Technologischer Prozess des Druckgusses von Aluminiumlegierungen: Vollständige Aufschlüsselung vom Rohstoff zum Fertigprodukt

Der Druckguss von Aluminiumlegierungen ist ein systemischer industrieller Prozess, der die Koordination von sechs Schlüsselschritten erfordert, um den metallischen Rohstoff in hochpräzise Bauteile umzuwandeln. Um die Produktqualität zu gewährleisten, ist eine strenge Kontrolle der Parameter in jedem Schritt unverzichtbar.

Das Schmelzen des Rohstoffs bildet den Ausgangsschritt des Prozesses. Aluminiumbarren mit einer Reinheit von über 99,5 % werden in festgelegten Verhältnissen mit Legierungselementen (wie Silizium, Magnesium, Kupfer) gemischt, in einen Induktionsofen mit mittlerer Frequenz geladen und auf 650–720 °C erhitzt. Während des Schmelzens werden Raffinationsmittel hinzugefügt, um Verunreinigungen zu beseitigen, und Stickstoff oder Argon wird injiziert, um Oxidation zu verhindern. Das Endergebnis ist eine Aluminiumlegierungsschmelze mit homogener Zusammensetzung und geringem Gasgehalt – ihre Reinheit wirkt sich direkt auf die mechanischen Eigenschaften der nachfolgenden Gussteile aus.

Die Formvorbereitung ist eine grundlegende Voraussetzung. Formen werden üblicherweise aus wärmebeständiger Werkzeugstahl der Qualitätsklasse H13 gefertigt und bestehen aus zwei Teilen: der beweglichen Form und der festen Form. Innerhalb enthalten sie eine Kavität (passend zur Bauteilform), ein Zufuhrkanalsystem (Leitungen für die Schmelze) und ein Entlüftungsschaltsystem (zur Gasentfernung). Vor der Nutzung muss die Form auf 150–300 °C vorgeheizt werden, um Rissbildung beim Kontakt zwischen der kalten Form und der heißen Aluminiumlegierungsschmelze zu vermeiden. Darüber hinaus wird die Oberfläche der Kavität mit einem Trennmittel besprüht – dies reduziert die Haftung von Aluminium und verlängert die Lebensdauer der Form.

Die Druckgussformung ist der Schlüsselschritt, der auf einer Druckgussmaschine durchgeführt wird. Zuerst wird die Aluminiumlegierungsschmelze aus der Spritzkammer (Injektionskammer) mit hoher Geschwindigkeit (3–15 m/s) in die Formkavität injiziert, wobei in der Regel ein Druck zwischen 50 und 150 MPa angewendet wird. Dies gewährleistet, dass die Schmelze die komplexe Kavität schnell ausfüllt und eingeschlossene Gase abgibt. Anschließend wird der Druck aufrechterhalten (Druckhaltezeit: 5–30 Sekunden), um eine vollständige Erstarrung der Schmelze in der Kavität sicherzustellen. Der abschließende Schritt besteht aus dem Öffnen der Form und dem Ausstoßen des Gussteils mithilfe eines Ausstoßmechanismus. Der gesamte Gusszyklus dauert nur wenige Zehnsekunden, was den Prozess für die Serienproduktion geeignet macht.

Die Entfernung von Zufuhrkanälen, Angusssteinen und die Reinigung erfolgen unmittelbar. Die Gussteile weisen direkt nach der Formung überflüssige Elemente (Zufuhrkanäle, Angusssteine) auf, die durch mechanisches Schneiden (Sägen, Fräsen usw.) oder Hochdruckwasserstrahl entfernt werden. Danach wird die Oberfläche durch Strahlbehandlung (Strahlverfahren) oder Sandstrahlbehandlung bearbeitet, um Oxidschichten und Grate zu beseitigen. Dadurch sinkt die Oberflächenrauhigkeit des Gussteils auf Ra3,2–Ra6,3 μm, und gleichzeitig wird die Oberflächenhaftung verbessert – dies legt die Grundlage für die nachfolgende Behandlung.

Die Festigkeitssteigerung durch Wärmebehandlung wird bei Bedarf durchgeführt. Für Gussteile, die eine Steigerung der Festigkeit erfordern, wird eine Wärmebehandlung des Typs T6 angewendet: Zuerst wird das Gussteil auf 520–540 °C für eine homogene Erwärmung (Lösungsglühung) erhitzt, mit Wasser schnell abgekühlt und anschließend bei einer Temperatur von 120–180 °C für die Alterung gehalten. Durch diesen Prozess bilden sich innerhalb der Legierung homogene Ausscheidungen; schließlich steigt die Zugfestigkeit um 30–50 %, was es ermöglicht, die Anforderungen an Konstruktionsbauteile zu erfüllen.

Die Qualitätskontrolle ist der endgültige Kontrollpunkt. Durch Sichtprüfung werden Oberflächendefekte erkannt, Röntgenuntersuchung und Ultraschallprüfung decken innere Poren und Risse auf. Mittels einer 3D-Messmaschine wird die Maßgenauigkeit überprüft (die Einhaltung der Norm IT8–IT10 ist garantiert). Nur konforme Gussteile gelangen zur nachfolgenden Oberflächenbehandlung oder Montage – dies gewährleistet die Stabilität der Produktqualität in allen Schritten des Prozesses.