Kokillengießverfahren
Schwerkraftgießen Einführung
Der Schwerkraftkokillenguss (GDC) ist ein klassisches Metallumformungsverfahren. Sein Grundprinzip besteht darin, die Schwerkraft zu nutzen, um geschmolzenes Metall in eine vorgefertigte Metallform (in der Regel aus Gusseisen, Stahl oder einer Kupferlegierung) zu spritzen. Nachdem das geschmolzene Metall abgekühlt und in der Form erstarrt ist, wird die Form geöffnet und das Gussteil entnommen.
Dieses Verfahren ist in der Automobil-, Maschinen-, Luft- und Raumfahrt- sowie Haushaltsgeräteindustrie weit verbreitet und eignet sich besonders für die Massenproduktion von mittelgroßen bis großen Metallteilen mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit.
Kokillengießverfahren
Der Schwerkraftkokillenguss (GD/Kokillenguss) basiert auf dem Prinzip der Nutzung der Schwerkraft, um geschmolzenes Metall in eine Metallform zu leiten, die dann abkühlt und erstarrt, um hochpräzise Gussteile zu erhalten. Der gesamte Prozess erfordert eine strenge Kontrolle über den Zustand der Form, die Qualität des geschmolzenen Metalls, die Gießparameter und die Nachbearbeitungstechniken, um die Konsistenz und die Ausbeute der Gussteile zu gewährleisten.
Suijin Machinery bietet Standard-Prozessabläufe für die industrielle Großserienfertigung und gleichzeitig optimierte Lösungen für die kundenspezifische Fertigung in Kleinserien.
Schritt 1: Konstruktion und Herstellung von Formen / Inspektion
Kerngeschäft:
- Entwerfen Sie Formen (einschließlich Hohlräume, Angüsse, Speiser, Entlüftungskanäle und Auswerfermechanismen) speziell für die Gussstruktur, um einen reibungslosen Fluss des geschmolzenen Metalls, eine ausreichende Speisung und eine gründliche Entlüftung zu gewährleisten (Vermeidung von Porosität und Lunkerbildung);
- Verwenden Sie Warmarbeitsstahl (z.B. H13) als Formmaterial, wärmebehandelt (vergütet), um die Hochtemperatur- und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Polieren Sie die Oberfläche des Hohlraums auf Ra 3,2-6,3μm (um eine glatte Gussoberfläche zu gewährleisten);
- Inspektion der Form vor der Produktion: Reinigen Sie die Kavität von Verunreinigungen, prüfen Sie die Kavität auf Verschleiß/Verformung, überprüfen Sie die Flexibilität des Auswerfermechanismus, und vergewissern Sie sich, dass die Kühlkanäle nicht verstopft sind (falls ein Kühlsystem vorhanden ist).
Qualitätskontrolle:
Die Abmessungstoleranzen der Form müssen 1-2 Stufen höher sein als die Gussanforderungen. Die Breite des Entlüftungskanals beträgt 0,2-0,5 mm, die Tiefe 0,1-0,3 mm, um ein Überlaufen des geschmolzenen Metalls zu verhindern und gleichzeitig eine effektive Entlüftung zu gewährleisten.
Schritt 2: Rohmaterialaufbereitung und Metallschmelze
Kerngeschäft:
- Wählen Sie geeignete Legierungsmaterialien (z. B. Aluminiumlegierung A356, Zinklegierung ZAMAK 5, Kupferlegierung Messing H62). Die Rohstoffe müssen den Industrienormen (z. B. ASTM, GB/T) entsprechen und von Oberflächenöl, Oxidhaut und anderen Verunreinigungen befreit werden.
- Die Materialien werden entsprechend dem Formelverhältnis vorbereitet und in einem Ofen (z. B. Widerstandsofen, Induktionsofen) bis zum Schmelzzustand erhitzt: Aluminiumlegierung 650-700℃, Zinklegierung 380-420℃, Kupferlegierung 900-1100℃.
- Behandlung bei der Metallraffination: Raffiniermittel (z. B. Hexachlorethan für Aluminiumlegierungen) hinzufügen, um Gase und Verunreinigungen zu entfernen. 5-10 Minuten stehen lassen, um eine gleichmäßige Zusammensetzung zu gewährleisten. Analysieren Sie die Zusammensetzung der Legierung mit einem Spektrometer, um sicherzustellen, dass sie den Normen entspricht.
Qualitätskontrolle:
Gasgehalt in der Schmelze ≤ 0,15ml/100g (Aluminiumlegierung), Verunreinigungsgehalt ≤ 0,5%, um durch Gase oder Verunreinigungen verursachte Porosität und Einschlussfehler in den Gussstücken zu vermeiden.
Schritt 3: Schimmelpilz-Vorbehandlung
Kerngeschäft:
- Vorwärmen der Form: Verwenden Sie eine Elektro- oder Gasheizung, um die Temperatur der Form auf 150-300℃ (Gussstücke aus Aluminiumlegierungen), 100-200℃ (Gussstücke aus Zinklegierungen) zu erhöhen. Dadurch wird verhindert, dass die Niedrigtemperaturform mit der Hochtemperaturschmelze in Kontakt kommt, was zu Kaltverschlüssen oder unvollständigem Gießen führen könnte.
- Auftragen des Trennmittels: Tragen Sie eine dünne Schicht eines hochtemperaturbeständigen Trennmittels (z. B. auf Graphit- oder Wasserglasbasis) gleichmäßig auf die Oberflächen des Hohlraums, des Angusses und des Auswerfermechanismus auf. Die Dicke sollte 0,05-0,1 mm betragen, um eine reibungslose Entformung des Gussteils zu gewährleisten und den Formhohlraum zu schützen.
Qualitätskontrolle:
Die Formtemperatur muss gleichmäßig sein (Temperaturunterschied ≤20℃). Das Trennmittel darf sich nicht ansammeln oder nicht richtig aufgetragen werden, um die Oberflächenqualität des Gussteils und die Entformungswirkung nicht zu beeinträchtigen.
Schritt 4: Schließen der Form und Positionierung
Kerngeschäft:
- Schließen Sie die Ober- und Unterformen oder Mehrsegmentformen mit einer Formschließvorrichtung (manuell, hydraulisch oder mechanisch), um eine genaue Positionierung der Form zu gewährleisten (das Spiel zwischen dem Fixierstift und der Fixierbohrung sollte ≤0,03 mm sein), um Fehlausrichtungen und übermäßige Grate am Gussteil zu vermeiden.
- Prüfen Sie den Schließdruck der Form: Stellen Sie den Druck entsprechend der Formgröße ein (im Allgemeinen 0,5-2MPa), um einen dichten Formschluss zu gewährleisten und ein Überlaufen der Schmelze zu verhindern.
Qualitätskontrolle:
Nach dem Schließen der Form sollte der Hohlraum gut abgedichtet sein und keine offensichtlichen Lücken aufweisen, und die Positionsabweichung sollte ≤0,05 mm sein.
Schritt 5: Metallgießen
Kerngeschäft:
- Gießverfahren: Manuelles Gießen (kleine Chargen, einfache Gussstücke) oder automatisiertes mechanisches Gießen (große Chargen, hochpräzise Gussstücke, z. B. Roboterarme + quantitative Gießmaschinen);
- Steuerung der Gießparameter: Gleichmäßiger Metallfluss (Vermeidung von Turbulenzen), Gießgeschwindigkeit 0,5-2 L/s (je nach Gussgröße), Gießtemperatur 30-50℃ höher als der Legierungsschmelzpunkt (Gewährleistung der Fließfähigkeit);
- Gießwinkel: Sanftes Gießen entlang des Gießkanals, wobei ein direkter Aufprall auf die Kavitätenwand vermieden wird (um Lufteinschlüsse und Kavitätenverschleiß zu vermeiden), so dass das Metall langsam die gesamte Kavität ausfüllt.
Qualitätskontrolle:
Kein Spritzen oder Unterbrechen während des Gießens, kontrollierte Füllzeit der Kavität innerhalb von 5-30 Sekunden (je nach Komplexität des Gussteils), Vermeidung von zu schnellem Füllen, das zu Porosität führt, und zu langsamem Füllen, das zu Kaltverschlüssen führt.
Schritt 6: Abkühlung und Verfestigung
Kerngeschäft:
- Natürliche Kühlung (einfache Gussstücke) oder Zwangskühlung (komplexe, hochpräzise Gussstücke): Kühlwasser oder Druckluft wird durch die in der Form eingebauten Kühlkanäle eingeleitet, um die Kühlgeschwindigkeit zu steuern.
- Abkühlzeit: Wird je nach Gussdicke und Legierungstyp eingestellt (z. B. 10-20 Sekunden für 2-5 mm dicke Aluminiumlegierungen, 30-60 Sekunden für 10-20 mm dicke Gussstücke), um eine vollständige Erstarrung und eine dichte innere Struktur zu gewährleisten.
Qualitätskontrolle:
Ein vorzeitiges Öffnen der Form während des Abkühlungsprozesses ist verboten (um Verformungen und Risse im Gussstück zu vermeiden). Das Entformen ist erst zulässig, wenn das Gussstück erstarrt ist und die Temperatur unter 200℃ (Aluminiumlegierungen) bzw. unter 150℃ (Zinklegierungen) gesunken ist.
Schritt 7: Öffnen der Form und Entfernen des Gussteils
Kerngeschäft:
- Nach Erreichen der eingestellten Abkühlzeit wird das Gussteil mit Hilfe eines Ausstoßmechanismus (hydraulischer Ausstoßerstift, mechanische Ausstoßerstange) aus dem Formhohlraum ausgestoßen. Die Ausstoßgeschwindigkeit ist gleichmäßig (um Aufprallschäden am Gussteil zu vermeiden).
- Das Gussteil wird manuell oder mit einem Roboterarm entnommen, wobei gleichzeitig das Anschnittsystem, die Speiser und die Verbindungsstellen mit dem Gussteil von Graten gereinigt werden (Vorreinigung).
Qualitätskontrolle:
Während des Entnahmevorgangs werden Kollisionen und Kratzer am Gussteil vermieden. Die Auswurfspuren sind ≤0,1 mm tief und beeinträchtigen weder das Aussehen noch die Leistung des Gussteils.
Schritt 8: Entfernen des Gatters und des Risers sowie Flash
Kerngeschäft:
- Entfernen Sie Anschnitte, Speiser und Grate aus dem Gussteil durch mechanisches Schneiden (z. B. Trennschleifen, Plasmaschneiden), Stanzen oder Schleifen;
- Schleifen Sie die Schnittkanten nach dem Schneiden, um eine glatte Oberfläche ohne scharfe Grate zu erhalten (Grathöhe ≤ 0,1 mm).
Qualitätskontrolle:
Vermeiden Sie eine Beschädigung des Gusskörpers während des Entnahmevorgangs; Schnittglätte ≤ 0,2 mm/m.
Schritt 9: Reinigung und Inspektion des Gussteils
Kerngeschäft:
- Oberflächenreinigung: Entfernen Sie Oxidablagerungen, Trennmittelrückstände und Verunreinigungen von der Gussoberfläche durch Kugelstrahlen (Stahlkies mit einem Durchmesser von 0,2-0,5 mm), Sandstrahlen oder chemische Reinigung.
- Visuelle Inspektion: Prüfen Sie die Gussoberfläche visuell auf Defekte wie Porosität, Risse, Kaltverschlüsse, Einschlüsse und Lunker (Durchmesser der Oberflächenporosität ≤ 0,5 mm und nicht mehr als 2 pro Quadratzentimeter).
- Prüfung der Abmessungen: Verwenden Sie Messschieber, Mikrometer und Koordinatenmessgeräte, um kritische Abmessungen des Gussteils zu prüfen (die Toleranzen müssen den Konstruktionsanforderungen entsprechen, z. B. ±0,1-0,3 mm).
- Interne Qualitätsprüfung (kritische Gussteile): Verwenden Sie Röntgenprüfverfahren, Ultraschallprüfverfahren oder Eindringprüfungen, um innere Defekte wie Lunker und Risse (innere Lunkerfläche ≤ 0,5%) zu prüfen.
Qualitätskontrolle:
Erscheinungsfehlerquote ≤ 3%, Maßhaltigkeitsquote ≥ 98%, innere Fehler in kritischen Gussstücken müssen den Normen ASTM E446 oder GB/T 6402 entsprechen.
Schritt 10: Nachbearbeitung (je nach Bedarf)
Kerngeschäft:
- Spanende Bearbeitung: Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen werden an wichtigen Teilen der Gussteile (wie Befestigungslöchern und Passflächen) durchgeführt, um die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte zu verbessern (z. B. Rauheit der Passflächen Ra 1,6-3,2μm);
- Wärmebehandlung: Aluminiumlegierung Gussteile unterziehen Alterung Behandlung (150-200℃, halten für 2-4 Stunden), um die Festigkeit und Härte zu verbessern; Kupferlegierung Gussteile unterziehen Glühen Behandlung, um innere Spannungen zu beseitigen;
- Oberflächenbehandlung: Lackieren, Eloxieren (Aluminiumlegierung), Galvanisieren (Zinklegierung/Kupferlegierung) und Passivieren werden je nach Anwendungsanforderungen durchgeführt, um die Korrosionsbeständigkeit und das Aussehen zu verbessern.
Qualitätskontrolle:
Nach der Bearbeitung liegen die Maßtoleranzen bei ≤±0,05 mm (wichtige Teile); nach der Wärmebehandlung entspricht die Härte den Konstruktionsanforderungen (z. B. Aluminiumlegierung HB 80-100); die Haftung der Oberflächenbehandlungsschicht entspricht den Normen (kein Abblättern bei der Prüfung der Querschnittshaftung).
Schritt 11: Verpackung und Lagerung des fertigen Produkts
Kerngeschäft:
- Klassifizieren und kennzeichnen Sie qualifizierte Gussteile (unter Angabe von Modell, Charge und Produktionsdatum);
- Verwenden Sie eine feuchtigkeitsdichte und stoßfeste Verpackung (z. B. Luftpolsterfolie, Perlwatte + Karton), um Transportschäden zu vermeiden;
- Führen Sie vor der Einlagerung eine abschließende Stichprobenprüfung durch (Stichprobenquote ≥ 5%) und registrieren Sie die Gussteile im Lager, nachdem Sie sich vergewissert haben, dass es keine Qualitätsprobleme gibt.
Suijin-Gießlösung
Kokillenguss ist ein hochpräzises, hocheffizientes und großvolumiges Metallformverfahren. Seine Hauptvorteile liegen in der stabilen Gussqualität, der hohen Produktionseffizienz und der hohen Materialausnutzung, wodurch es sich besonders für die Herstellung von Gussteilen aus gut fließenden Legierungen wie Aluminium- und Zinklegierungen eignet. Obwohl die Anfangsinvestitionen in Formen relativ hoch sind, können die Kosten pro Stück in der Massenproduktion erheblich gesenkt werden, was das Verfahren zu einem gängigen Gießverfahren in Branchen wie der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und der Haushaltsgeräteindustrie macht.