Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Vakuum-Druckguss und Pressguss

Meta-Beschreibung: Vakuum-Druckguss vs. Druckguss: Umfassender Vergleich der mechanischen Eigenschaften, Porosität, Zugfestigkeit und Anwendungsbereiche von Aluminium-Präzisionsteilen. Expertenleitfaden für Erstausrüster.

Bei der Suche nach kundenspezifischen Aluminium-Druckgussdienstleistungen für Hochleistungsanwendungen stehen Ingenieure und Einkaufsleiter häufig vor einer wichtigen Entscheidung: Vakuum- Druckguss oder Druckguss ? Beide Verfahren bieten fortschrittliche Möglichkeiten des Hochdruck-Druckgusses.(HPDC) Varianten bieten im Vergleich zum herkömmlichen Druckguss überlegene mechanische Eigenschaften, aber ihre unterschiedlichen Prozessmerkmale führen zu unterschiedlichen Leistungsergebnissen.

Dieser umfassende technische Vergleich untersucht die entscheidenden mechanischen Eigenschaften – Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Porosität und Dauerfestigkeit – um Ihnen bei der Auswahl des optimalen OEM-Druckgussverfahrens für Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Industriebranche zu helfen.

Was ist Vakuum-Druckguss?

Vakuum-Druckgießen ist ein fortschrittliches Aluminium-Druckgießverfahren , bei dem Luft und Gase vor dem Einspritzen des flüssigen Metalls aus dem Formhohlraum entfernt werden. Durch die Erzeugung eines Vakuums (typischerweise 50–250 mbar) reduziert dieses Verfahren die Gasporosität deutlich und beseitigt Lufteinschlüsse, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen könnten.

Wichtigste Prozessmerkmale:

• Vakuumwerte: 50-250 mbar absoluter Druck
• Ideal für dünnwandigen Präzisionsguss (1,5-3 mm)
• Zykluszeiten: 20–40 % länger als bei herkömmlichen HPDC-Systemen.
• Typische Legierungen: A380, A383, ADC12, AlSi10Mg

Was ist Squeeze Casting?

Das Druckgießen (auch als Flüssigformgießen oder Druckguss bezeichnet) vereint die Prinzipien des Druckgießens und Schmiedens. Geschmolzenes Metall wird in eine offene Form gegossen und unter extrem hohem Druck (50–150 MPa) erstarrt. Dadurch werden Schwindungsporen vermieden und ein feines, gleichmäßiges Gefüge erzeugt.

Wichtigste Prozessmerkmale:

• Angewandter Druck: 50-150 MPa (5-15-mal höher als bei HPDC)
• Langsame, kontrollierte Metalleinführung
• Hervorragend geeignet für dickwandige Bauteile
• Überlegene Wärmebehandelbarkeit im Vergleich zum Vakuum-Druckguss

Zugfestigkeit (UTS)

Analyse: Das Druckgussverfahren erzielt aufgrund folgender Faktoren durchweg eine höhere Zugfestigkeit:

• Beseitigung von Mikroschrumpfung
• Verfeinerte eutektische Siliziummorphologie
• Höhere Dichte (2,69 gegenüber 2,65 g/cm³)

Streckgrenze (0,2% Offset)

Die Streckgrenzen von A380-Legierungen, die im Vakuum-Druckgussverfahren erzielt werden, liegen typischerweise zwischen 150 und 190 MPa, während beim Druckgießen 180 bis 240 MPa erreicht werden – eine Verbesserung von 20 bis 25 % . Dieser Unterschied ist entscheidend für:

• Sicherheitskritische Fahrzeugkomponenten (Lenkhebel, Querlenker)
• Strukturbauteile für die Luft- und Raumfahrt, die ein vorhersagbares Verformungsverhalten erfordern
• Industriemaschinen unter zyklischer Belastung

Dehnung und Duktilität

Hier zeigt das Druckgussverfahren seine deutlichen Vorteile:

• Dehnung beim Vakuum-Druckguss : 2-5 %
• Dehnung beim Formgießen : 8-15 %

Die höhere Duktilität macht das Druckgießen ideal für Bauteile, die nach dem Gießen umgeformt werden müssen oder Stoßbelastungen ausgesetzt sind. Für die meisten Gehäuse, Abdeckungen und nichttragenden Teile bietet das Vakuum-Druckgießen jedoch eine ausreichende Duktilität.

Porositätsgrade: Der entscheidende Faktor

Porosität beim Vakuum-Druckguss:

• Gasporosität: <1 Vol.-%
• Typischer Bereich: 0,5–2 %
• Begrenzte Verbesserung der Schrumpfungsporosität
• Geeignet für druckdichte Anwendungen bis 50 bar

Porosität beim Quetschgussverfahren:

Gesamtporosität: <0,5 Vol.-%

Nahezu keine Gas- und Schrumpfungsporosität. Erreichbare Dichte: >99,8 %.

Druckdicht ab 200 bar

Fazit: Für Gussteile , die keine Poren aufweisen sollen , ist das Druckgießen überlegen. Bei Gussteilen mit geringer Porosität , bei denen die Zykluszeit eine Rolle spielt, bietet das Vakuum-Druckgießen den besten Kompromiss.

Wann sollte man Vakuum-Druckguss wählen?

Wählen Sie Vakuum-Druckguss für:

1. Dünnwandige Aluminiumgussteile (<3 mm Wandstärke)

2.Großserienfertigung (>50.000 Teile jährlich)

3. Kosmetische Oberflächen, die nur minimale Nachbearbeitung erfordern

4. Elektronikgehäuse und Telekommunikationsgeräte

5. Budgetsensible Projekte, bei denen Premium-Immobilien nicht entscheidend sind.

6. Teile, die komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen erfordern

Typische Anwendungen : Gehäuse für Elektrofahrzeugbatterien, LED-Beleuchtungskörper, Laptop-Gehäuse, 5G-Antennenboxen.

Wann sollte man das Pressgießen anwenden?

Spezifizieren Sie das Pressgießen für:

1. Strukturelle Druckgussteile in der Fahrzeugaufhängung

2. Hochleistungs-Aluminiumteile, die eine T6-Wärmebehandlung erfordern

3. Sicherheitskritische Anwendungen (Crashsicherheit, hohe Ermüdungsbelastungen)

4. Hydraulische/pneumatische Bauteile, die absolute Druckdichtheit erfordern

5. Mittlere Produktionsmengen (5.000-30.000 Teile)

6. Dickwandige Gussteile (>5 mm) mit gleichmäßigen Eigenschaften

Typische Anwendungsbereiche : Fahrgestellteile für Elektrofahrzeuge, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Militärkomponenten, hochwertige Fahrradrahmen.

Werkzeuginvestition​

• Vakuum-Druckgussform : 25.000–60.000 US-Dollar
• Form für Quetschguss : 35.000–80.000 US-Dollar (+40 % Aufschlag)
  

Stückpreisfaktoren

• Vakuum-Druckguss : Zykluszeit 30–90 Sekunden; mäßiger Maschinenverschleiß
• Druckgussverfahren : Zykluszeit 120–300 Sekunden; höherer Energieverbrauch

Einblick in die Gesamtbetriebskosten (TCO) : Obwohl das Druckgießen 15-25% höhere Stückpreise aufweist, entfallen dadurch oft Nachbearbeitungsschritte (HIP, Imprägnierung, Schweißreparatur).

Erforderlich für Vakuum-Druckgussteile in kritischen Anwendungen.

Reaktion auf die Wärmebehandlung

Durch Druckguss können Teile vollständig T6 wärmebehandelt werden, wodurch Folgendes erreicht wird

T6-Dehngrenze: 280-320 MPa (A356)

Verbesserte Ermüdungslebensdauer:+40-60%

Das Vakuum-Druckgießen ist typischerweise auf T5 a gin g beschränkt, da bei Lösungstemperaturen die Gefahr der Blasenbildung durch Restmikroporosität besteht, die sich ausdehnt.

Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit

Beide Verfahren bieten eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, aber das Druckgießen bietet überlegene Ergebnisse.

Die Schweißbarkeit wird durch einen geringeren Oxidfilmanteil und das Fehlen von Gaseinschlüssen, die zu Schweißfehlern führen, gewährleistet.

Professionelle Hersteller von kundenspezifischen Druckgussteilen sollten Folgendes bieten:

Für die Qualitätskontrolle beim Vakuum-Druckguss:

• Röntgenprüfung nach ASTM E505
• Druckabfallprüfung
• Porositätsanalyse mittels Metallographie, Zugversuche an jeder Charge

Zur Qualitätskontrolle beim Druckgießen:

• 100% Ultraschallprüfung (C-Scan empfohlen)
• Dichtemessung mittels des Archimedischen Prinzips
• Erweiterte Prüfung der mechanischen Eigenschaften einschließlich Ermüdungsprüfung
• Bruchzähigkeitsbewertung für sicherheitskritische Bauteile

Für OEM-Hersteller und Produktdesigner, die Präzisions-Druckgussunternehmen beauftragen, hängt die Wahl zwischen Vakuum-Druckguss und Pressguss letztendlich von der Kritikalität ihrer Anwendung ab:

• Das Vakuum-Druckgussverfahren bietet hervorragende mechanische Eigenschaften bei minimaler Porosität zu wettbewerbsfähigen Kosten für die Herstellung von Bauteilen in großen Stückzahlen, die nicht sicherheitskritisch sind.
• Das Druckgussverfahren bietet Schmiedeeigenschaften in nahezu endformnaher Ausführung und rechtfertigt damit seinen hohen Preis für strukturelle, sicherheitskritische und Hochleistungsanwendungen.

Beide Verfahren stellen einen bedeutenden Fortschritt gegenüber dem herkömmlichen Hochdruck-Druckguss dar und ermöglichen kundenspezifische Aluminiumgusslösungen, die strengen modernen technischen Anforderungen gerecht werden.

Als ISO 9001-zertifizierte Druckgießerei, die sich auf Vakuum- und Pressguss für internationale Märkte spezialisiert hat, bieten wir Folgendes an:

• Kostenlose DFM-Analyse und Beratung zu mechanischen Eigenschaften
• PPAP-Dokumentation für Automobilkunden
• Prototypenguss in 2-3 Wochen
• Wettbewerbsfähige Preise für US-amerikanische, europäische und australische OEMs

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F: Kann beim Vakuum-Druckguss eine Nullporosität erreicht werden?

A: Obwohl Vakuumdruckgießen die Gasporosität drastisch auf unter 1 % reduziert, ist die Erreichung absoluter Nullporosität technisch anspruchsvoll. Für echte Nullporosität

Bei entsprechenden Anforderungen wird das Druckgießen empfohlen.

F: Ist das Druckgießen immer besser für die mechanischen Eigenschaften?

A: Für dickwandige Bauteile, die optimale mechanische Eigenschaften erfordern, ja. Bei dünnwandigen Bauteilen, bei denen Zykluszeit und Kosten Priorität haben, bietet das Vakuum- Druckgießen jedoch oft das beste Gleichgewicht.

F: Welches Verfahren eignet sich besser für die Herstellung von Komponenten für elektrische Fahrzeuge?

A:Für die Gehäuse von Elektrofahrzeugbatterien werden typischerweise Vakuum-Druckgussverfahren für dünne Träger verwendet, während für Strukturbauteile wie Chassis-Knoten zunehmend das Pressgussverfahren zum Einsatz kommt. für die Crashsicherheit.

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