Halbfester Druckguss (SSM): Vorteile & Verfahren für OEMs

Halbfester Druckguss, allgemein bekannt als halbfester Metallguss (SSM) ist eine neue Technik, die Massivmetallschmieden und Flüssigguss kombiniert. Das Verfahren ist bekannt für die Herstellung von Metallprodukten mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und nahezu konturnahen Formen. Halbfestguss eignet sich besonders für den Guss bestimmter Nichteisenmetalle wie Kupfer, Magnesium und Aluminium. Durch das halbfeste Verhalten ermöglicht dieses Verfahren eine geringere Porosität und die Bildung von Löchern während der Formgebung.

Halbfester Druckgussprozess

Beim halbfesten Druckgussverfahren wird anstelle von vollständig geschmolzenem Metall halbfestes Gussmaterial verwendet, das zu 50% fest und zu 50% flüssig ist. Das Metall wird bei einer Temperatur geschmolzen, bei der die Aufschlämmung in ihrem halbfesten Zustand bleibt. Die optimale Temperatur liegt bei bis zu 10 °C, bei der das Metall seine feste Form (30%-60%) behält.

Eine Erhöhung des Feststoffgehalts des Metallschlamms kann die Viskosität um 40% erhöhen, was sich auf den halbfesten Druckgussprozess auswirkt. Das Metall wird gekühlt, wodurch vorhandene Dendriten abgebaut werden und die Duktilität des Metalls verbessert wird. Dendriten sind baumförmige Kristallstrukturen, die sich beim Erstarren im Metall bilden. Anschließend wird eine geeignete halbfeste Technik angewendet, um Druckguss, je nachdem, welche Legierung verwendet wird.

Für den Druckguss von halbfesten Metallen gibt es vier gängige Verfahren:

Thixocasting

Es ist eine der ältesten Techniken für halbfestes Gießen und Hersteller auf der ganzen Welt verwenden immer noch Thixoguss Zur Herstellung hochwertiger Metallteile. Thixocasting ist mit seinen zahlreichen Vorteilen ein kommerziell genutztes Gießverfahren für Aluminiumlegierungen. Als führendes SSM-Verfahren ermöglicht Thixocasting die Herstellung nahezu formstabiler Teile aus Legierungen mit verbesserter Ästhetik und Festigkeit. Nachdem das Metall in halbfester Form für den Guss vorbereitet wurde, umfasst das Thixocasting drei weitere Schritte.

Zunächst produzieren Maschinen vorgefertigte Barren mit einer einzigartigen kugelförmigen Mikrostruktur. Die Barren werden durch Rühren der Metallschmelze und Entfernen von Luftblasen hergestellt. Anschließend werden die Barren wieder auf eine Temperatur erhitzt, die ihre teilweise geschmolzene Form beibehält. Im letzten Schritt wird die Legierung gegossen, indem die Barren in die Form gepresst werden.

Das Thixocasting-Verfahren, so weit verbreitet es auch sein mag, kann keine hochwertigen Endprodukte hervorbringen, wenn bestimmte Anforderungen nicht erfüllt werden. Hersteller müssen für die Herstellung spezieller Barren, die in diesem Verfahren verwendet werden, mehr Geld ausgeben als für Standardguss. Die höheren Preise führen jedoch zu einer guten Oberflächengüte und hervorragenden metallischen Eigenschaften der fertigen Produkte.

Im Vergleich zu anderen Druckgussverfahren bietet Thixocasting eine längere Lebensdauer der Metallform, höhere Präzision und eine effizientere Verarbeitung. Unter streng kontrollierten Bedingungen kann Thixocasting helfen, Gussfehler wie Einspritzgeschwindigkeit, Flüssigkeitsanteil, Einspritzdruck und Formtemperatur zu vermeiden.

Rheocasting

Der Rheocasting-Prozess beginnt mit dem halbfesten Schlicker, der direkt aus der Metallschmelze im traditionellen Druckgussofen gewonnen wird, ohne die Barren erneut zu erhitzen. Rheocasting nutzt den teilweise festen Schlicker durch Zugabe von Aluminiumspänen zum Substrat. In manchen Fällen wird die Metallmischung mit speziellen Geschwindigkeiten verwirbelt. Anschließend wird die Legierung abgekühlt und ohne vorübergehende Erstarrung in die Form gespritzt, und der Guss ist abgeschlossen.

Nach dem Metallguss kann der Hersteller den Restschlamm wiederverwenden, indem er ihn in geschmolzene Form bringt. Dies kann erreicht werden, indem der überschüssige Schlamm in eine Druckgussmaschine oder einen Ofen gegeben wird. Die direkt aus den halbfesten Gussschlämmen hergestellten Bauteile zeichnen sich durch ihre herausragende Qualität aus.

Zu den Merkmalen des Rheocastings zählen ein besseres Energiemanagement, geringere Schrumpfung und eine höhere Produktionseffizienz. Die wichtigsten Vorteile des Rheocastings sind der kostengünstigere Rohstoff, die reduzierte latente Wärme und das direkte Recycling.

Thixomolding

Thixomolding ist das am häufigsten verwendete Verfahren für Magnesiumlegierungen. Bei diesem Verfahren stellt der Hersteller aus Spänen einen Metallschlamm her. Die Späne werden in einem bestimmten Volumen und unter präzisen Bedingungen in einen beheizten Zylinder gegeben. Die Gießmaschinen pressen den Schlamm automatisch in die Form. Thixomolding ermöglicht die Umwandlung der Magnesiumlegierung in einen halbfesten Schlamm. Es formt Gussprodukte mit größerer Genauigkeit und minimalen Defekten.

Im Vergleich zum herkömmlichen Druckguss bietet das Thixomolding zahlreiche Vorteile. Der auffälligste ist der sicherere Gießvorgang, da keine Fremdkörper im Gussverfahren zum Einsatz kommen. SchmelzofenDa kein Schmelztiegel entsteht, ist die Wahrscheinlichkeit für die Bildung gefährlicher Gase gering; daher gibt es keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt.

Beim Thixomolding-Spritzguss ist der Energieverbrauch pro Metallteil geringer als beim Druckguss, und die Mikrostruktur ermöglicht eine bessere Kontrolle. Allerdings sind Thixomolding-Spritzgussmaschinen teuer in der Anschaffung und komplex in der Bedienung. Sie erfordern einen hohen Wartungsaufwand, da ihre Teile in direkten Kontakt mit geschmolzenem Metall, insbesondere Magnesium, kommen.

Stressbedingt Schmelzaktivierung (SIMA)

SIMA dient als Modifikation des Thixomolding-Verfahrens, da es kostengünstig und vergleichsweise einfach durchzuführen ist. Diese Eigenschaften machen SIMA für die Massenproduktion im industriellen Maßstab geeignet. Metall wird erhitzt und bei einer festgelegten Temperatur geschmolzen und anschließend einer streng kontrollierten Umgebung ausgesetzt. Die kontrollierte Umgebung erzeugt beim Abkühlen eine Kristallisation mit geeigneten inneren Kornstrukturen. Nicht-dendritische Ausgangsstoffe können bei SIMA leicht durch Erhitzen des gespannten Ausgangsstoffs bis zu einem teilweise festen Zustand gewonnen werden.

Das Ausgangsmaterial ist eine heiße Substanz, die im festen Zustand unter Rekristallisationstemperatur bearbeitet, beispielsweise extrudiert, gewalzt oder geschmiedet wurde. Nach dem Erhitzen in die halbfeste Form nimmt das Ausgangsmaterial eine feine, kugelförmige Struktur an. In einigen Fällen walzen die Hersteller das Material bei gleichmäßiger Temperatur, um kleine Bauteile mit hoher Qualität herzustellen.

Das Verfahren der spannungsinduzierten Schmelzaktivierung findet heute zahlreiche kommerzielle Anwendungen. Der Grund dafür ist das Potenzial, hochwertige Metallteile zu deutlich geringeren Kosten als im konventionellen Druckgussverfahren herzustellen. Zu den gängigen Anwendungen zählen Achsschenkel und Motoraufhängungen in der Fahrzeugindustrie.

Halbfeste Druckgusslegierungen

Halbfester Druckguss kann für die meisten Nichteisenlegierungen angewendet werden, von denen Kupfer, Magnesium und Aluminium die häufigsten sind. Offensichtlich für halbfester Aluminium-DruckgussDie bevorzugten Methoden sind Thixocasting und Rheocasting.

Andere Techniken wie Spannungsinduzierte Schmelzaktivierung (SIMA) und RAP können ebenfalls verwendet werden für Aluminiumguss Legierungen, unabhängig von ihrer kommerziellen Verwendung. Aluminiumlegierungen werden im Allgemeinen im halbfesten Guss verwendet, da Aluminiumlegierungen nach dem Gießen bessere Porositäts- und Zugfestigkeitseigenschaften aufweisen.

Thixomolding ist das bekannteste Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen. Diese Werkstoffe sind aufgrund ihrer hervorragenden Bearbeitbarkeit, niedrigen Kosten und hohen Festigkeit interessant. Im Vergleich zu Aluminium- oder Stahllegierungen weist Magnesium ein geringeres spezifisches Gewicht auf und eignet sich daher besser für das Thixomolding.

Kupfer ist als halbfeste Druckgusslegierung relativ wenig verbreitet, obwohl es zu den bekanntesten Nichteisenlegierungen zählt. Im konventionellen Druckguss wird die Kupferlegierung mit fortschrittlichen Technologien kommerziell eingesetzt.

Vorteile des halbfesten Druckgusses

Halbfester Druckguss bietet alle Vorteile des Druckgusses und eliminiert gleichzeitig die meisten, wenn nicht alle Defekte und Einschränkungen wie Restporosität. Zu den wichtigsten Vorteilen des halbfesten Druckgusses gehören:

• Langlebige Eigenschaften

Halbfestguss erhöht die Werkzeug- und Formenlebensdauer der Metalle im Vergleich zu anderen Gussverfahren erheblich, insbesondere Squeeze-CastingDie Werkzeugstandzeit beim Halbfestguss ist doppelt so hoch wie beim herkömmlichen Druckguss und drei- bis fünfmal so hoch wie beim Squeeze-Casting.

• Hochfeste Produkte

Die halbfesten Gussprodukte sind vollständig schweißbar und weisen eine ausgezeichnete Duktilität, Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf. Das Gewicht der Gussprodukte wird durch die schnelle Hohlraumfüllung im halbfesten Guss minimiert. Durch die kürzere Zeit für die Hohlraumfüllung können mit den halbfesten Metallen extrem dünne Abschnitte (2–3 mm oder weniger) abgedeckt werden.

• Verbesserte Produktivität

Die Produktivität des Gießprozesses wird durch die Verkürzung der Zykluszeit beim halbfesten Gießen gesteigert. Beim halbfesten Druckguss kann der Hersteller eine Form länger verwenden. Zudem zeichnen sich halbfeste Metallgussteile durch höhere Toleranzen, geringere Porosität und geringe Schrumpfung während der Erstarrung durch eine hohe Qualität aus.

Die zähflüssigen, teilweise festen Legierungen im halbfesten Guss fließen aufgrund ihrer thixotropen Eigenschaft nur unter Krafteinwirkung. Aus diesem Grund wandern sie nicht in die unteren Hohlräume der Form.

• Starke interne Strukturen

Mit dem Rheocasting-Verfahren im halbfesten Druckgussverfahren gelingt der Legierungsguss ohne Spritzer, Lufteinschlüsse und Oxidbildung. Durch das Wiedererhitzen und Einspritzen der Barren in die Form entstehen sehr feine, stabile und gleichmäßige Innenstrukturen.

• Skalierbare Verfahren

Der halbfeste Druckguss bietet den Herstellern viele wirtschaftliche und kommerzielle Vorteile. Gießereien kann mit automatisierten Produktionsverfahren in kurzer Zeit große Mengen an Metallteilen herstellen.

• Umweltfreundlich

Beim halbfesten Druckguss entstehen geringere Mengen an Abfällen und Nebenprodukten als bei anderen Gießverfahren. Halbfeste Gießverfahren entlasten Unternehmen von den Kosten für die Sanierung von Umweltdeponien und die Entsorgung bleihaltiger Abfälle.

Anwendungen des halbfesten Druckgusses

In diesem Jahrhundert findet der halbfeste Druckguss aufgrund seiner Kosteneffizienz und der hervorragenden Ergebnisse zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Dieses Gießverfahren wird weltweit in verschiedenen Branchen eingesetzt:

• Automobil

Automobilunternehmen nutzen halbfester Druckguss Produkte für die Massenproduktion leichter und dennoch hochfester Fahrzeugteile. Es hat eine große kommerzielle Bedeutung und spielt eine entscheidende Rolle bei der Schaffung von Schnelle Prototypen. Für die Massenproduktion von Nichteisenlegierungen wird das halbfeste Gießen in der Maschinenbau-, Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt.

Halbfester Guss wird verwendet in der Herstellung von Aluminium Motoraufhängungshalterungen, Ölpumpenfilter, Krümmersensorkabelbaum und horizontale Blöcke für V6-Motoren.

•  Elektronik

Der halbfeste Magnesiumdruckguss wird zur Herstellung sehr dünnwandiger Gussteile für Computerrahmen und Kameragehäuse verwendet.

• Sonstiges

Gusshersteller bevorzugen halbfeste Gussteile für die Medizin und Luft- und Raumfahrtteile, aufgrund der besseren metallischen Eigenschaften der Gussteile.