Verständnis des Hochdruckgusses (HPDC) in der Teilefertigung

Hochdruckguss ist ein Druckgussverfahren, das in Industrien, die Metallteile mit komplexen Designs herstellen, sehr gut anwendbar ist. Abgesehen von seiner Kompatibilität mit jedem Produktdesign wird es von vielen Herstellern von Metallteilen aufgrund seiner einfachen Bedienung, geringeren Materialverschwendung und Kosteneffizienz in Betracht gezogen.

Wenn Sie auf der Suche nach dem richtigen Verfahren für Ihr Druckgussprojekt sind, braucht die Frage „Wie kann ich Druckguss einsetzen?“ vielleicht ein paar Einblicke. Daher wird dieser Artikel antworten, indem er über den Prozess, die verwendeten Maschinen und seine Anwendung in der Teilefertigung spricht.

Konzept des Hochdruckgusses

Hochdruckguss (HPDC) ist eine der drei Hauptarten des Druckgusses, die bei der Herstellung von Metallteilen verwendet werden. Unabhängig von der Maschine beinhaltet der Prozess das Einspritzen von geschmolzenem Metall in eine vorgefertigte Form mit hohem Druck. Danach erfolgt eine Abkühlung, und das geschmolzene Metall verfestigt sich und wird aus der Form entfernt. Der Zyklus geht dann weiter.

Das Hochdruckgussverfahren wird manchmal mit dem Niederdruckguss (LPDC), einer anderen Art des Druckgusses, verwechselt. Beide Verfahren unterscheiden sich jedoch mit ihren Vor- und Nachteilen. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung dessen, was beides beinhaltet.

• HPDC verwendet eine horizontal ausgerichtete Maschine
• HDPC-Maschinen spritzen das geschmolzene Metall mit hohem Druck (1000 bis 25000 PSI) ein
• LPDC-Maschinen haben zwei Werkzeughälften, die an unterschiedlichen Maschinenplatten befestigt sind
• Niederdruckguss verwendet vertikal ausgerichtete Maschinen
• LPDC-Maschinen spritzen das geschmolzene Metall mit niedrigem Druck ein.

Mit Hochdruckguss kompatible Materialien

HPDC ist nur bei der Herstellung von Metallteilen anwendbar, wobei die gängigsten Materialien Aluminium, Zink und Magnesium sind. Nachfolgend finden Sie eine kurze Einführung zu den kompatiblen Materialien, damit Sie wissen, ob Sie beim HPDC bleiben oder ein anderes verwenden sollten.

1. Aluminium

Aluminium ist das gebräuchlichste HPDC-Material – ein Grund dafür, dass Aluminium-Druckguss ein beliebtes Herstellungsverfahren in Branchen wie der Automobil- und Luft- und Raumfahrt ist.

Es ist aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften sehr verbreitet. Abgesehen davon ist Aluminium beim Schmelzen unter hohem Druck gut fließend, erfordert aber für hochwertige Gussteile ein Kaltkammersystem. Übliche Aluminiumlegierungen, die in diesem Prozess verwendet werden, sind 380, 390, 412, 443 und 518.

Aluminium-HPDC-Teile sind aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Dimensionsstabilität, elektrischen Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit in mehreren Branchen weit verbreitet.

2. Magnesium

Magnesium ist ein weiteres beliebtes HPDC-Material, das für sein geringes Gewicht (leichter als Aluminium) und seine gute Bearbeitbarkeit bekannt ist. Sie eignen sich aufgrund ihrer niedrigeren Schmelzpunkte besser für den Warmkammer-Druckguss. Gängige Magnesiumlegierungen, die Sie verwenden können, sind AZ91D, AM60, AS41B und AE42.

3. Zink

Zink ist das herstellerfreundlichste der drei gängigen HPDC-Materialien. Es funktioniert am besten mit einem Heißkammersystem, ist aber auch für ein Kaltkammersystem geeignet. Übliche Hochdruck-Zinkdruckgusslegierungen umfassen Zamak, 2, 3 und 5. Zinkdruckgussmaterialien sind stark, haltbar und bearbeitbar.

Andere kompatible Materialien umfassen Kupfer-, Blei- und Zinnlegierungen. Jeder hat seine einzigartigen Eigenschaften. Daher sollten Sie vor der Auswahl die erforderliche Funktion und die Einsatzumgebung prüfen. Es ist sogar noch besser, sich bei einem Druckgussservice zu erkundigen, der den Prozess auf das richtige Material überträgt.

Komponenten einer Druckgussmaschine

Hochdruckgussmaschinen verwenden zwei unterschiedliche Systeme:Kalt- und Heißkammern. Beide Systeme verwenden nahezu die gleichen Komponenten mit ähnlichen Funktionen. Für einen Hersteller, der eine HPDC-Maschine möchte, finden Sie unten einige Komponenten einer HPDC-Maschine und ihre Funktionen.

1. Druckgussform

Dies ist der wichtigste Teil der Maschine, die aufgrund der hohen Präzision, Genauigkeit und Toleranz hauptsächlich aus Stahl mit einem Verfahren wie CNC-Bearbeitung hergestellt wird. Es hat ein Design, das das beabsichtigte Produkt darstellt. Druckgussformen haben zwei Hälften (beweglich und fest), die an der Maschine befestigt sind. Beide Hälften werden unter Krafteinwirkung festgeklemmt, wenn der Bediener geschmolzenes Metall einspritzt.

2. Auswerferstifte

Diese Komponenten wirken beim Auswerfen des Druckgusses nach dem Erstarren. Sie befinden sich meistens auf der beweglichen Werkzeughälfte.

3. Kolben

Der Kolben erzeugt den Druck, der geschmolzenes Metall aus der Blaskammer in die Form spritzt. Je nach Maschinentyp kann es automatisiert werden.

4. Heizungskomponenten

Die Heizkomponenten sind das Heizelement, das Thermoelement und die Blaskammer (Ort des geschmolzenen Metalls). Sie dienen zum Erhitzen von Metall, während sie die Temperatur des geschmolzenen Metalls speichern und aufrechterhalten. Heizkomponenten fehlen im Kältekammersystem.

5. Steigrohr

Es fungiert als Durchgang für das geschmolzene Metall in die Druckgussform.

Wie funktioniert das Druckgussverfahren?

Die meisten Druckguss-Enthusiasten sind sich einig, dass HPDC vier Prozesse hat:Formvorbereitung, Einspritzung, Auswurf und Nachbehandlung. Nachfolgend finden Sie alles, was Sie über die Funktionsweise des Prozesses wissen müssen:

Schritt Nr. 1:Formvorbereitung

Die Formvorbereitung umfasst das Reinigen der Form, um Verunreinigungen zu entfernen, die die Qualität des Metallgusses beeinträchtigen können. Außerdem umfasst es das Schmieren der Innenwände der Form zum leichteren Auswerfen aus der Form und zur Regulierung der Temperatur.

Schritt Nr. 2:Injektion

Dieser Schritt beinhaltet das Einspritzen des geschmolzenen Metalls in die Form. Die Einspritzmethode hängt jedoch vom Einspritzsystem der Maschine ab. Es gibt zwei Systeme:Heißkammer und Kaltkammer. Nachfolgend finden Sie eine Erläuterung beider Methoden.

Heißkammer-Einspritzsystem

Das Heißkammer-Einspritzsystem eignet sich für die Bearbeitung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink, Magnesium und Blei. Dabei wird das Metallteil in der Maschine geschmolzen und das geschmolzene Metall in die Form gespritzt.

Kältekammer-Einspritzsystem

Bei der Kaltkammerinjektion wird das geschmolzene Metall in die Blaskammer gegossen, bevor es in die Form gespritzt wird. Das System eignet sich für Materialien mit hochschmelzenden Metallen wie Aluminium und Messing. Aufgrund des hohen Schmelzpunkts des Materials ist es notwendig, sie außerhalb des Systems zu schmelzen.

Im Folgenden finden Sie einige Kernaussagen zu den beiden Systemen:

• Das Heißkammer-Einspritzsystem ist aufgrund des zusätzlichen Schritts des Kaltkammersystems zum Erhitzen des Metalls schneller.
• Die heiße Kammer verbraucht weniger Druck (1.000 bis 5.000 psi), im Gegensatz zu den 1.500 bis 25.000 psi der kalten Kammer.
• Das Kaltkammersystem kann eine horizontale oder vertikale Injektion verwenden, während das Heißkammersystem nur eine horizontale Injektion verwendet.
• Das Heißkammer-Einspritzsystem eignet sich aufgrund der Größenbeschränkungen der Maschine für die Herstellung kleiner, komplizierter Teile.

Schritt Nr. 3:Teile entfernen

Beim Abkühlen erstarrt das geschmolzene Metall. Anschließend verwendet der Bediener den Auswerferstift, um den Hohlraum der Form freizugeben und die erstarrten Gussteile herauszudrücken.

Schritt #4:Trimmen

Das Trimmen ist notwendig, um das zusätzliche Material zu entfernen, das sich auf dem Gussteil und der Form befindet. Es gibt viele Möglichkeiten, die zusätzlichen Materialien zuzuschneiden. Zu den üblichen gehören die Verwendung eines Trimmwerkzeugs und einer Säge. Die zusätzlichen Materialien sind wiederverwendbar und recycelbar. Dadurch ist das Verfahren kostengünstig.

Vorteile von Druckgussteilen

Druckguss hat aufgrund seiner Vorteile breite industrielle Anwendungen. Im Folgenden finden Sie einige Gründe, warum Sie den Prozess für Ihr Projekt verwenden sollten:

1. Höhere Produktionsraten

Die Injektionsstufe ist die wichtigste HPDC-Stufe und ist schnell. Daher hat HPDC eine hohe Produktionsrate. Daher ist das Verfahren im Rapid Prototyping, insbesondere für die Großserienfertigung, wichtig. Es ist auch schneller als LPDC und andere Casting-Methoden.

2. Hochwertige Hochdruckgussteile

Mit HPDC hergestellte Druckgussteile haben eine hohe Maßhaltigkeit, eine gute Oberflächenbeschaffenheit und eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit. Sie behalten auch die mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials bei und müssen selten weiter bearbeitet werden.

3. Dünnwandige Produkte

Hochdruckguss kann eine dünne Wandstärke von unter 0,40 mm erreichen. Außerdem können Sie Einsätze (oder Co-Cast-Teile) hinzufügen, wodurch die Anzahl der Komponenten während der Montage reduziert wird.

4. Erreichen Sie ein komplexes Design

HPDC eignet sich aufgrund der Flexibilität bei der Formgebung für die Herstellung von Produkten mit komplexen Formformen. Durch die Flexibilität lassen sich die produzierten Teile leichter montieren.

5. Langlebige Matrizen

Druckgussformen, die in HPDC verwendet werden, sind sehr langlebig, was sie in mehreren Produktionszyklen nützlich macht. Aufgrund ihrer Haltbarkeit gibt es eine Reduzierung der Stückkosten der Druckgussteile.

Wann sollten Sie Druckguss nicht in Betracht ziehen?

Obwohl HPDC einzigartige Vorteile bietet, gibt es zwei Situationen, in denen es nicht ideal ist. Wenn Sie in diese Kategorie fallen, sprechen Sie unbedingt mit einem Rapid-Prototyping-Unternehmen über mögliche Herstellungsverfahren. Informieren Sie sich hier über die Vor- und Nachteile des Druckgusses.

Luft vorhanden

HPDC ist nicht das richtige Material für Produkte, die keine Lufteinschlüsse haben dürfen. Aufgrund des verwendeten hohen Drucks kann es während der Einspritzphase zu Lufteinschlüssen in der Form kommen. Infolgedessen führt dies zu Porosität, und solche Teile dürfen keiner Wärmebehandlung unterzogen werden, da dies zu Oberflächenblasen führen kann. Wenn Sie Druckguss immer noch für das richtige Verfahren halten, können Sie auf Niederdruckguss umsteigen.

Anfängliche Anlaufkosten

Die Einrichtung einer persönlichen HPDC-Maschine erfordert eine enorme Investition. Ein Grund, warum viele Menschen und Unternehmen die Auslagerung an einen Druckgussservice in Erwägung ziehen.

Anwendung des Druckgussverfahrens

HPDC verfügt über breite industrielle Fähigkeiten und wird daher in den folgenden Branchen eingesetzt:

1. Automobilindustrie

Die Automobilindustrie verwendet HPDC zur Herstellung von Motorblöcken, Getriebegehäusen, Motorhalterungen und anderen strukturellen Fahrzeugteilen. Diese Teile haben ein komplexes Design und erfordern eine hohe Genauigkeit. Außerdem eignen sie sich aufgrund ihrer Kompatibilität mit Materialien wie Aluminium und Magnesium

2. Medizinische Industrie

Medizinische Teile wie Hochleistungs-Bildgebungsgeräte und Infusionspumpen werden mit den HPDC-Maschinen hergestellt. Aufgrund seiner Produktivität, Materialkompatibilität und Kompatibilität mit dem komplexen Produktdesign ist es das bevorzugte Verfahren.

3. Luft- und Raumfahrtindustrie

Die Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet HPDC auch bei der Herstellung von Produkten wie Motorteilen. Hier sind aufgrund ihrer Eigenschaften Zink-, Magnesium- und Aluminium-Druckguss üblich.

Sollte ich auslagern oder eine Hochdruckgussmaschine kaufen?

Die Wahl zwischen Outsourcing und dem Erwerb einer HPDC-Maschine hängt von Ihrem Unternehmen, der Größe des Projekts und den Investitionsmöglichkeiten ab.

Kleine und mittlere Unternehmen sollten unabhängig von ihrer Projektgröße an Druckgussdienste auslagern. Für große Unternehmen wird der Wunsch nach Gewinnmaximierung Ihre Wahl bestimmen, da HPDC hohe Anlauf-, Wartungs- und Betriebskosten hat.

Die Auslagerung an einen Druckgussdienstleister sollte nur erfolgen, nachdem mehrere Faktoren geprüft wurden, von denen die wichtigsten die Fertigungskapazität, die Preisgestaltung und die Qualität sind. Bei WayKen ermöglichen uns unsere Produktionsanlagen und fortschrittlichen Einrichtungen die Herstellung hochwertiger und kostengünstiger Druckgussteile. Nutzen Sie unser Online-Angebot und erhalten Sie eine kostenlose DFM-Analyse. Darüber hinaus kommen Sie in den Genuss einer schnellen Lieferzeit und wettbewerbsfähiger Marktpreise.

Schlussfolgerung

Hochdruckguss ist ein gängiges Herstellungsverfahren in der Industrie, bei dem massive Metallteile mit komplexen Designs verwendet werden. Es bietet einfache Bedienung, weniger Materialverschwendung und Wirtschaftlichkeit. Dieser Artikel sprach über das Verfahren und seine Anwendung in der Teilefertigung. Sie benötigen hochwertige Metallteile aus Druckguss? Lassen Sie uns Ihnen beim Einstieg helfen.

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Häufig gestellte Fragen

Warum verwenden Sie CNC-Bearbeitung für Druckgussformen?

Die CNC-Bearbeitung ist aufgrund ihrer Präzision, Genauigkeit und hohen Toleranz das häufigste Verfahren zur Herstellung von Formen. Die Form erfordert einen Prozess, der hohe Details liefern kann. Daher ist die CNC-Bearbeitung ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Druckgussformen.

Ist Hochdruckguss für Kunststoffe geeignet?

Nein, Sie müssen Spritzguss für Kunststoffpolymere verwenden. Druckguss ist Spritzguss für Metalle.

Was ist der Unterschied zwischen Hochdruckguss und Schwerkraftguss?

Hochdruckguss ist eine Art Druckgussverfahren, d.h. es wird mit Druck gespritzt. Beim Schwerkraftguss hingegen wird die Form unter dem Einfluss der Schwerkraft mit geschmolzenem Metall gefüllt.