Die Vorteile der Druckgusstechnologie von Aluminiumlegierungen

Die rheologische Druckgusstechnologie entstand in den 1970er Jahren am Massachusetts Institute of Technology in den USA. Nach fast 50 Jahren Entwicklung hat es nach und nach eine relativ vollständige Technologiekette gebildet und wurde in vielen Bereichen wie Automobilen, Maschinenbau, Kommunikationsgeräten und Photovoltaik implementiert. Industrielle Anwendung. Beim rheologischen Druckguss wird die Metall- oder Legierungsschmelze direkt zu einer halbfesten Aufschlämmung aufbereitet, in die Einspritzkammer der Druckgussmaschine überführt, fließt und füllt den von der Einspritzstange angetriebenen Formhohlraum und erstarrt unter Druck. Im Vergleich zum thixotropen Druckguss zeichnet sich der rheologische Druckguss durch einen kurzen Prozessablauf und niedrige Kosten aus; Im Vergleich zum konventionellen Druckguss bietet der rheologische Druckguss die Vorteile einer hohen Gussdichte und einer langen Formlebensdauer. Entsprechend dem unterschiedlichen Festphasenanteil der halbfesten Aufschlämmung kann der rheologische Druckguss in zwei Kategorien unterteilt werden: rheologischer Druckguss mit niedrigem Festphasenanteil (Festphasenanteil der Aufschlämmung unter 40 %), der hauptsächlich zur Verbesserung der Qualität von Druckgussteilen verwendet wird. Zu den repräsentativen Produkten gehören Gehäuse für 5G-Kommunikationsbasisstationen, Gehäuse für Stromrichter, Gehäuse für Photovoltaik-Wechselrichter usw.; Rheologischer Druckguss mit hohem Festphasengehalt (Festphasenanteil der Aufschlämmung über 40 %), der hauptsächlich zur Herstellung hochwertiger Gussteile verwendet wird, deren Produktdichte und Leistung mit Schmiedeprodukten vergleichbar sind. Zu den repräsentativen Produkten gehören Turboladerlaufräder, Motorhalterungen usw. Im Vergleich zum Druckguss mit niedriger Festphasenrheologie bietet der Druckguss mit hoher Festphasenrheologie größere Vorteile bei der Kontrolle der Gussqualität. In den letzten Jahren hat sich der Industrialisierungsprozess beschleunigt und Automobilhersteller wie BYD, Foton Daimler und General Motors haben ihn sukzessive übernommen. Teile aus druckgegossener Aluminiumlegierung mit hoher Festphasenrheologie.

Um den spezifischen Anforderungen weiterer Anwendungsszenarien gerecht zu werden, befindet sich die Druckgusstechnologie mit hoher Festphasenrheologie noch in der Entwicklung. Das Forschungsteam von Professor Zhu Qiang und dem assoziierten Forscher Lu Hongxing von der Southern University of Science and Technology fasste den Forschungsfortschritt und die industrielle Anwendung dieser Technologie in den Bereichen Schlammvorbereitung, Materialien, Simulation und Fehlerkontrolle in den letzten Jahren zusammen und diskutierte die zukünftige Entwicklung.

Über den Autor

[Zhu Qiang]

Zhu Qiang schloss 1994 sein Studium der Ingenieurswissenschaften in Materialwissenschaften an der Universität Erlgen-Nürnberg ab. Er war einst stellvertretender Chefingenieur, Chefexperte, Mitglied des akademischen Ausschusses und Mitglied des nationalen akademischen Ausschusses des Beijing Nonferrous Metals Research Institute (heute China Youyan Technology Group). Stellvertretender Direktor des Nonferrous Metal Composite Materials Engineering Technology Research Center, erster Direktor des Beijing Metal Advanced Forming Manufacturing Engineering Technology Research Center und Experte in der Gesamtexpertengruppe des 12. Fünfjahresplans für „Hochwertige Spezialstähle und Hochtemperaturlegierungen“ des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie. Derzeit ist er Lehrstuhlinhaber an der Southern University of Science and Technology, Fellow der British Society of Materials, Mining and Minerals, Mitglied des International Semi-Solid Technology Committee, rotierender Vorsitzender des Semi-Solid Working Committee der China Foundry Association und Gründer von Shenzhen Nan Keqiang Zheng Light Alloy Technology Co., Ltd. In den letzten 10 Jahren hat das Unternehmen sukzessive nationale und internationale wissenschaftliche und technologische Unterstützung geleistet Zusammenarbeit, wichtige Forschungs- und Entwicklungspläne sowie vertikale wissenschaftliche Forschungsprojekte auf Provinz- und Kommunalebene und horizontale Unternehmenskooperationsprojekte mit einer Gesamtinvestition von über 100 Millionen Yuan. Er wurde viele Male zu Sondervorträgen auf berühmten internationalen akademischen Konferenzen eingeladen, veröffentlichte mehr als 180 Artikel, gab zwei Monographien heraus und veröffentlichte sie und meldete mehr als 60 Patente an.

Über den Autor

[Lu Hongxing]

Lu Hongxing schloss 2012 sein Studium an der Universität für Luft- und Raumfahrt in Peking mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft und Ingenieurwesen ab und erhielt einen Bachelor-Abschluss in Ingenieurwissenschaften. Im Jahr 2017 schloss er sein Studium am Beijing General Institute of Nonferrous Metal Research mit Schwerpunkt Materialwissenschaft und Ingenieurwesen ab und erhielt einen Doktortitel in Ingenieurwissenschaften. Derzeit ist er Forschungsassistent an der Southern University of Science and Technology, General Manager von Shenzhen Nankeqiangzheng Light Alloy Technology Co., Ltd. und stellvertretender Generalsekretär des Semi-Solid Working Committee der China Foundry Association. Zu den Hauptforschungsrichtungen gehören Hochleistungsaluminiumlegierungswerkstoffe für Transport und Kommunikation, Technologie zur halbfesten Umformung von Aluminiumlegierungen und Druckguss, intelligente Fertigungssysteme zur halbfesten Umformung usw. mit Schwerpunkt auf angewandter Grundlagenforschung und allgemeinen Fragen der Ingenieurtechnik. Als Projektleiter oder Fachleiter hat er sieben vertikale Projekte auf Provinz- und Kommunalebene sowie horizontale Unternehmenskooperationsprojekte durchgeführt, mehr als 20 Artikel veröffentlicht, mehr als zehn Patente angemeldet und an der Formulierung einer nationalen Norm mitgewirkt.

[Bild- und Textinhalt]

Tabelle 1 Rheologische Aufschlusstechnologie mit hohem Feststoffanteil

Es gibt mehr als 30 gemeldete rheologische Aufschlusstechnologien, aber nur wenige können zur Herstellung von Aufschlämmungen mit hohem Feststoffanteil eingesetzt werden. Diese Technologien und die verwendeten Aluminiumlegierungsmaterialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Darunter wurden das Swirled Enthalpy Equilibration Device (SEED) und New Rheocasting (NRC) industrialisiert.

Abbildung 1: Der Festphasenanteil verschiedener Aluminiumlegierungen ändert sich mit der Temperatur

Abbildung 2 Mikrostruktur von halbfesten Schlämmen aus 7108-, 6063- und 7050-Aluminiumlegierungen mit hohem Feststoffanteil, hergestellt mit der verbesserten SEED-Methode

Abbildung 3 Vergleich der Simulationsergebnisse des Mikrostrukturwachstumsprozesses mit der realen erstarrten Struktur

Derzeit sind die Aluminiumlegierungsmaterialien, die für industrielle Anwendungen beim Druckguss mit hoher Festphasenrheologie verwendet werden, hauptsächlich untereutektische Al-Si-Legierungen. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören die Aluminiumlegierungen A356, A357 und A319. Die mechanischen Eigenschaften einiger druckgegossener Aluminiumlegierungen mit hoher Festphasenrheologie sind in Tabelle 2 aufgeführt. Es ist ersichtlich, dass immer noch eine gewisse Lücke zwischen den mechanischen Eigenschaften der rheologischen druckgegossenen Aluminiumlegierung und der Schmiedealuminiumlegierung 7075 besteht. Um den spezifischen Anwendungsanforderungen weiterer Anwendungsszenarien gerecht zu werden, wurde im In- und Ausland Forschung und Entwicklung von Hochleistungsaluminiumlegierungsmaterialien für den rheologischen Druckguss durchgeführt.

Tabelle 2 Mechanische Eigenschaften einiger druckgegossener Aluminiumlegierungen mit hoher Festphasenrheologie

Abbildung 4 Anwendbare Identifizierungsmethode für Flowforming-Legierungen

Tabelle 3 Eigenschaften einiger Hochleistungsaluminiumlegierungen, die im rheologischen Druckguss von SEED verwendet werden

Abbildung 5 Simulationsergebnisse und experimentelle Ergebnisse, die durch Testen des angepassten Potenzgesetzmodells mit SSR, SRS und SSS erhalten wurden

Abbildung 6 Vergleich der Mehrphasenströmungssimulation der Festphasenverteilungssimulation und der Testergebnisse

Abbildung 7 Einige druckgegossene Aluminiumlegierungsprodukte mit hoher Festphasenrheologie

【Schlussfolgerung der Analyse】

Die Druckgusstechnologie mit hoher Festphasenrheologie wurde kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert, und es wurden Fortschritte bei der Aufschlämmungsvorbereitung, Materialien, Simulation, Fehlerkontrolle usw. erzielt und in Automobilen, Maschinenbau, Kommunikation und anderen Bereichen industrialisiert. Mit der Entwicklung der Gesellschaft und dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie zeichnet sich jedoch der Trend zu großformatigen Gussteilen ab. Nacheinander sind großformatige Schalenteile für Kommunikationsgeräte und supergroße Karosseriestrukturteile auf den Markt gekommen, was neue Herausforderungen für die Druckgussumformung mit hoher Festphasenrheologie mit sich bringt. . Die Druckgusstechnologie mit hoher Festphasenrheologie ist an der Herstellung von extrem großen Gussteilen beteiligt, und es stehen zwei technische Wege zur Auswahl. Die erste besteht darin, mehrere Schlüsselthemen der integrierten Fertigung zu durchbrechen: ① Hocheffiziente Schlammaufbereitungstechnologie (einzelne Schlammmasse ≥ 40 kg); ② Neue Aluminiumlegierungsmaterialien mit hoher Fließfähigkeit und hervorragenden Gesamteigenschaften; ③ Großer Gussumformprozess. Präzise und schnelle Simulationstechnologie. Die zweite besteht darin, die Schweißtechnologie von Druckgussteilen mit hoher Festphasenrheologie zu erforschen. Zunächst werden hochwertige kleine Gussteile durch hochfestphasenrheologisches Druckgießen hergestellt, und dann werden kleine Teile durch Schweißen zu übergroßen Teilen zusammengefügt. Unter anderem ist der zweite technische Weg kurzfristig einfacher zu realisieren und bietet im Vergleich zur integrierten Ultrahochvakuum-Druckgusstechnologie die Vorteile geringerer technischer Schwierigkeiten und geringerer Ausrüstungsinvestitionen. Es wird in den nächsten Jahren zwangsläufig eine Welle der Technologieforschung, -entwicklung und -anwendung auslösen. Bringen Sie die hochfeste halbfeste rheologische Druckguss-Umformtechnologie auf eine neue Entwicklungsstufe.

[Literaturzitat]

Lu Hongxing, Hu Xiaogang, Zhu Qiang. Forschungsfortschritt in der Druckgussumformtechnologie für Aluminiumlegierungen mit hoher Festphasenrheologie [J]. Spezialguss und Nichteisenlegierungen, 2023, 43(6): 741-746.