Die Wahl zwischen gegossenem und stranggepresstem Aluminium kann über Erfolg oder Misserfolg Ihres Projekts entscheiden. Treffen Sie die falsche Wahl, riskieren Sie unnötige Werkzeugkosten, mangelhafte Bauteile oder Produktionsverzögerungen, die Ihren Zeitplan um Wochen durcheinanderbringen.
Die Verwirrung ist verständlich. Beide Verfahren verwenden Aluminium. Beide erzeugen stabile und leichte Bauteile. Beide haben ihre Berechtigung in der Fertigung. Aber sie funktionieren grundverschieden.
Folgendes sollten Sie wissen: Beim Gießen wird flüssiges Metall in Formen gegossen, beim Strangpressen hingegen wird festes Metall durch vorgeformte Matrizen gepresst. Dieser grundlegende Unterschied bestimmt alles Weitere – Festigkeit, Kosten, Toleranzen und die Eignung der jeweiligen Verfahren für verschiedene Anwendungsbereiche.
Beim Aluminiumguss wird das Metall vollständig geschmolzen und in eine Form gegossen, wo es zur endgültigen Form erstarrt. Man kann es sich wie die Herstellung von Eiswürfeln vorstellen – Flüssigkeit kommt hinein, Feststoff kommt heraus.
Drei Hauptmethoden dominieren die Branche:
Druckguss Beim Druckguss wird flüssiges Aluminium unter hohem Druck – zwischen 100 und 15,000 Tonnen – in gehärtete Stahlformen gepresst. Der Druck presst das Metall in jede Ecke der Form und erzeugt so Bauteile mit feinen Details und dünnen Wänden. Die meisten in großen Stückzahlen gefertigten Aluminiumkomponenten, von Motorblöcken bis hin zu Smartphone-Gehäusen, werden im Druckgussverfahren hergestellt.
Dauerguss Dabei wird die Schwerkraft anstelle von Druck genutzt. Arbeiter gießen flüssiges Aluminium in wiederverwendbare Metallformen und lassen die Schwerkraft die Arbeit erledigen. Die Teile sind nicht so detailliert wie Druckgussteile, aber das Verfahren ist bei mittleren Stückzahlen kostengünstiger.
Sandguss Es werden Einwegformen aus verdichtetem Sand hergestellt. Es ist die älteste Methode und immer noch die erste Wahl für große Teile oder Kleinserien, bei denen die Werkzeugkosten minimal sein müssen.
Allen Gießverfahren ist Folgendes gemeinsam: Das Aluminium wird flüssig (auf über 660 °C erhitzt), füllt einen Formhohlraum, der die Form des Bauteils vorgibt, und erstarrt darin. So entstehen komplexe 3D-Geometrien in einem Arbeitsgang, und die Nachbearbeitung ist minimal.
Beim Extrusionsverfahren wird erhitztes, aber noch festes Aluminium durch eine geformte Öffnung gepresst, ähnlich wie Zahnpasta durch eine Tube gedrückt wird. Das Metall tritt als durchgehendes Profil mit dem vom Werkzeug vorgegebenen Querschnitt aus.
Der Prozess folgt einer genau festgelegten Abfolge:
Schritt 1: Vorbereitung der Rohlinge. Ein zylindrischer Aluminiumblock wird auf 400–500 °C vorgeheizt. Diese Temperatur reicht aus, um das Metall weich und formbar zu machen, aber nicht zu schmelzen. Der Block bleibt während des gesamten Prozesses fest.
Schritt 2: Werkzeugeinrichtung. Eine Stahlmatrize mit dem gewünschten Profil wird in die Strangpressen eingesetzt. Die Matrizenkonstruktion bestimmt, welche Formen hergestellt werden können – von einfachen Rechtecken bis hin zu komplexen Hohlprofilen.
Schritt 3: Extrusion. Ein Hydraulikzylinder presst den Rohling mit enormer Kraft gegen die Matrize. Das erweichte Aluminium kann nur durch die Matrizenöffnung entweichen und tritt auf der anderen Seite als durchgehendes Profil aus. Einfache Formen verlassen die Presse mit einer Geschwindigkeit von 60 Metern pro Minute; komplexe Profile hingegen nur mit etwa 30 Zentimetern pro Minute.
Schritt 4: Abschrecken. Das frisch extrudierte Material wird durch einen Wassernebel oder einen Luftstrom geleitet, der es schnell abkühlt. Diese schnelle Abkühlung fixiert bestimmte Materialeigenschaften und verhindert Verzug.
Schritt 5: Dehnen. Eine Spannvorrichtung greift beide Enden des Profils und zieht es straff. Dadurch werden Krümmungen begradigt und eine Kaltverfestigung erzielt, die die Festigkeit erhöht.
Schritt 6: Schneiden. Sägen schneiden das lange Strangpressprofil in bestimmte Längen, typischerweise 8 bis 21 Fuß für Standardbestellungen.
Schritt 7: Altern. Durch eine Wärmebehandlung im Alterungsofen erreicht das Aluminium seine endgültige Festigkeit. Die genaue Temperatur und Dauer hängen von der Legierung und den gewünschten Eigenschaften ab.
Der entscheidende Unterschied zum Gießen? Das Aluminium schmilzt nicht. Es bleibt fest, gerade weich genug, um durch die Matrize zu fließen. Dadurch entsteht eine Kornstruktur, die sich entlang der Profillänge ausrichtet – und genau diese Ausrichtung ist der Grund für die Festigkeitsvorteile des Strangpressverfahrens.
Stranggepresstes Aluminium ist in puncto Festigkeit überlegen. Die Zahlen sprechen für sich: Vergleicht man identische Legierungen, die auf beide Arten verarbeitet wurden, hält die stranggepresste Variante einer höheren Belastung stand, bevor sie sich verbiegt oder bricht.
| Immobilien | Gegossenes Aluminium | Extrudiertes Aluminium |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Niedriger (Porosität verringert sie) | Höher (Faserausrichtung hilft) |
| Streckgrenze | Variabel, abhängig von der Methode | Konstant höhere |
| Härte | 70-85 HB typisch | 73-95 HB typisch |
| Steifheit | Höher (weniger elastisch) | Niedriger (flexibler) |
| Porosität | Immer ein Grund zur Sorge | Im Wesentlichen Null |
| Ermüdungsbeständigkeit | Senken | Deutlich höher |
Warum gibt es diesen Unterschied? Dafür gibt es zwei Gründe.
Zunächst richtet die Extrusion die Kornstruktur des Metalls entlang der Profilrichtung aus. Das ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen dem Brechen eines Bündels Stöcke längs und quer – ausgerichtete Körner widerstehen Zugkräften besser.
Zweitens weisen Gussteile fast immer eine gewisse Porosität auf. Winzige Gasbläschen oder Lunker werden während der Erstarrung eingeschlossen. Diese mikroskopischen Löcher wirken unter Belastung als Spannungskonzentratoren. Strangpressprofile weisen diese Probleme nicht auf – das Metall schmilzt nicht, daher besteht keine Möglichkeit für Gasaufnahme oder Lunkerbildung.
Allerdings weisen Gussteile eine höhere Steifigkeit auf. Sie sind weniger elastisch, was für manche Anwendungen relevant ist. Mit hochwertigen Legierungen und sorgfältiger Prozesskontrolle lassen sich in bestimmten Fällen vergleichbare Eigenschaften durch Gießen erzielen.
Unterschiedliche Verfahren eignen sich für unterschiedliche Legierungsfamilien. Man kann sie nicht einfach untereinander austauschen.
Gusslegierungen
| Legierung | Zugfestigkeit | Streckgrenze | Härte | Beste Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| A380 | 320-380 MPa (47 ksi) | 160 MPa (23 ksi) | 80-85 HB | Komplexe Formen, Massenproduktion |
| A356-T6 | 220-300 MPa (37 ksi) | 180 MPa (26 ksi) | 70-100 HB | Luft- und Raumfahrt, Automobilräder |
A380 ist die Standardlegierung im Druckguss – rund 80 % aller Aluminium-Druckgussteile werden damit hergestellt. Der hohe Siliziumgehalt (7.5–9.5 %) sorgt für hervorragende Fließfähigkeit beim Füllen komplexer Formen, und der Kupfergehalt (3–4 %) erhöht die Festigkeit. Wenn Sie sich bei der Wahl der Gusslegierung unsicher sind, beginnen Sie mit A380.
A356 ist teurer und kann nicht im Druckgussverfahren hergestellt werden, lässt sich aber gut wärmebehandeln. Die Wärmebehandlung T6 führt zu deutlich besseren Eigenschaften als beim gegossenen A380. Es findet Anwendung in anspruchsvollen Bereichen wie Flugzeugteilen und Premium-Felgen.
Strangpresslegierungen
| Legierung | Zugfestigkeit | Streckgrenze | Härte | Beste Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 310 MPa (45 ksi) | 270 MPa (39 ksi) | 95 HB | Strukturbauteile, hohe Festigkeitsanforderungen |
| 6063-T6 | 190 MPa (28 ksi) | 160 MPa (23 ksi) | 73 HB | Architektonische, ästhetische Anwendungen |
6061-T6 ist der robuste Werkstoff für Konstruktionsbauteile. Wenn es auf Festigkeit ankommt – Rahmen, Halterungen, tragende Bauteile – ist diese Legierung die richtige Wahl. Sie lässt sich gut bearbeiten, ordentlich schweißen (allerdings geht die Festigkeit in der Wärmeeinflusszone etwas verloren) und ist anodisierbar.
6063-T6 tauscht etwas Festigkeit gegen eine bessere Oberflächenfinish und lässt sich leichter extrudieren. Fensterrahmen, Türrahmen und Zierleisten werden typischerweise aus 6063 gefertigt, da die Optik wichtiger ist als maximale Festigkeit. Es lässt sich hervorragend eloxieren.
| Kostenfaktor | Casting | Extrusion |
|---|---|---|
| Werkzeug-/Formkosten | $ 5,000- $ 100,000 + | 400 - 7,000€ |
| Lieferzeit für Stanzwerkzeuge | 6-12 Wochen typisch | 2-4 Wochen typisch |
| Die Lebensdauer | 50,000-500,000 Aufnahmen | Viel länger |
| Design-Änderungen | Teuer, langsam | Anpassungsfähiger |
Der Übergangspunkt zwischen Gießen und Extrudieren hängt vom jeweiligen Bauteil ab, aber hier ist eine grobe Richtlinie:
Geringe Stückzahl (unter 500 Teilen): Extrusion ist fast immer die beste Lösung. Allein der Unterschied bei den Werkzeugkosten macht die Entscheidung leicht. Sie produzieren nicht genügend Teile, um die teuren Gussformen zu amortisieren.
Mittleres Volumen (500-5,000 Teile): Es kommt auf die Komplexität an. Einfache Strangpressprofile sind in diesem Bereich günstiger. Komplexe 3D-Formen, die bei der Strangpressung eine aufwendige Nachbearbeitung erfordern würden, sind hingegen eher im Gussverfahren erhältlich.
Hohe Stückzahl (über 5,000 Teile): Das Gießen wird dadurch sinnvoller. Die hohen Werkzeugkosten verteilen sich auf mehr Teile, und die Produktionskosten pro Stück sinken bei vielen Geometrien unter die Kosten des Strangpressens.
Die Rohstoffkosten sind in beiden Fällen gleich – ungefähr 1.17 $/lb Grundpreis zuzüglich regionaler Aufschläge von etwa 0.65 $/lb für den Mittleren Westen der USA.
Die Preise für Fertigteile variieren stark:
Diese Zahlen können sich je nach Nachbearbeitungsschritten ändern. Ein Strangpressprofil, das aufwändig nachbearbeitet werden muss, kann teurer sein als ein nahezu endformnahes Gussteil, das direkt nach dem Ausformen einsatzbereit ist.
| Casting auswählen, wenn… | Wählen Sie Extrusion, wenn… |
|---|---|
| Sie benötigen komplexe 3D-Geometrie | Ihr Teil hat einen gleichmäßigen Querschnitt |
| Innere Hohlräume sind erforderlich | Ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis ist wichtig |
| Sie fertigen mehr als 5,000 Teile an. | Sie stellen weniger als 5,000 Teile her. |
| Feine Details oder dekorative Oberflächen sind wichtig | Eine glatte Oberflächenbeschaffenheit ist wichtig. |
| Die nahezu endformnahe Fertigung spart Bearbeitungskosten. | Lange, gleichmäßige Profile werden benötigt |
| Dünne Wände in komplexen Konfigurationen | Strukturelle und tragende Funktion |
Einige konkrete Szenarien machen die Wahl deutlich:
Benötigen Sie eine Halterung mit Befestigungslöchern und gerippter Verstärkung? Vermutlich ein Gussverfahren. Die 3D-Eigenschaften eignen sich dafür.
Einen Rahmen aus U-Profilen und Rohren bauen? Definitiv Extrusion. Die gleichbleibenden Querschnitte und die strukturellen Anforderungen spielen ihr in die Karten.
50 Prototypen herstellen? Extrusion oder CNC-Bearbeitung – die Werkzeugkosten für den Guss sind nicht zu rechtfertigen.
50,000 identische Gehäuse herstellen? Gießen ist sinnvoll. Der Kostenvorteil pro Teil übersteigt bei dieser Stückzahl die Werkzeuginvestitionen.
