Druckgussmaterialien und wann sie verwendet werden

Druckguss ist ein hochpräzises und effizientes Metallherstellungsverfahren für Industrie-, Handels- und Konsumgüter. Mit Werkzeugen, die sehr lange halten, eignet sich der Druckguss für die Herstellung komplexer Metallteile und bietet einen großen Wert für die Massenproduktion.

Mehrere Metalle können geeignete Druckgussmaterialien ergeben. Dies sind meist Nichteisenmetalle (Metalle, die keine signifikante Menge Eisen enthalten), obwohl gelegentlich auch Eisenmetalle verwendet werden können. Die wichtigsten Druckgussmaterialien sind Aluminium , Magnesium und Zink Legierungen, die alle besondere Vorteile und geeignete Anwendungen haben.

Dieser Artikel befasst sich mit den besten Druckgussmaterialien und listet ihre jeweiligen Vorteile und gängigen Anwendungen in der Fertigungswelt auf.

Was ist Druckguss?

Druckguss ist eine Form des Metallgusses, eine Familie von Prozessen, bei denen geschmolzenes Metall in einen Formhohlraum gegossen oder gezwungen wird. Es gibt viele Formen des Metallgusses, einschließlich Sandguss (niedrige Kosten), Feinguss (geringes Volumen) und Druckguss (großes Volumen). Gießverfahren unterscheiden sich in Bezug auf ihre Modelltypen, Formtypen, kompatiblen Materialien und Materialzufuhrmethoden (z. B. Schwerkraftgießen vs. Hochdruckinjektion).

Innerhalb der Metallgussfamilie eignet sich der Druckguss besonders für die Massenproduktion komplexer Teile. Denn es wird eine Dauerform in Form von zwei Werkzeugstahlmatrizen verwendet . Diese Matrizen sind teuer in der Herstellung – normalerweise durch maschinelle Bearbeitung –, halten aber sehr lange und bieten langfristig einen Mehrwert.

Druckguss wird in vielen Branchen bei der Herstellung von Industrie-, Handels- und Konsumgütern eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Metallgusstechniken eignet es sich besser für kleine oder mittelgroße Teile, die eine gute Oberflächengüte erfordern.

Das Druckgussverfahren

Beim Druckguss gibt es einige Varianten (die im folgenden Abschnitt erläutert werden), aber der Prozess folgt im Allgemeinen einer festgelegten Routine.

Bevor mit dem Druckgießen begonnen wird, muss ein Hersteller zwei Metallformen beschaffen:die Abdeckungsformhälfte und die Auswerferformhälfte. Zusammen bilden diese beiden Formen das Werkzeug für den Druckguss, und der Spalt zwischen den beiden Formhälften fungiert als Formhohlraum. Matrizen werden normalerweise aus gehärtetem Werkzeugstahl gefertigt, der sehr langlebig ist.

Die erste eigentliche Phase des Druckgussverfahrens besteht darin, die Formen für das Gießen vorzubereiten. Dabei wird Gleitmittel aufgetragen (normalerweise auf Wasserbasis) an den Kavitätenwänden, um sicherzustellen, dass die Gussteile nicht an der Innenseite der Stümpfe haften bleiben. Gleitmittel hilft auch bei der Temperaturkontrolle.

Die nächste Stufe ist die Materiallieferung. In den meisten Druckgusseinrichtungen spritzt die Druckgussmaschine geschmolzenes Metall ein unter hohem Druck in den Formhohlraum gepresst — Die genaue Höhe des Drucks hängt jedoch von der Art des Materials ab und davon, ob es sich um eine Warmkammer- oder eine Kaltkammer-Druckgussmaschine handelt. Der Druck stellt sicher, dass das Material selbst in die kleinsten Spalten gedrückt wird, und dieser Druck wird aufrechterhalten, während das geschmolzene Metall abkühlt und sich verfestigt, um die Schrumpfung zu verringern.

Nachdem das Metall im Formhohlraum abgekühlt und erstarrt ist, wird das Gussteil ausgeworfen durch Öffnen der Matrizen und sanftes Herausdrücken der Gussteile aus den Matrizen mit Auswerferstiften. Unmittelbar nach dem Auswurf kann ein weiterer Schuss vorbereitet werden, was eine schnelle Massenfertigung von Gleichteilen ermöglicht.

Die letzte Stufe des Druckgussprozesses ist das Auspacken Phase, bei der die überschüssigen Metallstücke, die am Gussstück haften, einschließlich Grat von der Trennlinie und allen Anschnitten, Angusskanälen und Angüssen (Teile des Formdesigns, durch die geschmolzenes Metall in die Form gelangen kann, abgeschnitten werden (manuell oder mit speziellen Maschinen). Hohlraum).

Druckguss erzeugt eine hervorragende Oberflächengüte, die nicht das gleiche Maß an Nachbearbeitung erfordert wie beispielsweise maschinell bearbeitete oder 3D-gedruckte Teile.

Warmkammer-Druckguss vs. Kaltkammer-Druckguss

Druckguss lässt sich in zwei Hauptunterarten einteilen:Warmkammer-Druckguss und Kaltkammer-Druckguss. Diese Subtypen unterscheiden sich darin, wo das Metall geschmolzen und wie es eingespritzt wird. Entscheidend ist, dass nur bestimmte Materialien für den Warmkammer-Druckguss geeignet sind . (Beachten Sie, dass Kaltkammer-Druckguss immer noch vollständig geschmolzenes Metall erfordert; es verarbeitet kein Metall in seiner festen Form.)

Das Hauptmerkmal eines Warmkammer-Druckgusses ist die Möglichkeit, Metall innerhalb der Druckgussmaschine zu erhitzen. Manchmal auch Schwanenhalsmaschinen genannt , enthalten diese Systeme einen inneren Verbrennungsbereich und einen Topf für das geschmolzene Metall. Ein Kolben (hydraulisch oder pneumatisch) drückt geschmolzenes Metall aus der Kammer in die Form, woraufhin die Kammer zur Vorbereitung des nächsten Schusses sofort wieder gefüllt werden kann.

Beim Kaltkammer-Druckguss müssen Druckgussmaterialien von außen erwärmt werden, und das geschmolzene Metall muss dann mit einem Rohrweiche in die Druckgussmaschine überführt werden oder Kelle . Ein Stempel drückt das geschmolzene Metall aus der Kammer in die Form (mit einem höheren Druck als beim Warmkammer-Druckguss). Dieser Prozess ist langsamer, da das Metall für jeden Schuss von der externen Quelle übertragen werden muss.

Warmkammer-Druckguss ist zwar schneller, aber in der Materialverträglichkeit eingeschränkter. Es funktioniert normalerweise nur bei Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink, Magnesium und Bleilegierungen. Es kann keine Aluminiumlegierungen verarbeiten, da diese Eisen aus der Kammer aufnehmen können.

Überlegungen zum Druckgussmaterial

Hersteller müssen bei der Auswahl von Druckgussmaterialien bestimmte Faktoren und Variablen berücksichtigen. Dazu gehören:

• Ob das Material für Warmkammer-Druckguss geeignet ist
• Materialkosten
• Indirekte Materialkosten (z. B. erforderliche zusätzliche Nachbearbeitung)
• Strukturelle Materialeigenschaften
• Stärke
• Gewicht
• Oberflächenbeschaffenheit
• Bearbeitbarkeit

All diese Faktoren sollten bei der Auswahl eines Druckgussmaterials für Teile oder Prototypen berücksichtigt werden.

Aluminium-Druckgusslegierungen

Aluminium ist eines der wichtigsten Druckgussmetalle, und Aluminiumlegierungen werden im Kaltkammer-Druckguss verwendet. Diese Legierungen enthalten typischerweise Silizium, Kupfer und Magnesium.

Aluminium-Druckgusslegierungen sind leicht und bieten eine gute Dimensionsstabilität, was sie zu einer guten Wahl für komplexe Teile mit feinen Merkmalen macht. Weitere Vorteile sind gute Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit sowie thermische und elektrische Leitfähigkeit.

Zu den gängigen Druckguss-Aluminiumlegierungen gehören:

• 380 :Eine Allzweck-Aluminiumlegierung, die Gießbarkeit mit guten mechanischen Eigenschaften in Einklang bringt. Es wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet, darunter Motorhalterungen, Möbel, Elektronikgehäuse, Rahmen, Griffe, Getriebegehäuse und Elektrowerkzeuge.
• 390 :Eine Legierung mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und Vibrationsfestigkeit. Es wurde speziell für den Druckguss von Automobil-Motorblöcken entwickelt und eignet sich auch für Ventilkörper, Laufräder und Pumpengehäuse.
• 413 :Eine Aluminiumlegierung mit hervorragenden Gießeigenschaften. Es hat eine gute Druckdichtigkeit und wird daher für Produkte wie Hydraulikzylinder sowie architektonische Teile und Ausrüstungen für die Lebensmittel- und Molkereiindustrie verwendet.
• 443 :Diese Legierung ist die dehnbarste aller Druckguss-Aluminiumlegierungen und eignet sich für Konsumgüter, insbesondere solche, die nach dem Gießen plastisch verformt werden müssen.
• 518 :Eine duktile Aluminiumlegierung mit guter Korrosionsbeständigkeit. Es wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet, darunter Beschläge für Flugzeuge, dekorative Beschläge und Rolltreppenkomponenten.

Magnesium-Druckgusslegierungen

Magnesium ist ein weiteres sehr beliebtes Druckgussmaterial. Es ist sogar leichter als Aluminium und hat den zusätzlichen Vorteil, dass es sich hervorragend bearbeiten lässt – wodurch es für Gussteile geeignet ist, die zusätzliche bearbeitete Details oder eine maschinelle Oberflächenveredelung erfordern.

Ein großer Vorteil von Magnesium-Druckgusslegierungen ist ihre Eignung für den Warmkammer-Druckguss, wodurch sie einfacher zu verarbeiten sind als Druckgussmetalle wie Aluminium. Andere Elemente in Magnesiumlegierungen sind Aluminium, Zink, Mangan und Silizium.

Zu den gängigen Magnesium-Druckgusslegierungen gehören:

• AZ91D :Eine Allzwecklegierung mit guter Gießbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und einem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Zu den Anwendungen gehören mechanische und Antriebsstrangkomponenten.
• AM60 :Eine Legierung mit guter Gießbarkeit, Festigkeit, Vibrationsdämpfung und Duktilität. Es wird in Automobilkomponenten wie Sitzrahmen und Verkleidungen verwendet.
• Seltenerdlegierungen AS41B und AE42 :Legierungen mit überlegener Temperaturbeständigkeit sowie guter Kriechfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Duktilität. Beide Legierungen finden sich in Motorteilen.

Zinkdruckgusslegierungen

Eine weitere wichtige Kategorie von Druckgussmetallen sind Zinklegierungen. In einer Warmkammer-Druckgussmaschine gießbar, ist Zink der herstellerfreundlichste Druckgusswerkstoff und bietet weitere Vorteile wie Schlagfestigkeit, Duktilität und Eignung für die Beschichtung. Aufgrund seiner Gießbarkeit ergibt sich auch ein minimaler Kokillenverschleiß.

Zink ist schwerer als Aluminium und Magnesium und wird normalerweise mit Aluminium, Kupfer und Magnesium legiert.

Gängige Zinkdruckgusslegierungen sind:

• Zamak 3 :Eine universell einsetzbare Zinklegierung, die sich leicht gießen lässt und eine hervorragende Dimensionsstabilität bietet. In Nordamerika wird Zamak 3 für mehr als zwei Drittel der Zinkdruckgussteile verwendet. Beispiele für Anwendungen sind Deckenventilatoren und Sanitärkomponenten.
• Zamak 2 :Eine etwas stärkere und teurere Legierung mit zusätzlichem Kupfergehalt. Es wird häufig zur Herstellung von Werkzeugen für den Kunststoffspritzguss verwendet.
• Zamak 5 :Eine Zinklegierung mit ähnlicher Zusammensetzung wie Zamak 3, jedoch mit größerer Zugfestigkeit und geringerer Duktilität. Beliebt für Produkte wie Autoteile und Radauswuchtgewichte.

Andere Druckgusslegierungen

Andere Druckgussmaterialien umfassen Kupfer, Siliziumtombak, Blei und Zinnlegierungen zusätzlich zu Zink-Aluminium-Legierungen.

Kupferlegierungen weisen neben einer hervorragenden Dimensionsstabilität eine hohe Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit auf. Währenddessen sind Blei- und Zinnlegierungen sehr dicht und können korrosionsbeständig sein. Zink-Aluminium-Legierungen sind an der Vorsilbe ZA erkennbar; solche mit einem geringeren Aluminiumgehalt können im Warmkammer-Druckgussverfahren hergestellt werden, solche mit 11 % oder mehr jedoch normalerweise nicht.