Hlavní rozdíl spočívá v tom, jak je roztavený hliník vtlačen do formy: vysokotlaké lití (HPDC) využívá 10–175 MPa vstřikovacího tlaku k vyplnění dutiny během milisekund při nízkém tlaku lití pod tlakem (LPDC) se spoléhá na 0,02–0,1 MPa řízeného tlaku plynu a gravitační tlakové lití (GDC) nepoužívá vůbec žádný vnější tlak – pouze hmotnost kovu. Tyto rozdíly v základech procesu se prolínají do odlišných výsledků z hlediska rychlosti, složitosti součásti, mechanických vlastností a ceny.
Pochopení fyzikální mechaniky vysvětluje, proč každá metoda vyhovuje různým aplikacím.
Roztavený hliník se vstřikuje do kalené ocelové matrice rychlosti 30-100 m/s hydraulickým pístem. Kov zaplní dutinu za 10–100 milisekund a při trvalém tlaku tuhne. Existují dvě varianty: horká komora (pro slitiny s nízkou teplotou tání) a studená komora (standardní pro hliník). Časy cyklů běží stejně rychle jako 15–60 sekund na díl .
Utěsněná pec je umístěna pod matricí. Stlačený plyn (typicky 0,02–0,1 MPa) tlačí kov nahoru přes stoupací trubku do dutiny formy. Pomalé, kontrolované plnění minimalizuje turbulence, což má za následek nízká pórovitost plynu a vynikající vnitřní zvuk . Doba cyklu je delší – obvykle 3–8 minut na díl.
GDC, nazývané také lití do permanentních forem, lije roztavený hliník gravitací přímo do opakovaně použitelné kovové formy bez použití tlaku. Plnění je pomalé a jemné, díky čemuž je tento proces ideální pro silnostěnné, strukturálně kritické díly. Je to nejjednodušší nastavení, s náklady na nástroje jsou o 30–50 % nižší než HPDC pro srovnatelné velikosti dílů.
Níže uvedená tabulka zachycuje metriky nejvíce relevantní pro rozhodování ve všech třech metodách.
| Parametr | Vysoký tlak (HPDC) | Nízký tlak (LPDC) | gravitace (GDC) |
|---|---|---|---|
| Vstřikovací tlak | 10–175 MPa | 0,02–0,1 MPa | Žádné (pouze gravitace) |
| Doba cyklu | 15–60 sekund | 3–8 min | 3–10 min |
| Minimální tloušťka stěny | 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 porozity | Vyšší (zachycení plynu) | Nízká | Nízká – Střední |
| Svařitelnost / tepelné zpracování | Omezená (poréznost) | Ano | Ano |
| Náklady na nástroje (relativní) | Vysoká (50 000 – 250 000 $) | Střední | Nízkáest |
| Optimální objem výroby | 50 000–1M dílů | 5 000–100 000 dílů | 500–50 000 dílů |
| Tolerance rozměrů (třída IT) | IT8–IT10 | IT10–IT12 | IT12–IT14 |
Vysoká rychlost vstřikování HPDC umožňuje vyplnit složité dutiny s tloušťkou stěny tak tenké 0,5 mm — schopnost nesrovnatelná s ostatními dvěma metodami. Skříně automobilových převodovek, přihrádky na baterie EV a rámy chytrých telefonů spoléhají na tuto schopnost vytvářet tenké a složité geometrie v měřítku.
LPDC je preferován tam, kde je složitost střední, ale vnitřní integrita je kritická. Automobilová hliníková kola – jedna z nejobjemnějších aplikací LPDC – vyžadují nízká poréznost a konzistentní mikrostruktura které poskytuje řízená rychlost plnění v kombinaci se stěnami, které jsou obecně 3 mm nebo silnější.
GDC si dobře poradí s nejtlustšími průřezy. Hlavy válců motoru a sací potrubí jsou běžné díly GDC, kde tloušťka stěny 5–10 mm je normální a pomalejší tuhnutí ve skutečnosti napomáhá struktuře zrna a obrobitelnosti.
Součásti HPDC mají jemnozrnnou strukturu v blízkosti povrchu díky rychlému tuhnutí, což obvykle poskytuje dobrou pevnost v tahu 240–310 MPa UTS pro běžné slitiny jako A380. Vnitřní poréznost plynu z turbulentní náplně však omezuje tažnost a činí tepelné zpracování riskantním (mohou se tvořit puchýře).
LPDC i GDC umožňují tepelné zpracování T6 (umělé stárnutí roztokovým tepelným ošetřením), což zvyšuje pevnost v tahu 280–330 MPa s prodlouženími 5–12 % ve slitinách jako A356-T6. To z nich dělá preferovanou cestu pro strukturálně zatížené díly v systémech zavěšení, čepů řízení a leteckých konzolách.
| proces | Běžná slitina | UTS (MPa) | Mez kluzu (MPa) | Prodloužení (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 jsou drahé – výrobní raznice pro automobilový díl střední složitosti obvykle stojí 80 000 – 200 000 USD a je dimenzován na 100 000–500 000 výstřelů. Tyto počáteční náklady mají ekonomický smysl pouze tehdy, jsou-li amortizovány ve velkých objemech. Při 500 000 dílech náklady na nástroje na díl klesnou na pouhých 0,16–0,40 $.
GDC formy, často vyrobené z litiny nebo měkké oceli, stojí o 30–50 % méně než ekvivalentní HPDC matrice a jsou vhodné pro prototypy nebo malosériovou výrobu 500–10 000 dílů. Nástroje LPDC obvykle spadají mezi 30 000 – 100 000 USD , což je odůvodněno odvětvím výroby kol a konstrukčních součástí, které provozují dávky 20 000–80 000 ročně.
Každá metoda si na základě těchto kompromisů vytvořila odlišný aplikační výklenek.
Rozhodovací rámec je jednoduchý, jakmile jsou definovány požadavky aplikace:
Vakuově podporovaná HPDC stále více překlenuje mezeru – vyprázdněním dutiny formy před vstřikováním se výrazně sníží pórovitost plynu, což umožňuje úpravu T5 nebo T6 na vysokotlakých litých dílech. Tato varianta je nyní široce používána v konstrukčních automobilových součástech, jako jsou tlumicí věže a uzly karoserie v bílé barvě, kde je potřeba současně tenké stěny a tepelné zpracování.
