Aluminium-Druckgussformen: Standzeitverlängerung & Brandrissvermeidung
Standzeitverlängerung von Aluminium- und Zink-Druckgussformen durch 3D-Druck: Punktkühlung von Warmrissen (Brandrisse), Werkzeugstahl 1.2343, Zyklusbeschleunigung.
Im Hochdruck-Aluminiumdruckguss (HPDC) sind Formeinsätze extremen thermomechanischen Schockbelastungen ausgesetzt: Flüssiges Aluminium schießt mit über 680 °C und Drücken von bis zu 1.200 bar in die Stahlform. Innerhalb von Sekundenbruchteilen wechselt die Oberfläche zwischen Gluthitze und dem Abschrecken durch wässrige Trennmittelsprüher. Dies führt zu thermischer Ermüdung und Brandrissen (Heat Checking). Durch additiv gefertigte Kerne aus Warmarbeitsstahl 1.2343 (H11) mit mikrofeiner konturnaher Punktkühlung wird die thermische Belastung drastisch gedämpft: Standzeiten verdoppeln sich von 80.000 auf über 180.000 Schuss.
- Verdopplung der Werkzeugstandzeit durch gezielte Absenkung von Temperaturspitzen an Kanten und Domen.
- Vermeidung von Brandrissen (Heat Checking) durch homogene Entwärmung während des Gießhubs.
- Reduziert Sprühzeiten für Trennmittel um bis zu 50 %, was den thermischen Schock zusätzlich mildert.
- Eliminiert Erstarrungsporosität in massiven Bauteildomen von Struktur-Gussteilen.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Merkmal | Konventionell gebohrter Druckgusskern | 3D-gedruckter konturnah gekühlter Kern |
|---|---|---|
| Kühlung von Kernspitzen | Ungenügend (Sacklochbohrung / Fontäne) | Perfekt (Spiral- oder Doppelmantelkühlung) |
| Maximale Oberflächentemperatur | Bis zu 480 - 520 °C (kritischer Brandrissbereich) | Gedrosselt auf 320 - 360 °C (sicherer Bereich) |
| Brandrissbildung (Heat Checking) | Bereits nach 30.000 - 50.000 Zyklen sichtbar | Erst nach > 120.000 - 180.000 Zyklen |
| Porosität im Al-Gussteil | Lunkerbildung durch späte Erstarrung im Kern | Vollkommen lunkerfrei durch gerichtete Erstarrung |
| Entformungskräfte | Hoch (Aluminium neigt zum Aufschweißen) | Gering (Formwand bleibt kühler) |
Der Schadensmechanismus des Heat Checking
Beim Einschuss dehnt sich die oberste Stahlschicht (0.5 mm Tiefe) schlagartig aus, wird aber vom kälteren Kern behindert: Die Oberfläche gerät unter massive Druckspannungen oberhalb der Warmstreckgrenze und plastifiziert gestaucht. Beim Sprühen kühlt die Oberfläche blitzschnell ab und zieht sich zusammen: Hohe Zugeigenspannungen zerreißen den Stahl mikroskopisch. Ein Netz aus feinen Rissen (Brandrissnetz) entsteht, das sich auf das Gussteil abzeichnet.
Additive Punktkühlung filigraner Schieber und Kerne
In Zylinderkurbelgehäusen oder Getriebedeckeln müssen lange, schlanke Kerne (Durchmesser 10 bis 20 mm) Bohrungen freihalten. Konventionelle Kühlrohre (Fontänenrohre) brechen oft oder verkalken. Mit LPBF werden Schieberkerne gedruckt, in denen das Kühlmedium über einen zentralen Kanal bis 1.5 mm an die Spitze strömt und über eine äußere Wendel turbulent zurückfließt. Die Kernspitze bleibt dauerhaft unter 350 °C.
Wärmebehandlung von additiven 1.2343-Druckgusskernen
Gedruckter Warmarbeitsstahl 1.2343 muss nach dem Bau zwingend im Vakuumofen gehärtet (Austenitisieren bei 1.020 °C) und mindestens dreimal bei 550 bis 580 °C angelassen werden. Dies stellt eine Härte von 44 bis 48 HRC ein und wandelt Restaustenit vollständig in hochzähen angelassenen Martensit um.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Welches Kühlmedium wird im Druckguss verwendet?
Kann man Druckgusskerne auch hybrid herstellen?
Müssen additiv gefertigte Druckgusskerne beschichtet werden?
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