Analyse des Entwicklungsstandes des Druckgussverfahrens und der Formentechnologie für Aluminiumlegierungen

Nach den 1990er Jahren hat Chinas Druckgussindustrie eine erstaunliche Entwicklung erreicht und sich zu einer aufstrebenden Industrie entwickelt. Gegenwärtig ist das Druckgussverfahren für Aluminiumlegierungen zu einem der am weitesten verbreiteten Verfahren bei der Umformung von Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie geworden und macht 49 % der verschiedenen Umformverfahren für die Automobilindustrie aus.
In China gibt es etwa 3.000 Druckgussunternehmen. Die Produktion von Druckgussteilen stieg von 266.000 Tonnen im Jahr 1995 auf 870.000 Tonnen im Jahr 2005. Die jährliche Wachstumsrate liegt weiterhin über 20 %. Unter ihnen machen Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen 3/3 der gesamten Produktion von Druckgussteilen aus. 4 oder mehr. Die Arten von Druckgussprodukten in China sind vielfältig und umfassen Automobile, Motorräder, Kommunikation, Haushaltsgeräte, Hardwareprodukte, Elektrowerkzeuge, IT, Beleuchtung, Rolltreppenstufen, Spielzeugleuchten usw. Mit der Verbesserung des technischen Niveaus und der Produktentwicklungsfähigkeiten erweitern sich die Arten und Anwendungsbereiche von Druckgussprodukten weiter, und die Druckgussausrüstung, Druckgussformen und Druckgussprozesse haben enorme Veränderungen erfahren. Aluminiumdruckgusslegierung Seit ihrer kommerziellen Produktion im Jahr 1914 hat sich die Aluminiumdruckgusslegierung mit der Entwicklung der Automobilindustrie und der Erfindung der Kaltkammer-Druckgussmaschine rasant weiterentwickelt.

Aluminiumdruckgusslegierungen werden entsprechend ihren Eigenschaften in zwei Typen unterteilt: mittlere und niedrige Festigkeit (z. B. Y102 aus China) und hohe Festigkeit (z. B. Y112 aus China). Zu den derzeit in der Industrie 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. Der hohe Druck und die schnellen Erstarrungseigenschaften des Druckgusses machen diesen Widerspruch in mancher Hinsicht noch deutlicher. Daher ist es für allgemeine Druckgussteile schwierig, sich einer Lösungsglühbehandlung zu unterziehen, was die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Aluminiumdruckgusslegierungen einschränkt. Obwohl sauerstoffhaltiger Druckguss und Vakuumdruckguss wirksame Methoden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Legierungen sind, ist eine breite Akzeptanz immer noch schwierig, weshalb die Entwicklung neuer Aluminiumdruckgusslegierungen im Gange ist.
Fortschrittliche Druckgusstechnologie Der Druckgussprozess der frühen horizontalen Kaltkammer-Druckgussmaschinen hatte nur eine Geschwindigkeit, um geschmolzenes Metall in die Form zu befördern, und die Einspritzgeschwindigkeit betrug nur 1 m–2 m/s. Durch dieses Verfahren entstanden viele Poren im Inneren des Gussstücks und die Struktur war locker. Es wurde bald zur zweistufigen Einspritzung verbessert, die den Einspritzvorgang einfach in zwei Stufen zerlegte: langsame Geschwindigkeit und schnelle Geschwindigkeit, aber die schnelle Geschwindigkeit betrug nur 3 m/s. Um später die Dichte von Druckgussteilen zu erhöhen, wird nach den langsamen und schnellen Geschwindigkeiten eine Druckerhöhungsstufe hinzugefügt, die zu drei Stufen führt: langsame Einspritzung, schnelle Einspritzung und Druckbeaufschlagung. Dies ist die klassische dreistufige Einspritzung.

Im Vergleich zum herkömmlichen Druckgussverfahren weist das Vakuumdruckgussverfahren die folgenden Eigenschaften auf:
01 Die Porosität wird stark reduziert
02 Vakuumdruckgussteile haben eine hohe Härte und eine feine Mikrostruktur
03 Vakuum-Druckgussteile haben höhere mechanische Eigenschaften

In jüngster Zeit konzentriert sich das Vakuumdruckgießen hauptsächlich auf das Absaugen von Gas aus dem Formhohlraum, und es gibt zwei Hauptformen:
① Luft direkt aus der Form absaugen; ② Legen Sie die Form in eine Vakuumbox, um die Luft zu evakuieren. Beim Vakuumdruckguss ist die Gestaltung der Abgaskanalposition und der Abgaskanalfläche der Form von entscheidender Bedeutung.
Im Abluftkanal gibt es einen „kritischen Bereich“, der mit der aus dem Hohlraum abgesaugten Gasmenge, der Absaugzeit und der Füllzeit zusammenhängt. Während des Einfüllvorgangs von geschmolzenem Metall sollte das geschmolzene Metall in einem dispergierten Sprühzustand eingefüllt werden. Auch die Größe des Angusskanals hat großen Einfluss auf die Wirkung des sauerstoffhaltigen Druckgusses. Die richtige Größe des Angusskanals kann nicht nur dafür sorgen, dass die Metallschmelze die Form in einer turbulenten Strömung füllt, sondern auch verhindern, dass die Temperatur der Metallschmelze zu schnell abfällt. Die hochdisperse Verteilung der Oxide wirkt sich nicht negativ auf das Gussstück aus, kann jedoch die Härte des Gussstücks erhöhen und das Gefüge nach der Wärmebehandlung verfeinern. Sauerstoffdruckguss kann für Al-, Mg- und Zn-Legierungen verwendet werden, die mit Sauerstoff reagieren.
Gegenwärtig kann sauerstoffhaltiger Druckguss zur Herstellung verschiedener Gussteile aus Aluminiumlegierungen verwendet werden, wie zum Beispiel: Hydraulikgetriebegehäuse, Wärmetauscher für Heizungen, hydraulische Getriebeventilkörper, Computerhalterungen usw., die eine Wärmebehandlung oder Montageschweißen erfordern und eine hohe Luftdichtheit erfordern. Für Druckgussteile, die bei höheren Temperaturen verwendet werden, hat sauerstoffhaltiger Druckguss technische und wirtschaftliche Vorteile. Halbfeste Druckgusstechnologie Beim halbfesten Druckguss handelt es sich um eine Technologie, die flüssiges Metall beim Erstarren umrührt, bei einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit eine Aufschlämmung mit einem Feststoffanteil von etwa 50 % oder sogar mehr erhält und die Aufschlämmung dann zum Druckguss verwendet.
In der halbfesten Druckgusstechnologie gibt es derzeit zwei Umformverfahren: das Flowforming-Verfahren und das Thixoforming-Verfahren. Ersteres besteht darin, flüssiges Metall in einen speziell entwickelten Spritzgusszylinder einzuspeisen, wo es durch eine Spiralvorrichtung durch Scherung zu einer halbfesten Aufschlämmung abgekühlt wird, die dann im Druckgussverfahren hergestellt wird. Letzteres besteht darin, feste Metallpartikel oder -späne einer Spiralspritzgießmaschine zuzuführen und die Metallpartikel unter Erhitzungs- und Scherbedingungen vor dem Druckguss in eine Aufschlämmung umzuwandeln. Der Schlüssel zum halbfesten Druckguss-Umformprozess liegt in der effektiven Herstellung halbfester Legierungsschlämme, der präzisen Steuerung des Anteils der Fest-Flüssigkeits-Komponenten und der Forschung und Entwicklung einer automatisierten Steuerung des halbfesten Umformprozesses.

Um eine automatisierte Produktion halbfester Formen zu realisieren, müssen nach Ansicht amerikanischer Wissenschaftler die folgenden Technologien energisch weiterentwickelt werden:
01 Anpassungsfähiger und flexibler Stangentransport
02 Präzisionsschmierung und Wartung von Druckgussteilen
03 Regelbares Gusskühlsystem
04 Plasmaentgasung und -behandlung

Das Niederdruckgießen mit elektromagnetischer Pumpe ist ein neu aufkommendes Niederdruckgießverfahren. Im Vergleich zur gasbasierten Niederdruckgusstechnologie unterscheidet sie sich hinsichtlich der Druckbeaufschlagungsmethoden völlig. Es nutzt berührungslose elektromagnetische Kraft, um direkt auf flüssiges Metall einzuwirken, wodurch Oxidations- und Ansaugprobleme, die durch unreine Druckluft und übermäßigen Sauerstoffpartialdruck in der Druckluft verursacht werden, erheblich reduziert werden und ein reibungsloser Transport von flüssigem Aluminium erreicht wird. Durch die Befüllung kann eine Sekundärverschmutzung durch Turbulenzen verhindert werden. Darüber hinaus wird das elektromagnetische Pumpensystem vollständig durch numerische Computersteuerung gesteuert, und die Prozessausführung ist sehr genau und wiederholbar, was Gussteilen aus Aluminiumlegierungen offensichtliche Vorteile in Bezug auf Ausbeute, mechanische Eigenschaften, Oberflächenqualität und Metallausnutzung verschafft. Da die Forschung zu dieser Technologie immer weiter voranschreitet, wird der Prozess immer ausgereifter.
Entwicklung von Druckgussanlagen Durch die Entwicklung der letzten Jahre wurden das Designniveau, die technischen Parameter, Leistungsindikatoren, die mechanische Struktur und die Fertigungsqualität der chinesischen Druckgussmaschinen in unterschiedlichem Maße verbessert. Insbesondere Kaltkammer-Druckgussmaschinen haben sich von der ursprünglichen vollhydraulischen Maschine weiterentwickelt. Der Typmechanismus wurde auf einen Kniehebel-Schließmechanismus umgestellt und es wurden auch automatisches Laden, automatisches Sprühen, automatisches Aufnehmen, automatisches Kantenschneiden usw. hinzugefügt. Auch Elektrogeräte wurden von der normalen Stromversorgungssteuerung auf Computersteuerung umgestellt und die Steuerungsebene wurde erheblich verbessert. Einige haben das internationale Niveau erreicht oder sind diesem nahe und bewegen sich in Richtung Großmaßstab, Automatisierung und Vereinheitlichung.

In dieser Zeit sind nach und nach neue inländische Druckgussmaschinenunternehmen entstanden, unter denen die Hong Kong Lijin Company ein typischer Vertreter ist. Das Unternehmen hat eine Reihe führender inländischer Druckgussmaschinenmodelle entwickelt. Beispielsweise verfügt die horizontale Kaltkammer-Druckgussmaschine über eine maximale Luftdruck-Einspritzgeschwindigkeit von 6 m/s (1997) und 8 m/s (Anfang 2000), eine Warmkammer-Druckgussmaschine aus Magnesiumlegierung (Anfang 2000), ein gleichmäßig beschleunigtes Einspritzsystem (2002), eine maximale Lufteinspritzgeschwindigkeit von 10 m/s und ein mehrstufiges Druckgusssystem (Juni 2004) sowie eine Echtzeitsteuerung des Einspritzsystems (August). 2004) und eine große Druckgussmaschine mit einer Schließkraft von 30.000 kN (Juli 2004) usw.
Kleine und mittelgroße Druckgussmaschinen werden immer noch von Haushaltsgeräten dominiert. Die Kluft zwischen inländischen Druckgussmaschinen und ausländischen fortschrittlichen Druckgussanlagen spiegelt sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider:
01 Das gesamte strukturelle Design ist rückständig
02 Schwere Ölleckage
03 Schlechte Zuverlässigkeit ist der größte Mangel an heimischen Druckgussmaschinen.
04 Unvollständige Sorten und Spezifikationen, schlechte Unterstützungsfähigkeiten

Chinas Formenbauindustrie hat sich rasant entwickelt. 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 des inländischen Formenmarktes in China nur etwa 80 %, wobei Formen mittlerer und niedriger Preisklasse die wichtigsten sind. Große und komplexe Präzisionsformen können den Anforderungen der nationalen Wirtschaftsentwicklung in Bezug auf Produktionstechnologie, Formqualität und -lebensdauer sowie Produktionskapazität nicht gerecht werden. brauchen. Forschungs- und Entwicklungsrichtung Der Verbrauch von Automobilen, Motorradindustrien und Automobilzubehör sowie die Nachfrage nach unterstützenden Produkten bieten einen breiten Markt für die Herstellung von Druckgussteilen. Auch der Einsatz von Aluminiumdruckgusslegierungen im Automobilbereich wird weiter zunehmen.
In der zukünftigen Forschung und Entwicklung der Druckgusstechnologie wird die Vertiefung des Aluminiumlegierungsdruckgusses weiterhin eine Hauptrichtung für die Entwicklung der Druckgusstechnologie sein. Um sich an die Marktnachfrage anzupassen, sollten in Zukunft folgende Probleme weiter gelöst werden:
01 Förderung des Einsatzes neuer hochfester, hochverschleißfester Druckgusslegierungen, forschungseinfärbbarer Druckgusslegierungen und neuer Druckgusslegierungen für Gussteile mit besonderen Sicherheitsanforderungen.
02 Entwickeln Sie Aluminiumdruckgusslegierungen mit stabiler Leistung und leicht kontrollierbarer Zusammensetzung
03 Vereinfachen Sie die Legierungszusammensetzung und reduzieren Sie die Legierungsgrade, um eine Grundlage für eine umweltfreundliche Produktion zu schaffen
04 Neue Druckgussverfahren weiter verbessern (Vakuumdruckguss, sauerstoffhaltiger Druckguss, halbfester Druckguss, Squeeze-Casting usw.)
05 Verbessern Sie die Fähigkeit, schnell auf den Markt zu reagieren und die Technologien Concurrent Engineering (CE) und Rapid Prototyping Manufacturing (RPM) zu implementieren
06 Forschung und Entwicklung von CAD/CAM/CAE-Systemen durchführen
07 Entwicklung und Anwendung weiterer Automobilteile aus Aluminiumdruckgusslegierungen

Aluminiumdruckgusslegierungen sind der Hauptbestandteil des Nichteisenlegierungsdruckgusses, und Legierungen der AI-Si-Serie sind der Hauptbestandteil der Aluminiumdruckgusslegierungen. Die Entwicklung der Druckgussindustrie hat noch einen langen Weg vor sich. Dabei geht es um die Erforschung und Entwicklung von Hochleistungslegierungen sowie die Entwicklung von Prozessmethoden. Die Praxis hat gezeigt, dass es eine kluge Entscheidung ist, Unternehmen mit relevanten Universitäten und Forschungseinheiten zusammenzuschließen, und die relevanten Ergebnisse, die wir erzielt haben, wurden bestätigt.
Um eine Wiederbelebung der gesamten Druckgussindustrie zu erreichen, ist es auch sehr wichtig, die Leistung der Druckgussmaschinen zu verbessern und dementsprechend das Design- und Fertigungsniveau der Druckgussformen zu verbessern. Insbesondere wird viel ausländische technische Software eingeführt und angewendet. Mit welcher Methode werden sie überprüft? Es lohnt sich, weiter zu recherchieren.