Was ist Aluminiumdruckguss?
Aluminiumdruckguss ist ein spezielles Gießverfahren, bei dem eine Aluminium- oder Zinklegierung geschmolzen und in eine Form gepresst wird. Aluminiumdruckguss zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Produkte mit komplexen Formen, hoher Maßgenauigkeit und schönen Oberflächen in Serie zu produzieren.
Aus diesem Grund genießt der Aluminiumdruckguss ein hohes Ansehen unter den Metallbearbeitungsverfahren. Aluminiumdruckguss wird oft mit Aluminiumguss verwechselt. Aluminiumguss ist ein anderes Gießverfahren als Aluminiumdruckguss, da es sich um ein Verfahren handelt, bei dem ein Metall wie eine Aluminiumlegierung oder Kupfer bei einer Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes flüssig gemacht, in eine Form gegossen und zum Erstarren abgekühlt wird.
Darüber hinaus werden beim Aluminiumdruckguss Metallformen verwendet, während beim Aluminiumguss in der Regel Sandformen zum Einsatz kommen. Der Aluminiumdruckguss ist durch hohe Produktionskosten gekennzeichnet, da die Form aus einem Metallklumpen konstruiert und hergestellt werden muss.
Anwendungen von Aluminiumdruckguss
Aluminiumdruckguss wird vor allem für Automobilteile verwendet. Insbesondere sind Lenkungsteile in jüngster Zeit besonders gefragt. Dies liegt daran, dass mit Aluminiumdruckguss Produkte mit komplexen Formen und hoher Präzision in großen Mengen und in kurzer Zeit hergestellt werden können.
Aluminiumdruckguss wird nicht nur für Automobilteile verwendet. Dieses Verfahren wird auch in einer breiten Palette bei der Produktion von Alltagsprodukten wie Computern, Mobiltelefonen, Digitalkameras, Kühlschränken und Waschmaschinen verwendet. Aluminiumdruckguss kann auch zur Herstellung von Kleinteilen verwendet werden und so zur Gewichtsreduzierung der Produkte beitragen.
Funktionsweise des Aluminiumdruckgusses
Aluminiumdruckguss ist ein Gussverfahren, bei dem Formen verwendet werden. Druckguss bedeutet das Gießen mit einer Form (Kokille). Die Druckgussmaschine besteht aus einer Formspannvorrichtung, die die Form öffnet und schließt, einer Einspritzvorrichtung, die das geschmolzene Metall in die Form spritzt, und einem Extruder, der es aus der Form drückt.
Beim Aluminiumdruckguss wird die Aluminiumlegierung zunächst geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt werden auch andere Metalle als Aluminium geschmolzen, um eine Legierung mit der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten, was eine sorgfältige Anpassung und Kontrolle der Zusammensetzung erfordert. Nach dem Schmelzen der Aluminiumlegierung wird die Form gereinigt und mit einer Formschließvorrichtung geschlossen.
Die geschlossene Form wird dann durch eine Einspritzvorrichtung mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung gefüllt. Aluminiumdruckgüsse zeichnen sich durch eine feine Oberflächenschichtstruktur aus, da das geschmolzene Metall in die Form gespritzt wird und schnell abkühlt. Diese feine Oberflächenstruktur macht die Oberfläche des Aluminiumdruckgusses hart und ermöglicht die Herstellung von festen Produkten.
Ein Nachteil des Aluminiumdruckgusses ist hingegen die schnelle Abkühlung, die zur Bildung von Gusslöchern führen kann. Diese Gusshohlräume treten nicht nur an der Oberfläche auf, sondern auch in der Mitte, wo sie schließlich erstarren. Treten in Aluminiumdruckgüssen Gusshohlräume auf, kann die erwartete Produktleistung nicht erreicht werden, z. B. aufgrund einer geringeren Festigkeit. Deshalb sind beim Aluminiumdruckguss eine Temperaturkontrolle während des Druckgusses und eine ausreichende Berücksichtigung der Formgebung notwendig.
Weitere Informationen zum Aluminiumdruckguss
1. Unterschiede zwischen Aluminiumdruckguss und Aluminiumguss
Aluminiumdruckguss wird durch Schmelzen einer Aluminium- oder Zinklegierung und Pressen in eine Form hergestellt. Im Allgemeinen wird das Material auf ca. 500 °C bis 700 °C erhitzt, geschmolzen, mit niedriger Geschwindigkeit in die Form gegossen und dann unter hohem Druck abgekühlt, bevor es geformt wird.
Beim Aluminiumguss hingegen wird eine flüssige Aluminiumlegierung in einem Hochtemperaturofen geschmolzen und in Metall- oder Keramikformen gegossen. Beim Aluminiumguss wird im Grunde keine äußere Kraft angewandt, sondern das flüssige Metall wird durch Fallen und anschließendes Fließen in die Form gebracht. Im Vergleich zum Aluminiumdruckguss wird der Aluminiumguss manchmal auch als Schwerkraftguss bezeichnet.
Die Vorteile des Aluminiumdruckgusses sind seine hohe Maßgenauigkeit und die Möglichkeit, auch komplexe Formen herzustellen. Dies liegt daran, dass die geschmolzene Aluminiumlegierung unter Druck in die Form eingeleitet wird, was bedeutet, dass die Aluminiumlegierung sofort in jeder Ecke der Form verfügbar ist. Beim Aluminiumguss hingegen werden möglicherweise nicht die gewünschten Abmessungen erreicht oder es entstehen Oberflächenfalten. Das liegt daran, dass die Hochtemperatur-Aluminiumlegierung eine relativ geringe Fließfähigkeit hat, so dass es Zeit braucht, bis sie allein durch Tropfenspeisung alle Ecken der Form erreicht.
Infolgedessen schrumpft der Aluminiumguss beim Erstarren, was zu Maßänderungen und Fehlern wie Falten beim Fließen führen kann. Aluminiumdruckgüsse zeichnen sich außerdem durch hohe Maßgenauigkeit und hervorragende Oberflächenrauheit aus. Da sich die Aluminiumlegierung sofort ausbreitet, können die Produktionszeiten verkürzt und die Produkte in Massenproduktion hergestellt werden.
Ein weiteres Merkmal, das den Aluminiumdruckguss vom Aluminiumguss unterscheidet, ist die gleichbleibend hohe Qualität der Oberflächenrauhigkeit, wodurch sich Nachbearbeitungs- und Prüfprozesse reduzieren. Ein Nachteil des Aluminiumdruckgusses sind jedoch die hohen Kosten für die Konstruktion und Herstellung der Formen. Aus diesem Grund kann der Aluminiumdruckguss, bei dem Sandformen verwendet werden, für die Kleinserienproduktion kostengünstiger sein.
Ein weiterer Nachteil des Aluminiumdruckgusses ist, dass er sich nicht für Teile eignet, die eine hohe Festigkeit erfordern. Beim Aluminiumdruckguss werden während der Formgebung Luft und verdampftes Formtrennmittel eingesetzt. Dadurch entstehen Hohlräume, sogenannte „Nester“, die die Festigkeit des Produkts verringern.
2. Materialien für den Aluminiumdruckguss
Aluminiumlegierungen umfassen Guss- und Dehnungswerkstoffe, während Druckgusswerkstoffe in mehreren Serien erhältlich sind, wobei ADC an der Spitze der Liste steht. Die Hauptkomponentensysteme der Aluminiumdruckguss-Werkstoffe sind Al-Si und Al-Mg, denen Elemente wie Cu und Mn hinzugefügt werden. Die Auswahl der einzelnen Werkstoffe richtet sich nach der für den Aluminiumdruckguss erforderlichen Korrosionsbeständigkeit, Gießbarkeit und Schlagfestigkeit.
Die metallurgische Struktur der Aluminiumdruckguss-Werkstoffe ist eine Matrixphase aus Al-Mischkristallen. Bei der Matrix kann es sich um eine lamellare eutektische Al-Si-Struktur oder um eine Ausscheidungsverfestigung durch Mikroausscheidungen wie Mg2Si und Al2Cu handeln, die zu unterschiedlichen Eigenschaften führen.
Normalerweise werden Aluminiumlegierungen nach dem Gießen oder Bearbeiten einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Kristallkörner vorzubereiten und Mikroausscheidungen zu bilden. Aluminiumdruckgüsse werden jedoch häufig nicht wärmebehandelt, um zu vermeiden, dass sich Luft und Gase, die im Druckguss eingeschlossen sind, ausdehnen und während der Wärmebehandlung Defekte bilden.
Das Vakuumdruckgussverfahren und das porenfreie Druckgussverfahren, die in letzter Zeit immer häufiger angewandt werden, zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass das Auftreten dieser Defekte weniger wahrscheinlich ist. Daher ist es bei den neueren Aluminiumdruckgussverfahren möglich geworden, die Eigenschaften der Aluminiumdruckgusswerkstoffe durch zusätzliche Wärmebehandlungsverfahren zur Geltung zu bringen.