Druckguss ist eine Art Metallguss, bei dem geschmolzenes Metall in zwei Stahlformen gepresst wird, aus denen ein Guss besteht. Druckguss wird typischerweise in der Großserienproduktion eingesetzt und ist dafür bekannt, ein qualitativ hochwertiges, gleichbleibendes Produkt herzustellen. Die für den Druckgussprozess verwendeten Geräte sind in der Regel mit höheren Anschaffungskosten verbunden als Prozesse, bei denen Sandformen zum Einsatz kommen. Allerdings liegen die täglichen Herstellungskosten im Druckguss tendenziell am unteren Ende, was zu niedrigeren Kosten pro Artikel führt.
Vorteile von Druckguss
Präzision und komplexe Geometrie
Mithilfe des Hochdruck-Druckgussverfahrens können Sie präzisionsgefertigte Komponenten mit komplexen Geometrien herstellen, die für eine Vielzahl von Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind, beispielsweise für Elektronikgehäuse, Getriebe, Pumpen, Ventile, Steckverbinder, Halterungen und mehr.
Kosteneffizienz
Druckguss bietet der Land-, Bau- und Bergbaumaschinenindustrie erhebliche Kostenvorteile, insbesondere im Vergleich zu alternativen Verfahren wie Kunststoffspritzguss, Schweißteilen oder Sandguss. Druckguss ermöglicht die Herstellung großvolumiger Teile zu relativ geringen Stückkosten.
Stärke und Haltbarkeit
Maschinen und Geräte in der Landwirtschaft, im Baugewerbe und im Bergbau unterliegen rauen Betriebsbedingungen und hoher Arbeitsbelastung. CWM verwendet langlebige Legierungen wie Aluminium, Magnesium oder Zink, die für außergewöhnliche Festigkeit und Langlebigkeit sorgen. Diese Legierungen bieten eine hohe Korrosions-, Witterungs- und Verschleißbeständigkeit und stellen sicher, dass Komponenten anspruchsvollen Umgebungen standhalten und weiterhin zuverlässig funktionieren.
Leichtes Design
Effizienz und Mobilität sind in der modernen Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung. Druckguss ermöglicht die Herstellung von Leichtbauteilen ohne Kompromisse bei der Festigkeit. Die leichte Beschaffenheit von Druckgussteilen trägt dazu bei, das Gesamtgewicht der Ausrüstung zu reduzieren, was zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und einer geringeren Bodenverdichtung führt.
Umweltaspekte
Nachhaltige Landwirtschaftspraktiken gewinnen weltweit an Bedeutung. Druckguss steht im Einklang mit diesen Praktiken, da er die ökologische Nachhaltigkeit fördert. Da Druckgussteile zu 100 % aus recycelbaren Legierungen hergestellt werden, tragen sie zu umweltfreundlicheren Praktiken in der Landwirtschaft, im Baugewerbe und im Bergbau bei.
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Designüberlegungen beim Druckguss
Entwurf
Ein Entformungswinkel ist eine Neigung, die in die vertikalen Richtungen der Form integriert ist, um das Auswerfen von Teilen zu erleichtern. Der Winkel hängt jedoch vom Gussmaterial, der Oberflächenbeschaffenheit, der Wandstärke und der geometrischen Komplexität ab.
Das Vermeiden des Entformungswinkels während der Formkonstruktion führt dazu, dass das Teil beim Auswerfen an der Form hängenbleibt bzw. daran schleift. Folglich kann es zu Schäden am Teil und/oder an der Form kommen. Durch den Einbau eines größeren Entformungswinkels steigen der Materialverbrauch und die Herstellungskosten.
Im Allgemeinen verbessert ein Entformungswinkel von 10 bis 20 den Teileauswurf. Für typischen Aluminiumdruckguss beträgt der empfohlene Entformungswinkel 20° pro Seite, um der Abrasivität des Materials Rechnung zu tragen. Zink hingegen weist eine Schrumpfungsrate von 0,7 % auf, die Sie bei der Werkzeugkonstruktion berücksichtigen können.
Verrundungsradien
Abrundungsradien sind bei Teilekonstruktionen wichtig, bei denen scharfe Ecken nicht vermieden werden können. Sie reduzieren Spannungskonzentrationen an scharfen Ecken, indem sie diese gleichmäßig über das Teil verteilen. Die Kehlradien hängen von der Teilegeometrie, dem Gussmaterial und den funktionalen Anforderungen ab.
Ein Mindestrundungsradius von {{0}},4 mm wird empfohlen, ist jedoch auf 0,8 mm begrenzt. Ein großer Kehlradius verringert die Spannung, erhöht jedoch den Materialverbrauch und die Bearbeitungskosten. Andererseits bietet ein kleinerer Kehlungsradius möglicherweise keine ausreichende Spannungsentlastung.
Trennlinie
Die Trennlinie ist die Linie, an der sich die beiden Formhälften treffen. Stellen Sie sicher, dass die Trennlinie gerade ist. Darüber hinaus muss es so platziert und ausgerichtet werden, dass seine Sichtbarkeit minimiert wird und die Funktionalität des Teils nicht beeinträchtigt wird. Faktoren wie Teilegeometrie, Hinterschnitte, Formschräge und Anschnitt können die Platzierung der Trennlinie beeinflussen.
Bosse
Bossen sind ein zu einem Druckguss hinzugefügtes Merkmal, das als Befestigungspunkte dient. Für maximale Festigkeit sollten sie eine universelle Wandstärke haben. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Vorsprungs dessen Durchmesser, Höhe und Wandstärke. Eine zu große oder zu kleine Nabe kann zu Montageproblemen, Bauteilverzerrungen oder verminderter Bauteilfestigkeit führen.
Rippchen
Rippen sind dünne und erhabene Merkmale, die die Festigkeit eines Teils erhöhen, ohne dessen Gewicht oder Materialverbrauch zu erhöhen. Sie minimieren die Durchbiegung des Teils und verbessern die Dimensionsstabilität. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Rippe die Teilegröße, Form, Dicke, das Verhältnis von Höhe zu Breite und den Abstand. Die Verwendung zu dicker oder dünner Rippen kann zu Einfallstellen oder Verformungen führen.
Löcher und Fenster
Richtig gestaltete Löcher und Fenster dienen der Belüftung, Entwässerung oder Komponentenintegration. Konstrukteure sollten beim Einbau Lochdurchmesser, -tiefe und -position berücksichtigen, um Teiledefekte oder Funktionsprobleme zu vermeiden.
Welche Materialien werden beim Druckguss verwendet?
Magnesium
Magnesiumlegierungen werden häufig für leichte und hochfeste Teile verwendet. Es gibt Einschränkungen bei der Verarbeitung, aber Magnesiumlegierungen können aufgrund der sehr niedrigen Viskosität der Schmelze im Druckguss zu den dünnsten Abschnitten gehören.
Zink
Für viele Anwendungen mit geringerer Festigkeit wird Zink häufig im Druckgussverfahren hergestellt. Zink und handelsübliche Legierungen, deren Hauptbestandteil es ist, sind kostengünstig, leicht zu gießen und ausreichend stabil für viele Komponenten wie Gehäuse, Spielzeug usw.
Kupfer
Kupfer wird im Druckguss nicht häufig verwendet, da es zur Rissbildung neigt. Es erfordert eine hohe Schmelzetemperatur, was zu einem erhöhten Thermoschock im Werkzeug führt. Beim Druckguss ist eine sorgfältige Handhabung und ein Hochdruckverfahren erforderlich. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu Kupfer.
Zinn
Zinn ist eine weiche Legierung, hauptsächlich Zinn, mit Antimon und Spuren von Kupfer und Wismut. Es wird ausschließlich für Dekorationsgegenstände und Druckgussteile in Niederdruckanlagen verwendet.
Aluminium
Aluminiumlegierungen sind mit Abstand die wichtigsten Werkstoffe in der Seriendruckgussproduktion. Sie reagieren am besten auf eine heiße Kammer und hohen Druck – oder neuerdings auch auf Vakuumdruckguss – und liefern Teile mit mittlerer bis hoher Festigkeit und hoher Präzision. Auch in Prozessen mit niedrigerem Technologieniveau sind Aluminiumlegierungen nach wie vor von entscheidender Bedeutung.
Führen
ROHS hat zu einer deutlichen Reduzierung des Einsatzes von Bleiteilen geführt. Sie sind jedoch nach wie vor von entscheidender Bedeutung bei der Herstellung von (ICE-)Autobatterieteilen, insbesondere von Anschlüssen. Viele Entwicklungen im Bleidruckguss haben die Gesamtautomatisierung und Prozessgeschwindigkeit verbessert – Entwicklungen, die sich auf die Verarbeitung anderer Materialien ausgewirkt haben.
Legierungen auf Zinnbasis
Legierungen auf Zinnbasis verursachen aufgrund der niedrigen Viskosität und des niedrigen Schmelzpunkts einen sehr geringen Verschleiß und eine geringe Belastung der Werkzeuge. Während Legierungen mit hohem Zinngehalt (außer Zinn) heute nur noch selten verwendet werden, besteht dennoch ein Bedarf, und es gibt Spezialisten, die in diesem Bereich tätig sind.
Schritte beim Druckgussvorgang
Form erstellen
Zunächst wird eine CAD-Software (Computer Aided Design) eingesetzt, um die Form zu entwerfen. Diese Software ermöglicht die Erstellung eines dreidimensionalen (3D) Modells der Formform. Sobald das Design fertiggestellt ist, kann die eigentliche Matrizenform erstellt werden. Dabei wird die Form mithilfe einer CNC-Maschine aus einem Metallblock gefertigt. Nach dem Schneiden muss die Form normalerweise einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen werden, um die Form zu härten.
Spannen
Das Spannen ist der Anfangsschritt beim Druckguss. Um eine effiziente Injektion und Entfernung des verfestigten Produkts zu gewährleisten, ist es wichtig, die Matrize vorher zu schmieren und zu reinigen, um etwaige Verunreinigungen zu entfernen. Sobald es sauber und geschmiert ist, üben Sie starken Druck aus, um die Matrize festzuklemmen und zu schließen.
Casting
Zum Einspritzen geschmolzenen Metalls sollte dieses in die Schusskammer gegossen werden. Dieser Schritt variiert je nach verwendetem Prozess. Beispielsweise im Kaltkammer-Druckguss und im Warmkammer-Druckguss. Es ist wichtig zu beachten, dass für diese Phase ein hoher Druck erforderlich ist, der von einem Hydrauliksystem erzeugt wird.
Kühlung
Nachdem der Guss ausgehärtet ist, muss er abgekühlt und aus der Form entfernt werden. Dieser Schritt ist für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität des Gussstücks von entscheidender Bedeutung. In dieser Phase des Druckgusses verwenden Hersteller üblicherweise eine erzwungene oder natürliche Kühlung. Allerdings hängt die Art der Kühlung häufig von der Größe und Komplexität des Gussstücks ab.
Auswurf
Nach dem Abkühlen verwenden Hersteller Auswerferstifte, um das Gussstück aus der Formkammer auszustoßen und aus der Form zu entnehmen. Stellen Sie sicher, dass das Endprodukt fest ist, bevor Sie es auswerfen.
Trimmen
Der letzte Schritt besteht darin, überschüssiges Metall zu entfernen, das möglicherweise im Anguss und im Angusskanal des fertigen Produkts vorhanden ist. Das Zuschneiden kann mit einer Säge, einem Schleifer, einem Schneideisen oder anderen Werkzeugen erfolgen. Das Schöne an dem Verfahren ist, dass die entfernten Teile recycelt und wiederverwendet werden können. Um Schäden am Gussstück zu vermeiden, ist bei diesem Vorgang große Aufmerksamkeit und Sorgfalt erforderlich.
Arten von Druckguss
Kokillenguss
Beim Schwerkraft-Kokillenguss bewirkt die Schwerkraft, dass das geschmolzene Metall in den Formhohlraum fließt. Durch die Verwendung einer flüssigen Schlickerbeschichtung wird verhindert, dass das geschmolzene Metall an der Metallform haften bleibt.
Ein Formkasten enthält die Hälfte des Gießbeckens, des Anschnitts, der Angusskanäle und des Hohlraums, während der andere Formkasten die restliche Hälfte enthält. Beim Kern kommt die Hälfte in den einen Formkasten und die andere Hälfte in den anderen Formkasten.
Aluminium-Druckguss
Eine Metallumformtechnik, mit der komplexe Aluminiumteile hergestellt werden können, wird Aluminiumdruckguss genannt. Barren aus Aluminiumlegierungen werden vollständig geschmolzen, nachdem sie auf extrem hohe Temperaturen erhitzt wurden.
Das flüssige Aluminium wird unter Druck in den Hohlraum der Stahlform eingespritzt. Nachdem das geschmolzene Aluminium erstarrt ist, trennen sich die beiden Hälften der Form, um das gegossene Aluminiumteil freizulegen.
Das fertige Aluminiumprodukt hat eine glatte Oberfläche und erfordert nur wenig Bearbeitung. Aufgrund der Verwendung von Stahlformen ist diese Gussart ideal für die Massenproduktion von Aluminiumteilen.
Druckguss
Beim Druckguss wird geschmolzenes Metall durch äußeren Druck in eine permanente Metallform eingespritzt. Diese Art von Guss kann anhand der folgenden Kategorien klassifiziert werden:
Kaltkammer-Druckguss
Legierungen wie Aluminium- und Zinklegierungen, die einen großen Anteil an Aluminium, Magnesium und Kupfer enthalten, können in Heißkammermaschinen nicht verwendet werden. Hier kommt diese Methode ins Spiel.
Bei diesem Verfahren wird zunächst das Metall in einem Ofen geschmolzen und dann eine präzise Menge geschmolzenen Metalls an eine Kaltkammermaschine übergeben, die es dann in einen Einspritzzylinder einspeist.
Warmkammer-Druckguss
Die zum Warmkammer-Druckguss eingesetzten Maschinen werden auch „Schwanenhalsmaschinen“ genannt. Um die Matrize zu beschicken, nutzt die Maschine einen Pool aus geschmolzenem Metall. Ein Kolben in der Baugruppe fährt zu Beginn jedes Zyklus zurück, sodass das geschmolzene Metall den „Schwanenhals“ füllen und den Zyklus beginnen kann.
Ein pneumatischer oder hydraulischer Kolben drückt das Metall aus dem Schwanenhals in die Matrize. Schnelle Zykluszeiten (ca. 15 Zyklen pro Minute) und die Bequemlichkeit, das Metall innerhalb der Gießmaschine zu schmelzen, sind zwei Vorteile dieses Systems.
Druckguss vs. Sandguss – Hauptunterschiede
Startzeit
Die Startzeit dieser Prozesse kann sehr unterschiedlich sein. Sandformen können sehr schnell hergestellt werden, wenn das gewünschte Muster bereits vorliegt. Die Herstellung einer Stahlform für den Druckguss dauert jedoch länger, da sie entworfen, bearbeitet, getestet und an der Ausrüstung befestigt werden muss, was sehr zeitaufwändig sein kann.
Der Aufbau und die erforderlichen Maschinen für den Druckguss bedeuten auch viel höhere Vorlaufkosten als beim Sandguss. Die Investition in Druckgussanlagen macht in der Regel erst bei höheren Produktionsmengen Sinn.
Oberflächenbeschaffenheit
Ein weiterer Unterschied zwischen Sandguss und Druckguss ist die Oberflächenbeschaffenheit der mit diesen Verfahren hergestellten Gussteile. Sandguss hinterlässt raue Oberflächen auf den Teilen, da der verdichtete Sand seine Textur in den Guss einprägt. Spezielle Sande und andere Maßnahmen können die Rauheit reduzieren, sind jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden. Druckgussprodukte zeichnen sich jedoch durch eine sehr hochwertige Oberflächenbeschaffenheit aus, die sowohl auf die Glätte der Innenwände der Form als auch auf den Druck zurückzuführen ist, mit dem die Form gefüllt wird. Beachten Sie, dass auf Wunsch auch Druckgussteile mit gestalteten Texturen versehen werden können.
Komplexität der Teile
Während mit beiden Methoden komplexe Teileformen erzeugt werden können, ist Druckguss häufig das bevorzugte Verfahren für diese Gussarten. Dank der Druckinjektion des geschmolzenen Aluminiums können beim Druckguss Bauteile mit sehr dünnen Wänden hergestellt werden. Die Druckinjektion führt außerdem zu einer höheren Maßhaltigkeit der Gussteile im Vergleich zum Sandguss.
Anwendung von Druckguss
Konstruktion
Aufgrund ihrer Festigkeit und ihres geringen Gewichts werden Aluminium-Metallgussteile zur Herstellung von Fensterrahmen, Dachaufbauten und Gebäuderahmen verwendet. Wohn- und Geschäftsgebäude, Brücken und Wolkenkratzer werden heute aus einer Vielzahl von Druckgussteilen hergestellt.
Gesundheitspflege
Aus Druckgussteilen werden komplexe medizinische Geräte wie Ultraschallsysteme, Herzschrittmacher, Dialysegeräte, medizinische Roboter, Überwachungsgeräte und Getriebe für Krankenhausbetten hergestellt.
Energie
Die Öl- und Gasbranche ist bei der Herstellung von Rohrleitungen, Bohrmaschinen, Ventilen, Durchflussreglern, Filtergeräten, Laufrädern und vielem mehr auf Druckgusskomponenten angewiesen. Der Sektor der erneuerbaren Energien verwendet eine Reihe von Druckgusskomponenten wie Rotorblätter von Windkraftanlagen und Halterungen für Solarmodule.
Elektronik
Das rasante Innovationstempo in der Unterhaltungselektronikindustrie erfordert eine ständige Versorgung mit flexiblen, leichten, hitzebeständigen und äußerst langlebigen Präzisionsteilen. Die Elektronikindustrie verwendet Druckgusskomponenten in allen Bereichen, von Gehäusen von 5G-Basisstationen über Smartphones und Drohnen bis hin zu Personalcomputern und Haushaltsgeräten.
Kulinarisch
Gusseisen- und Edelstahlgussteile sind in der kulinarischen Industrie allgegenwärtig. Produkte wie Pfannen, Bratpfannen und Öfen aus Edelstahl und Gusseisen werden sowohl vom Durchschnittsverbraucher als auch in der Gastronomie verwendet. Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Bakterien, Hitze und Chemikalien wird Edelstahl-Präzisionsguss häufig für schwere Maschinen in der Lebensmittelverarbeitungsbranche verwendet.
Bergbau
Druckgegossene Metallkomponenten werden in Bergbau- und Mineralverarbeitungsgeräten wie Baggern, Bohrern, Schleppleinen, Brechern und speziellen Schwerlastfahrzeugen verwendet.
Papier
Papierfabriken sind auf eine Reihe von Maschinen angewiesen, die aus Druckgusskomponenten bestehen. Dazu gehören Köpfe, die in Papiermaschinentrocknern verwendet werden, Riemenscheiben, Zahnräder und Gehäuse.
Möbel
Aluminiumdruckgussteile können aus recycelten Materialien präzise und kostengünstig hergestellt werden, haben keine Verbindungen, können pulverbeschichtet werden und verfügen über Teile mit vielen integrierten Funktionen. Damit sind sie ideal für Möbelhersteller.
Maschinen- und Anlagenbau
Hochpräzise Fertigungsprozesse sind nur durch den Einsatz großformatiger Druckguss-Industrieprodukte wie Werkzeugmaschinen, Förderbänder, Pumpen, Hebezeuge und Kompressoren möglich.
Luft- und Raumfahrt
Wie in der Automobilindustrie sind auch in der Luft- und Raumfahrtbranche leichte, hochfeste Strukturkomponenten und komplexe Teile erforderlich. Der Einsatz von Magnesium- und Aluminium-Druckguss ermöglicht es Luft- und Raumfahrtherstellern, leichtere und treibstoffeffizientere Flugzeuge zu bauen.
FAQ
F: Welche zwei Arten von Druckguss gibt es?
F: Wie lange hält ein Druckguss?
F: Kann Druckguss wiederverwendet werden?
F: Ist Druckguss dauerhaft?
F: Was ist die Beschichtung für Druckguss?
F: Ist Druckguss zerbrechlich?
F: Welcher Stahl wird beim Druckguss verwendet?
F: Wofür wird Druckguss verwendet?
F: Ist Druckguss aus Kunststoff oder Metall?
F: Rostet Druckguss?
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