Kalte Trennwände aus Druckguss (auch als Cold Shuts bekannt) sind ein weit verbreiteter und schädlicher Oberflächenfehler, der Metallumformprozesse beeinträchtigt. Sie treten auf, wenn zwei oder mehr Ströme geschmolzenen Metalls im Formhohlraum aufeinandertreffen, aber aufgrund übermäßiger Abkühlung nicht vollständig verschmelzen, Es bleiben sichtbare Nähte oder sogar versteckte Risse zurück. Dieser Defekt beeinträchtigt nicht nur das Erscheinungsbild von Gussteilen, sondern schwächt auch erheblich deren mechanische Festigkeit – bei kritischen Komponenten wie Automobil-Bremssätteln oder Hydraulikventilen, Kalte Partitionen können zu einem katastrophalen Ausfall führen, Produktrückrufe, und erhebliche finanzielle Verluste. In diesem Artikel wird systematisch die Natur von Druckguss-Kalttrennwänden untersucht, ihre Grundursachen, und ein umfassendes Lösungsgerüst, das Herstellern dabei hilft, dieses Problem zu beseitigen und die Produktionsqualität zu verbessern.
1. Grundlegendes zu Druckguss-Kalttrennwänden: Definition, Eigenschaften, und Risiken
Bevor man das Problem angeht, Es ist wichtig, klar zu definieren, was Druckguss-Kalttrennwände sind, und ihre möglichen Auswirkungen zu erkennen. In diesem Abschnitt wird a verwendet Struktur der Gesamtpunktzahl Kernkonzepte abzudecken, Zur besseren Übersichtlichkeit sind die wichtigsten Begriffe hervorgehoben.
1.1 Grundlegende Definition
Druckguss-Kalttrennwände beziehen sich auf einen Defekt, bei dem geschmolzenes Metall vorhanden ist, während des Füllvorgangs, teilt sich in mehrere Ströme auf, die übermäßig abkühlen, bevor sie im Formhohlraum zusammenfließen. Die abgekühlten Metallströme verlieren ihre Fließfähigkeit und bilden keine homogene Verbindung, Dadurch entsteht eine deutliche Trennlinie (Naht) auf der Gussoberfläche. Im Gegensatz zu kleineren Kratzern auf der Oberfläche, Kalte Trennwände sind nicht nur kosmetische Mängel – sie erstrecken sich oft bis in das Innere des Gussteils, Es entstehen schwache Ebenen, die die strukturelle Integrität gefährden.
1.2 Schlüsselmerkmale
Druckguss-Kalttrennwände können Sie an den folgenden eindeutigen Merkmalen erkennen, sowohl visuell als auch strukturell:
| Charakteristische Kategorie | Spezifische Eigenschaften | Erkennungsmethode |
| Oberflächenmerkmale | – Irregulär, lineare Nähte (oft gebogen oder zickzackförmig) mit glatt, abgerundete Kanten- Langweilig, matte Optik entlang der Naht (kein metallischer Glanz)- Lokalisierte Vertiefungen oder Rillen neben der Naht | Inspektion mit bloßem Auge (nach der Oberflächenreinigung) oder Objektiv mit 10-facher Vergrößerung; Die Naht ist leicht vom umgebenden Metall zu unterscheiden |
| Strukturelle Merkmale | – Unvollständige Fusion zwischen Metallströmen (sichtbarer Spalt bei mikroskopischer Untersuchung)- Konzentrierte Poren oder Lunker in der Nähe der Trennlinie- Reduzierte Materialdichte entlang der Naht (im Vergleich zu normalen Gussbereichen) | Metallographische Analyse (Probenschneiden und Ätzen mit 5% Salpetersäure); Ultraschallfehlererkennung zur Identifizierung interner Erweiterungen der Trennwand |
1.3 Mögliche Risiken
Das Vorhandensein kalter Trennwände birgt erhebliche Risiken sowohl für die Leistung des Gussstücks als auch für den Betrieb des Herstellers:
- Verschlechterung der mechanischen Leistung: Kalte Trennwände wirken als Spannungskonzentrationspunkte. Die Zugfestigkeit entlang der Trennlinie kann um abnehmen 25-40%, und die Ermüdungslebensdauer kann dadurch verkürzt werden 50-70%. Zum Beispiel, Eine Kfz-Aufhängungshalterung aus Aluminiumlegierung mit einer kalten Trennwand kann bei normaler Fahrbelastung reißen, zu Sicherheitsrisiken führen.
- Funktionsfehler: Für drucktragende Bauteile (Z.B., Hydraulikzylinder, Treibstoffinjektoren), Kalte Trennwände können zu Undichtigkeiten führen. Durch die unvollständige Fusion entstehen winzige Kanäle, durch die Flüssigkeiten oder Gase entweichen können, Dadurch ist die Komponente nicht mehr in der Lage, den erforderlichen Druck aufrechtzuerhalten.
- Produktionsausfälle: Gussteile mit kalten Trennwänden erfordern oft Nacharbeit oder Verschrottung. In Massenproduktion, sogar ein 5% Die Fehlerquote kann die Produktionskosten um erhöhen 15-20% aufgrund von Materialverschwendung, Arbeitsnacharbeit, und verspätete Lieferung.
- Reputationsschaden: Wenn Kaltwanddefekte auf den Markt kommen, sie können zu Produktrückrufen führen. Ein einziger Rückruf von 10,000 Defekte Teile können einen Hersteller Millionen von Dollar an Ersatzkosten kosten, Anwaltskosten, und das Vertrauen der Kunden verloren.
2. Ursachen für kalte Druckguss-Trennwände: Eine umfassende Analyse
Kalte Trennwände im Druckguss werden nicht durch einen einzelnen Faktor verursacht, sondern durch eine Kombination von Fehlern bei der Temperaturregelung, Schimmeldesign, Prozessparameter, und Materialauswahl. In der folgenden Tabelle wird a verwendet Faktor-Ursache-Mechanismus Struktur, um die Ursache des Problems zu identifizieren, mit Beispielen aus der Praxis als praktische Referenz.
| Ursache Kategorie | Spezifische Fehler | Defektbildungsmechanismus | Beispiel für reale Welt |
| Probleme mit der Temperaturregelung | 1. Niedrige Gießtemperatur des geschmolzenen Metalls (unterhalb der Liquidustemperatur der Legierung)2. Unzureichende Formvorwärmung (Die Formtemperatur liegt unter dem empfohlenen Bereich)3. Übermäßiger Wärmeverlust im Angusssystem (lang, nicht isolierte Läufer) | 1. Bei niedriger Temperatur geschmolzenes Metall weist eine hohe Viskosität auf und verliert schnell an Fließfähigkeit, Beim Zusammentreffen von Streams gelingt die Fusion nicht.2. Eine kalte Form nimmt die Wärme des geschmolzenen Metalls auf, was zu einer schnellen Abkühlung der Metallstromoberflächen führt.3. Lang, Nicht isolierte Kanäle ermöglichen das Abkühlen des geschmolzenen Metalls, bevor es den Hohlraum erreicht, Dies führt zu kalten Strömungsfronten. | Eine ADC12-Gießanlage für Aluminiumlegierung stellte die Gießtemperatur auf 650 °C ein (10°C unter der Liquidustemperatur von ADC12). Kalte Partitionsdefekte nahmen zu 2% Zu 15% innerhalb einer Woche, und die defekten Gussteile haben die Zugversuche nicht bestanden. |
| Schimmel & Konstruktionsfehler des Anschnittsystems | 1. Unangemessenes Läuferlayout (scharfe Kurven, plötzliche Querschnittsänderungen)2. Falsche Platzierung des inneren Tors (Dies führt zu einem chaotischen Metallfluss und einer Stromaufteilung)3. Unzureichender Auspuff (Eingeschlossenes Gas verhindert die Fusion des Metallstroms) | 1. Scharfe Biegungen und plötzliche Querschnittsänderungen stören den Fluss des geschmolzenen Metalls, Aufteilung in mehrere Ströme, die unabhängig voneinander kühlen.2. Schlecht platzierte innere Tore führen dazu, dass das Metall in widersprüchliche Richtungen fließt, was zu einer nicht gleichzeitigen Befüllung und Stromkühlung führt.3. Eingeschlossenes Gas bildet eine Barriere zwischen Metallströmen, verhindert, dass sie verschmelzen, selbst wenn sie noch heiß genug sind. | A zinc alloy toy manufacturer used a mold with a 90° sharp bend in the main runner. Cold partitions formed at the bend in 30% of castings. Redesigning the runner with a 15mm radius and adding an auxiliary gate reduced defects to 1.5%. |
| Process Parameter Mismatches | 1. Langsame Einspritzgeschwindigkeit (prolonging filling time and heat loss)2. Insufficient injection pressure (failing to push metal streams together for fusion)3. Excessive release agent application (creating a cooling barrier between metal streams) | 1. Slow injection extends the time the molten metal is in contact with the cold mold and runner walls, leading to excessive cooling of the stream fronts.2. Low injection pressure cannot overcome the resistance between cooled metal streams, preventing complete fusion.3. A thick release agent film acts as an insulator, reducing heat transfer between merging metal streams and inhibiting fusion. | An automotive parts supplier used an injection speed of 1.8 m/s for a 2mm-thick aluminum dashboard bracket. Cold partitions appeared in 22% of castings. Increasing the injection speed to 4.2 m/s and reducing release agent usage by 30% eliminated the defect. |
| Materialeigenschaften & Management | 1. Poor alloy fluidity (Z.B., low silicon content in aluminum alloys)2. Contaminated raw materials (mixed with oxides, Verunreinigungen, oder Feuchtigkeit)3. Improper return material ratio (high proportion of cold, oxidized return material) | 1. Alloys with low fluidity cool quickly and lose the ability to fuse, even if streams meet shortly after splitting.2. Oxides and impurities in the molten metal act as barriers between merging streams, preventing homogeneous bonding.3. A high proportion of cold return material lowers the overall temperature of the molten metal, increasing the risk of stream cooling before fusion. | A magnesium alloy casting plant mixed 40% unscreened return material (with oxide scales) into new ingots. Cold partition defects rose by 18%. Reducing the return material ratio to 20% and adding a 50μm ceramic filter cut defects to 3%. |
3. Systematische Prävention & Lösungsstrategien für Druckguss-Kalttrennwände
Eliminating die casting cold partitions requires a “Vollständiger Prozess, multi-dimensional” approach that addresses temperature control, Schimmeldesign, Prozessoptimierung, und Materialmanagement. In diesem Abschnitt wird a verwendet step-by-step framework with actionable measures and measurable targets.
3.1 Schritt 1: Optimieren Sie die Temperaturkontrolle im gesamten Produktionsprozess
Temperature is the primary factor influencing molten metal fluidity and fusion. Stabilizing temperatures at all stages is critical to preventing cold partitions:
- Molten Metal Temperature Management:
- Set the pouring temperature 10-20°C above the alloy’s liquidus temperature (Z.B., 680-700°C for ADC12 aluminum alloy, 450-470°C for ZAMAK 5 Zinklegierung).
- Verwenden Sie a double-furnace system: The main furnace (higher temperature) ensures complete melting, and the holding furnace (precise temperature control) maintains the molten metal at the optimal pouring temperature. Install online infrared thermometers (accuracy ±2°C) to monitor temperature in real time and trigger alarms if deviations exceed 5°C.
- Formenvorwärmen & Temperature Maintenance:
- Preheat the mold to the recommended temperature range: 180-250°C for aluminum alloys, 120-180°C for zinc alloys, and 220-280°C for magnesium alloys. Use mold temperature controllers with zone-specific heating to ensure uniform temperature distribution (deviation ≤±10°C).
- For large molds or complex cavities, install additional heating elements in cold spots (Z.B., tiefe Hohlräume, dünnwandige Abschnitte) to prevent localized cooling of the molten metal.
- Läufer & Gate Temperature Insulation:
- Insulate the runner system with ceramic sleeves (thermal conductivity ≤0.5 W/m·K) to reduce heat loss. For long runners (length >300mm), add electric heating tapes to maintain the runner temperature at 50-80°C below the molten metal pouring temperature.
3.2 Schritt 2: Form neu gestalten & Angusssystem für reibungslosen Metallfluss
A well-designed mold and gating system ensures that molten metal flows uniformly, avoiding stream splitting and cooling. Key improvements include:
- Runner System Optimization:
- Verwenden streamlined runner designs with gradual cross-sectional transitions (taper angle 1-3°) and large-radius bends (radius ≥10mm) to prevent flow disruption. The cross-sectional area of the runner should decrease gradually from the main runner to the inner gate (Reduktionsverhältnis 1:0.8) to maintain consistent flow velocity.
- For complex castings with multiple cavities, adopt a balanced runner layout to ensure that molten metal reaches each cavity simultaneously. Use CAE simulation software (Z.B., MAGMA, AnyCasting) to verify flow uniformity and adjust the runner size accordingly.
- Inner Gate Design & Platzierung:
- Position inner gates to ensure that molten metal fills the cavity in a single, continuous stream. Avoid placing gates opposite each other (which causes conflicting flows) or at the end of long, narrow sections (which increases flow resistance and cooling).
- Optimize the inner gate dimensions: The gate width should be 3-5 times the gate thickness, and the gate length should be as short as possible (≤ 5 mm) um den Wärmeverlust zu minimieren. For thin-walled castings (<2mm), use fan-shaped inner gates to distribute the molten metal evenly.
- Exhaust System Enhancement:
- Hinzufügen serpentine exhaust grooves (depth 0.1-0.15mm, width 5-8mm) at the last-filling positions of the cavity to remove trapped gas. The total cross-sectional area of the exhaust system should be at least 1/3 of the inner gate cross-sectional area to ensure effective gas evacuation.
- For deep-cavity or complex castings, verwenden vacuum exhaust technology (vacuum degree >90kPa) to eliminate gas barriers between metal streams and promote fusion.
3.3 Schritt 3: Passen Sie Prozessparameter an, um die Metallfusion zu fördern
Optimizing injection parameters ensures that molten metal streams merge before cooling excessively. Focus on the following adjustments:
| Process Parameter | Optimization Measures | Target Value (for Aluminum Alloy ADC12) |
| Einspritzgeschwindigkeit | Adoptiere a “two-stage speed profile”:1. Initial slow speed (1-2 MS) to fill the runner and avoid splashing.2. Fast speed (4-6 MS) to fill the cavity quickly and reduce heat loss. | Total filling time ≤2 seconds for castings with a maximum dimension of 200mm |
| Injektionsdruck | Set the specific pressure to 80-120MPa to ensure that molten metal streams are pressed together for fusion. Increase pressure by 10-15% for complex castings with multiple flow paths. | Pressure should be maintained until the metal at the inner gate solidifies (Haltezeit: 5-10 Sekunden) |
| Trennmittelanwendung | Use a low-volatile, high-temperature resistant release agent (Z.B., graphite-based) and apply it in a thin, uniform film (Dicke 5-10μm) using an automatic spray system. Avoid over-spraying. | The release agent should cover the mold cavity completely but not form visible droplets or thick layers |
3.4 Schritt 4: Strenge Materialkontrolle & Management
High-quality molten metal with good fluidity is essential to preventing cold partitions. Implement the following material control measures:
- Alloy Composition Optimization:
- Select alloys with good fluidity for die casting: Für Aluminiumlegierungen, ensure silicon content is 11-13% (ADC12) oder 7-9% (A380); for zinc alloys, use ZAMAK 5 (mit 4% Aluminium) für einen besseren Fluss. Add trace elements (Z.B., 0.1-0.2% rare earth elements for aluminum) to improve fluidity by 15-20%.
- Benehmen spectral analysis for each batch of raw materials to verify alloy composition. Reject batches with deviations exceeding ±0.5% from the standard.
- Rohstoff & Return Material Management:
- Use clean, dry raw materials. Store ingots in a dry environment (relative humidity ≤60%) and preheat them to 120-150°C before melting to remove moisture.
- Screen return material with a 1mm mesh sieve to remove oxide scales, Verunreinigungen, and cold metal fragments. Limit the return material ratio to ≤30% (mixed with 70% new ingots) to maintain molten metal quality and temperature.
- Molten Metal Refining:
- Refine the molten metal using argon rotary degassing (15-20 Minuten, argon flow rate 2-3L/min) to remove hydrogen and oxides. Use a ceramic filter (50-80μm Porengröße) to filter the molten metal before pouring to eliminate solid impurities.
4. Diagnose vor Ort & Notfallbehandlung bei kalten Partitionen
Even with preventive measures, cold partitions may occasionally occur. This section provides quick-response steps to minimize production losses and restore normal operations.
4.1 Schnelle Diagnose
Follow this 3-step process to confirm the presence of cold partitions and identify the root cause:
- Visuelle Inspektion: Check the casting surface for linear seams with dull edges. Use a small hammer to tap the area around the seam— a dull, hollow sound indicates a cold partition (compared to a clear, resonant sound for normal metal).
- Microscopic Verification: Take a small sample from the suspected area, polish it, and etch it with 5% Salpetersäure. Under a 100x microscope, a cold partition will appear as a distinct gap or incomplete fusion line between metal grains.
- Parameter & Process Review: Analyze recent production data to identify potential deviations:
- Did the molten metal temperature drop below the set range?
- Was the injection speed or pressure lower than normal?
- Did the mold temperature in the defect area fall below the target?
- Was there a change in the raw material batch or return material ratio?
4.2 Notfall-Gegenmaßnahmen
If cold partitions are detected, take the following immediate actions to resolve the issue:
- Temperature Adjustment: Increase the molten metal pouring temperature by 10-15°C (within the safe range) and raise the mold preheating temperature by 20-30°C. Prüfen 10-20 samples to verify if the cold partitions are eliminated.
- Process Parameter Tweak: Increase the injection speed by 0.5-1 MS (up to the maximum safe speed for the mold) and raise the injection pressure by 10-15% to enhance metal stream fusion. Reduce the release agent application amount by 20-30% to avoid cooling barriers.
- Schimmel & Runner Maintenance: Clean the runner system and mold cavity to remove residual oxide scales or cold metal fragments. For molds with sharp bends or poor exhaust, temporarily add auxiliary exhaust holes (0.5-1mm Durchmesser) at the last-filling positions to improve gas evacuation.
- Material Adjustment: If the return material ratio is high, reduce it to 20% and add new ingots to improve molten metal fluidity. If the alloy composition is off-spec, adjust it by adding the necessary elements (Z.B., silicon for aluminum alloys) to restore fluidity.
5. Die Perspektive von Yigu Technology auf Druckguss-Kalttrennwände
Bei Yigu Technology, we believe that die casting cold partitions are not just a production defect but a reflection of systemic issues in the manufacturing process. Many manufacturers focus solely on treating the symptoms (Z.B., increasing pouring temperature) without addressing the root causes (Z.B., flawed mold design or inconsistent material quality), leading to recurring defects and wasted resources.