Aluminium-Druckguss: Vorteile, Anwendungen und Designtipps

Aluminium ist eines der beliebtesten Metalle, die in der Herstellung von Metallprodukten für viele Branchen verwendet werden. Es ist ein vielseitiges Material mit mehreren vorteilhaften Eigenschaften, die es für viele Anwendungen geeignet machen. Es ist jedoch wichtig, den richtigen Herstellungsprozess bei der Konstruktion von Aluminium-Teilen zu wählen. Unter den mehreren verfügbaren Verfahren zeichnet sich Druckguss-Aluminium aus.  

Aluminium Druckgussist eine effektive Fertigungstechnik zur Herstellung präziser, glatter und strukturierter Metallteile. Diese Methode beinhaltet die Injektion von Schmelzmetallen in Formen unter hohem Druck. Die leichten Eigenschaften und die außergewöhnliche Dimensionsstabilität von Aluminium machen es zu einer bevorzugten Legierung für diese Technik.

Wenn Sie sich auf die Grundlagen des Druckguss-Aluminiumprozesses interessieren, ist dieser Artikel für Sie. Wir decken die Vorteile und Anwendungen des Prozesses ab.

Was ist der Aluminium-Druckgussprozess?

Das Aluminium-Druckgussverfahren ist eine Methode, die verwendet wird, um Metallteile zu erstellen, indem Aluminium bei hohen Temperaturen erhitzt und schmelzt und in vorgeformte Formen eingespritzt wird.  

Zu den Grundsätzen gehören:

• Gestaltung der Form:  Die Form ist präzise mit zwei Hälften ausgebildet – der Ejektorhälfte (Ejektormatriz) und der festen Hälfte (Abdeckmatriz). Sobald diese Hälften bearbeitet wurden, werden sie verwendet, um die gewünschte Form des Teils zu bilden.
• Schmelzen und Injektion:  Schmelztes Aluminium wird unter extrem hohem Druck erhitzt und in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch vollständige Füllung und Formgebung gewährleistet wird.
• Kühlung und Festigung:  Nach der Injektion wird das geschmolzene Aluminium in der Form abkühlen und verfestigen lassen.
• Ejektion und Finishing:  Sobald das Aluminium abgekühlt ist, wird die Form geöffnet und das Teil ausgestoßen. Weitere Veredelungsverfahren wie Trimmen oder Oberflächenbehandlungen können angewendet werden.

Druckgussmaschinen, unabhängig von ihrer Größe, unterscheiden sich in erster Linie in der Methode, die verwendet wird, um den Prozess abzuschließen. Es gibt zwei Hauptmethoden:

Heiße Kammer Druckguss

 

Das Heißkammerdruckgiessen verwendet die gleiche zuvor erwähnte Methode, bei der geschmolzenes Metall in einen vorgeformten Formhohlraum gedrückt wird. Was das Heißkammerdruckgießen unterscheidet, ist, dass das Metall innerhalb der Gießmaschine erhitzt wird, nicht in einem separaten Ofen. Diese Maschinen werden oft als Gansnacksmaschinen bezeichnet.  

Sie verfügen über einen integrierten Ofen zum Aufheizen des Metalls in einen geschmolzenen Zustand. Ein hydraulisch angetriebener Kolben treibt dann das geschmolzene Metall aus dem Ofen in die Düse. Dieser Prozess ist relativ schnell und dauert in der Regel nur 15 bis 20 Minuten für einen vollen Zyklus.

Kaltkammer Druckguss

Kaltkammerdruckgießen mag klingen, als ob es darum geht, kaltes Metall durch eine Form zu drängen, aber es erfordert immer noch die Injektion von geschmolzenem Metall. Der Hauptunterschied liegt im Heizprozess. Im Kaltkammerdruckguss werden die Druckgussmetalle zunächst in einem separaten Ofen auf einen geschmolzenen Zustand erhitzt. Anschließend wird das geschmolzene Metall in die Kammer der Gießmaschine eingeführt. Ein Druckkolben innerhalb der Maschine treibt das geschmolzene Metall in den Formhohlraum.

Für bestimmte Hochschmelzpunktmetalle wie Aluminium ist Kaltkammerdruckgießen erforderlich. Diese Legierungen erfordern aufgrund der erhöhten Temperaturen einen separaten Ofen, der erforderlich ist, um einen geschmolzenen Zustand zu erreichen. Diese Unterscheidung veranlasst einige Hersteller, Kaltkammer-Druckguss gegenüber seinem Heißkammer-Gegenstück zu wählen.

Vorteile von Die Casting Aluminium

Die leichte Natur von Aluminium macht es am besten geeignet für Aluminium-Druckguss, da es die Herstellung von leichten Komponenten ermöglicht, während die Haltbarkeit beibehalten wird. Lassen Sie uns einige der wichtigsten Vorteile dieser Druckgussmethode betrachten.

Kosteneffektiv für die Großvolumenproduktion

Druckgussteile erfordern minimale oder in einigen Fällen keine anschließende Bearbeitung. Diese Fähigkeit, die Notwendigkeit der Nachbearbeitung zu beseitigen, stellt einen bemerkenswerten Vorteil des Druckgussverfahrens dar. Folglich können Unternehmen die Großproduktion rationalisieren, ohne zusätzliche Ressourcen für die Veredelung zuzuweisen.

Außerdem ist der Gießzyklus im Druckguss-Aluminium im Vergleich zu alternativen Verfahren besonders kurz. Schmelztes Metall erstarrt in Sekunden und macht die Massenproduktion von Komponenten durch diesen Prozess sehr kostengünstig.

Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften

Druckguss verleiht seinen gefertigten Komponenten herausragende mechanische Eigenschaften. Die Hochdruckverfestigung von geschmolzenem Aluminium führt zu feinstrukturierten, kompakten und kristallinen Produkten. Diese Druckgussteile zeigen Steifigkeit, Härte und bemerkenswerte Festigkeit. Neben diesen Eigenschaften bieten sie eine verbesserte Haltbarkeit und eine außergewöhnliche Leitfähigkeit.

Dimensionsgenauigkeit

Aluminium-Druckguss liefert robuste und dimensionsstabile Komponenten, die auch schweren Bedingungen standhalten können, während ihre Präzision beibehalten wird. Daher ist es die bevorzugte Wahl für die Herstellung komplexer und interner Maschinenteile, die hohe Genauigkeitsstandards erfordern. Darüber hinaus erreichen Druckgusse konsequent engere Toleranzen als alternative Gießverfahren. Insbesondere erfordern diese Produkte keine zusätzliche Bearbeitung, um ihre Dimensionsstabilität zu verbessern.

Bearbeitung komplexer Teile

Druckguss Aluminium zeichnet sich bei der Herstellung komplizierter, dünnwandiger Komponenten aus und unterscheidet es von anderen Metallformtechniken. Insbesondere sind Aluminiumlegierungen die bevorzugten  Materialien  zur Herstellung solcher dünnwandigen Teile, da sie außergewöhnliche Festigkeit-Gewichtsverhältnisse liefern. Im Druckguss können Teile aus Aluminiumlegierungen eine bemerkenswerte Dicke von nur 0,5 mm erreichen.

Glatte Oberfläche Finish

Druckguss verfügt über gleichmäßig glatte kristalline Oberflächen. Da das geschmolzene Metall die präzise Form der Werkzeuge annimmt, zeigen die resultierenden Gussstücke feine und polierte Oberflächen. Dies ist ein bemerkenswerter Vorteil des Druckgusses, der die Notwendigkeit für nachfolgende Nachbearbeitungsschritte minimiert. Tatsächlich können Produkte sofort nach Abschluss des Druckgießprozesses zur Lieferung versendet werden.

Gemeinsame Aluminiumlegierungen

Es gibt viele Aluminiumlegierungen, die ideal für die Druckgusstechnik sind. Eine Legierung muss jedoch bestimmte Merkmale aufweisen, um sie zu einem geeigneten Kandidaten für Aluminium-Druckguss zu machen. Diese Eigenschaften helfen Ingenieuren, Aluminium-Druckguss mit großer Flexibilität zu schaffen.  

Dazu gehören:

• Korrosionsbeständigkeit
• Ausgezeichnetes Festigkeit-Gewicht-Verhältnis
• Gute Veredelungseigenschaften
• Hohe Betriebstemperaturen
• Ausgezeichnete Steifigkeit
• Hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit
• RFI- und EMI-Abschirmung
• Volle Recyclingfähigkeit

Die nachstehende Tabelle fasst die für das Druckguss geeigneten Aluminiumlegierungen und ihre Anwendungen zusammen:

Legierung	Eigenschaften	Typische Anwendungen
ADC-1	Hohe Flüssigkeit, gute Gießbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.	Elektrokomponenten, Beleuchtungen und Dekorgussteile.
Der ADC3 (A360)	Gute Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichnete Luftdichtheit	Automobilölpfannen, Automobilcontrollergehäuse, Motorgehäuse, 5g-Kommunikationsboxen, LED-Lampengehäuse.
ADC6	Gute thermische Brüchigkeit, Korrosionsbeständigkeit, oxidative Färbung, ausgezeichnete Festigkeit und Härte,	Flugzeugteile und Raketengehäuse
ADC10	Guter Fluidstrom und mechanische Eigenschaften	Elektronische Gehäuse und Heizkörper
ADC12	Gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Flüssigkeit, ausgezeichnete Druckdichtheit und gute Gussbarkeit, ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, hohe Festigkeit.	Automobilteile, einschließlich Motorblöcke, Getriebegehäuse und Kühlkörper.
A413	Überlegene Druckdichtigkeit, außergewöhnliche Festigkeit, ideale Korrosionsbeständigkeit, sehr niedrige Spezifische Schwerkraft, ausgezeichnete Formenfüllleistung, gute Fließbarkeit und Druckdichtung	Luftfahrzeugkonstruktionsteile, Motorteile
B390	Beste Kombination aus Guss, mechanischen und thermischen Eigenschaften, ausgezeichnetem Durchfluss, Druckdichtung und thermischer Rissbeständigkeit	Elektronische Geräte Chassis, Motorhalter, Getriebegehäuse, Haushaltsmöbel, Elektro- und Handwerkzeuge
Der AC43500	Hohe Festigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitungsfähigkeit	Motorgehäuse, Starterrahmen und Rumpfstruktur
A356	Leichtes Gewicht, gute Druckdichtigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften	Flugzeuge, Pumpengehäuse, Laufräder, LKW-Chassis-Teile, Hochgeschwindigkeitsblasen und Laufräder

Druckguss Aluminiumlegierungen und ihre Anwendungen

Häufige Druckgussfehler

Druckgussfehler werden in der Regel in innere und äußere Defekte unterteilt. Zu den üblichen gehören folgende: 

• Gasporität:  Die Gasporosität resultiert aus der Bildung von Blasen im Guss während der Kühlung, die als runde oder ovale Strukturen mit glatten, hellen Oberflächen erscheinen. Es tritt als gelöstes Gas in flüssigen Metallen bei der Abkühlung zu Hohlräumen auf.  
• Schrumpfporosität:  Dieser Defekt tritt während der Abkühlung und Verfestigung des Gusses auf, was möglicherweise Formen verzerrt oder Löcher schafft. Es manifestiert sich als Winkelkanten mit Rissen oder dendritischen Frakturen.  
• Einschlüsse:  Einschlüsse sind unregelmäßige Löcher im Inneren oder auf der Gießfläche. Dies wird häufig durch Verunreinigungen aus Metall, Metallinteraktion mit der Atmosphäre oder der Schimmeloberfläche, niedrige Ofenladungsreinheit und übermäßiges Graphit in Schimmelfreisetzungsmitteln verursacht.  
• Risse:  Risse treten durch Spannung innerhalb und außerhalb des Materials während der Kühlung und äußere Kräfte während des Ausstoßes auf, mit unregelmäßigen oder linearen Mustern auf den Gießflächen. Sie resultieren aus falschen Legierungselementen, die den Einsatz korrekter Legierungselemente erfordern, die Komponentenstruktur optimieren und eine gleichmäßige Wanddicke gewährleisten.
• Kalte Schließung:  Es erscheint als unregelmäßige lineare Linien auf der Oberfläche des Gusses, verursacht durch die unsachgemäße Verschmelzung von zwei flüssigen Metallfronten. Die Prävention beinhaltet die Erhöhung der Schimmel- und Schmelzmetalltemperaturen, die Änderung der Torgröße und -position sowie die Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit.
• Netzwerkrisse:  Dies sind haar- oder netzartige Vertiefungen auf der Gießfläche. Es kann aufgrund einer hohen Fülltemperatur, einer rauen Matrizenhöhle, einer falschen Materialwahl und unzureichenden Wärmebehandlungen auftreten.  
• Blitze:  Sie erzeugen dünne, unregelmäßige Blechformen auf dem Guss und werden durch hohe Spritzgeschwindigkeit, Temperatur, unreine Oberflächen und unzureichende Druckklemmkraft verursacht.  
• Verformung:  Dies geschieht, wenn die Endteilform nicht mit der Zeichnung übereinstimmt. Es wird durch unsachgemäße Torentfernung, vorzeitige Formöffnung, Gussdesign, Lappen während des Gießaustreibs und unzureichende Ausstoßmechanismen verursacht.
• Durchflussmarken:  Durchflussmarken erscheinen als Streifen oder nicht-richtungsweisende Linien auf der Gießfläche aufgrund der niedrigen Matrizentemperatur, überschüssigem Schmierstoff, Fülldruck und kleinen Querschnittsflächen.  
• Laminierungen:  Sie entstehen durch die Überlappung von zwei Schichten während des Füllprozesses, wodurch zwischen den Schichten versteckte Substanzen entstehen. Sie können durch richtiges Einsatzdesign und -handhabung angegangen werden.
• Waschbecken:  Diese Mängel manifestieren sich als Vertiefungen in den dickwändigen Bereichen des Gusses aufgrund des niedrigen Einspritzdrucks, der partiellen Überhitzung der Matrize, der ungleichmäßigen Wanddicke und der kurzen Druckhaltzeiten.  

Oberflächenverbindungsoptionen für Aluminium-Druckgussteile

Während Aluminium-Druckgussteile eine sehr minimale Nachbearbeitung erfordern, gibt es Situationen, in denen Sie durchführen müssen. Oberflächenverbindung  für verbesserte Funktionalität und Ästhetik. In solchen Situationen sind hier die bevorzugten Optionen:

Anodisierung

AnodisierungAluminium-Druckguss bietet eine wirtschaftliche Lösung zur Verbesserung ihrer Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit. Es schafft eine nicht leitende Schutzschicht auf den Komponenten. Trotz der natürlichen Leitfähigkeit von Aluminium erhält die Oxidschicht keramische Eigenschaften, wodurch das eloxierte Druckguss-Aluminium nicht leitfähig ist.

Trotzdem zeigt eloxiertes Aluminium bei direktem Kontakt eine eingeschränkte elektrische Leitfähigkeit. Diese Einschränkung beruht auf der Dünnheit der umliegenden Oxidschicht, was zu einer deutlich geringeren Leitfähigkeit führt. Wenn Ihre Anwendung eine elektrische Leitfähigkeit durch Aluminium erfordert, ist es ratsam, alternative Oberflächenverbindungsoptionen zu erkunden.

Pulverlack

Pulverbeschichtung zeichnet sich als weit bevorzugte Oberflächenverbehandlungstechnik für Aluminium-Druckgusskomponenten aus. Dieser Prozess beinhaltet eine hohe Temperaturanwendung und erfordert eine gewisse Haltbarkeit. Es bietet jedoch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Dings und Kratzer. Darüber hinaus bietet es eine Vielzahl von Optionen in Bezug auf Texturen, Farben und Glanzniveaus.

Galvanisierung

Diese Technik umfasst das Ablegen einer dünnen metallischen Beschichtung auf die Oberfläche eines Gusses mittels einer elektrolytischen Einrichtung. Diese Methode ist ausgezeichnet, um sowohl die Funktionalität als auch die visuelle Attraktivität vieler Produkte zu verbessern. Es verfügt über eine ausgezeichnete Auswahl an Anpassungsmöglichkeiten und eignet sich für große Produkte.

Malerei

Methoden wie die Malerei eignen sich gut für Druckgusskomponenten aufgrund der einfachen Anwendung und der Fähigkeit, Schutz und verbesserte Ästhetik zu bieten. Es ist jedoch wichtig, die spezifische Art der Lackverbindung zu berücksichtigen, die für Ihre Produkte während der Entwurfsphase erforderlich ist.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, treffen Sie Vorsichtsmaßnahmen und beseitigen Sie Verunreinigungen wie Öle von den gegossenen Oberflächen vor dem Auftragen der Farbe. Darüber hinaus können Sie die Haftung verbessern, indem Sie nach gründlicher Reinigung eine Konversionsbeschichtung auf die vorbereitete Oberfläche auftragen.

Chemischer Film

Chem Film ist eine weit bevorzugte Oberflächenverbindung für Aluminium-Druckgussmaterialien. Es kann mit verschiedenen Methoden wie Sprühen, Bürsten oder Tauchen angewendet werden. Der Hauptunterschied dieses Verfahrens ist seine elektrische Leitfähigkeit, so dass es in vielen Branchen anwendbar ist.

Anwendungen von Aluminium-Druckgussteilen

Aluminiumlegierungen bieten herausragende mechanische Vorteile, die zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in verschiedenen Anwendungen führen. Da mehr Industrien Aluminium-Druckguss anwenden, entstehen weiterhin neue Anwendungen. Hier sind einige bemerkenswerte Anwendungen des Aluminium-Druckgussprozesses:

Automobilindustrie

Das Leichtgewicht von Aluminiumlegierungen macht sie zu einem entscheidenden Bestandteil moderner Fahrzeuge. Sie werden in der Automobilindustrie weit verbreitet und umfassen verschiedene Anwendungen von Motoren bis hin zu Karosserieteilen zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Trotz ihres geringen Gewichts behalten diese Aluminium-Komponenten außergewöhnliche Haltbarkeit und Festigkeit. Außerdem bieten Aluminiumlegierungen Umweltvorteile, da viele Automobilschrotte effizient recycelt werden können.

Elektronikindustrie

In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Elektronikindustrie beispielloses Wachstum und bemerkenswerte Innovationen in Verbraucherprodukten erlebt. Zentral für diesen Fortschritt war die zentrale Rolle, die Aluminium bei der Herstellung dieser Produkte spielte. Insbesondere Aluminium-Drucklegierungen sind ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung verschiedener Verbraucherprodukte. Sie reichen von Smartphones über das Gehäuse von 5G-Netzwerken und vieles mehr.

Luft- und Raumfahrtindustrie

Ähnlich wie die Automobilindustrie verlangt auch die Luft- und Raumfahrtindustrie leichte und schlagfeste Materialien für ihre komplexen Werkzeuge und hochzugfesten Bauteile. Hier finden Aluminium-Druckgussmaterialien umfangreichen Nutzen. Dazu gehören Flugzeugmotorenkolbenköpfe, Kraftstoffsystemkomponenten, Ladegehäuse, Verteilerkappengehäuse, elektronische Gehäuse, Beleuchtungselemente, Zahnringkomponenten usw.

Medizinische Industrie

Die Medizinische Industrie setzt auf Aluminiumguss, um leichte und robuste Komponenten wie chirurgische Schalen und Prothesen zu erzielen. Die Fähigkeit des Aluminium-Druckgusses, komplizierte und präzise Geometrien herzustellen, ist in diesem Bereich besonders wertvoll. Darüber hinaus ist die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium vorteilhaft für medizinische Geräte, die häufig Körperflüssigkeiten und Chemikalien ausgesetzt sind.

Konstruktion

Aluminiumgusslegierungen sind wesentliche Materialien in der Bauindustrie. Sie werden häufig in Anwendungen wie Fensterrahmen und Dachaufstrukturen eingesetzt. Darüber hinaus verlassen sich Ingenieure auf Aluminium-Druckgusskomponenten, um große Strukturen zu bauen, einschließlich kommerzieller Gebäude und Brücken.

Überlegungen zur Gestaltung von Aluminium-Druckgussteilen 

Es gibt einige Maßnahmen, die Sie während der Konstruktion von Aluminium-Druckgussteilen einführen müssen. Dies hilft Ihnen, die besten Ergebnisse aus dem Metalldruckgussprojekt zu erzielen. Hier sind die wesentlichen Überlegungen:

Gestaltung der Form

Einer der ersten Schlüsselbedräge ist das Formdesign. Effizienz ist von entscheidender Bedeutung, da die nahtlose Injektion von geschmolzenem Aluminium und ein einfaches Ausstoßen der fertigen Teile möglich ist. Jede Form weist eine Trennlinie auf, den Trennpunkt zwischen ihren beiden Hälften. Entwickler müssen sicherstellen, dass dieser Faktor in den frühen Phasen des Gestaltungsprozesses angegangen wird.

Ort der Injektionsstelle

Es ist wichtig, mehrere Einspritzpunkte in die Konstruktion aufzunehmen, um eine vorzeitige Verfestigung des geschmolzenen Aluminiums zu verhindern, bevor es alle komplizierten Abschnitte innerhalb des Werkzeugs erreicht. Dieser Ansatz ist vorteilhaft beim Umgang mit komplexen Hohlräumen. Es ermöglicht es Ihnen, diese Bereiche in Aluminium zu umgeben und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Teil bei der Formtrennung leicht entfernt werden kann.

Wanddicke

Als Produktdesigner ist es wichtig, die Wanddicke Ihrer Form sorgfältig zu berücksichtigen. Dieser Faktor ist entscheidend für die Minimierung von Materialverschwendung, die Beschleunigung der Produktion und die Sicherstellung der Qualität der Endprodukte. Die Konstruktion dünner Wände kann den ordnungsgemäßen Fluss von geschmolzenem Metall innerhalb der Form behindern, was zu einer vorzeitigen Verfestigung vor der vollständigen Füllung führt. Umgekehrt führen übermäßig dicke Wände zu Materialverschwendung, verlängerten Verfestigungszeiten, erhöhtem Teilegewicht und dem Verlust des Hochgeschwindigkeitsproduktionsvorteils. Zudem beeinträchtigen zu dicke Wände die Flexibilität und Qualität von Aluminiumgussteilen.

Die Aufrechterhaltung einer konsistenten Wanddicke ist für die Verbesserung der strukturellen Integrität und der Gesamtqualität des Gusses unerlässlich. Die empfohlene Wanddicke für Aluminiumguss liegt typischerweise im Bereich von 0,787" bis 0,1737". Diese Abmessung kann jedoch abhängig von Faktoren wie Material, Struktur, Größe und Anwendung des Druckgussteils variieren.  

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Schlussfolgerung

Druckguss Aluminium ist eine ausgezeichnete Herstellungstechnik. Es kann jedoch bei kleinen Teilemengen teuer werden. Mit zunehmender Teilemenge ergibt sich jedoch das Druckgießen als wirtschaftlich rentabelster Prozess. Hersteller bevorzugen oft Aluminium aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und seine niedrigeren Materialkosten tragen zu verbesserten Gewinnspannen bei.

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