Die Unterschiede zwischen Warm- und Kaltkammerdruckguss

Das gängigste Verfahren zum Gießen von Magnesiumlegierungen ist der Druckguss. Zwei bekannte Methoden sind der Warmkammerdruckguss und der Kaltkammerdruckguss. Die Unterschiede zwischen den Typen werden im Rahmen einer Serie von Ashley Stone und Edo Meyer beschrieben.

Gruppe von Menschen auf der EUROGUSS 2014, die um Rohmaterial herumstehen und diskutieren

Der grundlegende Unterschied zwischen Warmkammer- und Kaltkammerdruckguss besteht darin, dass beim Warmkammerverfahren das geschmolzene Magnesium in einem geschlossenen Stahltiegel in einer Schutzatmosphäre gehalten wird. Über ein Ventil gelangt eine kontrollierte Menge geschmolzenen Metalls in den Schwanenhals, der in das geschmolzene Metall eingetaucht ist.

Ein Kolben spritzt dieses Metall durch eine Düse in den Hohlraum der Matrize. Um ein Einfrieren des Metalls zu verhindern, wird die Düse durch Gas, Strom oder Induktion beheizt. Häufig wird die Düse zwischen den Schüssen mit geschmolzenem Magnesium gefüllt, um die Zykluszeit zu verkürzen.

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Deutliche Vorteile des Warmkammerdruckgusses

Der Kontakt des geschmolzenen Magnesiums mit der Luft wird beim Warmkammerverfahren begrenzt, wodurch die Bildung von Oxiden und Bränden verringert oder ganz vermieden wird. Die Abdichtung des geschmolzenen Metalls im Tiegel wird durch Schutzgas geschützt. Das in älteren Anlagen in Nordamerika verwendete Schutzgas ist Schwefelhexafluorid (SF6), obwohl heute in Europa und China weniger schädliche Hexafluorid-Ersatzstoffe verwendet werden.

Im Handel sind mehrere Schmelzschutztechnologien erhältlich, die eine vergleichbare Leistung wie SF6 bieten. Einige basieren auf der patentierten AM-Cover-Fluor-Mischgastechnologie, die der in der Kälteindustrie verwendeten Technologie ähnelt, die als HFC-134a bekannt ist.

Andere sind speziell auf die Magnesiumdruckgussindustrie zugeschnitten. Dazu gehört beispielsweise NOVEC 612 Fluid. Diese sind oft Flüssig- oder Gassysteme, die ein fluoriertes Keton als Wirkstoff und ein Trägergas wie Kohlendioxid oder Stickstoff sowie trockene Luft verwenden.

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Warum nicht gleich auf Schutzgas verzichten?

Einige Druckgießer nutzen verdünntes Schwefeldioxid (SO2). Durch derartige Ersatzstoffe für SF6 kann die Druckgussindustrie weltweit ihre Treibhausgasemissionen verringern und damit ihr Umweltimage verbessern. Dieser Wandel geht jedoch zu langsam voran – und selbst diese neu formulierten Schutzgase sind für die Umwelt schädlich. Warum also nicht ganz darauf verzichten, Schutzgase zu verwenden?

Neue und vielversprechende Technologien im Druckguss verwenden keinerlei Schutzgas. Sie nutzen Verfahren, bei dem kalte Magnesiumspäne mit bevorzugten metallurgischen Konfigurationen vorkonditioniert und in der Druckgussmaschine verarbeitet werden. Das Ergebnis ist ein ein festes Teil, das kein Schutzgas benötigt. Also Solid-to-Solid (S2S) in einem einfachen, aber nicht einfacheren einstufigen, sichereren, umweltfreundlicheren und kostengünstigeren Verfahren.

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Kaltkammerdruckguss für die Massenproduktion von Magnesiumgussteilen

Der Kaltkammerdruckguss ist das beliebteste Verfahren für die Massenproduktion von Magnesiumgussteilen. Das geschmolzene Metall befindet sich in einem offenen Haltetopf, der in einen Ofen gestellt wird, wo es auf die erforderliche Temperatur geschmolzen wird.

Dieser Haltetopf ist jedoch von der Druckgießmaschine getrennt, und das geschmolzene Metall wird bei jedem Guss aus dem Topf entnommen und aus dem großen Schmelzofen durch eine Gießöffnung in die Gießkammer gepumpt. Das Einspritzsystem einer Kaltkammermaschine funktioniert ähnlich wie das einer Warmkammermaschine; es ist jedoch horizontal ausgerichtet und verfügt nicht über einen Schwanenhalskanal.

Ein Kolben, der durch hydraulischen Druck angetrieben wird, drückt das geschmolzene Metall durch die Schusskammer und in die Einspritzhülse im Werkzeug. Der typische Einspritzdruckbereich für eine Kaltkammerdruckgießmaschine liegt bei 2500 (172 bar) bis über 25 000 PSI (1724 bar). Nachdem das geschmolzene Metall in den Formhohlraum eingespritzt wurde, bleibt der Kolben vorwärts gerichtet und hält den Druck, während das Gussteil erstarrt. Nach Abschluss der Erstarrung zieht das Hydrauliksystem den Kolben zurück und die Schließeinheit wirft das Teil aus.

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Porosität als Killer

Die Aufrechterhaltung einer sehr hohen Temperatur der Magnesiumschmelze (über 700 Grad Celsius) ist ein sehr energieaufwendiger, unsicherer und ökologisch nicht nachhaltiger Prozess. Temperaturschwankungen lassen keine strenge Qualitätskontrolle der Gussteile zu, und bei der Röntgeninspektion wird eine erhebliche Anzahl von Mängeln festgestellt.

Der größte Nachteil des Hochdruck-Kaltkammer-Druckgussverfahrens für Magnesium ist die hohe Porosität des Produkts, die auf eingeschlossene Gase zurückzuführen ist. Diese entstehen bei sehr hoher Geschwindigkeit beim Einspritzen des geschmolzenen Magnesiums.

Dennoch werden die meisten Magnesium-Druckgussteile für die Automobilindustrie mit dem Kaltkammerverfahren hergestellt, weil es bisher keine bessere Technologie gab.

Zwei Menschen schauen sich ein Automobilteil auf der EUROGUSS an

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Es geht immer um einen Topf voll geschmolzenem Material

Bei Anwendungen, die Teile mit hoher Integrität erfordern, werden andere Verfahren, wie beispielsweise das Vakuumdruckgussverfahren, erfolgreich eingesetzt. Keines dieser Verfahren löst jedoch die Sicherheits- und Umweltprobleme, die die Druckgussindustrie plagen und einen breiteren Einsatz von Leichtmetalllegierungen verhindern. Bei allen Verfahren wird ein Topf mit geschmolzenem Material verwendet, das auf einer sehr hohen Temperatur gehalten und vor Verbrennungen geschützt werden muss!

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Sie wollen mehr wissen?

Dies ist der zweite Teil einer Artikelserie von Ashley Stone und Edo Meyer, die Sie durch die Entwicklung der digitalen Gießerei führt und Ihnen einen Überblick über den Stand der Magnesiumdruckgussindustrie gibt. Im dritten Teil erfahren Sie alles über die Semisolid-Metallumformung - eine endformnahe Variante mit hervorragender Teileintegrität.

Haben Sie den vorherigen Teil verpasst? Den ersten Artikel finden Sie hier.

Oder lesen Sie direkt den nächsten Teil dieser Serie!

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