Strukturelle Integrität und Temperaturuniformität sicherstellen
Ein deutlicher Fortschritt bei der Herstellung von Gussteilen mit hoher Qualität wird durch die Verwendung von stranggepressten, kaltgewalzten oder mechanisch beanspruchten Magnesiumspänen erzielt, um kugelförmiges, mikrostrukturiertes, halbfestes Slurry herzustellen, das für die Einspritzung in eine Dauerform verwendet wird. Das ist ein Unterschied zum Thixocasting: Da werden stattdessen Bolzen genutzt. Gewöhnliche Späne können durch einfaches Wiedererhitzen auf halbfeste Temperatur verarbeitet werden, da mechanische Restspannungen durch den Spanprozess verursacht werden.
Die gebrochenen Magnesiumspäne werden aus der Standard-Druckgusslegierung AZ91D hergestellt, die auf dem Markt leicht erhältlich ist. Die ovale Form und Größe der Späne verbessern den Materialfluss und die Wärmeenergieaufnahme aufgrund der großen Oberfläche. Die neue Maschine führt die Späne unter einem Stopfstab durch. Die Stopfstangen stoßen die Späne in die Stopfzylinder, die zum Erhitzen der Späne verwendet werden.
Die Stopfstangen mit den Stopfzylindern sind koaxial um den Einspritzkolben angeordnet, um eine hohe strukturelle Integrität und Temperaturgleichmäßigkeit zu gewährleisten, die für die Slurry-Herstellung und Magnesiumverarbeitung entscheidend sind. Das Material wird sehr schnell durch resistive oder vorzugsweise induktive Heizungen auf halbfeste Temperatur erhitzt. Der Transfer der Schmelze unter dem Einspritzkolben erfolgt in der Mitte des gleichen thermisch massiven Blocks, um eine stabile Prozesstemperatur sicherzustellen.
Das Slurry, in einer Form etwa wie Eiswasser, wird unter einem sich schnell bewegenden Kolben hindurchgeführt, der die halbfeste Schmelze zur Formung des Teils in eine Dauerform einspritzt.
Formkühlung führt zu Prozesseinsparungen
Die Wartung der neuen Maschine für halbfestes Gießen ist einfach. Es sind keine Materialverstopfungen möglich. Das halbfeste Slurry ist vollständig in der Maschine eingeschlossen. Die Form kann nun Millionen von Teilen gießen, dank reduzierbarer Temperaturen. Ein signifikanter Vorteil gegenüber allen anderen Druckgussverfahren wird dadurch erreicht, dass kein separater Ofen und kein separater Topf für die Slurry-Herstellung mehr erforderlich sind. Alles wird in der gleichen Maschine in einem schnellen Zyklus von 15 bis 60 Sekunden erledigt.
Die Kühlung der Form erfolgt durch ein Wassernebelsystem (80 Prozent Luft, 20 Prozent Wasser), das direkt unter der Formoberfläche zirkuliert und sehr hohe Kühlraten aufweist. Die Wasser-Luft-Erzeugung in geschlossenen Kühlkanälen absorbiert eine große Menge an Wärme aus dem erstarrenden Teil und wird wiederum zum Vorwärmen der einlaufenden Magnesiumspäne verwendet. Auch dies führt zu erheblichen Prozesseinsparungen.
Der heutige Stand der Technik ist, dass die gesamte, den Teilen entzogene Wärme in die Umwelt abgeleitet wird. Bei allen derzeitigen Verfahren wird auch die Formwärme in die Atmosphäre abgeleitet, und eine Wärmerückgewinnung ist nicht möglich. Das liegt an der Flüssigkeitskühlung mit einem sehr geringen Temperaturunterschied erfolgt, was für den Wärmerückgewinnungsprozess ineffizient ist, da ein geringer Temperaturunterschied wiederum ein großes Volumen an Kühlmedium erfordert.
Temperaturen knapp über der Solidustemperatur
Das Teil wird einer Verdunstungskühlung unterzogen, bei der eine sehr hohe Wärmeabfuhr durch ein Gemisch aus Wasserdampf und Luft erfolgt, das knapp unter der Formoberfläche zirkuliert. Diese hohe Kühlrate unterstützt das Gefrieren der kugelförmigen Struktur des Teils. Diese cold-tocold und solid-to-solid (S2S) Maschine für halbfesten Magnesiumguss bietet im Vergleich zu anderen Druckguss- oder Magnesiumformmaschinen mehrere entscheidende Vorteile.
Der größte Vorteil besteht darin, dass die neue Magnesiummaschine bei Temperaturen knapp über der Solidustemperatur arbeitet, beispielsweise 480 bis 580 Grad Celsius. Dies führt im Vergleich zu geschmolzenen Materialtemperaturen von 600 bis 700 Grad Celsius in heutigen Prozessen zu erheblichen Energieeinsparungen.
Bei diesem Verfahren beginnt die Erwärmung des Magnesiums bei Raumtemperatur und steigt bis zur halbfesten Verarbeitungstemperatur an. Die neue Gießmaschine kann auch beliebige Speziallegierungen mit den bevorzugten kugelförmigen Spänen verarbeiten.
