Druckgussverfahren für Aluminiumlegierungsprodukte für die Automobilindustrie

Die Geschichte der Verwendung von Aluminiumlegierungen anstelle von Gusseisen zur Herstellung von Autoteilen lässt sich bis in die 1940er Jahre zurückverfolgen, als einige europäische Automobilfabriken, wie beispielsweise Italien, gegründet wurden Fiat entwickelte das Ansaugrohr und den Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung und begann mit der Produktion kleiner Stückzahlen. In den 1950er Jahren führte Australien das ein Niederdruckguss Technologie eines britischen Unternehmens zur Herstellung von Aluminiumgussteilen für Automobile. Gleichzeitig verbesserte die Bundesrepublik Deutschland die Niederdruckgusstechnologie weiter, um Aluminiumlegierungsteile mit komplexen Strukturen herzustellen. General Motors begann auch mit der Massenproduktion von Aluminiumgussteilen für Autos, wie luftgekühlten Zylinderköpfen, Kurbelgehäusen, Motorabdeckungen usw. Nach den 1960er Jahren wurde die Aluminiumgusstechnologie aufgrund der Hochdruckgusstechnologie weit verbreitet im Automobilbereich eingesetzt Industrie.

Nach den 1960er Jahren, aufgrund der Entwicklung von Hochdruck-Druckguss Technologie, Leichtmetalle auf Aluminiumlegierungsbasis in der Anwendung von Automobilen stark erhöht und den Grundstein für die in der modernen Automobilindustrie weit verbreiteten Aluminiumgussteile gelegt, um das Gewicht des Autos zu reduzieren. In den letzten 20 Jahren hat die Anwendung von Aluminiumgussteilen in der weltweiten Automobilindustrie laut Statistik die weltweite Gesamtproduktion von Aluminiumgussteilen jedes Jahr um etwa 3 % oder mehr der Wachstumsrate und die Gesamtproduktion von Aluminiumgussteilen um 60 % erhöht % bis 70 % der Aluminiumgussteile werden bei der Herstellung von Automobilen verwendet, sodass zwischen der weltweiten Aluminiumgussproduktion und der Anwendung in der Automobilindustrie eine enge Verbindung besteht.

Warum das Druckgussverfahren?

Kosteneffektivität: Druckguss bietet im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren eine kostengünstige Methode zur Massenproduktion von Automobilkomponenten. Sobald die Matrize (Form) erstellt ist, kann sie wiederholt verwendet werden, um große Mengen an Teilen mit minimalem Materialabfall herzustellen.

Hohe Produktionsraten: Druckguss ermöglicht hohe Produktionsraten und ist daher ideal für Automobilhersteller, die große Mengen an Teilen benötigen, um die Nachfrage zu decken. Abhängig von der Komplexität des Bauteils und der Größe der Druckgussmaschine können mit dem Verfahren Hunderte bis Tausende Teile pro Tag hergestellt werden.

Komplexe Formen und enge Toleranzen: Druckguss ermöglicht die Herstellung von Automobilkomponenten mit komplizierten Geometrien und engen Toleranzen. Der Formhohlraum kann so gestaltet werden, dass er komplexe Formen und Merkmale präzise nachbildet und so eine präzise Passung und Funktion der Teile innerhalb der Fahrzeugbaugruppe gewährleistet.

Materialvielfalt: Druckguss kann aus einer Vielzahl von Metallen und Legierungen durchgeführt werden, darunter Aluminium, Zink und Magnesium. Jedes Material bietet einzigartige Eigenschaften wie geringes Gewicht, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sodass Automobilhersteller das am besten geeignete Material für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen auswählen können.

Strukturelle Integrität: Druckgegossene Automobilkomponenten weisen eine hohe strukturelle Integrität und ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis auf und eignen sich daher für kritische Strukturanwendungen wie Motorblöcke, Getriebegehäuse und Aufhängungskomponenten.

Die Hauptprozesse zum Gießen von Aluminiumlegierungsteilen in der Automobilindustrie sind:

Druckguss

Druckguss wird als Druckguss bezeichnet und sorgt unter einem bestimmten Druck dafür, dass die Schmelze den Hohlraum füllt, wodurch eine dichte Organisation des Gussteils, hohe mechanische Eigenschaften, Größengenauigkeit und eine geringe Bearbeitungszugabe gewährleistet werden. Der Druck kann grob in die beiden Kategorien Niederdruckguss und Hochdruckguss unterteilt werden. Letztere Formkosten sind höher, besonders geeignet für Automobilgussprodukte der Massenproduktion, hohe Effizienz, die Gesamtkosten sind recht niedrig.

Gegenwärtig verfügen fast alle Autos über Getriebegehäuse, Kupplungsgehäuse, Wasserpumpengehäuse, Vergasergehäuse und Lenkgetriebegehäuse aus Aluminiumlegierungsdruckguss. Der Ablauf des Druckgussprozesses ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Hauptparameter des Druckgussprozesses sind Einspritzkraft, spezifischer Druck, Schmelzfüllgeschwindigkeit, Füllzeit, Haltezeit, Schmelzetemperatur und Formtemperatur.

Da die Schmelze bei hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit und hohem Druck einen Hohlraum füllt, wird sie zwangsläufig in das Gas einbezogen, weshalb einige neue Verfahren entwickelt werden, wie z. B. das Vakuum-Druckgussverfahren, das sauerstoffhaltige Druckgussverfahren und das Fülldruckgussverfahren mit niedriger Geschwindigkeit Methode, „Fine Speed ​​Dense“-Druckgussmethode (auch als Acurad-Methode bekannt, d. h. präzise, ​​schnell, dicht), Niedergeschwindigkeits-Mitteldruckfüllungsguss (NDC). Das Druckfüllgussverfahren (NDC) usw. ist eine neue Technologie für den nichtporösen Druckguss.

Entsprechend den Druckgusseigenschaften der wissenschaftlichen Kontrollprozessparameter, einer angemessenen Konstruktion und Herstellung des Gussteils (einschließlich Gießsystem, Überlauf- und Abgassystem, Gusskühlsystem, Formheizung und Balance-Kontrollsystem) erfolgt daher die Wahl der geeigneten Farbe und des Spritzens Technologie.

Die Schmelztemperatur des Aluminiumdruckgusses liegt über dem Schmelzpunkt der Legierung 40 ℃ ~ 100 ℃; Die Formtemperatur und der Wärmehaushalt sind für die Erzielung einer hohen Gussqualität entscheidende Bedingungen. Für den allgemeinen Druckguss ist es erforderlich, die Oberflächentemperatur des Gusshohlraums auf den Schmelzpunkt der Legierung von etwa 40 % zu senken.

Der Vakuumgrad des Pumprohrs im Vakuumdruckgussverfahren beträgt 22 kN/m2 ~ 27 kN/m2, in 0 s wird ein Unterdruck von 15 kN/m4 erreicht. Die Qualität des Vakuum-Druckgusses hängt vom Vakuumgrad ab, üblicherweise liegt der Gasgehalt des Druckgusses nach der T2-Behandlung bei 6 ml/(0.1 g Al).

Das sauerstoffgefüllte Verfahren zur Herstellung von Druckgussgasen hat einen Gasgehalt von etwa 0 ml/(05 g AI), nur 100/1 des gewöhnlichen Druckgussverfahrens, und sein Aluminiumoxidgehalt ist etwa dreimal so hoch wie bei gewöhnlichen Druckgussverfahren -Casting, aber das Vorhandensein von feinen (10 μm) Aluminiumoxidpartikeln, das Produkt hat nur eine geringe Anzahl von Mikroporen, die Druckfestigkeitsleistung ist gut.

Beim Niedriggeschwindigkeits-Druckgussverfahren beträgt die Gießgeschwindigkeit der Aluminiumschmelze etwa 1 m/s, beim herkömmlichen Druckguss beträgt die Geschwindigkeit 1/20, 1/60. Die Wandstärke des Druckgusses muss größer als 6 mm sein, die Form sollte nicht komplex sein. Das Grundprinzip der Akaridenmethode lässt sich wie folgt zusammenfassen: Steuerung der Kühlung der Form, großer Angussquerschnitt, langsame Füllgeschwindigkeit, doppelter Stempeldruck-Einspritzkolben.

Bei der NDC-Methode wird die Spiralgussmethode verwendet, Aluminium schmilzt entlang der Einspritzwand der Spiralangusseinspritzung, Luft lässt sich nicht leicht in die Schmelze einmischen, die Füllgeschwindigkeit ist niedrig und die Zeit beträgt bei der herkömmlichen Druckgussmethode das 20-fache; Aufgrund der Erstarrung unter Druck kann eine dichte Organisation, ergänzt durch eine entsprechende Wärmebehandlung, die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks erheblich verbessern; Kann hergestellt werden, um das Formen des Sandkerns des Werkstücks zu erfordern, Gussdruckfestigkeit, Luftdichtheit ist gut, Japan ist in dieser Methode der Herstellung von Autos weit verbreitet. Luftkompressorkörper, Motorradzylinderkopf, Räder, Auspuff 21 des Motorblocks.

Metallischer Niederdruckguss

Bei dieser Art von Druckgussverfahren handelt es sich um einen Prozess zwischen Metallguss und Druckguss, bei dem Aluminium unter Druck entlang des aufsteigenden Flüssigkeitsrohrs vom Boden eines oder zweier Angüsse schmilzt, um den Hohlraum zu füllen, und von weitem entfernt Die Angüsse beginnen sich zu verfestigen, und allmählich dehnen sich die Angüsse aus.

Dieser Zustand der „sequentiellen Erstarrung“ ist mit dem Metallguss identisch, der Unterschied besteht darin, dass beim Niederdruckguss im Allgemeinen keine Steigrohre zum Ausgleich der Schrumpfung entstehen und daher bestimmte Anforderungen an Form und Struktur der Gussteile gestellt werden.

Beim Niederdruckguss liegt der Ausnutzungsgrad der Aluminiumschmelze viel höher als beim Metallguss, bis zu 85 % bis 90 %, während der Metallguss nur 40 % bis 60 % beträgt und die mechanischen Eigenschaften des Produkts höher sind und die Verdichtung höher ist auch besser, aber es gibt eine hohe Ausschussrate, auch der Produktionsprozess ist komplex. Der Vergleich von Prozessinhalten und Produktleistung zwischen Metall-Niederdruckguss, Druckgussverfahren und Metallgussverfahren ist in Tabelle 22 aufgeführt.

Cosworth-Methode

Die Cosworth-Methode wurde Mitte der 1970er Jahre von der britischen Cosworth Research and Development Company und dem GKN-Gemeinschaftsunternehmen entwickelt und ist eine Art Sand-Niederdruckgussverfahren, mit dem in der Automobil- und Flugzeugindustrie ein breites Anwendungsspektrum und typische Produkte erzielt werden können für Motorblock, Zylinderkopf usw. Die Ausnutzungsrate der Aluminiumschmelze beträgt bis zu 80 % bis 90 %, während der Sand- und Metallverfahren nur etwa 55 % beträgt, die Gussschrottrate nur 2 % bis 4.5 %, während der Metalltyp und andere Prozesse liegen bei bis zu 5 % bis 10 % und manchmal sogar noch höher. Der Prozessablauf nach der Cosworth-Methode ist in Abbildung 6 dargestellt.

Der Prozess erzeugt eine genaue und stabile Gussgröße, Gussgröße innerhalb von 100 mm, die Abweichung von ± 0 mm, weniger als 15 mm, ± 300 mm, weniger als 0 mm, ± 20 mm, ähnlich dem Tank , Tankdeckel und andere Gussteile, die Bearbeitungszugabe beträgt nur 800 mm ~ 0 mm, Sie können das Schruppen abbrechen; Gussorganisation, dichte, hohe mechanische Eigenschaften, die Porositätsrate von 25 % bis 1 %, die allgemeine Öffentlichkeit und der Gussprozess, der Gussprozess, der Gussprozess, der Gussprozess, der Gussprozess, der Guss Prozess, der Gussprozess und der Gussprozess. 5 % ~ 2 %, während die mit dem traditionellen Verfahren hergestellten Gussteile bis zu 0 % betragen können, ist die Gussdehnung mindestens doppelt so hoch wie die des traditionellen Sandgusses; Gussteile enthalten keine inneren Oxideinschlüsse, und dadurch wird die Oberflächenqualität des Gussteils erheblich verbessert, die allgemeine Oberflächenrauheit Ra beträgt (01 ± 0) μm.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des Cosworth-Verfahrens ist die Eliminierung von Turbulenzen in der Aluminiumschmelze während des Transports und des Gießens sowie in der Regel kein Spülen der Schmelze oder die Zugabe von Kornverfeinerern. Um den Gaseintrag und die Bildung von Oxidschlacken zu minimieren, befindet sich oberhalb des Warmhalteofens eine Schutzgaszuführung.

Darüber hinaus erfolgt die Wärmebehandlung der Gussteile kontinuierlich, wobei die Gussteile an speziellen Gehängen der Schubaufhängekette aufgehängt, von der Beschickungsstelle zu den linearen Abschreckbecken und Alterungsöfen transportiert und anschließend gestrahlt werden vor der Entladung in der Flügelrad-Strahlanlage. Der Wärmebehandlungszyklus (Lösungsbehandlung und künstliche Alterung) der Gussteile beträgt 6 bis 8 Stunden und ist damit 2 bis 4 Stunden kürzer als bei herkömmlichen Sandgussteilen. Darüber hinaus weisen die Gussteile eine gute Härtbarkeit und nahezu keine Verformung nach dem Abschrecken auf.

Um die Festigkeitseigenschaften und Gießbarkeit der Legierung zu verbessern und die Produktionskosten zu senken, hat die Cosworth Research and Development Company eine gute Leistung einer billigen recycelten Aluminiumlegierung entwickelt – O2-Legierung, eine Art Al-Si (10 % ~ 12 %)-Cu ( 3% ) Systemlegierung. Diese eutektische Legierung weist eine gute sequentielle Erstarrungsleistung auf. Aufgrund der Erstarrung einer Vielzahl von dendritischen Kristallen treten beim Füllen von Lücken keine Schrumpfungsschwierigkeiten auf, auch wenn beim Gießen Luftlöcher erzeugt werden verbundene Luftlöcher verfügen über einen Leckagekanal. Die Schmelze der Legierung wird zweimal gereinigt, wodurch der Schrott einen hohen Eisen- und Zinkgehalt mit w(Zn) = 2 % und w(Fe) = 0.9 % aufweist und der Magnesiumgehalt durch Chlorierung reduziert wird. Mechanische Eigenschaften dieser Legierung im Gusszustand.

Zugfestigkeit Rm = 190 N/mm2, Streckgrenze Rp0. 2 = 120 N/mm2, Dehnung A5 = 1 % bis 1 %; mechanische Eigenschaften nach künstlicher Alterung: Rm = 5 N/mm250 bis 2 N/mm320, Rp2. 0 = 2 N/mm150 bis 2 N/mm300, A2 = 5 % bis 1 %.

Das Cosworth-Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung fehlerfreier, leichter, hochfester Gussteile verwendet, um den Anforderungen der komplexeren Zylinderkopfproduktion gerecht zu werden. Um die Effizienz zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu senken, geht in modernen Automobilen die Motorstruktur in Richtung der Entwicklung von Mehrventilmotoren. Daher werden die Zylinderkopfgussteile nicht nur komplexer, sondern auch die Anforderungen an die Verdichtung werden immer höher. Das Sand-Niederdruckgussverfahren ist eines der effektivsten Verfahren zur Herstellung solcher Gussteile.

Vergasungsformguss

Das Vergasungskokillengussverfahren ist ein neues Gießverfahren, das Ende der 1950er Jahre auf den Markt kam. Einige Aluminiumgussteile, die für den Leichtbau von Automobilen erforderlich sind, wie Zylinderkopf, Ansaugrohr usw., werden mit Sandkern geformt, aber die Herstellung und Reinigung des Kerns ist bei der Massenproduktion mühsam, während die Verwendung von Vergasungsformguss, der keinen benötigt Sandkern und vereinfacht die Reinigung, weshalb das Verfahren in der Automobilgussproduktion weit verbreitet ist.

Der Vergasungsformgussprozess ist in Abbildung 7 dargestellt. Der Hauptprozess besteht aus einer Schaumpolystyrol-Probenform, die üblicherweise als Schaumform bezeichnet wird. Die Probenform wird nach dem Formen zusammengebaut und mit Sand beschichtet und dann gegossen. Die Probenform wird durch die Hitze der Aluminiumschmelze verdampft, der eingenommene Raum wird mit der Aluminiumschmelze ausgefüllt und nach dem Abkühlen erhält man das Gussstück mit der gleichen Form und Größe wie die Probenform.

Vergasungsform zu Polystyrol als Rohmaterial durch Zugabe von 3 % bis 8 % Schaummittel bei 80 ℃ bis 100 ℃ im Rahmen des Vorschäumens und anderer durchgeführter Verfahren. Das Konzept des Vergasungsformgussverfahrens und des traditionellen Sandgussverfahrens, des Metallniederdruckgussverfahrens und des Druckgussverfahrens unterscheidet sich stark. Seine Hauptmerkmale sind: (1) keine Form, keine Form.

• (1) keine Form, keine Form, kein Kern, leicht zu reinigender Guss;
• (2) kann ohne Bindemittelsand verwendet werden, ist leicht zu recyceln und leicht zu handhaben;
• (3) Weniger Sand und nichtmetallische Einschlüsse im Guss, hohe Eigenqualität.
• (4) Der Produktionsprozess ist einfach, vielseitig, hoch mechanisiert und automatisiert, leicht zu realisierende Massenproduktion, Ausrüstungsinvestitionen, förderlich für die Senkung der Produktionskosten;
• (5) Es können komplexe Teile mit weniger Bearbeitung hergestellt werden, und die Gussqualität kann um 10 bis 30 % reduziert werden.
• (6) einfach zu bedienen, erfordert keine erfahrenen Fachkräfte, weniger Umweltverschmutzung und freundliche Produktionsumgebung.

Niederdruckguss

Niederdruckgussverfahren in Chinas Automobilgussprodukten Bei der Herstellung von Automobilaluminiumgussteilen ist das Niederdruckgussverfahren weit verbreitet. Mehr als 88 % der Räder Chinas werden durch die Verwendung dieser Methode zum Gießen anderer Teile wie hergestellt die in der folgenden Tabelle aufgeführten.

Schlussfolgerung

Die weit verbreitete Anwendung des Druckgusses aus Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie hat die Wirtschaftlichkeit verbessert und die Fahrzeugkosten gesenkt. Der jüngste Aufstieg des einteiligen Giga-Druckgusses von Tesla hat die Branche zu einem seltenen Höhepunkt geführt. Ich glaube, dass es diesbezüglich noch mehr Möglichkeiten gibt. Mehr Herausforderungen und Chancen