Fortschrittliche Aluminiumlegierungen im maßgefertigten Metallguss für Hochleistungsteile

Das maßgefertigte Metalldruckgussverfahren ist eine etablierte Methode zur Herstellung leichter, komplexer und hochpräziser Metallkomponenten in wirtschaftlich rentablen Produktionsmengen. Die Leistung von Druckgusskomponenten hängt jedoch von mehr als nur der Druckgussmethode ab. Die Leistung des Druckgusssystems wird durch die Legierungszusammensetzung, das Bauteildesign, das Stanzdesign, die thermischen und Durchflussbedingungen sowie deren Steuerung und Nachgießvorgänge beeinflusst.

Da Automobil-, Elektronik-, Automatisierungs- und energiebezogene Produkte immer kompakter und funktionaler integriert werden, untersuchen Hersteller Aluminiumlegierungen, die ein passenderes Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Geschießbarkeit, thermischer Leistung, Korrosionsbeständigkeit und Kosten bieten.

Was sind fortschrittliche Aluminium-Druckgusslegierungen?

"Fortschrittliche Aluminiumlegierung" bezieht sich nicht auf eine bestimmte Qualität. Im Custom Metal Diecasting beschreibt er im Allgemeinen eine Legierung, die für eine bestimmte Leistungsanforderung ausgewählt oder angepasst wurde.

• Höhere mechanische Festigkeit: Besser geeignet für die Herstellung von Halterungen, Gehäuse, Stützen und anderen Teilen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

• Verbesserte Wärmeleitfähigkeit: Besser geeignet für den Einsatz als Wärmekörper, Gehäuse für LEDs und andere Elektronik, Wärmemanagementkomponenten und in thermisch leitfähigen Gehäusen.

• Bessere Korrosionsbeständigkeit: Für den Einsatz im Freien, in feuchten und/oder chemisch aggressiven Umgebungen sind Legierungen mit kontrollierter Zusammensetzung und niedrigerem Kupfergehalt.

• Größere Duktilität: Besser für Teile, die sich verformen können, ohne zu brechen.

• Verbesserte Druckdichtheit: Besser geeignet für Pumpengehäuse, Gehäuse für Ventile und andere Flüssigkeitssteuerungskomponenten, die eine stabile Abdichtungsfläche benötigen.

• Verbesserte Verschleißfestigkeit: Besser geeignet für den Einsatz beim Gleiten, Drehen oder bei Anwendungen, bei denen abrasiver Verschleiß zu erwarten ist, sind die stärker gehärteten Legierungen.

Aluminium ist das am weitesten verbreitete Metall im Druckguss aufgrund seiner Kombination aus geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, guter Leitfähigkeit und guter Maßstabilität.

Wie Legierungselemente die Leistung beeinflussen

Obwohl es so leicht und leitfähig ist, ist reines Aluminium im Allgemeinen nicht für den Standarddruckguss bei hohen Drücken geeignet. Die Legierung verbessert die Flüssigkeit, Festigkeit, Härte, Gießbarkeit und Dienstleistung.

Silizium

Silizium verbessert die Flüssigkeit und hilft Custom Metal Dry Casting, dünne Wände und komplexe Merkmale zu füllen. Es kann auch Schrumpfen und Heißrissbildung verringern, obwohl Bearbeitung, Duktilität und thermische Leistung weiterhin wichtige Aspekte bleiben.

Kupfer

Kupfer kann die Festigkeit, Härte und die Leistung bei hohen Temperaturen verbessern, aber höhere Werte können die Korrosionsbeständigkeit verringern.

Magnesium

Magnesium erhöht die Festigkeit und Härte, während übermäßige Mengen die Duktilität verringern können.

Eisen und Mangan

Eisen kann die Haftung von Aluminium an Stempelstahl verringern, während Mangan hilft, eisenhaltige Phasen zu kontrollieren. Beide erfordern eine kontrollierte Komposition, um die Gussqualität zu gewährleisten.

Vergleich gängiger Aluminiumlegierungsoptionen

Die folgende Tabelle bietet einen allgemeinen Überblick über die Auswahl. Die tatsächlichen Eigenschaften variieren je nach Grenzen der Zusammensetzung, der Gussparameter, der Geometrie, der Porosität, der Wärmebehandlung und der Testprotokolle.

Laut NADCA wird A380 als hochgenutzte Legierung gelistet. A383 wird allgemein für komplexe Formen verwendet, A413 für Bauteile, die Druckdichtheit erfordern, und A390 für Anwendungen mit Verschleißfestigkeit.

Das Wärmemanagement ist eine Systemebene-Überlegung, die berücksichtigt wird

Eine der wachsenden Anwendungen des maßgefertigten Metalldruckgusses ist das Wärmemanagement für elektrische und hybride Elektrofahrzeuge, Telekommunikation, Datensysteme, Leistungselektronik, LED-Beleuchtung und andere verwandte Bereiche.

Thermisches Management ist oft der dominierende Designtreiber für das Gießen von Bauteilen. Eine höher thermisch leitfähige Legierung bedeutet nicht, dass das gegossene Bauteil ein besseres Kühlteil ist. Einige der weiteren Designüberlegungen sind:

Finnendesign: Die Wärmeübertragung kann mit längeren und dünneren Flossen verbessert werden.

• Konstante Wanddicke: Die gleichmäßige Wanddicke ermöglicht einen besseren Metallfluss und reduziert das Auftreten von Hotspots.

• Flache Schnittstellen: Komponenten, die eng in Kontakt gebracht werden müssen, sollten präzise bearbeitete Oberflächen haben, um einen besseren Kontakt zu gewährleisten.

• Luftstrom: Die Lamellen sollten so positioniert werden, dass die bevorzugte Kühlmethode, natürlich oder erzwungen, optimiert wird.

• Oberflächenbehandlungen: Bewertung der Beschichtung hinsichtlich ihrer Korrosionsschutzfähigkeit und ihrer Wärmeübertragungsfähigkeit.

Laut den technischen Dokumenten der NADCA können niedrigere Siliziumwerte den Füllgrad und die Wärmeleitfähigkeit erhöhen, können aber auch die Füllung dünner und komplexer Hochdruckgussabschnitte negativ beeinflussen. Es ist wichtig, die Eigenschaften eines Materials und das Design eines Bauteils zu bewerten, um die Funktionalität der Legierung zu bestimmen.

Die Bedeutung des Formdesigns

Der Einsatz hochwertiger Druckgusslegierungen garantiert keine Produktion hochwertiger Gussteile, wenn das Formdesign bei der Kontrolle von Füllung, Entlüftung, Abkühlung und Auswurf der Gussteile schlecht ist.

Beachten Sie Folgendes beim Entwerfen einer Form:

• Tür- und Laufkonstruktion: Das Metall sollte in der gewünschten Füllzeit und mit kontrolliertem Durchfluss durch die Höhlung fließen.

• Überlauf- und Entlüftungsdesign: Es sollte einen ausreichenden Entzugsweg für die Luft geben, um die Höhle zu verlassen.

• Ausgewogene Kühlung: Das Ziel sollte sein, den Unterschied in der Festigungszeit zwischen dünnen und dicken Schnitten zu verringern.

• Platzierung der Trennlinie: Das Aussehen des Teils sowie der Grad des Trimmings und Flash werden von der Trennlinie beeinflusst. Außerdem beeinflusst die Trennlinie die Abmessungen des Bauteils.

• Auswurfdesign: Das Design sollte das Auswerfen des Gusses ohne Verzerrung und ohne offensichtlichen Auswurfschaden ermöglichen.

• Design der Wanddicke: Wo möglich, sollte das Design allmähliche Dickenänderungen statt abrupter Änderungen enthalten.

Die North America Die Casting Association empfiehlt schrittweise Dickenänderungen, wo möglich, sowie die Verwendung schrittweiser Dickenänderungen, um eine möglichst gleichmäßige Wanddicke zu gewährleisten.

SunOn's Design- und Fertigungspolitik

Für Aluminiumgussprojekte unterstützt SunOn einen Arbeitsablauf von der Zeichnungsprüfung bis hin zu Design for Manufacturability (DFM), Formflussanalyse, Formentwurf, Werkzeugherstellung, Montage, T1-Versuchen, Formmodifikation und Produktionsbeginn. Neben Aluminium bietet SunOn auch Zinkdruckguss für Anwendungen an, die feinere Details und dünnere Wände erfordern..

Für dieProjekt für individuelle Metalldruckguss, SunOn kann folgende Formen bauen:

• 8407 Stahl: Wo die Eigenschaften wie thermisches Zyklieren, Polierbarkeit und Wärmeprüffestigkeit von zentralem Interesse sind, kann dieser Heißwerkswerkzeugstahl verwendet werden.

• H13-Stahl: Dieser Stahl bietet eine ausgezeichnete Kombination aus Heißfestigkeit und Zähigkeit sowie thermischer Ermüdungsbeständigkeit.

• 4Cr5MoSiV1: Dieser Stahl kann für die äußeren Teile der Form geeignet sein, die hohen Temperaturen und Druck ausgesetzt sind und Erosion ausgesetzt sein können.

• Beryllium-Kupfer-Einsätze: Der Einsatz lokaler Einsätze kann den Wärmetransport in den Bereichen der Form beschleunigen, in denen das Abkühlen relativ langsam ist.

SunOn integriert zudem Druckguss, Formenherstellung, CNC-Bearbeitung, Entgraten, Oberflächenveredelung, Montage und Verpackung. Zu den Prozessabläufen gehören DFM, CNC/EDM-Werkzeugherstellung, Formversuche sowie T1-Inspektionen und -Anpassungen vor der Produktion.

Wahl einer Legierung für ein neues Projekt

Eine gut informierte Entscheidung für Custom Metal Die Casting Alloys sollte die gesamte Betriebsumgebung berücksichtigen und nicht nur einen Wert.

Bevor das Projektteam eine geeignete Legierung bestimmen kann, sollte es Folgendes festlegen:

• Mechanische Lasten: Es sollten verschiedene Anforderungen berücksichtigt werden, darunter statische Anforderungen, Stoß, Vibrationen und Ermüdung.

• Betriebstemperatur: Sowohl typische als auch atypische (Spitzen-)Betriebstemperaturen sollten berücksichtigt werden.

• Exposition: Berücksichtigen Sie die Exposition gegenüber Feuchtigkeit, Salz, Chemikalien und/oder Außenexposition.

• Thermisch: Berücksichtigen Sie notwendige Überlegungen für das Wärmemanagement, zum Beispiel Wärmeentfernung.

• Dimension: betrachte sowohl funktionale Toleranzen als auch andere, weniger kritische Dimensionen.

• Finishing: Berücksichtigen Sie sowohl die erforderliche Oberflächenbehandlung als auch deren Kompatibilität mit der Legierung.

• Volumen: Berücksichtigen Sie die Produktionskosten (Werkzeuge, Zyklus und Wartung) sowie die erwartete Lebensdauer der Form.

Abschließende Worte

Die Wahl einer fortschrittlichen Aluminiumlegierung für den Druckguss bedeutet, Kauseligkeit, Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit gegen Kosten und Verarbeitungsbenutzerfreundlichkeit abzuwägen.

Ein erfolgreiches Bauteildesign erfordert die Koordination der Legierungsauswahl, Bauteilgeometrie, Form- und Sperrsystemdesign, Prozessparameter und Inspektion – alles als Teil eines integrierten Plans. Die frühe Abstimmung von Designer, Materiallieferant und Druckgusshersteller unterstützt die Koordination und die Vermeidung von Werkzeugänderungen.

FAQs

F1. Sind Aluminiumgussteile korrosionsbeständig?

Die meisten Aluminiumlegierungen haben eine gewisse Korrosionsbeständigkeit. Allerdings erfahren verschiedene Legierungen unterschiedliche Leistungsstufen.

F2. Warum werden Aluminiumlegierungen beim Druckguss bevorzugt?

Aluminiumlegierungen werden bevorzugt, da sie eine niedrige Dichte, hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit kombinieren.

F3. Welche Aluminiumlegierung wird am häufigsten für Druckguss verwendet?

ADC12 ist die am häufigsten verwendete Legierung für Druckguss, da sie eine der ausgewogensten Legierungen hinsichtlich Kastabilität, Festigkeit und Bearbeitungsfähigkeit ist.

F4. Welche Rolle spielt Silizium in Aluminiumlegierungen beim Druckguss?

Silizium erhöht die Flüssigkeit des geschmolzenen Metalls und hilft beim Ausfüllen von dünnen Schnitten und filigranen Formen.

F5. Welche Eigenschaften verleiht Kupfer Aluminiumlegierungen?

Kupfer verbessert die Festigkeit und Härte der Legierung bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen.