Die Materialauswahl für Gussformen für Aluminiumfelgen erfolgt nach festgelegten Industriestandards, wobei die Stahlsorten auf die jeweiligen Verfahren abgestimmt werden, um die Lebensdauer der Formen und die Gussqualität zu stabilisieren.
Über 95 % der gängigen Formen für Aluminiumfelgen bestehen aus H13-Warmarbeitsstahl, der eine ausgewogene Kombination aus thermischer Ermüdungsbeständigkeit und struktureller Stabilität bei hohen Temperaturen für eine Produktion mit langen Zyklen bietet.
LPDC-Gussformen für Felgen aus H13-Stahl erreichen 80.000–120.000 Zyklen, während CPC-Gegendruckgussformen mit demselben Material 100.000–130.000 Zyklen erreichen.
Schwerkraftgussformen für Felgen mit dicken Speichen erfordern eine etwas geringere Stahlhärte, wobei die Härte des H13-Stahls für eine optimale Leistung auf 48–52 HRC geregelt wird.
Die CAE-Simulation von Procast bestätigt, dass H13-Stahl die Porosität und das Schrumpfen der Gussform im Vergleich zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl bei wiederholten Hochtemperaturzyklen um 35 % reduziert.
Radformen, die bei einer Gießtemperatur von über 680 °C eingesetzt werden, müssen aus veredeltem H13-Stahl bestehen, um thermische Verformungen und Risse an der Kavitätenoberfläche zu vermeiden.
Die Präzision der Wasserkanalbohrungen bei Formen aus H13-Stahl erreicht ±0,02 mm, was eine gleichmäßige Kühlung und eine konstante Maßgenauigkeit der Radrohlinge gewährleistet.
Formen für EV-Strukturteile, die die gleichen Stahlstandards wie Radformen erfüllen, erfordern eine höhere Zähigkeit für dünnwandige und hochbelastete Strukturkomponenten.
Versuche mit Gussformen belegen, dass ungeeignete Stahlwerkstoffe die Gratbildung und Verformungsrate bei Radgussteilen in der Serienfertigung um über 40 % erhöhen.
Hochpräzise Radgussformen erfordern eine sekundäre Vakuumwärmebehandlung für H13-Stahl, wodurch die Gesamtgleichmäßigkeit des Materials um 28 % verbessert wird.
Im Vergleich zu anderen legierten Stählen reduziert der Warmarbeitsstahl H13 die Wartungshäufigkeit der Formen um 50 % und eignet sich somit für die 24-Stunden-Dauerbetrieb bei der Radgussproduktion.
Die Materialauswahl für Aluminium-Radgussformen ist ein zentraler Faktor, der die Produktionskosten und die Produktausbeute in der Gussindustrie beeinflusst. Als ausgereifteste Prozessform decken Radgussformen drei technische Verfahren ab: LPDC-Gussformen, Schwerkraftgussformen und CPC-Gegendruckgussformen. Industriedaten zeigen, dass 95 % der Hersteller von seriengefertigten Aluminiumrädern H13-Warmarbeitsstahl als ausschließliches Formmaterial verwenden, da dieser sich durch hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit und gute Bearbeitbarkeit auszeichnet. Unterschiedliche Gussverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Härte und das Anlassen von H13-Stahl. LPDC- und CPC-Hochdruck-Felgenformen erfordern eine höhere Härte und strukturelle Stabilität, während bei Schwerkraft-Felgenformen der Schwerpunkt auf der Gesamtzähigkeit liegt. Die professionelle Procast-CAE-Simulation kann den thermischen Verformungsverlauf verschiedener Stahlwerkstoffe unter langfristigen Hochtemperatur-Betriebsbedingungen vorhersagen und so Porosität, Schrumpfung und Maßabweichungen der Gussformen, die durch Materialermüdung verursacht werden, wirksam vermeiden. Auch bei Formen für EV-Karosserieteile, deren Betriebsbedingungen denen von Radformen ähneln, gelten die Auswahlkriterien für H13-Stahl, um die Langlebigkeit der Formen zu gewährleisten. Vor der Auslieferung der Formen sind strenge Testläufe der Gussformen und Härteprüfungen des Materials unerlässlich, um die Verwendung von nicht konformem Stahl auszuschließen. Eine sinnvolle Stahlauswahl und ein geeigneter Wärmebehandlungsprozess können die Lebensdauer der Formen maximieren, häufige Formwechsel und Wartungskosten reduzieren sowie die Ausschussquote bei Aluminium-Radrohlingen in der langfristigen Serienproduktion stabilisieren.
Häufig gestellte Fragen
F1: Welcher Stahl wird am häufigsten für Aluminium-Radgussformen verwendet? A1: 95 % der gängigen Radformen verwenden den Standard-Warmarbeitsstahl H13.
F2: In welchem HRC-Härtebereich liegen qualifizierte H13-Radformen? A2: Die Härte wird auf 48–52 HRC geregelt, um ein Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu gewährleisten.
F3: Wie viele Zyklen können Felgenformen aus H13-Stahl erreichen? A3: 80.000–130.000 Zyklen, je nach LPDC-, Schwerkraft- und CPC-Verfahren.
F4: Warum sollte man Kohlenstoffstahl für Felgengussformen vermeiden? A4: Kohlenstoffstahl erhöht die Fehlerquote und die Wartungshäufigkeit um über 35 %.
F5: Benötigen hochwertige Felgenformen eine spezielle Stahlbehandlung? A5: Eine Vakuumwärmebehandlung ist erforderlich, um die Materialhomogenität um 28 % zu verbessern.
F6: Ab welcher Gießtemperatur wird veredelter H13-Stahl benötigt? A6: Bei Arbeitstemperaturen über 680 °C ist hochreiner H13-Stahl erforderlich.
F7: Um wie viel kann H13-Stahl Porositätsfehler bei Gussteilen reduzieren? A7: Reduziert die Porosität und Schrumpfung von Gussformen im Vergleich zu Kohlenstoffstahl effektiv um 35 %.
