Das wachsende Anwendungsgebiet des Druckgusses aus Aluminiumlegierungen

Seit den 1990er Jahren hat Chinas Druckgussindustrie eine erstaunliche Entwicklung vollzogen und sich zu einer neuen Branche entwickelt. Gegenwärtig ist das Druckgussverfahren für Aluminiumlegierungen eines der am weitesten verbreiteten Verfahren im Umformverfahren für Aluminiumlegierungen im Automobilbereich und macht 49 % der verschiedenen Umformverfahren im Automobilbereich aus.

In China gibt es etwa 3,000 Druckgussunternehmen. Die Produktion von Druckgussteilen ist von 266,000 Tonnen im Jahr 1995 auf 870,000 Tonnen im Jahr 2005 gestiegen, und die jährliche Wachstumsrate liegt weiterhin über 20 %. Davon machen Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen 3/4 und mehr aus. Die Arten von Druckgussprodukten in China sind vielfältig und umfassen Automobile, Motorräder, Telekommunikation, Haushaltsgeräte, Hardwareprodukte, Elektrowerkzeuge, IT, Beleuchtung, Rolltreppenstufen, Spielzeugleuchten usw. Mit der Verbesserung des technischen Niveaus und der Produktentwicklungsfähigkeiten Die Arten und Anwendungsbereiche von Druckgussprodukten nehmen weiter zu und die Druckgussausrüstung, Druckgussformen und Druckgussprozesse haben enorme Veränderungen erfahren.

Aluminiumdruckgusslegierung

Seit die Aluminiumdruckgusslegierung im Jahr 1914 in die kommerzielle Produktion ging, hat sie sich mit der Entwicklung der Automobilindustrie und der Erfindung der Kaltkammer-Druckgussmaschine rasant weiterentwickelt. Aluminiumdruckgusslegierungen können entsprechend ihrer Leistung in niedrig- und mittelfeste (z. B. Y102 aus China) und hochfeste (z. B. Y112 aus China) unterteilt werden. Zu den derzeit in industriellen Anwendungen verwendeten Aluminiumdruckgusslegierungen gehören hauptsächlich die folgenden Serien: Al-Si, Al-Mg, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Si-Cu-Mg, Al-Zn , usw.

Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Aluminiumdruckgusslegierungen geht häufig mit einer Verringerung der Leistung des Gießprozesses einher. Aufgrund der Eigenschaften der schnellen Hochdruckerstarrung von Druckgussteilen tritt dieser Widerspruch in einigen Aspekten stärker hervor. Daher ist es für allgemeine Druckgussteile schwierig, sich einer Lösungsglühbehandlung zu unterziehen, was die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Aluminiumdruckgusslegierungen einschränkt, obwohl sauerstoffgefüllter Druckguss und Vakuumdruckguss wirksame Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sind Eigenschaften von Legierungen ist es immer noch schwierig, sie umfassend einzusetzen. Daher wurde die Entwicklung und Erforschung neuer Aluminiumdruckgusslegierungen vorangetrieben.

Fortschrittliche Druckgusstechnologie

Der Druckgussprozess der frühen horizontalen Kaltkammer-Druckgussmaschine hat nur eine Geschwindigkeit, um das geschmolzene Metall in die Form zu drücken, und die Einspritzgeschwindigkeit beträgt nur 1 m bis 2 m/s. Bei diesem Verfahren entstehen viele Poren im Inneren des Gussstücks und die Struktur ist locker. Es wird bald auf eine zweistufige Einspritzung umgestellt. Der Injektionsprozess wird einfach in zwei Phasen unterteilt, langsam und schnell, die schnelle Geschwindigkeit beträgt jedoch nur 3 m/s. Erhöhen Sie die Dichte von Druckgussteilen bei langsamen und schnellen Geschwindigkeiten

Danach wurde eine Druckerhöhungsstufe hinzugefügt, die zu drei Stufen langsamer Einspritzung, schneller Einspritzung und Druckbeaufschlagung wurde. Dies ist die klassische dreistufige Einspritzung. Mitte der 1960er Jahre wurde diese dreistufige Einspritzung generell verdrängt und die Geschwindigkeit der schnellen Einspritzstufe auf 5 m/s erhöht. In den nächsten 40 Jahren führten führende Hersteller von Druckgussmaschinen auf der ganzen Welt Forschungen und Experimente zum Einspritzverfahren durch und entwickelten einige neue Verfahren, wie das parabolische Einspritzsystem in den 70er Jahren, das gratlose Druckgusssystem in den 80er Jahren, und die 90er Jahre Das blitzlose Einspritzsystem, von dem einige jede Stufe von der dreistufigen Einspritzung neu zerlegen, was eine Erweiterung der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser klassischen dreistufigen Einspritzung darstellt. Jetzt wurden Einspritzgeschwindigkeit und -druck von der ursprünglichen manuellen Handrad-Einstellsteuerung auf Computersteuerung umgestellt. Um die Probleme von Poren und Schrumpflöchern in den Druckgussteilen zu lösen, können Menschen in den letzten Jahren hochfeste, hochdichte, schweißbare, wärmebehandelbare und verdrehbare Druckgussteile mit unterschiedlich hohen Anforderungen herstellen. Neben der weiteren Verbesserung des Vakuumdruckgusses wurden auch neue Technologien wie Squeeze-Casting und Semi-Solid-Druckguss eingeführt, die allgemein als „Druckgussverfahren mit hoher Dichte“ bezeichnet werden.

Vakuum-Druckguss-Technologie

Beim Vakuumdruckgussverfahren wird das Gas im Hohlraum evakuiert oder teilweise evakuiert, um den Luftdruck im Hohlraum zu verringern und das Füllen und Entfernen des Gases in der Legierungsschmelze zu erleichtern, so dass die Legierungsschmelze den Hohlraum darunter füllt Einwirkung von Druck und Erstarren unter Druck, um dichte Druckgussteile zu erhalten. Im Vergleich zum gewöhnlichen Druckgussverfahren weist das Vakuumdruckgussverfahren folgende Eigenschaften auf:

• Die Porosität wird stark reduziert;
• Die Gussteile des Vakuumdruckgusses haben eine hohe Härte und eine kleine Mikrostruktur
• Die mechanischen Eigenschaften von Vakuumdruckgussteilen sind relativ hoch.

In letzter Zeit wird Vakuumdruckguss hauptsächlich zur Entfernung des Gases in der Kavität verwendet, und es gibt zwei Hauptformen:

• Luft direkt aus der Form pumpen;
• Legen Sie die Form in eine Vakuumbox, um Luft zu pumpen.

Beim Vakuumdruckguss ist die Gestaltung der Position des Abluftkanals und der Fläche des Abluftkanals der Form sehr wichtig. Im Abluftkanal gibt es einen „kritischen Bereich“, der mit der in den Hohlraum abgepumpten Gasmenge, der Pumpzeit und der Füllzeit zusammenhängt. Wenn die Fläche des Abluftkanals größer als die kritische Fläche ist, ist der Vakuumdruckgusseffekt offensichtlich; im Gegenteil, es ist nicht offensichtlich. Auch die Wahl des Vakuumsystems ist sehr wichtig. Es ist erforderlich, dass das Vakuum in der Kavität aufrechterhalten werden kann, bis die Befüllung abgeschlossen ist, bevor die Vakuumpumpe ausgeschaltet wird.

Sauerstoffhaltige Druckgusstechnologie

Der größte Teil des Gases in den Poren von Druckgussteilen besteht aus N2 und H2, und es gibt fast kein O2. Der Hauptgrund dafür ist, dass O2 mit aktiven Metallen unter Bildung fester Oxide reagiert, was eine theoretische Grundlage für die sauerstoffgefüllte Druckgusstechnologie darstellt. Beim sauerstoffgefüllten Druckguss wird der Hohlraum vor dem Druckguss mit Sauerstoff gefüllt, um die darin enthaltene Luft zu ersetzen. Wenn das geschmolzene Metall in den Hohlraum eintritt, wird ein Teil des Sauerstoffs aus der Abluftnut abgegeben, und der verbleibende Sauerstoff reagiert mit dem geschmolzenen Metall, um dispergierte Oxidpartikel zu erzeugen, die in der Form sofort ein Vakuum bilden und so eine porositätsfreie Form erhalten Druckguss. Beim sauerstoffgefüllten Druckguss wird das Vakuum in der Kavität durch eine chemische Reaktion erzeugt. Um die Sicherheit in der Produktion zu gewährleisten, sollte die Sauerstoffanreicherungsmenge streng kontrolliert und der Hohlraumdruck reduziert werden, um ihn an den Sauerstoffanreicherungsdruck anzupassen. Durch die Kombination des Vakuumdruckguss- und Sauerstoffanreicherungsprozesses, um den Hohlraum in einen Unterdruckzustand zu versetzen, können bessere Ergebnisse erzielt werden. Beim Füllprozess mit geschmolzenem Metall sollte das geschmolzene Metall in einem dispergierten Sprühzustand eingefüllt werden. Auch die Größe der Angusskanäle hat großen Einfluss auf die Wirkung des sauerstoffgefüllten Druckgusses. Durch die richtige Angussgröße kann nicht nur das geschmolzene Metall, das die Form in Form einer turbulenten Strömung füllt, versorgt werden, sondern auch verhindert werden, dass die Temperatur des geschmolzenen Metalls zu schnell abfällt. Die hochdisperse Verteilung der Oxide beeinträchtigt die Gussteile nicht, kann jedoch die Härte der Gussteile erhöhen und die Struktur nach der Wärmebehandlung verfeinern. Sauerstoffgefüllter Druckguss kann für Al-, Mg- und Zn-Legierungen verwendet werden, die mit Sauerstoff reagieren. Gegenwärtig können verschiedene Gussteile aus Aluminiumlegierungen durch sauerstoffgefülltes Druckgießen hergestellt werden, wie zum Beispiel: hydraulisches Getriebegehäuse, Heizungswärmetauscher, hydraulisches Getriebeventilgehäuse, Computerhalterung usw.

Für Druckgussteile, die eine Wärmebehandlung oder Gruppenschweißung, eine hohe Luftdichtheit und den Einsatz bei höheren Temperaturen erfordern, bietet der sauerstoffgefüllte Druckguss technische und wirtschaftliche Vorteile.

Halbfeste Druckgusstechnologie

Halbfester Druckguss ist eine Technik, bei der flüssiges Metall während der Erstarrung gerührt wird und bei einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit eine Aufschlämmung mit einer Festphasenzusammensetzung von etwa 50 % oder mehr erhalten wird, die dann zum Druckguss verwendet wird. Die halbfeste Druckgusstechnologie verfügt derzeit über zwei Umformverfahren: das rheologische Umformverfahren und das Thixoforming-Verfahren. Ersteres besteht darin, das flüssige Metall in einen speziell entwickelten Spritzgussmaschinenzylinder zu schicken, der von einer Schneckenvorrichtung geschert wird, um es zu einer halbfesten Aufschlämmung abzukühlen, und dann im Druckgussverfahren zu verarbeiten. Letzteres besteht darin, die festen Metallpartikel oder -abfälle in die Spiralspritzgießmaschine zu schicken, und die Metallpartikel werden unter den Bedingungen des Erhitzens und Scherens und anschließenden Druckgießens in eine Aufschlämmung umgewandelt. Der Schlüssel zum halbfesten Druckguss-Umformprozess liegt in der Forschung und Entwicklung der effektiven Herstellung halbfester Legierungsschlämme, der präzisen Steuerung des Feststoff-Flüssigkeits-Zusammensetzungsverhältnisses und der automatisierten Steuerung des halbfesten Umformprozesses . Um die automatisierte Produktion halbfester Formen zu realisieren, müssen nach Ansicht amerikanischer Wissenschaftler die folgenden Technologien energisch weiterentwickelt werden:

• Stangentransport mit Anpassungsfähigkeit und Flexibilität;
• Präzise Schmierung und Wartung von Druckgussteilen;
• Steuerbares Gusskühlsystem;
• Plasmaentgasung und -behandlung.

Extrusionsdruckgusstechnologie

Extrusionsdruckguss wird auch „Liquid Metal Moulding“ genannt. Der Guss weist eine gute Kompaktheit, hohe mechanische Eigenschaften und keinen Gießsteig auf. Einige Unternehmen in unserem Land haben es in der tatsächlichen Produktion angewendet. Die Squeeze-Druckguss-Technologie bietet hervorragende technologische Vorteile. Es kann herkömmliche Druckguss-, Quetschguss-, Niederdruckguss- und Vakuumdruckgussverfahren ersetzen und ist mit rheologischen Gießverfahren wie Differenzdruckguss, Strangguss und Strangschmieden sowie der halbfesten Verarbeitung kompatibel. Experten glauben, dass die Extrusionsdruckgusstechnologie eine hochmoderne neue Technologie ist, die mehrere Prozessbereiche umfasst, reich an Konnotationen, stark innovativ und äußerst anspruchsvoll ist.

Elektromagnetische Pumpe für Niederdruckguss

Das Niederdruckgießen mit elektromagnetischer Pumpe ist ein neu aufkommendes Niederdruckgießverfahren. Im Vergleich zur Gas-Niederdruck-Gießtechnik ist das Druckverfahren völlig anders. Es nutzt berührungslose elektromagnetische Kraft, um direkt auf das flüssige Metall einzuwirken, wodurch die durch die unreine Druckluft und den hohen Sauerstoffpartialdruck in der Druckluft verursachten Oxidations- und Inhalationsprobleme erheblich reduziert werden und ein reibungsloser Transport der Aluminiumflüssigkeit gewährleistet wird . Und die Art der Füllung kann Sekundärverschmutzung durch Turbulenzen verhindern. Darüber hinaus übernimmt das elektromagnetische Pumpensystem vollständig die digitale Computersteuerung, die Prozessausführung ist sehr genau und die Wiederholbarkeit ist gut, sodass Gussteile aus Aluminiumlegierung offensichtliche Vorteile in Bezug auf Ausbeute, mechanische Eigenschaften, Oberflächenqualität und Metallausnutzung haben. Durch die kontinuierliche eingehende Erforschung dieser Technologie ist das Verfahren immer ausgereifter geworden.

Entwicklung von Druckgussanlagen

Durch die Entwicklung in den letzten Jahren wurden das Designniveau, die technischen Parameter, Leistungsindikatoren, die mechanische Struktur und die Fertigungsqualität der chinesischen Druckgussmaschine in unterschiedlichem Maße verbessert, insbesondere die Kaltkammer-Druckgussmaschine, die gegenüber der geändert wurde Der ursprüngliche vollhydraulische Schließmechanismus wurde durch einen Kipphebel-Schließmechanismus ersetzt und verfügt außerdem über automatisches Laden, automatisches Sprühen, automatische Aufnahme, automatische Schneidkante usw. Die Elektrogeräte wurden ebenfalls von der normalen Leistungssteuerung auf Computersteuerung umgestellt, und die Steuerungsebene wurde geändert wurde erheblich verbessert, und einige haben es erreicht oder erreicht. Auf internationaler Ebene schreitet es in Richtung groß angelegter Automatisierung und Modularisierung. In dieser Zeit sind nach und nach neue inländische Druckgussmaschinenunternehmen entstanden. Die Hong Kong Lijin Company ist ein typischer Vertreter. Das Unternehmen hat eine Reihe führender inländischer Druckgussmodelle entwickelt. Beispielsweise hat die horizontale Kaltkammer-Druckgussmaschine eine maximale Lufteinblasgeschwindigkeit von 6 m. /s (1997) und 8 m/s (Anfang 2000), Warmkammer-Druckgussmaschine aus Magnesiumlegierung (Anfang 2000), Einspritzsystem mit gleichmäßiger Beschleunigung (2002), maximale Lufteinspritzgeschwindigkeit 10 m/s und mehrstufiges Druckgusssystem (2004). ) Juni), Echtzeitsteuerung des Einspritzsystems (August 2004) und einer großen Druckgussmaschine mit einer Schließkraft von 30000 kN (Juli 2004) usw. In den letzten Jahren Shanghai Die Casting Machine Factory, Guannan Die Casting Machine Die Fabrik und andere Schlüsselunternehmen haben horizontale Kaltkammer-Druckgussmaschinen mit einer maximalen Lufteinblasgeschwindigkeit von über 8 m/s und große Druckgussmaschinen mit einer Schließkraft von über 10000 kN entwickelt; 2005 nimmt Guangdong Sunwill Yili Precision Press Technology Co., Ltd. die Produktion auf und produziert 10000 bis 30000 kN große Druckgussmaschinen. Es ist ersichtlich, dass China einen leistungsstarken Druckgussmechanismus mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten in der verarbeitenden Industrie bildet.

Die Gesamtzahl der Druckgussmaschinen in China beträgt 12,000, wovon etwa 85 % auf inländische Druckgussmaschinen und etwa 15 % auf importierte Druckgussmaschinen entfallen. In den letzten zwei Jahren betrug das jährliche Verkaufsvolumen von Druckgussmaschinen in China mehr als 1,800, wovon 10000 % auf Druckgussmaschinen mit 2 kN und mehr und 8000 % auf Druckgussmaschinen mit 9000 kN bis 5 kN entfielen. Auf Druckgussmaschinen mit 5000 kN bis 7000 kN entfielen 13 %, auf Druckgussmaschinen mit 3500 kN bis 4000 kN 20 % und auf Druckgussmaschinen mit 3000 kN und weniger 60 %. Bei den Druckgussmaschinen unter 3000 kN macht die Warmkammer-Druckgussmaschine etwa 30 % aus. Bei kleinen und mittelgroßen Druckgussmaschinen dominieren noch immer Geräte aus heimischer Produktion. Die Kluft zwischen inländischen Druckgussmaschinen und ausländischen fortschrittlichen Druckgussanlagen zeigt sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten:

• Das gesamte Strukturdesign ist rückständig;
• Schwerwiegende Ölleckage;
• Geringe Zuverlässigkeit: Dies ist der auffälligste Mangel bei inländischen Druckgussmaschinen. Es wird davon ausgegangen, dass die durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen inländischer Druckgussmaschinen weniger als 3000 Stunden beträgt, was nicht einmal dem Niveau im Ausland in den 1950er und 1960er Jahren entspricht. Und im Ausland sind es in der Regel mehr als 20,000 Stunden;
• Unzureichende Sorten und Spezifikationen, schlechte Tragfähigkeit: Obwohl die horizontale Kaltkammer-Druckgussmaschine im Grunde eine Serie geworden ist, gibt es immer noch einige kaputte Zahnräder. Beispielsweise gibt es keine Produkte zwischen 16000 kN und 28000 kN. Auch bei der Warmkammer-Druckgussmaschine fehlen Produkte über 4000 kN.

Die Entwicklung der Druckgussform

Die frühesten Kernmaterialien für Druckgussformen verwendeten 45 % Stahl, Gussstahl und geschmiedeten Stahl usw., da die Schlagfestigkeit bei hohen Temperaturen schlecht war, sodass die Lebensdauer zu dieser Zeit kurz war. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie haben große Veränderungen bei den Druckguss-Kernmaterialien stattgefunden. Heutzutage wird als Kernmaterial der hochwarmfeste und hochfeste Warmschmiedestahl 3Cr2N8VH13 verwendet. In den letzten Jahren wurden importierte 8407-Materialien verwendet, was die Lebensdauer der Form erheblich verbessert. ,
Insbesondere in den letzten Jahren haben die meisten inländischen Fabriken Computerdesign- und Simulationsfülltechnologie eingeführt, was die Produktionsqualität von Druckgussformen erheblich verbessert und die Produktionszeit erheblich verkürzt. Chinas Formenbauindustrie entwickelt sich rasant. Von 1996 bis 2004 betrug die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Schimmelpilzproduktion 14 %. Im Jahr 2003 betrug der Produktionswert von Druckgussformen 3.8 Milliarden Yuan.

Derzeit beträgt die Zufriedenheitsrate der inländischen Formen Chinas mit dem Markt nur etwa 80 %. Unter ihnen werden hauptsächlich Formen der mittleren und unteren Preisklasse verwendet. Große und komplexe Präzisionsformen können der Entwicklung der Volkswirtschaft in Bezug auf Produktionstechnologie, Formqualität und -lebensdauer sowie Produktionskapazität nicht gerecht werden. brauchen.

Forschungs- und Entwicklungsleitung

Der Verbrauch der Automobil- und Motorradindustrie sowie des Automobilzubehörs und die Nachfrage nach unterstützenden Produkten bieten einen breiten Markt für die Herstellung von Druckgussteilen. Auch die Anwendung von Aluminiumdruckgusslegierungen in Automobilen wird weiter zunehmen. In der zukünftigen Forschung und Entwicklung der Druckgusstechnologie wird die Vertiefung des Aluminiumlegierungsdruckgusses weiterhin eine Hauptrichtung der Entwicklung der Druckgusstechnologie sein. Um sich an die Marktnachfrage anzupassen, sollten in Zukunft folgende Probleme weiter gelöst werden:

1. Förderung der Anwendung neuer hochfester, hochverschleißfester Druckgusslegierungen und Untersuchung einfärbbarer Druckgusslegierungen und neuer Druckgusslegierungen für Gussteile mit besonderen Sicherheitsanforderungen;
2. Entwicklung einer Aluminiumdruckgusslegierung mit stabiler Leistung und einfach zu kontrollierender Zusammensetzung;
3. Vereinfachen Sie die Legierungszusammensetzung, reduzieren Sie die Legierungsgrade und schaffen Sie eine Grundlage für die Verwirklichung einer umweltfreundlichen Produktion.
4. Das neue Druckgussverfahren weiter verbessern (Vakuumdruckguss, sauerstoffgefüllter Druckguss, halbfester Druckguss, Quetschguss usw.);
5. Verbessern Sie die Fähigkeit, schnell auf den Markt zu reagieren und implementieren Sie Concurrent Engineering (CE) und Rapid Prototyping Manufacturing (RPM);
6. Durchführung der Forschung und Entwicklung von CAD/CAM/CAE-Systemen;
7. Entwicklung und Anwendung weiterer Autoteile aus Aluminiumdruckgusslegierungen.

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