Was ist Aluminiumdruckguss?

Eines der beliebtesten Fertigungsverfahren für die Herstellung hochpräziser Metallteile in großem Maßstab ist Aluminiumdruckguss. Es ist wichtig für moderne Industrien, die hohe Präzision in den Abmessungen, mechanische Festigkeit, geringes Gewicht und Kosteneffizienz erfordern.

 Hochdruck-Stahlgießen von geschmolzenem Aluminiumlegierung ermöglicht Herstellern zur Herstellung komplexer Formen mit hoher Oberflächengüte und geringer Nachbearbeitung. Diese Eigenschaft macht Aluminiumdruckguss eine der besten Optionen für die Automobilindustrie, Elektronik, Industriemaschinen, medizinische Geräte und Konsumgüter.

In den letzten Jahrzehnten, Aluminiumdruckguss hat sich durch Fortschritte in den Bereichen Legierungen, Werkzeugkonstruktion und -entwicklung, Automatisierung und Kontrollsysteme erheblich weiterentwickelt. Heute ist es sowohl eine Technik für die Massenproduktion als auch ein hochgradig kontrolliertes Verfahren, das enge Toleranzen, anspruchsvolle Leistungsanforderungen und internationale Qualitätsstandards wie ISO 9001 und IATF 16949 erfüllen kann.

Das Druckgussverfahren von Aluminium

Allgemeine Regel für den Druckguss von Aluminium

Aluminiumdruckguss ist ein Verfahren der Metallumformung, bei dem eine geschmolzene Aluminiumlegierung unter Druck in eine Form aus gehärtetem Stahl, die sogenannte Kokille, gepresst wird. Der Druck liegt in der Regel zwischen Hunderten und Tausenden von Bar, und das geschmolzene Metall füllt die kleinsten und komplexesten Merkmale der Form aus. Nach dem Einspritzen kühlt das Metall ab und erstarrt schnell, wobei es die Form des Formhohlraums annimmt. Sobald es fest ist, wird die Form geöffnet und das fertige Gussteil ausgestoßen.

Die Verwendung von wiederverwendbarem Stahl unterscheidet Druckgussformen von anderen Gießverfahren wie Sandguss oder Schwerkraftguss. Diese Wiederverwendbarkeit ermöglicht eine einheitliche Teilequalität, eine hohe Produktionseffizienz und eine hohe Wiederholbarkeit bei großen Produktionsmengen.

Prozesse in der Aluminium-Druckgussproduktion

Aluminium-Druckguss ist ein sehr effizientes Herstellungsverfahren, da es komplexe Präzisionsmetallteile herstellt, die bei der Herstellung von Automobil-, Elektronik- und Industriegeräten verwendet werden. Dabei wird geschmolzenes Aluminium unter hohem Druck in eine hochpräzise Form gepumpt, gefolgt von der Endbearbeitung und Qualitätskontrolle.

Der Prozess des Aluminiumdruckgusses lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Teil-Design-Analyse

Beim Aluminiumguss wird Druckguss verwendet, und der erste Schritt ist die Analyse der Teilekonstruktion. Ingenieure berücksichtigen Wandstärke, Entformungswinkel und die Lage von Anschnitten und Entlüftungen, um mögliche Hindernisse zu erkennen und die Herstellbarkeit zu verbessern. Dadurch werden Fehler und die Gussqualität verbessert.

Werkzeug- oder Formenbau

Bei der Analyse entwerfen die Ingenieure eine Druckgussform mit Kavitäten, Kernen, Schiebern und Trennlinien. Formenbau sollte ordnungsgemäß durchgeführt werden, um die richtige Geometrie, den richtigen Metallfluss und einen leichten Auswurf der Teile zu erreichen.

Werkzeugbau, Fertigung und Materialauswahl

Druckgussformen werden in der Regel aus hochwertigen Werkzeugstählen wie H13, DIN 1.2344, 8407 und P20 hergestellt, die hart, verschleißfest und wärmeleitfähig sind. Nach der Auswahl der Materialien werden die Formen durch hochpräzise Bearbeitungsverfahren wie CNC-Fräsen, Bohren und Erodieren hergestellt und anschließend einer sehr strengen Prüfung unterzogen.

Schmelzen und Einspritzen

Die Barren aus Aluminiumlegierungen werden in einem Ofen bei 650-700 °C geschmolzen. Anschließend wird das geschmolzene Aluminium mit einem Hochgeschwindigkeits-Hochdruckkolben oder einem Hydraulikkolben in den Formhohlraum eingespritzt. Diese Hochgeschwindigkeitseinspritzung deckt die Formen vollständig ab.

Abkühlung, Erstarrung und Ausstoß

Die Form wird mit geschmolzenem Aluminium gefüllt, das nach dem Einspritzen abkühlt und erstarrt. Die Abkühlgeschwindigkeit muss unbedingt kontrolliert werden, da eine zu schnelle Abkühlung zu Porosität und eine zu langsame Abkühlung zu Verformungen führt. Kanäle in der Form tragen dazu bei, dass die Temperatur gleichmäßig bleibt. Nach dem Aushärten drücken Auswerferstifte und -platten das Teil harmlos heraus, ohne das Teil oder die Form zu verletzen.

Oberflächenveredelung, maschinelle Bearbeitung und Beschneiden

Das Beschneiden erfolgt manuell oder automatisch, um überschüssiges Material, einschließlich Grat, Läufer und Grate, zu entfernen. Andere werden dann CNC-gefräst, um sehr feine Toleranzen zu erreichen oder um Verzierungen, wie z. B. Gewindelöcher, hinzuzufügen. Die Oberflächenbearbeitung kann die Haltbarkeit und das Aussehen durch Eloxieren, Pulverbeschichten, Lackieren, Galvanisieren oder Elektrophorese verbessern.

Endmontage und Qualitätsinspektion

Vor der Auslieferung wird jedes Aluminiumgussteil einer gründlichen Qualitätsprüfung unterzogen, damit es den Spezifikationen des Kunden entspricht. Je nach Bedarf kann es auch nach Fertigstellung des Produkts zusammengebaut werden, so dass qualitativ hochwertige Produkte entstehen, die den weltweiten Standards entsprechen.

Arten von Aluminium-Druckguss-Verfahren

Druckgießen

Die am weitesten verbreitete Aluminium-Druckguss Verfahren ist der Druckguss. Dabei werden horizontale Kaltkammermaschinen verwendet, in denen geschmolzenes Aluminium mit extrem hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Form gespritzt wird.

Dies ist das beste Verfahren für die Herstellung feinwandiger, komplexer Objekte mit hoher Oberflächenqualität und engen Toleranzen. Druckguss wird häufig mit hohem Druck in der Automobil-, Elektronik- und Industrieindustrie eingesetzt.

Niederdruckgießen

Niederdruckguss ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Aluminium mit niedrigem Druck in die Form gespritzt wird, im Gegensatz zum Hochgeschwindigkeitsdruckguss. Bei diesem Verfahren führen eine bessere Kontrolle der Metallbewegung und geringere Turbulenzen zu einer höheren inneren Qualität und geringeren Porosität.

Aluminiumdruckguss wird häufig bei niedrigem Druck durchgeführt, um Strukturteile und Räder herzustellen, deren mechanische Integrität von großer Bedeutung ist.

Vakuum-Druckgießen

Es handelt sich dabei um ein Druckgussverfahren, allerdings in einer weiterentwickelten Form, bei der die Luft vor und während des Einspritzens aus dem Formhohlraum entfernt wird: dem Vakuumdruckguss.

Dieses Verfahren kann die Porosität erheblich reduzieren und die mechanischen Eigenschaften verbessern, da die eingeschlossenen Gase minimiert werden, so dass die Gussteile für die Wärmebehandlung und das Schweißen geeignet sind.

Technische Überlegungen zum Aluminiumdruckguss

Druckgusslegierungen aus Aluminium

Bedeutung der Legierungsauswahl

Aufgrund der hohen Leistung eines Aluminiumdruckgussbauteils ist die Legierung ein wichtiger Faktor für seine Leistung. Mehrere Druckguß Aluminiumlegierungen unterscheiden sich in Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Bearbeitbarkeit. Die Wahl der Legierung ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die funktionalen Anforderungen erfüllt werden und gleichzeitig die Kosten minimiert und die Herstellbarkeit verbessert werden.

Konstruktionsüberlegungen für Aluminiumdruckguss

Design für Herstellbarkeit

Der erste Schritt zum erfolgreichen Aluminiumdruckguss ist ein gut konstruiertes Teil. Die Ingenieure sollten auf das Verhalten des Metallflusses, der Kühlung und des Ausstoßes achten. Die Wandstärke sollte gleichmäßig sein, um eine gleichmäßige Abkühlung zu erreichen und die Wahrscheinlichkeit von Porosität, Schrumpfung und Verformung zu minimieren.

Einfache Verbindungen zwischen den dicken und dünnen Teilen verbessern die Gussintegrität und Maßgenauigkeit. Vertikale Flächen sind mit Entformungswinkeln versehen, die das einfache Auswerfen aus der Form erleichtern.

Die Teile können sich in der Form ablagern und bei unzureichendem Tiefgang Oberflächenschäden oder Werkzeugverschleiß verursachen. Anstelle von scharfen Ecken werden Verrundungen und Radien verwendet, die die Spannungskonzentration minimieren und das Fließen des Metalls beim Einspritzen verbessern.

Erwartungen an Toleranzen und Oberflächengüte

Aluminiumdruckguss bietet im Vergleich zu vielen anderen Gießverfahren eine hohe Maßgenauigkeit. Die üblichen Toleranzen reichen von -0,05 mm bis -0,2 mm, je nach Größe und Geometrie des Teils.

Die Oberflächen sind glatt und gleichmäßig, so dass oft keine umfangreiche Bearbeitung oder Politur erforderlich ist. Dennoch können Gewindelöcher, Dichtungsflächen oder Lagersitze kritische Merkmale sein und eine CNC-Bearbeitung erfordern.

Kontrolle im Aluminiumdruckguss

Techniken der Prozesskontrolle

Der Hersteller muss eine gleichbleibende Qualität bei Aluminiumdruckgussund eine strenge Prozesskontrolle in allen Phasen der Produktion. Schmelzetemperatur, Einspritzrate, Druck, Kühlrate und Werkzeugtemperatur werden ständig überprüft und angepasst.

Technisch gut ausgestattete Werke verfügen über Echtzeit-Überwachungssysteme und automatische Kontrollen, um Abweichungen zu minimieren. Zu den Prüfverfahren gehören die Sichtprüfung, die Maßprüfung mit einer Koordinatenmessmaschine, die Röntgenprüfung zur Feststellung innerer Porosität, die Härteprüfung und die Prüfung der chemischen Zusammensetzung.

Diese Vorkehrungen werden getroffen, um sicherzustellen, dass alle Gussteilchargen den Spezifikationen und Anforderungen der Kunden und der Industrie entsprechen.

Zertifizierungen und Standards in der Industrie

Die Hersteller von qualitätsorientiertem Aluminiumdruckguss sind auch nach den international anerkannten Qualitätsmanagementsystemen zertifiziert worden. Alle drei Zertifizierungen (IATF 16949, ISO 14001 und ISO 9001) belegen das Engagement des Unternehmens für Qualität, Umweltmanagement und kontinuierliche Verbesserung, die von Kunden aus der Automobilbranche und der Industrie sehr geschätzt werden.

Endbearbeitung von Oberflächen und Arbeitsgängen

Bearbeitungen und Beschneiden

Beim Gießen müssen feste Abfälle, z. B. Kufen, Anschnitte und Grate, entfernt werden. Das Beschneiden kann entweder manuell oder durch automatische Beschneidepressen erfolgen.

Wenn höhere Toleranzen oder speziellere Funktionen erforderlich sind, wird die CNC-Bearbeitung eingesetzt. Die heutigen Bearbeitungszentren sind hochpräzise, zuverlässig und in hohem Maße wiederholbar in der Großserienproduktion.

Optionen für die Oberflächenbehandlung

Aluminiumdruckguss kann auch mit verschiedenen Oberflächenbehandlungen versehen werden, um Aussehen, Korrosionsbeständigkeit und Funktionalität zu verbessern. Die gängigsten sind Galvanisierung, Elektrophorese, Eloxierung, Pulverbeschichtung und Lackierung. Der Verwendungszweck, die Ästhetik und die Erschwinglichkeit bestimmen die Art der Oberflächenbehandlung.

Vorteile und Nachteile von Aluminiumdruckgussstücken

Druckguss von Aluminium: Vorteile

Das ideale Verfahren ist der Aluminiumdruckguss, da er sich durch geringes Gewicht und mechanische Festigkeit auszeichnet und sich daher für Gehäuse eignet, die eine Gewichtsreduzierung erfordern. Das Verfahren bietet Effizienz in der Produktion und Stabilität sowie die Möglichkeit, komplizierte Geometrien mit weniger Abfall herzustellen.

Weitere Aspekte, die Aluminium als nachhaltiges Fertigungsmaterial attraktiv machen, sind seine inhärente Korrosionsbeständigkeit und Recyclingfähigkeit.

Nachteile und Befürchtungen

Der Aluminiumdruckguss hat trotz seiner Vorteile auch seine Grenzen. Die Erstausstattung mit Werkzeugen kann kostspielig sein und ist weniger kosteneffizient, wenn das Produktionsvolumen sehr gering ist.

Außerdem ist das Verfahren in der Regel auf einige Klassen von Aluminiumlegierungen beschränkt, und die Unmöglichkeit, den Prozess zu kontrollieren, kann zu Defekten wie Porosität oder Größenschwankungen führen. Diese Probleme wurden durch gutes Design, Technik und hochwertige Systeme gelöst.

Aluminium-Druckguss: Industrielle Anwendungen

Kraftfahrzeuge und Transport

Die Automobilindustrie ist einer der größten Anwender von Aluminiumdruckguss. Motorblöcke, Getriebegehäuse, Halterungen und Strukturteile sind Teile, bei denen das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht von Aluminium genutzt werden kann, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Emissionen zu reduzieren.

Elektronik und elektrische Ausrüstung

Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist außergewöhnlich, weshalb Elektronikgehäuse, Kühlkörper und Schaltschränke häufig aus Aluminium gegossen werden. Diese Eigenschaften sorgen für eine effektive Wärmeableitung und elektromagnetische Abschirmung.

Maschinen, Konsumgüter und Industrie

Industrieausrüstungen, Elektrowerkzeuge, Beleuchtungsanlagen und Haushaltsgeräte werden im Aluminiumdruckgussverfahren gegossen, weil es Komponenten hervorbringt, die stabil, präzise und optisch ansprechend sind. Das Verfahren erleichtert die Leistung (Funktion) und das aktuelle Produktdesign.

Schlussfolgerung

Aluminium-Druckguss ist eine der vielversprechendsten und zuverlässigsten Methoden zur Herstellung hochwertiger, leichter und langlebiger Metallkomponenten in Großserie. Der hohe Druck, mit dem eine wiederverwendbare Stahlmatrize in geschmolzene Aluminiumlegierungen gepresst wird, ermöglicht es den Herstellern, komplexe Geometrien, enge Maßtoleranzen und erstklassige Oberflächengüten mit minimalen Nachbearbeitungen herzustellen.

All dies unterstreicht den Bedarf an Aluminiumdruckguss in vielen Sektoren, darunter Autos, Elektronik, Industrieausrüstung, medizinische Geräte, Konsumgüter und andere. Fortschritte bei der Entwicklung von Legierungen, der Konstruktion von Druckgussformen, der Automatisierung und der Prozesssteuerung haben ebenfalls dazu beigetragen, die Gleichmäßigkeit, Qualität und Leistung von Aluminiumdruckgusskomponenten zu verbessern.

Die Hersteller können das Verfahren wählen, das ihren strukturellen, mechanischen und ästhetischen Anforderungen entspricht, wobei Optionen wie Hoch-, Nieder- und Vakuum-Aluminiumdruckguss zur Verfügung stehen. Eine angemessene Aufmerksamkeit für das Teiledesign, die Legierungsauswahl, die Werkzeugqualität und die Inspektion hilft, typische Probleme wie Porosität oder hohe Werkzeugkosten zu vermeiden.

Generell ist die Kombination aus Festigkeit, Gewichtsreduzierung, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit eine ideale Lösung für Aluminiumdruckguss. Es lässt sich leicht recyceln, ist korrosionsbeständig und erfüllt die aktuellen Qualitätsanforderungen, was es zu einer der wichtigsten Technologien macht, um die Anforderungen der modernen Hochleistungsproduktion in großen Stückzahlen zu erfüllen.