-Mediu |
| Sudabilitate / Tratament termic | Limitat (porozitate) | Da | Da |
| Costul sculelor (relativ) | Mare (50.000 – 250.000 USD) | Mediu | Scăzutest |
| Volumul optim de producție | 50.000–1 milion de piese | 5.000–100.000 de piese | 500-50.000 de piese |
| Toleranță dimensională (grad IT) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
Viteza mare de injectare a HPDC îi permite să umple cavitățile complicate cu grosimi de perete la fel de subțiri ca 0,5 mm — o capacitate de neegalat de celelalte două metode. Carcasele transmisiei auto, tăvile pentru baterii EV și cadrele pentru smartphone-uri se bazează pe această capacitate de a produce geometrii subțiri și complexe la scară.
LPDC este preferată acolo unde complexitatea este moderată, dar integritatea internă este critică. Roțile din aluminiu pentru automobile - una dintre aplicațiile LPDC de cel mai mare volum - necesită porozitate scăzută și microstructură consistentă pe care o asigură rata de umplere controlată, combinată cu pereți care sunt în general de 3 mm sau mai groși.
GDC gestionează bine cele mai groase secțiuni transversale. Chiulele motorului și galeriile de admisie sunt piese GDC obișnuite, unde grosimile pereților de 5-10 mm sunt normale, iar solidificarea mai lentă ajută de fapt structura și prelucrabilitatea cerealelor.
Piesele HPDC au structuri cu granulație fină aproape de suprafață datorită solidificării rapide, oferind o rezistență bună la tracțiune - de obicei 240–310 MPa UTS pentru aliaje comune precum A380. Cu toate acestea, porozitatea internă a gazului din umplutura turbulentă limitează ductilitatea și face tratamentul termic riscant (se pot forma vezicule).
LPDC și GDC permit ambele tratament termic T6 (soluție de tratare termică a îmbătrânirii artificiale), împingând rezistența la tracțiune la 280–330 MPa cu alungiri de 5–12% în aliaje precum A356-T6. Acest lucru le face ruta preferată pentru piesele încărcate structural în sistemele de suspensie, articulații de direcție și suporturi aerospațiale.
| Proces | Aliaj comun | UTS (MPa) | Limita de curgere (MPa) | alungire (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Sculele HPDC sunt costisitoare - o matriță de producție pentru o piesă auto de complexitate medie costă de obicei 80.000 USD – 200.000 USD și este evaluat pentru 100.000–500.000 de fotografii. Acest cost inițial are sens economic doar atunci când este amortizat în volume mari. La 500.000 de piese, costul sculelor pe piesă scade la 0,16 USD–0,40 USD.
Formele GDC, adesea realizate din fontă sau oțel moale, costă 30-50% mai puțin decât matrițele HPDC echivalente și sunt potrivite pentru prototipuri sau serii de producție cu volum redus de 500-10.000 de piese. Instrumentele LPDC se situează, de obicei, între ele 30.000 USD – 100.000 USD , justificat de industriile de roți și componente structurale care rulează loturi de 20.000–80.000 pe an.
Fiecare metodă a creat o nișă de aplicație distinctă pe baza acestor compromisuri.
Cadrul de decizie este simplu odată ce cerințele aplicației sunt definite:
HPDC asistat de vid reduce din ce în ce mai mult decalajul - prin evacuarea cavității matriței înainte de injectare, porozitatea gazului scade semnificativ, permițând tratarea T5 sau T6 pe piesele turnate de înaltă presiune. Această variantă este acum utilizată pe scară largă în componentele structurale ale autovehiculelor, cum ar fi turnurile de șoc și nodurile de caroserie în alb, unde sunt necesare simultan atât pereții subțiri, cât și tratabilitatea termică.
