Glavna razlika leži u načinu na koji se rastaljeni aluminij gura u kalup: visokotlačno lijevanje pod pritiskom (HPDC) koristi 10-175 MPa tlaka ubrizgavanja za ispunjavanje šupljine u milisekundama , dok niskog tlaka tlačni lijev (LPDC) oslanja se na 0,02–0,1 MPa kontroliranog tlaka plina, a gravitacijsko tlačno lijevanje (GDC) uopće ne koristi vanjski tlak – samo težinu metala. Ove razlike u osnovama procesa kaskadiraju se u različite rezultate za brzinu, složenost dijelova, mehanička svojstva i cijenu.
Razumijevanje fizikalne mehanike objašnjava zašto svaka metoda odgovara različitim primjenama.
Rastaljeni aluminij se ubrizgava u matricu od kaljenog čelika brzine 30–100 m/s pomoću hidrauličkog klipa. Metal ispuni šupljinu za 10-100 milisekundi i skrutne se pod stalnim pritiskom. Postoje dvije varijante: s toplom komorom (za legure niskog tališta) i s hladnom komorom (standardno za aluminij). Vremena ciklusa teku jednako brzo kao 15–60 sekundi po dijelu .
Zatvorena peć nalazi se ispod matrice. Plin pod tlakom (obično 0,02–0,1 MPa) gura metal prema gore kroz usponsku cijev u šupljinu kalupa. Sporo, kontrolirano punjenje smanjuje turbulenciju, što rezultira niska plinska poroznost i izvrsna unutarnja čvrstoća . Vremena ciklusa su duža — obično 3-8 minuta po dijelu.
Naziva se i trajnim lijevanjem u kalupe, GDC izlijeva rastaljeni aluminij gravitacijom izravno u metalni kalup za višekratnu upotrebu bez pritiska. Punjenje je sporo i nježno, što proces čini idealnim za debele stijenke, strukturno kritične dijelove. To je najjednostavnija postavka, sa troškovi alata 30–50% niži od HPDC za usporedive veličine dijelova.
Tablica u nastavku prikazuje mjerne podatke koji su najrelevantniji za sve tri metode.
| Parametar | Visoki tlak (HPDC) | Niski tlak (LPDC) | Gravitacija (GDC) |
|---|---|---|---|
| Tlak ubrizgavanja | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Ništa (samo gravitacija) |
| Vrijeme ciklusa | 15–60 sek | 3–8 min | 3–10 min |
| Minimalna debljina stijenke | 0,5–1,0 mm | 2–3 mm | 3–5 mm |
| Površinska obrada (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Razina poroznosti | Više (zarobljavanje plina) | Niska | Nisko–srednje |
| Zavarljivost/toplinska obrada | Ograničena (poroznost) | da | da |
| Cijena alata (relativna) | Visoko (50K–250K$) | srednje | Niskaest |
| Optimalni obujam proizvodnje | 50 000–1M dijelova | 5.000–100.000 dijelova | 500–50 000 dijelova |
| Tolerancija dimenzija (IT stupanj) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
Visoka brzina ubrizgavanja HPDC-a omogućuje ispunjavanje zamršenih šupljina s debljinom stjenke kao 0,5 mm — sposobnost neusporediva s druge dvije metode. Kućišta automobilskih mjenjača, ladice za baterije za EV i okviri pametnih telefona oslanjaju se na ovu sposobnost proizvodnje tankih, složenih geometrija u velikom broju.
LPDC je poželjan tamo gdje je složenost umjerena, ali je unutarnji integritet kritičan. Automobilski aluminijski kotači — jedna od najobimnijih LPDC aplikacija — zahtijevaju niske poroznosti i konzistentne mikrostrukture koju osigurava kontrolirana brzina punjenja, u kombinaciji sa zidovima koji su općenito deblji od 3 mm.
GDC dobro podnosi najdeblje presjeke. Glave cilindra motora i usisne grane uobičajeni su dijelovi GDC-a, gdje su debljine stijenki od 5-10 mm normalne, a sporije skrućivanje zapravo pomaže strukturi zrna i obradivosti.
HPDC dijelovi imaju finu zrnatu strukturu blizu površine zbog brzog skrućivanja, što daje dobru vlačnu čvrstoću - obično 240–310 (prikaz, stručni). MPa UTS za uobičajene legure poput A380. Međutim, unutarnja poroznost plina iz turbulentnog punjenja ograničava duktilnost i čini toplinsku obradu rizičnom (mogu nastati mjehurići).
LPDC i GDC dopuštaju T6 toplinsku obradu (umjetno starenje toplinskom obradom otopine), povećavajući vlačnu čvrstoću na 280–330 MPa s istezanjem od 5–12% u legurama poput A356-T6. To ih čini preferiranim putem za strukturno opterećene dijelove u sustavima ovjesa, zglobovima upravljača i nosačima zrakoplova.
| Proces | Uobičajena legura | UTS (MPa) | Granica razvlačenja (MPa) | Istezanje (%) |
|---|---|---|---|---|
| HPDC | A380 | 240–310 | 160–170 (prikaz, stručni). | 1–3.5 |
| LPDC (T6) | A356-T6 | 280–310 (prikaz, stručni). | 200–240 (prikaz, stručni). | 6–12 |
| GDC (T6) | A356-T6 | 275–310 (prikaz, stručni). | 195–235 (prikaz, stručni). | 5–10 |
HPDC alati su skupi — proizvodni kalup za automobilske dijelove srednje složenosti obično košta 80 000 – 200 000 USD i predviđen je za 100 000–500 000 hitaca. Taj početni trošak ima ekonomskog smisla samo ako se amortizira u velikim količinama. Na 500 000 dijelova, cijena alata po dijelu pada na samo 0,16 do 0,40 USD.
GDC kalupi, često izrađeni od lijevanog željeza ili mekog čelika, koštaju 30–50% manje od ekvivalentnih HPDC matrica i dobro su prilagođeni za prototipove ili manje serije proizvodnje od 500 do 10 000 dijelova. LPDC alat obično spada između 30.000 – 100.000 USD , što je opravdano industrijom kotača i strukturnih komponenti koje rade serije od 20 000 do 80 000 godišnje.
Svaka je metoda stvorila posebnu nišu primjene na temelju tih kompromisa.
Okvir za odlučivanje je jednostavan kada se definiraju zahtjevi za prijavu:
HPDC potpomognut vakuumom sve više premošćuje jaz — pražnjenjem šupljine kalupa prije ubrizgavanja, poroznost plina značajno opada, omogućujući T5 ili T6 tretman na visokotlačnim lijevanim dijelovima. Ova se varijanta sada naširoko koristi u strukturnim automobilskim komponentama poput udarnih tornjeva i čvorova karoserije u bijeloj boji, gdje su istovremeno potrebni i tanki zidovi i mogućnost toplinske obrade.
