Aluminiumdruckguss ist eine gängige Technik zur Herstellung von Motorgehäusen. Es ist effizient genug, um jeden Komplexitätsgrad der Konstruktion zu übertreffen. Der Prozess beginnt mit dem Erhitzen des Aluminiums auf seinen Schmelzpunkt und dem Einsetzen in die Form. Mit Aluminium hergestellte Motorgehäuse sind überdurchschnittlich leicht, halten länger und haben eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit.

Erfahren Sie, wie das Druckgussverfahren dieses Produkt aus geeigneten Legierungen herstellt und welche Anwendungen und Vorteile es bietet.

Vorteile des Aluminiumdruckgusses für Motorgehäuse

Aluminiumdruckguss für Motorgehäuse ist das ideale Verfahren. Denn es verleiht dem Teil die nötige Festigkeit und Haltbarkeit, um großer Hitze standzuhalten.

Legierungen wie A380, ADC12 und A356 sind die besten Materialien für Motorgehäuse. Das liegt daran, dass die Legierung A380 eine hohe Zugfestigkeit von 310 MPa aufweist. Das bedeutet, dass sie schweren Lasten standhalten kann.

Inzwischen ist ADC12 eine weitere bevorzugte Option, weil es eine Wärmeleitfähigkeit von 96-105 W/m-K aufweist. Das hilft in der Regel bei der Wärmeableitung.

A356 hingegen bietet nicht nur die beste Qualität der Teile, sondern kann auch eine Dehnung von bis zu 7% erreichen. Das bedeutet, dass es Stößen besser widerstehen kann. Irgendwie hängt die Dehnung von den Wärmebehandlungsbedingungen ab.

All diese Eigenschaften zusammen machen Aluminiumgehäuse zur perfekten Wahl für Anwendungen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Industrie.

Leistungsmetriken

Leichtes Gewicht:

Bei der Arbeit mit Aluminium ist das Gewicht der Teile sehr gering. Zum Beispiel sind diese Teile 60% weniger schwer als Gusseisen. Das zeigt, dass es leicht zu handhaben ist, Motorgehäuse und Transport.

Hohe Präzision:

Druckguss übernimmt effizient Produktprofile und erzeugt keine Varianten. Daher ist es grundsätzlich eine gute Option, um enge Toleranzen von bis zu +/- 0,05 mm zu erreichen.

Wärmeleitfähigkeit:

Motoren erzeugen während des Betriebs viel Wärme. Aus diesem Grund eignet sich Aluminium im Allgemeinen besser für Motorgehäuse, da es eine gute Wärmeleitfähigkeit. Sie hält die Bauteile kühl. Zum Beispiel hat die Aluminiumlegierung A356 eine Wärmeleitfähigkeit von 150 W/m-K.

Elektrische Leitfähigkeit:

Bestimmte Motorkonstruktionen erfordern eine gute elektrische Leitfähigkeit. Daher ist Aluminium auch gut genug für diese Eigenschaft.

Ermüdungsfestigkeit:

Das Material des Motorgehäuses muss jedoch wiederholten Belastungen standhalten, ohne zu brechen. Hierfür eignet sich eine Legierung wie A380, da sie die erforderliche Haltbarkeit bietet und länger haltbar ist.

Kostenanalyse

Total Cost of Ownership:

Die anfänglichen Werkzeugkosten des Druckgusses werden durch die langfristige Nutzung erschwinglich. Außerdem ist Aluminium nicht so kostspielig wie Stahl, und das Gießverfahren reduziert den Abfall.

Vergleich mit anderen Methoden:

Die Einfachheit des Prozesses, einschließlich weniger Schritte, macht es weniger kostspielig als andere Guss- und Bearbeitungsmethoden.

Auswirkungen auf die Umwelt

Das Druckgussverfahren verwandelt überschüssiges Material in wiederverwendbare Projekte. Denn Aluminium ist 100% recycelbar und belastet die Umwelt kaum. Außerdem verbraucht sein geringes Gewicht weniger Energie und spart somit 25% Kraftstoff.

Konstruktionsüberlegungen für Motorgehäuse aus Aluminiumdruckguss

FEA und Simulation

Bei der Durchführung der Finite-Elemente-Analyse werden Computersimulationen verwendet. Sie verbessert Entwürfe und warnt vor bevorstehenden Defekten vor der Fertigung. Zum Beispiel Spannungspunkte, Wärmefluss, usw. Damit das Motorgehäuse effizient funktioniert.

Spannungs-/Dehnungsanalyse:

Was die Belastbarkeit angeht, so helfen Simulationen den Herstellern, Schwachstellen zu erkennen, selbst in den verstärkten Bereichen, die für Risse anfällig sind. Außerdem kann die Verwendung der A380-Legierung helfen, Belastungen von 150-200 MPa zu bewältigen. Das entspricht in der Regel Teilen von Automotoren.

Thermische Analyse:

In Simulationen werden die Möglichkeiten der Wärmebewegung bei der Konstruktion von Kühlstrukturen ermittelt. Denn das Motorgehäuse muss unter 150 °C bleiben, ohne übermäßige Wärme abzugeben.

Reduzierung von Mängeln:

Mit Hilfe von Simulationswerkzeugen lassen sich Fehlerquellen wie Luftporosität um etwa 30-50% eliminieren.

Gating und Läufersystemdesign

Anschnittsysteme dienen als Wege für das geschmolzene Metall, die es in die Form leiten. Ihre Platzierungstechniken wirken sich auf die Qualität und Festigkeit der Ergebnisse aus.

Fließgeschwindigkeit:

Die Form muss gleichmäßig gefüllt werden, was nicht länger als 2 bis 5 Sekunden dauert. Eine zu lange Zeitspanne erhöht die Gefahr von Lufteinschlüssen. Das verursacht Porosität (kleine Löcher)

Gattertypen:

• Tab Gates: Sie sind 2-5 mm dick und eignen sich gut für große und schwere Teile.
• Stifttore: Sie sind 1-3 mm breit. Sie können sie für dünnwandige Teile wie Motorgehäusedeckel verwenden.
• Überlauftore: Sie können Verunreinigungen abfangen. Diese Gates verbessern auch die Oberflächengüte von 20%.

Turbulenzkontrolle:

Die gute Gestaltung der Kufen ergibt starke und glatte Teile. Es reduziert die Porosität bis zu 20-30%.

Details der Werkzeugkonstruktion

Die Form ist ein wichtiger Bestandteil des Druckgusses. Sie formt das geschmolzene Metall zu dem endgültigen Teil. Ihre Konstruktionstechniken haben einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis. Beispielsweise werden durch Schieber und Kerne in der Form bestimmte Merkmale wie Kühlrippen erzeugt. Aber irgendwie, ihre 3 bis 5-Schicht Zusatz erhöht die Preise um 10 bis 15%.

In ähnlicher Weise verhindert das Anbringen von Auswerferstiften mit einem Abstand von 10-15 mm das Verbiegen der Teile während des Prozesses.

Was die Kühlkanäle betrifft, so müssen sie etwa 5-10 mm breit sein. Das liegt daran, dass eine Verkürzung der Kühlzeit die Produktionsgeschwindigkeit beschleunigt.

Thermisches Management

Ein wirksames Wärmemanagement ist beim Gießen wichtig, um eine Überhitzung zu verhindern. Die Verwendung von Kühlkörpern und Rippen bei der Konstruktion der Gussform schafft beispielsweise genügend Oberflächen (50-70%), aus denen die übermäßige Wärme in den Teilen entweichen kann.

Außerdem sollten Kühlkanäle mit niedrigeren Temperaturen (20-30 °C) verwendet werden.

Darüber hinaus kühlen die auf Wasserkühlung basierenden Werkzeuge schnell von 600°C auf 200°C ab, was nicht länger als 1-2 Minuten dauert. Dies trägt ebenfalls zur Effizienz der Zyklen und der Produktion bei.

Herstellungsprozess von Aluminium-Druckguss-Motorgehäusen

In einem Prozess wie Aluminium-Druckguss Motorgehäuse, die Teile enthalten eine starke, angegebene Endbearbeitung. Das ist das Ergebnis der Verwendung von Hochdruck-Schmelzlegierungsspritzguss.

Bei Gießmaschinen wird das erhitzte Metall mit Hilfe eines Kolbens und einer Gießhülse in die Form befördert. Die Aufspannplatte dient als Haltewerkzeug. Der Kniehebelspanner fixiert sie fest.

Außerdem sorgen die Hersteller mit einem Gas-Öl-Speicher für den nötigen Druck beim Gießen, um den Prozess reibungsloser zu gestalten.

Druckgießmaschinen-Typen

Heißkammer-Maschinen:

Der Warmkammer-Druckguss eignet sich gut für Legierungen, die keinen hohen Schmelzpunkt haben. Zum Beispiel Zink oder Blei. Dies liegt daran, dass hochschmelzende Metalle wie Aluminium die Ausrüstung von Maschinen beschädigen können.

Beim Warmkammerverfahren halten die Hersteller das Metall in einer beheizten Kammer. Darin gießen sie es direkt in die Form.

Kaltkammer-Maschinen:

Diese Maschinen sind ideal für das Gießen von Legierungen mit mittlerem bis höherem Schmelzpunkt. Zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Titan, usw. Bei dieser Technik schmelzen die Hersteller die ausgewählte Legierung in separaten Kammern. Anschließend wird die Legierung mit einer Schöpfkelle in die Form gegossen. Die Maschine arbeitet mit einem Einspritzdruck von 10-175 MPa. So verteilt sich das flüssige Metall gleichmäßig in den Bereichen.

Spannkraft und Zykluszeit:

Die Maschine verwendet jedoch 1.000-5.000 kN Schließkraft, um die Form dicht zu schließen. Jeder Zyklus, einschließlich Einspritzen, Abkühlen und Auswerfen, ist vollständig und dauert nicht länger als 30-120 Sekunden. Das hängt von der Größe und Komplexität des Teils ab.

Vorbereitung von geschmolzenem Metall

• Schmelzen: In diesem Schritt wird das Aluminium in einem Ofen auf 680-750 °C erhitzt. Von dieser Temperatur darf nicht abgewichen werden, um eine übermäßige Oxidation zu vermeiden und die Fließfähigkeit zu erhalten.
• Entgasung: Dieser Prozess ist wichtig, wenn die geschmolzene Legierung Wasserstoff aus der Luft aufnehmen soll. Die Porosität entsteht als Folge. Durch das Entgasen wird hauptsächlich Wasserstoffgas entfernt. Es verhindert also die Porosität und macht den Guss fester.
• Filtern: Es gibt Verunreinigungen im Metall, wie Oxide und nichtmetallische Partikel. Das schwächt den Guss. Diese können mit einem Keramikfilter entfernt werden. Durch die Entfernung von Verunreinigungen wird das Metall reiner (15-25%) und erhält eine glatte Oberfläche.

Steuerung der Werkzeugtemperatur

Das Temperaturmanagement im Werkzeug ist notwendig, um Fehler zu vermeiden und bessere Teile herzustellen. So lassen beispielsweise Kühlkanäle im Inneren der Matrize Wasser oder Öl zirkulieren. Sie verhindern Verformung und Schrumpfung und kühlen das Metall gleichmäßig.

In ähnlicher Weise erfüllen Heizelemente die Anforderungen bestimmter Formen, warm zu sein. So stabilisieren sie die Temperatur und vermeiden Risse.

Außerdem halten Temperaturkontrollsysteme die Formtemperatur bei etwa 150-250 °C. Sie reduzieren Kaltverformungen oder übermäßige Schrumpfung.

Automatisierung in der Druckgießerei

Robotische Handhabung:

Die Integration von Robotern trägt dazu bei, die Gesamtzykluszeit zu verkürzen (10-20%). Denn sie übernehmen Aufgaben von der Schmelze bis zum Endprodukt. Das bedeutet, dass es weniger Fehlerquellen gibt und die Ergebnisse effizienter sind.

Automatisiertes Spritzen von Werkzeugen:

Um Schmiermittel gleichmäßig auf der Matrize zu verteilen, ist eine Automatisierung hilfreich. Sie besprüht die versteckten Bereiche und verlängert die Lebensdauer des Teils um 15-30%.

Qualitätskontrolle und Prüfung von Motorgehäusen aus Aluminiumdruckguss

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT)

Impuls-Echo-Methode:

Ein Schallwandler sendet Ultraschallwellen in das Gehäuse. Diese Wellen werden von Defekten reflektiert, wenn sie nicht durch sie hindurchgehen. Er fokussiert auf Teile, die Fehler im Metall nahezu anzeigen.

Durch Übermittlung Methode:

Bei dieser Technik wird das Personal an den beiden Schallköpfen auf beiden Seiten des Gussteils gemessen. Wenn es einen Defekt gibt, werden die Wellen nicht durchlaufen oder schwächer.

Inspektionstechniken

Röntgeninspektion:

Bei diesen Inspektionen werden interne Gussfehler wie Porosität oder Schrumpfung analysiert. Diese könnten die tatsächliche Leistung beeinträchtigen. Die Ultraschallprüfung beispielsweise findet versteckte Risse mit Hilfe von Hochfrequenz-Schallwellen. Die Farbeindringprüfung hingegen hilft, Oberflächenfehler mit einem bestimmten Farbstoff aufzuspüren.

Statistische Prozesskontrolle (SPC)

Die angeschlossenen Automatisierungssensoren in Maschinen wie SPC ermitteln Druck, Wärme, Kühlraten und Zykluszeiten in Echtzeit. Sie können die Parameter sofort anpassen, um eine bessere Leistung zu erzielen. Außerdem helfen sie bei der Verringerung von Fehlern um 20-40% und Materialverschwendung. Sie sorgen für eine gleichbleibende Qualität bei jeder Charge.

Metallurgische Bewertung

• Mikrostrukturanalyse: Sie hilft, die tatsächliche Kornbildung und Metallverteilung für die Haltbarkeit zu erkennen.
• Prüfung der Konformität: Mit diesem Verfahren wird sichergestellt, dass das Gehäuse die ASTM B85-Normen für mechanische Festigkeit erfüllt.

Anwendungen und Branchen, die Motorgehäuse aus Aluminiumdruckguss verwenden

Automobilindustrie:

Motorgehäuse aus Aluminium werden in Motoren für Elektrofahrzeuge (EV) verwendet. Sie arbeiten effizient und enthalten weniger Gewicht. Außerdem wird das Wärmemanagement verbessert, und die Batterie hält länger.

Luft- und Raumfahrt & Drohnen:

Das Gehäuse in Drohnenantriebssystemen hält extreme Temperaturen und Vibrationen ab. Es sorgt für einen reibungslosen Betrieb.

Industrielle Maschinen:

Viele Roboterarme, Förderbänder und automatisierte Systeme verwenden Motorgehäuse. Das liegt daran, dass es strukturelle Integrität bietet und Wärme ableitet, um eine konstante Leistung zu gewährleisten.

Erneuerbare Energien:

Bei wechselnden Witterungsbedingungen tragen diese Gussteile dazu bei, den Wirkungsgrad der Motoren von Windkraftanlagen und Solarnachführsystemen zu erhalten.

Medizinische Ausrüstung:

Das Motorgehäuse wird in medizinischen Geräten zunehmend nachgefragt. Das liegt an seinem präzisen Design, seiner kompakten Größe und seiner Langlebigkeit.

Schlussfolgerung:

Das Wichtigste an einem Motorgehäuse aus Aluminiumdruckguss sind seine Festigkeit, Haltbarkeit und hervorragende Wärmeableitung. Deshalb ist es die beste Wahl für Motorenteile, bei denen sein geringes Gewicht die Energieeffizienz verbessert. Außerdem führen Verbesserungen bei Legierungen und Techniken zu stärkeren, effizienteren und umweltfreundlicheren Lösungen.