Hlavný rozdiel spočíva v tom, ako sa roztavený hliník vtláča do formy: vysokotlakové liatie (HPDC) využíva vstrekovací tlak 10–175 MPa na vyplnenie dutiny v priebehu milisekúnd pri nízkom tlaku tlakové liatie (LPDC) sa spolieha na 0,02 – 0,1 MPa kontrolovaného tlaku plynu a gravitačné liatie (GDC) nepoužíva vôbec žiadny vonkajší tlak – iba hmotnosť kovu. Tieto rozdiely v základoch procesov sa prelínajú do odlišných výsledkov z hľadiska rýchlosti, zložitosti dielov, mechanických vlastností a nákladov.
Pochopenie fyzickej mechaniky vysvetľuje, prečo každá metóda vyhovuje rôznym aplikáciám.
Roztavený hliník sa vstrekuje do kalenej oceľovej matrice pri rýchlosť 30-100 m/s hydraulickým piestom. Kov vyplní dutinu za 10-100 milisekúnd a stuhne pod trvalým tlakom. Existujú dva varianty: horúca komora (pre zliatiny s nízkou teplotou topenia) a studená komora (štandardná pre hliník). Časy cyklov bežia tak rýchlo ako 15–60 sekúnd na časť .
Pod matricou je utesnená pec. Stlačený plyn (zvyčajne 0,02–0,1 MPa) tlačí kov nahor cez stúpaciu rúrku do dutiny formy. Pomalé, kontrolované plnenie minimalizuje turbulencie, čo má za následok nízka pórovitosť plynu a vynikajúca vnútorná pevnosť . Časy cyklu sú dlhšie – zvyčajne 3–8 minút na časť.
GDC, nazývané aj trvalé odlievanie foriem, leje roztavený hliník gravitačne priamo do opätovne použiteľnej kovovej formy bez použitia tlaku. Plnenie je pomalé a jemné, vďaka čomu je tento proces ideálny pre hrubostenné, štrukturálne kritické diely. Je to najjednoduchšie nastavenie, s náklady na nástroje sú o 30–50 % nižšie ako HPDC pre porovnateľné veľkosti dielov.
Tabuľka nižšie zachytáva metriky najvýznamnejšie pre rozhodovanie v rámci všetkých troch metód.
| Parameter | Vysoký tlak (HPDC) | Nízky tlak (LPDC) | Gravitácia (GDC) |
|---|---|---|---|
| Vstrekovací tlak | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Žiadne (iba gravitácia) |
| Čas cyklu | 15 – 60 sekúnd | 3–8 min | 3–10 min |
| Minimálna hrúbka steny | 0,5–1,0 mm | 2-3 mm | 3-5 mm |
| Povrchová úprava (Ra) | 0,8–1,6 μm | 1,6–3,2 μm | 3,2–6,3 μm |
| Úroveň pórovitosti | Vyššie (zachytenie plynu) | Nízka | Nízka – Stredná |
| Zvárateľnosť / tepelné spracovanie | Obmedzená (pórovitosť) | áno | áno |
| Náklady na nástroje (relatívna) | Vysoká (50 000 – 250 000 USD) | Stredná | Nízkaest |
| Optimálny objem výroby | 50 000 – 1 milión dielov | 5 000 – 100 000 dielov | 500 – 50 000 dielov |
| Rozmerová tolerancia (IT stupeň) | IT8 – IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
Vysoká rýchlosť vstrekovania HPDC umožňuje vyplniť zložité dutiny s hrúbkou steny ako 0,5 mm — schopnosť, ktorej sa ostatné dve metódy nevyrovnajú. Kryty automobilových prevodoviek, priehradky na batérie EV a rámy smartfónov sa spoliehajú na túto schopnosť vytvárať tenké a zložité geometrie v mierke.
LPDC je preferovaný tam, kde je zložitosť mierna, ale vnútorná integrita je kritická. Automobilové hliníkové kolesá – jedna z najobjemnejších aplikácií LPDC – vyžadujú nízka pórovitosť a konzistentná mikroštruktúra ktoré poskytuje riadená miera plnenia v kombinácii so stenami, ktoré sú vo všeobecnosti 3 mm alebo hrubšie.
GDC dobre zvláda najhrubšie prierezy. Hlavy valcov motora a sacie potrubie sú bežné diely GDC, kde je hrúbka steny 5–10 mm normálna a pomalšie tuhnutie v skutočnosti pomáha štruktúre zŕn a opracovateľnosti.
Časti HPDC majú jemnozrnnú štruktúru v blízkosti povrchu v dôsledku rýchleho tuhnutia, ktoré zvyčajne poskytuje dobrú pevnosť v ťahu 240–310 MPa UTS pre bežné zliatiny ako A380. Vnútorná pórovitosť plynu z turbulentnej náplne však obmedzuje ťažnosť a spôsobuje, že tepelné spracovanie je riskantné (môžu sa vytvárať pľuzgiere).
LPDC aj GDC umožňujú tepelné spracovanie T6 (umelé starnutie v roztoku), čím sa zvyšuje pevnosť v ťahu 280–330 MPa s predĺžením 5–12 % v zliatinách ako A356-T6. To z nich robí preferovanú cestu pre štrukturálne zaťažené diely v závesných systémoch, čapoch riadenia a leteckých konzolách.
| Proces | Bežná zliatina | UTS (MPa) | Medza klzu (MPa) | Predĺženie (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Nástroje HPDC sú drahé – výrobná matrica pre automobilový diel strednej zložitosti zvyčajne stojí 80 000 – 200 000 USD a je hodnotená na 100 000 až 500 000 výstrelov. Tieto počiatočné náklady majú ekonomický zmysel len vtedy, keď sa amortizujú vo veľkých objemoch. Pri 500 000 dieloch klesnú náklady na nástroje na jeden diel len na 0,16 – 0,40 $.
GDC formy, často vyrobené z liatiny alebo mäkkej ocele, sú drahé o 30-50% menej než ekvivalentné HPDC matrice a sú vhodné pre prototypy alebo nízkoobjemové výrobné série 500 – 10 000 dielov. Nástroje LPDC zvyčajne patria medzi 30 000 – 100 000 USD , čo je odôvodnené odvetvím výroby kolies a konštrukčných súčiastok, ktoré vyrábajú dávky 20 000 až 80 000 kusov ročne.
Každá metóda si na základe týchto kompromisov vytvorila odlišný aplikačný výklenok.
Rozhodovací rámec je jednoduchý, keď sú definované požiadavky na aplikáciu:
Vákuovo podporovaná HPDC čoraz viac premosťuje medzeru – evakuáciou dutiny formy pred vstrekovaním výrazne klesá pórovitosť plynu, čo umožňuje úpravu T5 alebo T6 na vysokotlakovo liate diely. Tento variant je teraz široko používaný v konštrukčných automobilových komponentoch, ako sú tlmiace veže a uzly v bielej farbe, kde sú súčasne potrebné tenké steny a tepelná úprava.
