Fokussierung auf die Produktion und Fertigung von Aluminiumteilen

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Hochdruck-Druckguss aus Aluminiumlegierung

Das Druckgießen umfasst das Hochdruck- und das Niederdruckgießen. Wenn von „Druckgießen“ gesprochen wird, ist in der Regel das Hochdruckgießen gemeint. Das Hochdruckgießverfahren entstand zu Beginn des 20. Jahrhunderts und stellt eine Weiterentwicklung des Kokillengießverfahrens dar. Typische Bauteile, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, sind Motorgehäuse, Motorblöcke, Teile für Bürogeräte und Haushaltsgeräte, Handwerkzeuge sowie Spielzeug und vieles mehr. Das Stückgewicht der meisten Gussstücke liegt zwischen weniger als 100 Gramm und etwa 25 Kilogramm.

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Was ist Hochdruck-Druckguss?

Die Anschaffungskosten für das Hochdruck-Druckgussverfahren – insbesondere die Werkzeugkosten – sind relativ hoch; die Arbeitskosten sind dagegen im Allgemeinen niedrig, da der Prozess inzwischen eine teilautomatisierte oder vollautomatisierte Fertigung ermöglicht. Hochdruck-Druckguss ist ein kosteneffizientes Verfahren für die Massenproduktion. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall mit einem Druck von 0,7 bis 700 MPa in die Formhöhle gepresst. Druckgussmaschinen werden hauptsächlich in zwei Grundtypen unterteilt: Heißkammer-Druckgussmaschinen und Kaltkammer-Druckgussmaschinen.

– Heißkammer-Druckguss
Beim Heißkammer-Druckgussverfahren kommt eine Kolbenkonstruktion zum Einsatz, die ein bestimmtes Volumen an geschmolzenem Metall zurückhält und dieses über einen Schwanenhals und eine Düse in die Formhöhle drückt. Der Druckbereich beträgt bis zu 35 MPa, im Durchschnitt etwa 15 MPa. Das geschmolzene Metall wird unter Druck gehalten, bis es in der Form erstarrt. Um die Lebensdauer der Form zu verlängern und die Abkühlung des geschmolzenen Metalls zu beschleunigen – wodurch sich der Produktionszyklus verkürzt –, wird die Form üblicherweise durch Zirkulation von Wasser oder Öl in verschiedenen Kanälen im Formblock gekühlt.
Das Heißkammer-Druckgussverfahren wird in der Regel zum Gießen von Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt eingesetzt (z. B. Zink, Magnesium, Zinn, Blei usw.). Die Druckgusszyklen für Zinklegierungen liegen typischerweise bei 200 bis 300 Schüssen pro Stunde (Einzelschuss), während sehr kleine Bauteile wie Reißverschlusszähne mit Geschwindigkeiten von bis zu 18.000 Schüssen pro Stunde gegossen werden können.
--Kaltkammer-Druckguss
Beim Kaltkammer-Druckgussverfahren wird geschmolzenes Metall in den Spritzzylinder (Schusskammer) eingespritzt. Da die Schusskammer nicht beheizt ist, wird dieses Verfahren als „Kaltkammer“ bezeichnet. Das geschmolzene Metall wird mit einem Druck von typischerweise 20 bis 70 MPa (bis zu 150 MPa) in die Formhöhle gepresst. Kaltkammer-Druckgussmaschinen lassen sich in horizontale (wie in der Abbildung dargestellt) und vertikale Ausführungen unterteilen. Bei der vertikalen Druckgussmaschine ist die Spritzkammer senkrecht angeordnet.
Das Kaltkammer-Druckgießen wird in der Regel zum Gießen von Legierungen mit hohem Schmelzpunkt wie Aluminium-, Magnesium- und Kupferlegierungen eingesetzt, kann jedoch auch für das Gießen anderer Metalle (einschließlich Eisenmetalle) verwendet werden. Die Schmelztemperatur von Aluminiumlegierungen und einigen Magnesiumlegierungen liegt bei etwa 600 Grad Celsius, während die Schmelztemperaturen kupferbasierter und eisenbasierter Legierungen deutlich höher sind.

Vorbereitung für den Hochdruck-Druckgussverfahren (Kaltkammer)

◉ Formenherstellung

Die Hochdruck-Druckgussform besteht aus einem Formboden und einem Formkern. Ihre Konstruktion ist die komplexeste aller Dauerformgussverfahren, weshalb der Fertigungszyklus lang ist. Zudem muss die Form wiederholten thermischen Schocks und hohem Druck standhalten, was höhere mechanische Eigenschaften des Formwerkstoffs erfordert. Üblicherweise werden Formkerne für den Hochdruck-Druckguss aus H13, SKD61 und anderen Werkstoffen gefertigt.

◉ Metallverhüttung

Die Metallschmelze ist der Schmelzprozess von Legierungen in einem Schmelzofen. Ziel des Schmelzprozesses ist die Gewinnung reiner geschmolzener Metalllegierungen mit einer qualifizierten chemischen Zusammensetzung und einer geeigneten Gießtemperatur.

4 Schritte eines typischen Hochdruck-Druckgussverfahrens (Kaltkammer)

01

Sprühschmiermittel

02

Geschmolzenes Metall injizieren

03

Schuss

04

Herausdrücken

Vorteile und Nachteile des Hochdruck-Druckgussverfahrens

– Vorteile des Hochdruck-Druckgussverfahrens

• Hohe Effizienz – Effizienz ist das Ziel, das Aluminiumgussunternehmen stets verfolgen. Zwar erfordert die Werkzeugherstellung einen langen Zeitaufwand; ist das Werkzeug jedoch erst einmal gefertigt, lassen sich tausende oder sogar Millionen identischer Bauteile äußerst effizient produzieren – und das nahezu ohne nachträgliche mechanische Bearbeitung, da der Hochdruck-Druckguss in der Massenproduktion vollständig automatisiert ist.
• Hohe Qualität – Bauteile, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, weisen herausragende Eigenschaften auf, wie beispielsweise präzise Toleranzen, glatte Oberflächen und hervorragende mechanische Eigenschaften.
• Wirtschaftlichkeit – ein Formensatz kann Tausende bis Millionen von Gussteilen herstellen, was beim Sandguss oder beim Schwerkraftdruckguss nicht möglich ist; daher sind die Kosten für Druckgussteile relativ niedrig.
• Prozesssimulationen können durchgeführt werden – Mithilfe von Simulationssoftware lassen sich Druckgussdefekte für Formdesigner visuell darstellen, was ihnen hilft, das Werkzeugdesign zu optimieren und so Zeit und Kosten zu sparen.

– Nachteile des Hochdruck-Druckgussverfahrens

• Langer Fertigungszyklus für Formen – Der Fertigungsprozess von Hochdruck-Druckgussformen nimmt viel Zeit in Anspruch.
• Hohe Werkzeugkosten – Hochdruck-Druckgusswerkzeuge sind teurer als bei anderen Gießverfahren, weshalb dieses Verfahren nur für die Serienfertigung in großen Stückzahlen geeignet ist.
• Begrenzter Anwendungsbereich – Das Hochdruck-Druckgussverfahren eignet sich ausschließlich für den Guss von Nichteisenmetallen, nicht jedoch für den Guss von Eisenmetallen.

Hochdruck-Druckgussmaterialien

Aluminiumlegierung: AlSi11Cu3

 

Material

China (GB/T)

Internationale Standards (ISO)

USA (ASTM)

Japan (JIS)

Deutschland (DIN/EN)

Vereinigtes Königreich (BS)

Frankreich (NF/EN)

Russland (GOST)

Italien (UNI/EN)

Indien (IS)

Gegossene Aluminiumlegierung

YL113 (YZAlSi11Cu3)

AlSi11Cu2(Fe)

A383.0

ADC12

EN AC-46100

LM2

A-S9U3-Y4

AL13

EN AC-46100

A383.0

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