Von Potenzial zur Produktivität: Die Lost-Foam-Gießtechnik erfüllt die Anforderungen der neuen nationalen Norm für Leichtbau

In jüngster Zeit hat die Nationale Zertifizierungs- und Akkreditierungsbehörde die "Ankündigung über die strenge Verwaltung der obligatorischen Produzertifizierung für Elektromofeds" herausgegeben und klare Vorschriften für die Produktion und den Verkauf von Elektromofeds festgelegt. Die neuen Vorschriften geben klar vor, dass der Massenanteil der Kunststoffteile an einem gesamten Elektromofed auf weniger als 5,5 % beschränkt werden muss. Diese entscheidende Änderung treibt direkt die Leichtbauumstellung der Fahrzeugkarosseriestruktur "Ersatz von Kunststoff durch Magnesium und Aluminium" an und stellt damit bisher unbekannt hohe Anforderungen an die präzise Formgebungstechnologie für Schlüsselmetallteile wie Rahmen und Räder. In diesem Trend hat die Grüngusstechnologie, die durch die verlorene Formgussrepräsentiert wird und nahezu nettoformgebend ist und die Herstellung komplexer dünnwandiger Bauteile in einem Stück ermöglicht, ihre technologischen Vorteile perfekt an die Branchenanforderungen angepasst.

Unter dieser klaren Marktimpuls treten die verlorene Formgusstechnologie schnell aus der Nischenbranche in den Mittelpunkt der Industrie. Einerseits werden die technologischen Höchststände ständig überschritten: In China wurde diese Technologie erfolgreich eingesetzt, um ein schwieriges und komplexes Schlüsselbauteil eines bestimmten Typs von Flugtriebwerken "in einem Stück zu gießen". Dadurch wurde nicht nur der Arbeitsablauf erheblich verkürzt, sondern auch die Leistung auf internationalem Niveau erreicht. Andererseits beschleunigt sich die kommerzielle Anwendung: Unternehmen wie Shenyue Foundry, die sich seit fast dreißig Jahren auf diesen Bereich spezialisiert haben, haben erfolgreich Branchenvorzeigeprojekte von internationalen namhaften Unternehmen wie Delphi, Bosch, Mercedes-Benz und BMW übernommen. Dies zeigt, dass dieser grüne Gießprozess in eine neue Phase der Massenanwendung und Wertverifizierung eingetreten ist.

Seit langem wird die verlorene Formguss wegen ihrer Fähigkeit, nahezu nettoformgebend zu sein und die Bearbeitungsaufmaße und Materialverschwendung erheblich zu reduzieren, als "Potenzialaktie" im Bereich der Grundfertigung angesehen. Allerdings war seine Anwendung aufgrund von Schlüsseltechnikengpässen und hohen Anfangsinvestitionsschwellen lange Zeit auf bestimmte Bereiche beschränkt. So gibt es nur wenige Unternehmen in China, die die verlorene Formgussverfahren für Nichteisenmetalle beherrschen, und auch weltweit sind es nur sehr wenige. Jetzt ändert sich die Situation grundlegend. Auf makroskopischer Ebene rücken Politiken wie die "Bewertungsstandards für grüne Gießereibetriebe" die "Verfahrensinnovation" in den Mittelpunkt der Kohlenstoffreduzierung. Auf mikroskopischer Bedarfsseite stimmen die dringenden Bedürfnisse von Branchen wie Neuenergieautos, Luft- und Raumfahrt, Hochleistungspumpen und Ventilen sowie Elektromofeds, die sich derzeit einem Material- und Verfahrenswandel unterziehen, perfekt mit den technologischen Vorteilen der verlorenen Formguss überein.

Daraus resultiert, dass die Innovation und Planung rund um diese Technologie beschleunigt werden. Von den präzisen Proben im Labor bis zur Massenproduktionslinie überschreitet die verlorene Formguss gerade die entscheidende Schwelle von "Potenzial" zu "Produktivkraft". Das von ihr repräsentierte zukünftige Gießmodell mit hoher Präzision, geringem Energieverbrauch und geringer Emission zieht die vorausschauende Aufmerksamkeit von Kapital und Industrie an und eröffnet eine neue Investitionsgeschichte, in der die Grundfertigung die Branchenentwicklung antreibt.

Analyse des Prinzips und der Kernverfahrensentwicklung der verlorenen Formgusstechnologie

Die verlorene Formgusstechnologie (LFC) wurde erstmals in den 1950er Jahren in den Vereinigten Staaten erfunden und in Industriestaaten wie Deutschland und Japan weiterentwickelt. China begann in den 1980er Jahren mit der industriellen Anwendungsforschung und trat nach dem 21. Jahrhundert, mit zunehmenden Anforderungen an die Präzision, Komplexität und Umweltfreundlichkeit von Gussstücken, in eine Phase der Massenanwendung und schnellen technologischen Iteration ein.

(I) Analyse des technologischen Prinzips und des Kernverfahrensablaufs

Die verlorene Formguss, auch als Vollformguss bekannt, ist im Wesentlichen eine präzise "Austauschkunst". Bei dieser Technologie wird ein Schaumstoffmodell, das genau mit dem endgültigen Gussstück übereinstimmt, hergestellt. Nach dem Tauchen in eine feuerfeste Beschichtung und dem Trocknen wird das Modell in trockenen Sand in einer speziellen Formbox eingebettet. Anschließend wird unter Unterdruck flüssiges Metall in die Form gegossen. Beim Einfüllen des flüssigen Metalls verdampft das Schaumstoffmodell schnell und gibt seine Raumform exakt wieder. Dieser Prozess kombiniert die Pyrolyse von Polymerwerkstoffen, die dynamische Füllung von flüssigem Metall und die gemeinsame Wirkung von physikalischen Feldern (Unterdruck, Vibration). Das Kernziel besteht darin, komplexe Bauteile nahezu nettoformgebend herzustellen und gleichzeitig die Umweltverschmutzung auf ein Minimum zu reduzieren. Daher wird diese Technologie als ein wichtiger Zweig der grünen Gießtechnologie allgemein anerkannt.

1. Kernverfahrensablauf und Schlüsseltechnikpunkte

Die Herstellung eines hochwertigen verlorenen Formgussstücks hängt stark von einer eng verzahnten und präzise gesteuerten Verfahrenskette ab. Dieser Prozess kann systematisch in sechs Schlüssel-Schritte zerlegt werden, wobei jeder Schritt eine bestimmte technologische Aufgabe hat.

Erster Schritt: Herstellung eines hochpräzisen Schaumstoffmodells. Dies ist der Ausgangspunkt aller Arbeitsgänge, und seine Qualität bestimmt die anfängliche Konturpräzision des Gussstücks. Das Modell wird normalerweise aus expandierbarem Polystyrol (EPS), einem Copolymerharz aus Methylmethacrylat und Styrol (STMMA) oder anderen Materialien hergestellt, indem es vorab expandiert, gereift, in einer Form expandiert oder numerisch gesteuert bearbeitet wird. Bei Gussstücken mit komplexer Struktur wird oft das Verfahren der segmentweisen Formgebung und anschließenden Verklebung angewandt. Dieser Schritt (häufig als "Weißer Bereich"-Arbeitsgang bezeichnet) wird als der entscheidendste Schritt für die Qualität des endgültigen Gussstücks angesehen. Daher sind die Gestaltungsqualität der Form, die Vorabexpansionsdichte und die Gleichmäßigkeitskontrolle der Perlen von entscheidender Bedeutung.

Zweiter Schritt: Integration und Kombination der Module. Einzelne oder mehrere Schaumstoffmodelle werden zusammen mit dem Gießsystem und dem Speisesystem mithilfe eines speziellen Klebstoffs präzise verklebt, um eine "Modellgruppe" zu bilden. Diese Gestaltung ermöglicht die Gruppenproduktion von mehreren Teilen in einer Formbox und erhöht die Produktivität und die Ausnutzung der Formbox erheblich. Sie ist die Grundlage für die Massenproduktion in modernen Produktionslinien für verlorene Formguss.

Drittes Schritt: Auftrag und Trocknung einer hochleistungsfähigen feuerfesten Beschichtung. Die Beschichtung ist die einzige Barriere zwischen dem Schaumstoffmodell und dem heißen flüssigen Metall. Ihre Leistung hat eine Doppelnatur: Einerseits muss sie eine sehr hohe Feuerfestigkeit und Festigkeit haben, um dem Erosionsdruck und dem hydrostatischen Druck des flüssigen Metalls standzuhalten; andererseits muss sie eine gute Gasdurchlässigkeit haben, um die große Menge an Gasen, die bei der Verdampfung des Schaumstoffs entstehen, schnell abzuführen. Die Schichtdicke muss genau auf der Grundlage des Gussstückmaterials und der Struktur eingestellt werden, normalerweise zwischen 0,5 und 2 mm. Nach dem Auftrag muss die Beschichtung ausreichend getrocknet werden, um die Feuchtigkeit zu entfernen und die Schicht zu verstärken.

Viertes Schritt: Trockensandvibration und Formgebung. Die beschichtete Modellgruppe wird in eine spezielle Formbox gelegt und mit bindemittelfreiem, trockenem Quarzsand oder Perlsand oder anderen Formgebungsmaterialien gefüllt. Anschließend wird ein dreidimensionaler Mikrovibrationsverdichtungstisch gestartet. Durch die Vibration mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude fließt der trockene Sand um das Modell herum und in die inneren Hohlräume und wird hochgradig verdichtet. Dadurch wird die Form während des Gießens stabil gestützt, das Gussstück hat eine klare Kontur und es wird verhindert, dass die Form aufbricht oder sich verformt.

Fünftes Schritt: Gießen und Austausch unter Unterdruck. Dies ist der entscheidendste Phasenübergangspunkt des gesamten Prozesses. Die Formbox wird mit einer Kunststofffolie abgedeckt und ein Vakuumsystem wird gestartet, um den Formsand unter einem Unterdruck von 0,02 - 0,06 MPa weiter zu verdichten und eine Form mit hoher Steifigkeit zu bilden. Anschließend wird flüssiges Metall in die Form gegossen. Das Schaumstoffmodell pyrolysiert und verdampft schnell unter der hohen Temperatur. Die entstehenden Gase werden durch die Poren der Beschichtung und des Formsands vom Unterdrucksystem abgesaugt, während das flüssige Metall gleichzeitig voranschreitet und die Raumposition des Modells exakt ersetzt.

Sechster Schritt: Entfernen des Sands und Reinigen des Gussstücks. Nach dem Erstarren und Abkühlen des Gussstücks wird der Unterdruck aufgehoben und die Formbox wird umgedreht. Der trockene Sand fließt unter der Schwerkraft aus und kann nahezu 100 % wiederverwendet werden. Nach der Entnahme des Gussstücks muss es nur einfach gesandgestrahlt werden, um ein nahezu nettoformgebendes Produkt mit glatter Oberfläche zu erhalten. Im Vergleich zum herkömmlichen Gießen wird die Reinigungsarbeit erheblich reduziert.

Schematische Darstellung des Verfahrensablaufs der verlorenen Formguss

2. Tiefe Kooperation der Schlüsselverfahrensfaktoren

Der reibungslose Ablauf des obigen Prozesses hängt von der tiefen Kooperation und präzisen Kontrolle der folgenden drei Schlüsselfaktoren ab, die zusammen das "Eisendreieck" der verlorenen Formgusstechnologie bilden.

① Auswahl und Entwicklung des Modellmaterials. Die Pyrolyseeigenschaften verschiedener Werkstoffe sind direkt mit der Entstehung von Gussstückfehlern verbunden. Derzeit zeigt sich eine graduierte Anwendung von Hauptmaterialien, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:

② Kernrolle der Beschichtungstechnologie. Die Beschichtung ist der "Schlüssel" für den Erfolg des Verfahrens. Eine ideale verlorene Formgussbeschichtung muss mehrere scheinbar widersprüchliche Eigenschaften vereinbaren: gute Auftragbarkeit, ausreichende Festigkeit bei Raumtemperatur und hoher Temperatur, ausgezeichnete Gasdurchlässigkeit und Ablösbarkeit nach der Hochtemperatursinterung. In der Praxis machen die durch die Beschichtung verursachten Fehler einen hohen Anteil aus. Beispielsweise kann eine zu geringe Schichtfestigkeit zu Sanderosion führen, eine schlechte Gasdurchlässigkeit zu Lunkern und unvollständigem Gießen, und eine schlechte Rissbeständigkeit kann bereits beim Trocknen zu Rissen in der Beschichtung führen. Daher setzen fortschrittliche Unternehmen wie Shenyue Foundry die Forschung und Entwicklung sowie die maßgeschneiderte Mischung von Beschichtungen als ihre Kerntechnikbarriere ein und entwickeln spezielle Beschichtungssysteme für verschiedene Legierungen und Gussstückstrukturen.

③ Präzise geschlossene - Schleifen - Steuerung der Verfahrensparameter. Dies ist ein dynamischer Optimierungsprozess, der hauptsächlich drei Dimensionen umfasst:

Gießtemperatur: Sie muss 30 - 50 °C höher sein als beim Sandguss desselben Materials, um die latente Wärme zu kompensieren, die beim Verdampfen des Schaumstoffs absorbiert wird, und um die Füllfähigkeit des flüssigen Metalls sicherzustellen;

Unterdruck: Er wird dynamisch in Abhängigkeit von der Legierungssorte und der Gussstückstruktur eingestellt. Normalerweise beträgt der Unterdruck für Aluminiumgussstücke 0,02 - 0,03 MPa, für Eisengussstücke 0,04 - 0,06 MPa und für Stahlgussstücke den oberen Wert. Der Unterdruck verstärkt nicht nur die Formsandform, sondern ist auch die Haupttreibkraft für das Abführen der pyrolytischen Gase;

Vibrationsparameter: Dazu gehören Frequenz, Amplitude und Zeit. Ziel der Optimierung ist es, dass der trockene Sand an komplexen Kurvenflächen und Ästen des Modells eine gleichmäßige und ausreichende Verdichtung erreicht, um zu vermeiden, dass flüssiges Metall in lokal lockeren Bereichen eindringt und mechanische Sandhaftung entsteht.

(II) Schlüsseltechnikschwierigkeiten und Lösungsmöglichkeiten

Obwohl die verlorene Formgusstechnologie bemerkenswerte Vorteile hat, gibt es bei ihrer industriellen Anwendung immer noch eine Reihe an anerkannten technologischen Herausforderungen. Die Überwindung dieser Schwierigkeiten ist der Hauptschlachtfeld für den technologischen Fortschritt der Branche und die Aufbau von Wettbewerbsfähigkeit für Spitzenunternehmen.

1. Engpässe bei den Schaumstoffmodellmaterialien und der Herstellungspräzision

Die Qualität des Schaumstoffmodells ist das angeborene Gen. Derzeit besteht das Problem zunächst in dem