Niederdruckgießen: Definition, Prinzip und Vorteile

In einer Zeit, in der Leichtbau und strukturelle Integrität an erster Stelle stehen, hat die Herstellung von Hochleistungskomponenten aus Aluminium mit Null-Fehler-Qualität für Ingenieure weiterhin oberste Priorität. Niederdruckgießen (LPDC) hat sich als endgültige Lösung herauskristallisiert und bietet eine einzigartige "Bottom-up"-Füllmethode, die die Kosteneffizienz des Schwerkraftgusses mit der Präzision von Hochdrucksystemen in Einklang bringt. In diesem Artikel untersuchen wir die Mechanik des LPDC, seine herausragenden Vorteile und warum es der Goldstandard für die sicherheitskritische Fertigung bleibt.

Was ist Niederdruckguss (LPDC)?

Niederdruckgießen (LPDC) ist ein Metallgießverfahren, das durch das Füllen einer Form mit geschmolzenem Metall unter niedrigem Druck (normalerweise 0,02 bis 0,15 MPa) gekennzeichnet ist. Das Metall steigt aus einem unter Druck stehenden Warmhalteofen in die Form auf und erstarrt unter konstantem Druck, um eine hohe strukturelle Integrität zu gewährleisten.

Das LPDC-Verfahren, das zwischen dem Kokillenguss und dem Druckguss angesiedelt ist, ist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung hochwertiger, hochpräziser Nichteisenmetallteile, wie z. B. Räder aus Aluminiumlegierungen, Zylinderköpfe für Motoren und komplexe dünnwandige Strukturteile.

Wie funktioniert das Niederdruckgießen?

Das LPDC-Verfahren funktioniert ähnlich wie ein kontrolliertes Flüssigkeitsabgabesystem. Der Standardaufbau besteht aus einem versiegelten Warmhalteofen, a Steigrohr (auch Stiel genannt), und ein Form oberhalb des Ofens positioniert.

Der Schritt-für-Schritt-Prozess:

1. Versiegelung und Druckbeaufschlagung: Trockene Druckluft oder Inertgas wird in den abgedichteten Warmhalteofen eingeleitet.
2. Aufstehen: Mit steigendem Druck wird das geschmolzene Metall durch das Steigrohr, das unter der Flüssigkeitsoberfläche liegt, nach oben gedrückt und füllt den Formhohlraum gleichmäßig von unten nach oben.
3. Füllen & Halten: Sobald der Hohlraum gefüllt ist, wird der Druck aufrechterhalten. Dieser konstante Druck ermöglicht es dem geschmolzenen Metall im Steigrohr, als "Steigrohr" zu fungieren und die Schrumpfung des Gussteils beim Abkühlen zu unterstützen, um eine dichte innere Struktur ohne Porosität zu gewährleisten.
4. Erstarrung und Auspuff: Das Gussteil erstarrt unter Druck. Nach der Erstarrung wird der Druck abgelassen, und das verbleibende nicht erstarrte Metall im Steigrohr fließt durch die Schwerkraft zurück in den Ofen.
5. Rauswurf: Das Werkzeug öffnet sich, das Teil wird ausgeworfen, und das System ist bereit für den nächsten Zyklus.

Für Niederdruckguss geeignete Materialien

Niederdruckguss wird in erster Linie für Nichteisenmetalle verwendet, insbesondere für Legierungen, die eine hohe innere Integrität erfordern. Zu den wichtigsten Materialien gehören:

• Aluminium-Legierungen: Das häufigste Material für LPDC, wie z. B. A356, A380 und AlSi7Mg. Aufgrund ihres hervorragenden Fließverhaltens und des Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sind sie der Standard für Fahrzeugräder und Motorenteile.
• Magnesium-Legierungen: Bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt oder den Hochleistungsrennsport, die eine extreme Gewichtsreduzierung erfordern, gewährleistet LPDC eine reibungslose Befüllung ohne Gaseinschlüsse für hochreaktives Magnesium.
• Kupfer-Legierungen: Einschließlich Bronze und Messing. Da LPDC die Oxidation während des Prozesses minimiert, wird es häufig für Hochleistungsventilgehäuse, Pumpenkomponenten und elektrische Armaturen verwendet.
• Andere Nichteisenmetalle: In bestimmten Industriezweigen können auch Zinklegierungen mittels LPDC bearbeitet werden, um bessere mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Vorteile des Niederdruckgusses

LPDC wird in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund mehrerer wichtiger Vorteile häufig eingesetzt:

• Überlegene Materialreinheit: Da das Metall von unten gezogen wird, wird das Eindringen von Oxidhäuten und Krätze in die Form verhindert, was zu einer außergewöhnlichen inneren Qualität führt.
• Dichtes Gefüge: Die Erstarrung unter Druck sorgt für eine hervorragende Fütterung und reduziert das Auftreten von Lunkern und Porosität erheblich.
• Hohe Materialausbeute: Dieses Verfahren erfordert in der Regel weniger und kleinere Anschnitte und Speiser im Vergleich zum Schwerkraftgießen, was zu einer Metallverwendungsrate von oft mehr als 90% führt.
• Stabile Füllung: Kontrollierbarer Druck und Geschwindigkeit sorgen für einen gleichmäßigen, laminaren Fluss. Dadurch werden Gaseinschlüsse und Formenerosion minimiert, was es ideal für komplexe, dünnwandige Teile macht.
• Automatisierungsfreundlich: Der gesamte Prozess wird durch präzise Druckkurven gesteuert, was eine hohe Wiederholbarkeit gewährleistet und die Abhängigkeit von manueller Arbeit verringert.

Beschränkungen des Niederdruckgusses

LPDC bietet zwar eine außergewöhnliche Teilequalität, aber es ist wichtig, bestimmte Beschränkungen auf der Grundlage Ihrer Produktionsanforderungen zu berücksichtigen:

• Längere Zykluszeiten: Da das geschmolzene Metall langsam eingespritzt wird und unter Druck vollständig erstarren muss, bevor der Zyklus endet, ist die Produktionsgeschwindigkeit im Allgemeinen langsamer als beim Druckguss (HPDC).
• Wartung der Ausrüstung: Komponenten wie das Steigrohr und die Dichtungen sind ständig geschmolzenem Metall bei hohen Temperaturen ausgesetzt. Dies erfordert eine regelmäßige Wartung und einen periodischen Austausch, was die Betriebskosten erhöhen kann.
• Beschränkungen der Mindestwanddicke: Während sich LPDC hervorragend für mittel- bis dickwandige Bauteile eignet, kann es schwierig sein, extrem dünne Abschnitte (typischerweise unter 2-3 mm) so effektiv zu füllen wie das Hochgeschwindigkeits-HPDC-Verfahren.
• Strenge Prozesskontrolle: Die Qualität des Gusses ist sehr empfindlich gegenüber Schwankungen des Luftdrucks und der Ofenabdichtung. Um gleichbleibende Ergebnisse zu erzielen, sind hochpräzise Geräte und strenge Umweltkontrollen in der Werkstatt erforderlich.

Wichtige Anwendungen von Niederdruckgießen

LPDC ist die bevorzugte Wahl für Bauteile, die hohen Belastungen standhalten müssen, eine ausgezeichnete Luftdichtheit erfordern und komplexe Geometrien aufweisen.

• Automobilindustrie: Der wichtigste Sektor, der LPDC für folgende Zwecke einsetzt Aluminium-LeichtmetallräderZylinderköpfe, Motorblöcke, Aufhängungsträger und Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge (EVs).
• Luft- und Raumfahrt: Entscheidend für Strukturbauteile, Kraftstoffsystemteile und Gehäuse aus Magnesiumlegierungen, bei denen ein extremes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit erforderlich ist.
• Strom und Energie: Wird für Hochspannungs-Schaltanlagengehäuse, elektrische Armaturen und wichtige Aluminiumverbindungen in Windenergiesystemen verwendet.
• Allgemeine Industrie: Hochwertige Pumpengehäuse, Ventilgehäuse, Laufräder und Präzisionsmaschinenteile, die eine hervorragende innere Integrität erfordern.

Niederdruckgießen vs. Druckgießen 

Beide Verfahren arbeiten zwar mit Druck, dienen aber unterschiedlichen industriellen Anforderungen:

Merkmal	Niederdruckgießen (LPDC)	Druckgießen (HPDC)
Druckbereich	Sehr niedrig ($<0,15 \text{ MPa}$)	Sehr hoch ($>10 \text{ MPa}$)
Füllgeschwindigkeit	Langsame, gleichmäßige laminare Strömung	Schnelle, turbulente Strömung
Mechanische Eigenschaften	Ausgezeichnet (unterstützt T6-Wärmebehandlung)	Mäßig (Gaseinschluss begrenzt die Wärmebehandlung)
Mold Life	Hoch (weniger thermische/physikalische Erosion)	Niedriger (Aufprall mit hoher Geschwindigkeit verursacht Verschleiß)
Wichtige Anwendungen	Sicherheitskritische Teile (Räder, Zylinderköpfe)	Hochvolumige, komplexe dünnwandige Gehäuse
Wanddicke	Geeignet für dicke bis mittlere Wände	Ideal für extrem dünne Wände

Schlussfolgerung

Niederdruckgießen (LPDC) ist zur bevorzugten Lösung für Hersteller geworden, die Hochleistungsgussteile und maximale Materialeffizienz suchen. Die Zykluszeit mag zwar langsamer sein als beim Druckguss, aber die Fähigkeit, sicherheitskritische, strukturell solide Komponenten zu produzieren, macht das Verfahren in der modernen Fertigung unersetzlich.

Da die weltweite Nachfrage nach Leichtbaulösungen im Automobil- und Luftfahrtsektor weiter steigt, ist die Rolle von LPDC bei der Verarbeitung von hochwertigen Aluminium- und Magnesiumlegierungen wichtiger denn je.

Wenn Sie auf der Suche nach hochwertigen Niederdruckgusslösungen sind oder eine Machbarkeitsstudie für Ihr nächstes Projekt benötigen, wenden Sie sich bitte an Kontakt zu unserem Ingenieurteam für professionelle technische Unterstützung und ein individuelles Angebot.