Het belangrijkste verschil ligt in de manier waarop gesmolten aluminium in de mal wordt geperst: hogedrukspuitgieten (HPDC) gebruikt 10–175 MPa injectiedruk om de holte in milliseconden te vullen , terwijl er sprake is van lage druk spuitgieten (LPDC) is afhankelijk van een gecontroleerde gasdruk van 0,02–0,1 MPa, en zwaartekrachtgieten (GDC) gebruikt helemaal geen externe druk - alleen het gewicht van het metaal. Deze verschillen in procesfundamenten leiden tot verschillende uitkomsten op het gebied van snelheid, complexiteit van onderdelen, mechanische eigenschappen en kosten.
Inzicht in de fysieke mechanica verklaart waarom elke methode geschikt is voor verschillende toepassingen.
Gesmolten aluminium wordt in een matrijs van gehard staal geïnjecteerd snelheden van 30–100 m/s door een hydraulische zuiger. Het metaal vult de holte in 10-100 milliseconden en stolt onder aanhoudende druk. Er bestaan twee varianten: hete kamer (voor legeringen met een laag smeltpunt) en koude kamer (standaard voor aluminium). Cyclustijden lopen zo snel als 15–60 seconden per onderdeel .
Onder de matrijs bevindt zich een afgesloten oven. Gas onder druk (doorgaans 0,02–0,1 MPa) duwt metaal door een stijgbuis omhoog in de vormholte. De langzame, gecontroleerde vulling minimaliseert turbulentie, wat resulteert in lage gasporositeit en uitstekende interne stevigheid . De cyclustijden zijn langer: doorgaans 3–8 minutenuten per onderdeel.
GDC, ook wel permanent gieten genoemd, giet gesmolten aluminium door zwaartekracht rechtstreeks in een herbruikbare metalen mal zonder dat er druk wordt uitgeoefend. Het vullen gaat langzaam en voorzichtig, waardoor het proces ideaal is voor dikwandige, structureel kritische onderdelen. Het is de eenvoudigste opstelling, met gereedschapskosten 30-50% lager dan HPDC voor vergelijkbare onderdeelgroottes.
De onderstaande tabel bevat de meest beslissingsrelevante statistieken voor alle drie de methoden.
| Parameter | Hogedruk (HPDC) | Lagedruk (LPDC) | Zwaartekracht (GDC) |
|---|---|---|---|
| Injectiedruk | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Geen (alleen zwaartekracht) |
| Cyclustijd | 15–60 sec | 3–8 min | 3–10 minuten |
| Minimale wanddikte | 0,5–1,0 mm | 2–3 mm | 3–5 mm |
| Oppervlakteafwerking (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Porositeitsniveau | Hoger (gasinsluiting) | Laag | Laag-gemiddeld |
| Lasbaarheid / Warmtebehandeling | Beperkt (porositeit) | Ja | Ja |
| Gereedschapskosten (relatief) | Hoog ($50.000 – $250.000) | Middelmatig | Laagest |
| Optimaal productievolume | 50.000–1 miljoen onderdelen | 5.000–100.000 onderdelen | 500–50.000 onderdelen |
| Dimensionale tolerantie (IT-kwaliteit) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
Dankzij de hoge injectiesnelheid van HPDC kan het ingewikkelde holtes vullen met wanddiktes zo dun als 0,5 mm – een vermogen dat ongeëvenaard is door de andere twee methoden. Transmissiebehuizingen voor auto's, EV-batterijbakken en smartphoneframes vertrouwen allemaal op dit vermogen om dunne, complexe geometrieën op schaal te produceren.
LPDC heeft de voorkeur als de complexiteit gematigd is, maar de interne integriteit van cruciaal belang is. Aluminium autowielen – een van de LPDC-toepassingen met het grootste volume – vereisen de lage porositeit en consistente microstructuur die de gecontroleerde vulsnelheid biedt, gecombineerd met wanden die doorgaans 3 mm of dikker zijn.
GDC kan goed overweg met de dikste doorsneden. Motorcilinderkoppen en inlaatspruitstukken zijn gebruikelijke GDC-onderdelen, waarbij wanddiktes van 5–10 mm normaal zijn en de langzamere stolling feitelijk de korrelstructuur en bewerkbaarheid bevordert.
HPDC-onderdelen hebben fijne korrelstructuren nabij het oppervlak als gevolg van snelle stolling, wat doorgaans een goede treksterkte oplevert 240–310 MPa UTS voor gangbare legeringen zoals A380. De interne gasporositeit van de turbulente vulling beperkt echter de ductiliteit en maakt warmtebehandeling riskant (er kunnen zich blaren vormen).
LPDC en GDC maken beide een T6-warmtebehandeling mogelijk (oplossing voor thermische behandeling van kunstmatige veroudering), waardoor de treksterkte wordt vergroot 280–330 MPa met verlengingen van 5–12% in legeringen zoals A356-T6. Dit maakt ze de voorkeursroute voor structureel belaste onderdelen in ophangsystemen, fusees en ruimtevaartbeugels.
| Proces | Gemeenschappelijke legering | UTS (MPa) | Opbrengststerkte (MPa) | Verlenging (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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-gereedschap is duur; een productiematrijs voor een auto-onderdeel met gemiddelde complexiteit kost doorgaans geld $ 80.000 - $ 200.000 en is geschikt voor 100.000–500.000 opnamen. Die initiële kosten zijn economisch alleen zinvol als ze over grote volumes worden afgeschreven. Bij 500.000 onderdelen dalen de gereedschapskosten per onderdeel tot slechts €0,16 – €0,40.
GDC-mallen, vaak gemaakt van gietijzer of zacht staal, kosten 30-50% minder dan vergelijkbare HPDC-matrijzen en zijn zeer geschikt voor prototypes of productieruns in kleine volumes van 500–10.000 onderdelen. LPDC-tooling valt daar doorgaans tussenin $ 30.000 - $ 100.000 , gerechtvaardigd door de wiel- en structurele componentenindustrieën die batches van 20.000 tot 80.000 per jaar draaien.
Elke methode heeft op basis van deze afwegingen een aparte toepassingsniche gecreëerd.
Het beslissingskader is eenvoudig zodra de toepassingsvereisten zijn gedefinieerd:
Vacuümondersteunde HPDC overbrugt deze kloof steeds meer: door de matrijsholte vóór injectie te evacueren, neemt de gasporositeit aanzienlijk af, waardoor T5- of T6-behandeling op hogedrukgietonderdelen mogelijk wordt. Deze variant wordt nu veel gebruikt in structurele auto-onderdelen zoals schoktorens en body-in-white-nodes, waar zowel dunne wanden als hittebehandeling tegelijkertijd nodig zijn.
