Aluminium-Druckgussteile und Aluminium-Sandguss: Prozesse, Anwendungen und Wartung
Aluminiumkomponenten verlassen die Fabrikhalle auf mehr als einem Weg. Einige werden unter hohem Druck in einer gehärteten Stahlform geformt, andere nehmen langsam in einem Bett aus gebundenem Sand Gestalt an. Wählen zwischen Aluminium-Druckgussteile und sandgegossenen Aluminiumkomponenten hängt von der Wandstärke, dem Auftragsvolumen, dem Werkzeugbudget und der fertigen Oberfläche ab, die ein Projekt tatsächlich benötigt. In den folgenden Abschnitten erfahren Sie, wie die einzelnen Methoden funktionieren, wo sie eingesetzt werden, was beim Formen schief gehen kann und wie fertige Aluminiumteile gereinigt werden sollten, sobald sie in Betrieb sind.
Enge wiederholbare Toleranzen
Die Hochdruckeinspritzung füllt den Formhohlraum im Bruchteil einer Sekunde, sodass Wandstärke und Lochpositionen vom ersten Schuss bis zum Zehntausendstel genau übereinstimmen. Diese Konsistenz ist der Grund Aluminium-Druckgussteile werden für Gehäuse und Halterungen gewählt, die ohne manuelle Montage mit den passenden Komponenten verschraubt werden müssen.
Dünnwandfähigkeit
Da geschmolzenes Aluminium unter Druck in den Hohlraum gedrückt wird und nicht durch die Schwerkraft gegossen wird, können sich Wände mit einer Dicke von nur einem Millimeter immer noch vollständig füllen, bevor das Metall gefriert, wodurch die fertigen Teile leicht bleiben, ohne dass die Steifigkeit darunter leidet.
Glatte Oberfläche im Gusszustand
Stahlmatrizen verleihen dem Gussstück direkt eine feine Oberflächenstruktur, wodurch die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung kosmetischer Flächen reduziert oder ganz entfällt und der Aufwand für die Nachbearbeitung eines Gehäuses oder einer Abdeckplatte vor dem Versand verringert wird.
Effizient bei Lautstärke
Zykluszeiten, die in Sekunden statt in Minuten gemessen werden, machen den Prozess geeignet, die gleiche Geometrie tausende Male zu durchlaufen, weshalb Motorhalterungen, Getriebegehäuse und Elektronikgehäuse auf diese Methode zurückgreifen, sobald ein Design finalisiert ist.
Vorteile des Sandgusses für Aluminiumteile
Sandguss verfolgt einen anderen Ansatz und verdient seinen Platz aus anderen Gründen. Anstatt Metall in eine gehärtete Matrize zu pressen, packt der Prozess mit einem Bindemittel vermischten Sand um ein Muster und entfernt dann das Muster, um einen Hohlraum zu hinterlassen, den geschmolzenes Aluminium durch die Schwerkraft füllt. Dies verändert die Wirtschaftlichkeit und die praktisch herstellbare Geometrie.
Geringe Werkzeuginvestitionen
Muster können aus Holz, Schaumstoff oder 3D-gedrucktem Kunststoff anstelle von gehärtetem Stahl erstellt werden, was die Vorabkosten für die Erstellung einer neuen Teilenummer senkt und die Zeit zwischen einer fertigen Zeichnung und einem ersten Muster verkürzt.
Große Abschnittsfähigkeit
Beim Schwerkraftgießen gelten nicht die gleichen Druckgrenzen wie beim Druckguss. Daher lassen sich Pumpengehäuse, Getriebegehäuse und Maschinensockel mit einer Querschnittsdicke, die weit über dem liegt, was eine Form sicher verarbeiten kann, problemlos aus der Form lösen.
Designflexibilität zwischen den Läufen
Wenn sich ein Design ändert, kann ein Muster schnell überarbeitet oder ein neues ausgeschnitten werden. Dadurch entfallen die Vorlaufzeit und die Kosten für die Änderung oder den Austausch einer Stahlmatrize jedes Mal, wenn eine Abmessung während der Entwicklung angepasst werden muss.
Geeignet für Läufe mit geringem Volumen
Wenn nur eine Handvoll Einheiten oder eine kurze Produktionsserie benötigt werden, macht es selten Sinn, die Kosten für eine Stahlform auf so wenige Teile zu verteilen, sodass Sandformen für Prototypen und Arbeiten in begrenzten Serien nach wie vor die praktischere Lösung sind.
Gussparameter nebeneinander vergleichen
In der folgenden Tabelle werden die drei häufigsten Aluminiumumformungsrouten den Variablen gegenübergestellt, die am häufigsten darüber entscheiden, zu welcher Route eine Zeichnung weitergeleitet werden sollte.
| Parameter | Druckguss | Sandguss | Kokillenguss |
|---|---|---|---|
| Werkzeugkosten | Hoch | Niedrig | Mittel |
| Maßgenauigkeit | ±0,05 bis 0,1 mm typisch | ±0,5 bis 1,5 mm typisch | ±0,2 bis 0,5 mm typisch |
| Empfohlene Chargengröße | Tausende und mehr | Einzelne Einheiten bis zu einigen Hundert | Hunderte bis einige Tausend |
| Erreichbare Wandstärke | 1 mm bis 4 mm | 5 mm bis 50 mm | 3 mm bis 20 mm |
| Oberflächenrauheit im Gusszustand | Ra 1,5 bis 3,0 Mikrometer | Ra 6,0 bis 12,5 Mikrometer | Ra 3,0 bis 6,0 Mikrometer |
| Typische Zykluszeit | Sekunden bis einige Minuten | Stunden inklusive Formvorbereitung | Minuten pro Guss |
Gemeinsame Teileanwendungen für den Aluminium-Sandguss
Da Sandformen große, schwere Abschnitte und unregelmäßige Formen ohne die Druckbeschränkungen einer Matrize tolerieren, werden bestimmte Hardwarekategorien fast ausschließlich auf diesem Weg hergestellt.
Pumpengehäuse
Interne Wasserkanäle und Montageflansche sind aus einem Stück gegossen, wodurch Nähte vermieden werden, die sonst abgedichtet werden müssten.
Ventilkörper
Dicke Wände um die Gewindeanschlüsse halten den Druck, während sich beim Ausgießen interne Strömungskanäle sauber bilden.
Flansche und Armaturen
Lochkreise und Dichtflächen werden nahezu auf Fertigmaß gegossen, so dass nur die Passfläche bearbeitet werden muss.
Werkzeugmaschinenbasen
Schwere, starre Abschnitte, die Vibrationen während des Betriebs dämpfen und deren Größe weit über die Druckgussgrenzen hinausgeht.
Teile für landwirtschaftliche Geräte
Getriebegehäuse und Halterungen sind im Feldeinsatz Belastungen im Freien und wiederholten Stößen ausgesetzt.
Marine-Hardware
Halterungen, Gehäuse und Beschläge, die die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium mit der Großquerschnittsfähigkeit von Sandguss vereinen.
So gießen Sie Aluminiumteile
Unabhängig davon, welcher Formtyp verwendet wird, folgt die Formung eines Aluminiumteils dem gleichen umfassenden Ablauf vom Modell bis zum fertigen Guss.
Muster- oder Stanzvorbereitung
Für den Sandguss wird ein Modell erstellt oder für den Druckguss wird eine Matrize aus gehärtetem Stahl bearbeitet, die der endgültigen Teilegeometrie plus Schrumpfungszugabe entspricht.
Schmelzen
Eine Aluminiumlegierung wird in einem Tiegel oder Induktionsofen auf etwa 660 bis 720 Grad Celsius erhitzt, bis sie einen vollständig flüssigen, gießbaren Zustand erreicht.
Entgasen und Fluxen
Ein Entgasungsmittel entfernt gelösten Wasserstoff und ein Flussmittel zieht Oxideinschlüsse an die Oberfläche, wodurch die Porosität im fertigen Gussstück verringert wird.
Gießen oder Injektion
Geschmolzenes Metall wird durch Schwerkraft in einen Sandhohlraum gegossen oder unter Druck in eine Form eingespritzt und füllt die Form, bevor die Oberfläche zu erstarren beginnt.
Abkühlung und Erstarrung
Durch die kontrollierte Kühlung kann sich das Gussstück von den dünnsten Abschnitten zu den dicksten verfestigen, wodurch Lunker und innere Spannungen begrenzt werden.
Entformung und Endbearbeitung
Der Guss wird vom Sand oder der Gussform getrennt, Anschnitte und Steigrohre werden entfernt und das Teil wird je nach Bedarf geschliffen, wärmebehandelt oder bearbeitet.
So gießen Sie Aluminiumteile at Home
Eine vereinfachte Version des gleichen Prozesses ist in einer Hobbywerkstatt möglich. Ein kleiner, mit Propan oder Holzkohle betriebener Ofen schmilzt Aluminiumschrott in einem Stahl- oder Graphittiegel, während ein in feuchten Gießereisand gepresstes Holz- oder 3D-gedrucktes Muster den Hohlraum bildet. Sobald das Modell herausgezogen ist, werden von Hand ein Gießanschnitt und ein Entlüftungskanal geschnitten, bevor die Formhälften geschlossen und festgeklemmt werden. Geschmolzenes Metall wird gleichmäßig gegossen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden, und dann ungestört gelassen, bis der Guss ausreichend abgekühlt ist, um ihn handhaben zu können. Sicherheitsausrüstung ist bei dieser Größenordnung wichtiger als weniger wichtig: Ein Gesichtsschutz, hitzebeständige Handschuhe und lange Ärmel schützen vor Spritzern, und das Ausgießen sollte immer auf einer trockenen, nicht brennbaren Oberfläche und fern von jeglichen Feuchtigkeitsspuren erfolgen, da in feuchtem Sand oder einem nassen Werkzeug eingeschlossenes Wasser bei Kontakt mit geschmolzenem Aluminium zu Dampf werden kann.
Womit kann ich Aluminium gießen?
Die Materialauswahl erfolgt in zwei Richtungen: dem Formmaterial und der Aluminiumlegierung selbst.
Formmaterialien
Mit Ton oder chemischen Bindemitteln gebundener Quarzsand für Einzelformen, bearbeiteter Stahl für wiederholte Druckgusszyklen und Graphit oder Gusseisen für Dauerformen, die über einen moderaten Produktionsdurchlauf hinweg wiederverwendet werden.
Gängige Legierungssorten
A356 und A357 für Teile, die nach der Wärmebehandlung eine höhere Festigkeit erfordern, ADC12 und A380 für allgemeine Druckgussteile und 6061 für Teile, die später bearbeitet werden und eine gute Bearbeitbarkeit erfordern.
Ofenausrüstung
Tiegelöfen, die mit Propan, Erdgas oder elektrischen Widerstandselementen für kleinere Chargen betrieben werden, und Induktionsöfen für schnelleres Schmelzen, wenn der Durchsatz wichtiger ist als die Brennstoffkosten.
Hilfsstoffe
Entgasungstabletten, Abdeckflussmittel, Formtrennbeschichtungen und Steighülsen, die jeweils auf ein bestimmtes Fehlerrisiko beim Schmelzen und Gießen eingehen und nicht auf die Form des Teils selbst.
Was ist die Trennlinie beim Aluminiumguss?
Die Trennlinie markiert die Stelle, an der zwei Hälften einer Form oder Matrize aufeinandertreffen und sich trennen, um das fertige Gussstück freizugeben. Seine Position ist am breitesten Querschnitt des Teils so gewählt, dass beide Hälften sauber weggezogen werden können, ohne an einer Hinterschneidung zu verhaken. Eine schlecht platzierte Trennlinie erzwingt zusätzliche Kernarbeit, fügt Formschrägen hinzu, die sonst nicht benötigt würden, oder hinterlässt überschüssige Grate, die von Hand abgeschliffen werden müssen. Bei einem fertigen Gussstück zeigt sich die Trennlinie normalerweise als schwache Naht oder als leicht erhabene Linie, die um das Teil herum verläuft, und es ist normal, bei der Endkontrolle leichte Bearbeitungen oder Schleifen entlang dieser Naht zu sehen, anstatt sie als Fehler zu behandeln.
Wie schwierig ist es, Aluminium zu gießen?
Aluminium liegt im mittleren Schwierigkeitsbereich des Metallgusses. Sein mäßiger Schmelzpunkt und seine gute Fließfähigkeit machen es fehlerverzeihender als Eisen oder Stahl, aber eine Handvoll Fehlertypen erfordern dennoch in jeder Phase des Gusses Aufmerksamkeit.
Gasporosität
Geschmolzenes Aluminium absorbiert bei hoher Temperatur leicht Wasserstoff, und dieses Gas verlässt die Lösung, wenn das Metall abkühlt, und hinterlässt kleine Hohlräume, sofern vor dem Gießen keine ordnungsgemäße Entgasung durchgeführt wird.
Schrumpfungshohlräume
Aluminium zieht sich beim Erstarren merklich zusammen, sodass dicke Abschnitte, die abkühlen, nachdem das umgebende Metall bereits ausgehärtet ist, nach innen ziehen und einen inneren Hohlraum hinterlassen können.
Kalt geschlossen
Zwei Metallströme, die sich treffen, nachdem einer von beiden zu überziehen begonnen hat, verschmelzen nicht vollständig und hinterlassen eine sichtbare Schwächungslinie auf der Oberfläche des Gussstücks.
Heißes Reißen
Dünne Abschnitte, die an eine viel dickere Masse angrenzen, können reißen, während sie noch teilweise geschmolzen sind, wenn die Form die natürliche Kontraktion während des Abkühlens verhindert.
Oberflächenveredelung und Toleranzoptionen für Aluminiumgusskomponenten
Ein Rohguss verlässt die Werkstatt selten genau so, wie er aus der Form kommt. Bearbeitete Montageflächen, eloxierte Beschichtungen für Korrosionsbeständigkeit, Pulverbeschichtung für farblich abgestimmte Gehäuse und Kugelstrahlen für eine gleichmäßig matte Textur werden alle angewendet, je nachdem, wo das Teil letztendlich zum Einsatz kommt. Die Toleranzklassen reichen in der Regel von allgemeinen Abmessungen im Gusszustand an unkritischen Flächen bis hin zu präzisionsgefertigten Bohrungen und Schraubenmustern, die innerhalb weniger Hundertstel Millimeter gehalten werden, wenn die zusammenpassenden Teile dies erfordern. Die Überprüfung der Wandstärke, die Röntgenprüfung auf innere Porosität und die Druckprüfung an Teilen, die Flüssigkeit aufnehmen, sind übliche Schritte, die in die Endkontrolle vor der Freigabe einer Charge integriert sind.
So reinigen Sie Aluminiumgussteile
Die allgemeine Reinigung eines Aluminiumgussteils beginnt mit warmem Wasser und einem milden, nicht scheuernden Reinigungsmittel, das mit einer weichen Bürste aufgetragen wird, um Staub und Oberflächenschmutz zu entfernen. Starke Säuren und alkalische Reiniger sollten vermieden werden, da sie die natürliche Oxidschicht angreifen, die Aluminium vor Korrosion schützt. Hartnäckige Rückstände können durch kurzes Einweichen in einem für Aluminium entwickelten Reiniger vor dem abschließenden Spülen und vollständiges Trocknen mit einem fusselfreien Tuch gelöst werden, da eingeschlossene Feuchtigkeit in Vertiefungen oder Gewindelöchern zu neuer Oxidation führt.
Reinigen von Autoteilen aus Aluminiumguss
Räder, Ansaugkrümmer und Getriebegehäuse sammeln mit der Zeit Straßenstaub und Bremsrückstände an. Spülen Sie zuerst den losen Sand ab und tragen Sie dann einen radsicheren Aluminiumreiniger und eine weiche Bürste in die vertieften Speichen auf, um zu verhindern, dass abrasive Partikel die Oberfläche zerkratzen. Eine anschließende dünne Schicht Schutzwachs verlangsamt die Rückkehr der Oxidation zwischen den Wäschen.
Reinigen von Motorteilen aus Aluminiumguss
Motorkomponenten weisen eingebrannte Ölfilme und Kohlenstoffablagerungen auf, die sich mit klarem Wasser nicht entfernen lassen. Lassen Sie das Teil vollständig abkühlen, sprühen Sie ein Entfettungsmittel auf und arbeiten Sie es mit einer Nylonbürste anstelle einer Metallbürste in die Rippen und Bolzenaugen ein, um Kratzer auf der Oberfläche zu vermeiden. Durch gründliches Trocken- und Druckluftausblasen der Sacklöcher wird verhindert, dass Reinigungsmittelreste die Dichtung beim Zusammenbau beeinträchtigen.
Routinemäßige Unterhaltsreinigung
Bei Teilen, die regelmäßig im Freien oder in der Industrie eingesetzt werden, reicht eine einfache monatliche Reinigung mit milder Seife und einem weichen Tuch aus, gefolgt von einer Untersuchung auf Lochfraß oder weiße Oxidausblühungen, um frühzeitige Korrosion zu erkennen, bevor sie sich zu Lochfraß ausbreitet, für dessen Entfernung mechanisches Polieren erforderlich wäre.
Auswahl des richtigen Prozesses für ein neues Teil
Eine Zeichnung kommt selten mit bereits festgelegter Gussmethode. Die Wandstärke, die erwartete Bestellmenge, die Toleranzanforderungen an die Passflächen und die Größe des Teils deuten darauf hin, dass entweder eine Gussform, eine Sandform oder eine Dauerform benötigt wird, bevor ein einziges Gramm Aluminium geschmolzen wird. Durch die frühzeitige Überprüfung dieser Faktoren sowie der Legierungssorte, die am besten für die mechanischen und Korrosionsanforderungen des Teils geeignet ist, werden Nacharbeiten und Werkzeugänderungen nach Beginn der Produktion auf ein Minimum reduziert.
