Druckguss erklärt: Prozesse, Materialien, Anwendungen & Kosten

Der Druckgussprozess beinhaltet das Injizieren von flüssigem Metall mit niedrigen Schmelzpunkten wie Zink und Aluminium in die Druckgussform und dessen Abkühlung. Je nach Schmelzpunkt erfolgt er unter zwei verschiedenen Mechanismen (Heiß- und Kaltkammergießen) und eignet sich zur Herstellung einfacher und komplexer Blechteile.

Das Verfahren hat einen einzigartigen Ansatz und ist für die Fertigung vieler Metallteile verantwortlich, die in Konsum- und Industrieprodukten verwendet werden. Bevor Sie das Verfahren nutzen oder an Unternehmen auslagern, die solche Dienstleistungen anbieten, sollten Sie jedoch exquisites Wissen darüber erlangen. Daher führt dieser Artikel in den Druckguss, seine Geschichte, Mechanismen sowie Vor- und Nachteile des Druckgussprozesses ein.

Was ist Druckguss?

Druckguss ist ein Prozess, bei dem niedrig schmelzende Metalle geschmolzen und in eine bereits hergestellte Form – die Druckgussform – injiziert werden. Eine Form oder ein Werkzeug wird aus Stahl gefertigt, der für ein einzelnes Projekt mit Fertigungsverfahren wie CNC-Zerspanen hergestellt wird. Folglich weisen Blechteile, die durch Druckguss gefertigt werden, hohe Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit auf.

Geschichte des Druckgusses in der Fertigung

Druckguss reicht bis ins Jahr 1800 zurück und war eine wichtige Technik in der Druckindustrie. 1849 baute Sturges die handbetriebene Druckgussmaschine für den Druck, die das Erstellen verschiedener komplexer Formen genauer, kreativer und beständiger machte. 1855 entwickelte Otto Mergenthaler die Linotype-Maschine, bekannt für ihre bessere Effizienz und ein wichtiger Bestandteil der Verlagsbranche.

Die Nachfrage nach Druckgussmaschinen wuchs im 19. Jahrhundert aufgrund ihrer Vorteile. Folglich wurde Druckguss in vielen Industrien populär. In dieser Periode gab es technologische Fortschritte. Beispielsweise ersetzte Aluminium Zinn und Blei aufgrund ihrer höheren Qualität. Auch der ursprüngliche Prozess des Niederdruck-Druckgusses änderte sich zu Hochdruckgießverfahren.

Laut Grand View Research machte die Druckgussindustrie 2016 49,7 % der globalen Anteile aus aufgrund niedriger Produktionskosten und Konsistenz.

Arten von Druckgussprozessen

Die zwei industriell genutzten Druckgussprozesse sind Heißkammer- und Kaltkammerdruckguss. Jeder hat seine Besonderheiten und ist in unterschiedlichen Szenarien anwendbar. Im Folgenden wird beschrieben, was die beiden Prozesstypen beinhalten.

Heißkammerdruckguss

Der Heißkammerdruckgussprozess ist die perfekte Methode für die Arbeit mit niedrig schmelzenden Materialien wie Zink, Zinn, Blei und Magnesiumlegierungen. Er ist nicht für Legierungen mit höherem Schmelzpunkt geeignet, da dies die Pumpe beschädigen würde, da die Pumpe direkt mit dem Metall in Kontakt käme. Es handelt sich um das Schmelzen des Metalls und Injizieren in die Form unter Druck eines hydraulischen Systems.

Kaltkammerdruckguss

Der Kaltkammerdruckguss ist die perfekte Methode für die Arbeit mit hochschmelzenden Materialien wie Aluminium. Dieses Verfahren ist ideal für solche Metalle, da die zum Schmelzen des Materials erforderliche hohe Temperatur das Pumpensystem beschädigen kann.

Der Prozess beinhaltet das Eingießen des geschmolzenen Materials in eine kalte Kammer vor dem Injizieren in die Form. Das in einem Kaltkammerprozess verwendete hydraulische System ähnelt dem des Heißkammerprozesses. Es kann jedoch einen höheren Druck von 2000 bis 20000 psi erfordern.

Schritte des Druckgussprozesses

Ob Heiß- oder Kaltkammerdruckguss, der Standardprozess beinhaltet das Injizieren von flüssigem Metall unter hohem Druck in eine Form. Im Folgenden die detaillierten Druckgussprozessschritte:

· Spannen (Clamping)

Der erste Schritt im Druckguss ist das Spannen. Davor reinigen Sie die Form, um Verunreinigungen zu entfernen, und schmieren sie für besseres Injizieren und Entnehmen des erstarrten Produkts. Nach Reinigung und Schmierung spannen und schließen Sie die Form mit hohem Druck.

· Injizieren (Injection)

Schmelzen Sie das Metall, das Sie injizieren möchten, und gießen es in die Spritzkammer. Das Verfahren hängt vom verwendeten Prozess ab. Beispielsweise ist die Spritzkammer beim Kaltkammerdruckguss kalt, während sie beim Heißkammerdruckguss heiß ist. Danach injizieren Sie das Metall unter hohem Druck, erzeugt durch ein hydraulisches System, in die Form.

· Abkühlen (Cooling)

Während die Form gespannt ist, lassen Sie das Metall zur Erstarrung abkühlen. Das erstarrte Material wird eine Form haben, die dem Design der Form ähnelt.

· Auswerfen (Ejection)

Nach dem Lösen der Form drückt ein Auswurfsmechanismus das feste Gussstück aus der Form. Stellen Sie sicher, dass die Erstarrung vollständig ist, bevor Sie das Endprodukt auswerfen.

· Entgraten (Trimming)

Dies ist der letzte Schritt und beinhaltet die Entfernung des überschüssigen Metalls im Anguss und Spritzkanal am fertigen Produkt. Entgraten ist mit einer Entgratform, Säge oder anderen Verfahren möglich. Die entfernten Metallteile sind recycelbar und im Prozess wiederverwendbar.

Druckgusslegierungen

Die meisten im Druckguss verwendeten Legierungen sind nichteisenhaltig mit starken mechanischen Eigenschaften. Der nichteisenhaltige Anteil ist verantwortlich für den niedrigen Schmelzpunkt in Übereinstimmung mit den starken mechanischen Eigenschaften. Die Art der benötigten Eigenschaften hängt vom bearbeiteten Material ab. Daher gibt es keine Beschränkung bei der Materialwahl. Im Folgenden sind jedoch einige beliebte Legierungen:

· Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen haben einzigartige Eigenschaften, die sie für eine breite Palette von Produkten anwendbar machen. Einerseits ist die Aluminiumlegierung 380.0 das am häufigsten verwendete Material im Druckguss aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften. Weitere Legierungen sind Aluminiumlegierungen 360, 390 und 413. Sie können Aluminiumlegierungen wegen folgender Eigenschaften verwenden:

• Hohe Betriebstemperaturen
• Herausragende Korrosionsbeständigkeit
• Leichtgewicht
• Sehr gute Festigkeit und Härte
• Gute Steifigkeit und Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
• Exzellente EMI- und RFI-Schirmeigenschaften
• Exzellente Wärmeleitfähigkeit
• Hohe elektrische Leitfähigkeit
• Gute Veredelungseigenschaften
• Volle Recyclingfähigkeit
• Hält die höchsten Betriebstemperaturen aller Druckgusslegierungen stand
• Korrosionsbeständig
• Behält hohe Dimensionsstabilität bei dünnen Wänden

· Zinklegierungen

Zinklegierungen verfügen über unglaubliche Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Leistung und Kosteneffizienz. Daher sind sie ein wichtiger Teil des Druckgussprozesses, mit Eigenschaften, die andere Legierungen wie Aluminium, Magnesium und Bronze erreichen und übertreffen.

Es gibt viele Zinklegierungen, die Sie verwenden können. Die gängigen Druckguss-Zinkmaterialien sind Zamak #2, #3, #5, #7, ZA8 und ZA27, bekannt für folgende Eigenschaften:

• Verbesserte Gießbarkeit
• Verkürzte Zykluszeit
• Verlängerte Formenlebensdauer
• Ideale mechanische Qualitäten

· Magnesiumlegierungen

Magnesium ist ein weiteres Material für den Druckguss. Es hat viele Legierungen, die häufigste ist AZ91D, bekannt für Zähigkeit, Haltbarkeit, Leichtgewicht und gute Gießbarkeit. Es ist 75 % leichter als Stahl und 33 % leichter als Aluminium ohne Festigkeitsverlust. Die meisten Enthusiasten bevorzugen Magnesium, da es besser für komplexes Gießen mit engen Toleranzen geeignet ist und bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist.

· Andere Legierungen

Weitere für Druckgussteile geeignete Legierungen sind Bronze, Messing, Blei und Zinn.

• Zinn war das erste Material im Druckguss aufgrund seiner hohen Fließfähigkeit. Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt und hinterlässt wenig bis keinen Verschleiß an den Formen.
• Bronze (Weißbronze) ist das richtige Druckgussmaterial für die Schmuckindustrie. Sie hat eine ähnliche Farbe wie Weißgold und Edelstahllegierungen, ist aber aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts für Druckguss geeignet.

Oberflächenveredelungsoptionen für Druckgussteile

Das Druckgussteil muss eine gute Oberflächenveredelung haben, die Haltbarkeit, Schutz oder ästhetische Wirkung fördert. Es gibt verschiedene Veredelungsoptionen für Druckgussteile. Die Wahl basiert jedoch auf der Größe der Gussteile und der verwendeten Legierung.

Lackieren

Lackieren ist die häufigste Oberflächenveredelungstechnik, ideal für viele Materialien. Sie kann zum weiteren Schutz oder ästhetischen Zweck dienen.

Der Prozess beinhaltet das Auftragen von Lacken, Farben oder Emaille mit besonderer Berücksichtigung des verwendeten Metalls. Vor dem Auftragen reinigen Sie die Metalle surface, um Verunreinigungen wie Öl zu entfernen (dies hilft auch bei der Haftung), tragen eine Grundierung auf und dann den Hauptlack.

Pulverbeschichtung

Pulverbeschichtung ist eine weitere gängige dekorative Veredelung für Ihre Druckgussteile. Sie beinhaltet das Auftragen geladener Partikel auf die Oberfläche des Druckgussteils. Dieser Prozess ist ideal, da er kleinere Fehler auf der Druckgussoberfläche kaschiert, eine bessere Dickenkontrolle und Gleichmäßigkeit bietet. Dadurch wird das Produkt langlebig, hart, hoch korrosions- und kratzfest. Pulverbeschichtung ist umweltfreundlich, da sie keine gefährlichen Giftstoffe produziert.

Antikisieren (Antiquing)

Diese Oberflächenveredelungstechnik verleiht dem Guss ein antikes Aussehen und ist meist auf Zinkguss anwendbar. Der Guss wird mit Kupfer oder anderen Legierungen galvanisiert und dann mit einer farbigen Komponente wie Kupfersulfid überzogen. Der Guss wird „relieved“ (d. h., einige Farbschichten werden entfernt, um die darunterliegende Kupferschicht freizulegen) und anschließend behandelt, um Anlaufen zu verhindern.

Keramikbeschichtung

Keramikbeschichtung ist ein dekorativer Prozess und beinhaltet das Auftragen von Keramik in Lösungsform auf das Äußere eines Teils. Der Prozess erzeugt eine dünne Schicht, die dem Eloxieren ähnelt. Folglich sind Oberflächenvorbereitungsverfahren vor der Anwendung wichtig.

Galvanisieren (Plating)

Galvanisieren kann chemisch oder elektrolytisch erfolgen und ist eine geeignete und kostengünstige Methode für die Druckgussveredelung. Wie bei der Keramikbeschichtung ist die Schicht dünn. Daher benötigen Sie ein Oberflächenvorbereitungsverfahren vor der Anwendung.

Chemisches Galvanisieren verwendet Chemikalien statt Strom, um ein Druckgussteil zu beschichten. Das Druckgussteil wird in eine chemische Lösung mit reduzierenden Eigenschaften gelegt. Wenn sie durch andere Mineralien katalysiert wird, scheidet sich die Chemikalie auf dem Druckgussteil ab. Elektrolytisches Galvanisieren ist ähnlich. Statt durch Mineralien katalysiert zu werden, erfolgt die Katalyse durch Stromdurchgang durch den Elektrolyten. Beide Methoden sind ideal für ästhetische Zwecke. Obwohl einige Blechenthusiasten sie nutzen, um die Leitfähigkeit einiger Teile zu verbessern.

Anwendungen von Druckgussteilen

Der Druckgussprozess eignet sich zur Herstellung verschiedener Teile und Komponenten, die wirklich einzigartig und hochfunktional sind. Im Folgenden einige Anwendungen:

Herstellung von Konsum- und Industrieprodukten

Das Verfahren eignet sich für Konsumprodukte wie Wasserhähne, Kolben, Pleuelstangen, Kühlkörper usw.

Herstellung von Automobilprodukten

Das Verfahren wird für Getriebe, Zylinder, kleine Motoren, Kupplungen, Verteilergetriebe und weitere spezifische Teile verwendet, die in Fahrzeugen anwendbar sind.

Herstellung von Luftfahrtkomponenten

Druckguss ist eine kosteneffektive Lösung zur Produktion leichter, aber überlegener Metallkomponenten, die die hohen Qualitätsstandards der Luftfahrtindustrie erfüllen.

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Vorteile des Druckgussprozesses

Druckguss ist eine wichtige Metallfertigungsmethode aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten und einfachen Bedienung. Es gibt jedoch weitere Vorteile der Nutzung des Prozesses: Hier sind die Vorteile des Druckgussprozesses.

• Sie können komplexe Teile herstellen
• Fertigung mehrerer Teile ohne Montagebedarf
• Senkung der Arbeitskosten
• Variable Wandstärken
• Engere Toleranzen
• Schnelle Produktionszykluszeiten
• Recycelbare Materialwahl

Nachteile des Druckgussprozesses

• Nicht geeignet für Metalle mit hohen Schmelzpunkten
• Nicht geeignet für große Blechteile
• Hohe Formkosten.
• Lange Lieferzeiten.

Faktoren, die Druckgusskosten beeinflussen

Generell hat Druckguss niedrige Produktionskosten. Die Kosten hängen jedoch von mehreren Faktoren ab. Im Folgenden einige Faktoren, die Sie bei der Kostenoptimierung Ihres Druckgussprojekts berücksichtigen können.

· Materialauswahl

Die Art der gewählten Materialien spielt eine große Rolle bei den Druckgusskosten. Einige Materialien sind wertmäßig kostspielig. Auch der Preis von Druckgussmaterialien steigt generell, auch wenn er unregelmäßig erscheint.

· Produktionskosten

Produktionskosten hängen von drei wichtigen Faktoren ab: Werkzeugkosten und Druckgusskosten. Je nach verwendeten Produktionsprozessen, technologischem Ansatz, Formenherstellungsprozess und Wartung können die Werkzeugkosten hoch sein.

· Formkosten

Die Formkosten hängen vom verwendeten Fertigungsprozess ab. Beispielsweise tragen die Fähigkeiten und Vorteile des CNC-Zerspanens zu hohen Formkosten bei.

· Sekundäroperationskosten

Sekundäroperationen wie Entgraten spielen ebenfalls eine Rolle bei den Druckgusskosten. Daher sind Umfang, Effizienz und Effektivität der Sekundäroperationen wichtig für deren Kosten.

· Veredelungskosten

Die Veredelungskosten hängen auch von der verwendeten Veredelungsmethode ab. Beispielsweise haben Methoden wie Galvanisieren höhere Veredelungskosten im Vergleich zum Lackieren.

RapidDirect: Druckgussservices

Druckguss ist ein wichtiger Blechfertigungsprozess, bekannt für niedrige Produktionskosten und Effizienz. Der Prozess ist einfach, erfordert jedoch etwas Wissen und Erfahrung, weshalb das Auslagern an den richtigen Service wie unseren ein besserer Ansatz ist.

Bei RapidDirect haben Sie Zugang zu einem Team erfahrener Ingenieure in Druckgussservices. Die Erfahrung unseres Teams versetzt uns in eine bessere Position, Sie zum richtigen Druckgussprozess für Ihr Projekt zu beraten.

Wir sind ein ISO 9001:2015 zertifiziertes Unternehmen mit zahlreichen Fertigungsstandorten und fortschrittlichen Einrichtungen zur Herstellung hochwertiger Teile. Wir haben kurze Lieferzeiten, und beim Hochladen einer Designdatei erhalten Sie innerhalb von 12 Stunden ein Angebot und eine DFM-Analyse.

FAQs

Der Prozess heißt Druckguss aufgrund der Verwendung von Formen (Dies). Die Formen sind die Stahlformen, hauptsächlich durch CNC-Zerspanen hergestellt, in die Sie das flüssige Metall injizieren. Sie haben zwei Hälften: die feste Hälfte, die stationär und an der Gussmaschine befestigt ist, und die Auswerferhälfte, die beweglich ist.

Sandguss und Druckguss sind beide wichtige Metallfertigungsprozesse. Der Unterschied ist das Material für die Formherstellung. Einerseits erfordert Druckguss eine Metallform. Andererseits verwendet Sandguss eine Form aus Sand. Zudem ist Druckguss nur für nichteisenhaltige niedrig schmelzende Metalle geeignet, während Sandguss ein breiteres Spektrum unterstützt.

Druckguss und Spritzguss haben den gleichen Mechanismus: Injizieren von flüssigem Material in eine Form und Abkühlen lassen. Allerdings verwendet Spritzguss Kunststoffe wie ABS, Polypropylen, TPU, Polyethylen, während Druckguss niedrig schmelzende Metalle verwendet.