Insider-Geheimnisse zum Meistern des Druckgusses: Prozesse, Materialien & Tipps

Druckguss ist ein Metallgussverfahren, dessen Charakteristik darin besteht, hohen Druck auf geschmolzenes Metall mithilfe einer Formkavität auszuüben. Formen werden meist aus festeren Legierungen bearbeitet. Der Prozess ähnelt dem Spritzguss. Um ein umfassendes Verständnis des Druckgusses zu vermitteln, hat JTR Company organisiert und zusammengefasst, was Druckguss ist, wie der Prozess abläuft, welche Materialien verwendet werden und weitere Fragen. Ich hoffe, Sie erhalten ein vollständiges Verständnis von "Druckguss".

Definition von "Druckguss"

Druckguss ist eine Präzisionsgusstechnik, die hohen Druck nutzt, um geschmolzenes Metall in eine Metallform mit komplexen Formen zu pressen. Durch Druckguss hergestellte Gussteile werden als Druckgussteile bezeichnet.

Die meisten Druckgussteile sind eisenfrei, wie Zink, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Blei, Zinn und Blei-Zinn-Legierungen sowie deren Legierungen. Je nach Art des Druckgusses wird eine Kaltkammer- oder Warmkammer-Druckgussmaschine benötigt.

Die Zugfestigkeit dieser Materialien ist fast doppelt so hoch wie die gewöhnlicher Gusslegierungen, was für Aluminiumlegierungs-Autoräder, Rahmen und andere Teile, die mit höherer Festigkeit und Schlagfestigkeit hergestellt werden sollen, eine positive Bedeutung hat.

Druckgussprozess

Der typische Druckgussprozess besteht hauptsächlich aus 4 Schritten oder Hochdruckdruckguss. Diese vier Schritte – Formenbereitung, Materialbefüllung, Einspritzung und Entnahme – bilden auch die Grundlage für verschiedene kundenspezifische Druckgussprozesse.

Während des Vorbereitungsverfahrens wird Schmiermittel in die Formkavität gesprüht. Neben der Temperaturregelung der Form kann das Schmiermittel auch die Entformung des Gussteils erleichtern. Die Form kann dann geschlossen und das geschmolzene Metall unter hohem Druck in die Form eingespritzt werden, der zwischen etwa 10 und 175 MPa variiert.

Nachdem das geschmolzene Metall befüllt ist, wird der Druck aufrechterhalten, bis das Gussteil erstarrt. Der Auswerfer stößt dann alle Gussteile aus, und da es in einer Form mehrere Kavitäten geben kann, können pro Gussvorgang mehrere Gussteile entstehen.

Der Entgratungsprozess erfordert die Trennung von Rückständen, einschließlich Formöffnungen, Angüssen, Einlässen und Grat. Der Prozess wird üblicherweise durch Pressen des Gussteils durch eine spezielle Entgratmatrize durchgeführt. Andere Entgratsmethoden umfassen Sägen und Schleifen. Wenn der Anguss brüchig ist, können Sie das Gussteil direkt schlagen, was Personalressourcen spart. Überschüssiges Gussmetall kann nach dem Schmelzen wiederverwendet werden.

Hochdruckeinspritzung führt zu sehr schnellem Füllen der Form, sodass die gesamte Form mit geschmolzenem Metall gefüllt werden kann, bevor irgendein Teil erstarrt. Auf diese Weise können sogar dünnwandige Teile, die schwer zu füllen sind, ausreichend gefüllt werden, und Oberflächenunterbrechungen des Druckgussteils können vermieden werden.

Dies verursacht jedoch auch Lufteinschlüsse, da es für Luft schwierig ist, beim schnellen Füllen der Form zu entweichen. Das Anbringen von Entlüftungen an der Trennlinie kann dieses Problem verringern, aber wirklich präzise Prozesse können auch Porosität im Gussteilzentrum hinterlassen. Nach dem Druckguss können die meisten Teile durch Oberflächenveredelungsdienstleistungen bearbeitet werden, um Strukturen zu vervollständigen, die durch Gießen nicht realisierbar sind, wie Bohren und Polieren.

Fehler können nach Abschluss der Entnahme überprüft werden. Die häufigsten Fehler umfassen Erstarrungsfehler (unzureichendes Füllen der Schmelze). Diese Mängel können durch unzureichende Form- oder Schmelztemperatur, Metallverunreinigung, zu wenige Entlüftungen, übermäßiges Schmiermittel etc. verursacht werden. Andere Probleme sind Porosität, Schwindung, thermische Risse und Fließspuren. Fließspuren sind Markierungen auf der Gussteiloberfläche durch Angussfehler, scharfe Ecken oder übermäßiges Schmiermittel.

Metalle für den Druckguss

Im Druckguss verwendete Metalle umfassen hauptsächlich Zink, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Blei, Zinn und Blei-Zinn-Legierungen, obwohl Druckguss selten, aber machbar ist. Spezielle Druckgussmetalle umfassen ZAMAK, Aluminium-Zink-Legierungen sowie American Aluminum Association Standards: AA380, AA384, AA386, AA390 und AZ91D Magnesium. Die Eigenschaften des Druckgusses verschiedener Metalle sind wie folgt:

• Zink: Das am einfachsten zu druckgießende Metall, kosteneffizient für kleine Komponenten, leicht zu beschichten, hohe Druckfestigkeit, Plastizität und lange Lebensdauer.
• Aluminium: Leicht, hohe Maßstabilität bei komplexen und dünnwandigen Gussteilen, starke Korrosionsbeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften, hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen.
• Magnesium: Leicht zu bearbeiten, hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, leichtestes unter den gängigen Druckgussmetallen.
• Kupfer: Hohe Härte, starke Korrosionsbeständigkeit, beste mechanische Eigenschaften der gängigen Druckgussmetalle, Verschleißfestigkeit und Festigkeit nahe an Stahl.
• Blei und Zinn: Hohe Dichte und extrem hohe Maßgenauigkeit können als spezielle Korrosionsschutzkomponenten verwendet werden. Aus öffentlichen Gesundheitsgründen darf diese Legierung nicht in Lebensmittelverarbeitungs- und -lagergeräten verwendet werden. Legierungen aus Blei, Zinn und Antimon (manchmal mit etwas Kupfer) können Handschriften im Buchdruck und Prägen herstellen.

Metall	Mindestquerschnittsfläche	Mindestauszugswinkel
Aluminiumlegierung	0,89 mm (0,035 in)	1:100 (0,6°)
Messing und Bronze	1,27 mm (0,050 in)	1:80 (0,7°)
Magnesiumlegierung	1,27 mm (0,050 in)	1:100 (0,6°)
Zinklegierung	0,63 mm (0,025 in)	1:200 (0,3°)

Die oberen Massengrenzen für Druckguss mit Aluminium, Kupfer, Magnesium und Zink betragen 70 lbs (32 kg), 10 lbs (4,5 kg), 44 lbs (20 kg) bzw. 75 lbs (34 kg).

Vor- und Nachteile des Druckgusses

Vorteile des Druckgusses

Die Vorteile des Druckgusses umfassen, dass Gussteile eine hervorragende Maßgenauigkeit aufweisen können.

Dies hängt normalerweise vom Gussmaterial ab. Im Vergleich zu anderen Gussverfahren erzeugt der Druckguss Teile mit glatten Oberflächen und einem Fasenradius von ca. 1–2,5 Mikrometern. Druckguss kann Teile mit Wandstärken von ca. 0,75 mm produzieren, verglichen mit Kokillen- oder Dauerformguss. Er kann direkt Teile mit inneren Strukturen gießen, wie Drahtmantel, Heizelemente, hochfeste Lagerflächen. Weitere Vorteile sind die Reduzierung oder Vermeidung nachträglicher Bearbeitung von Teilen, die Produktionsgeschwindigkeit der Gussteile, die Zugfestigkeit der Gussteile (Festigkeit bis zu 415 MPa) und die Fähigkeit, hochflüssige Metalle zu gießen.

Nachteile des Druckgusses

Der größte Nachteil des Druckgusses sind seine hohen Kosten. Der Preis für Druckgussausrüstung (Druckgussmaschinen) und Formen sowie formbezogene Komponenten ist im Vergleich zu anderen Gussmethoden relativ hoch. Daher hat die Druckgussfertigung nur dann einen hohen wirtschaftlichen Wert, wenn Teile in Großserie produziert werden.

Weitere Nachteile sind: Der Druckgussprozess eignet sich nur für relativ flüssige Metalle, und die Gussmasse muss zwischen 30 Gramm und 10 Kilogramm liegen. Im normalen Druckguss wird es in der letzten Charge der Gussteile immer Hohlräume geben. Daher können keine Wärmebehandlung oder Schweißung durchgeführt werden, da das Gas in den Lücken unter Wärmeeinwirkung expandiert, was innere Mikrodefekte und Ablösung der Oberfläche verursacht.

Warmkammer- und Kaltkammer-Druckguss

Es gibt zwei verschiedene Wege, Teile im Druckguss herzustellen: Warmkammer-Druckguss und Kaltkammer-Druckguss. In beiden Fertigungsprozessen werden die Formen vor dem Gussvorgang mit einem Trennmittel besprüht, um sicherzustellen, dass anschließend gegossene Teile leicht aus den Formen entnommen werden können. Die Schmelze wird jedoch nicht direkt in die Formkavität gegossen, sondern zuerst in die Gießkammer der Druckgussmaschine. Von dort wird die Legierung durch einen Kolben (eine sogenannte Gießeinheit) durch einen oder mehrere Kanäle in die Form gepresst. Der Unterschied zwischen den beiden Prozessen liegt in der Struktur der Gießkammer, wie unten beschrieben.

Warmkammer-Druckguss

Beim Warmkammer-Druckguss befindet sich der Metallpool in flüssigem, halbfüssigem Zustand, der die Form unter Druck füllt. Vorteile dieses Systems sind hohe Zyklengeschwindigkeit (ca. 15 Zyklen pro Minute), einfache Automatisierung und einfaches Schmelzen des Metalls. Nachteile sind die Unfähigkeit, Metalle mit höheren Schmelzpunkten zu druckgießen, und die Unfähigkeit, Aluminium zu druckgießen, da dies Eisen aus dem Schmelzbad mitführen würde. Daher werden Warmkammer-Druckgussmaschinen allgemein für Legierungen aus Zinn, Zink und Blei verwendet. Zudem ist Warmkammer-Druckguss schwierig für große Gussteile anzuwenden, die meist kleine Gussteile sind.

Kaltkammer-Druckguss

Kaltkammer-Druckguss kann verwendet werden, wenn Metalle druckgegossen werden sollen, die im Warmkammer-Verfahren nicht verwendet werden können, einschließlich Aluminium, Magnesium, Kupfer und Zinklegierungen mit höherem Aluminiumgehalt. Das Metall muss in diesem Prozess zuerst in einem separaten Tiegel geschmolzen werden. Eine Menge geschmolzenen Metalls wird dann in eine unbeheizte Einspritzkammer oder Düse überführt. Diese Metalle werden durch hydraulischen oder mechanischen Druck in die Form eingespritzt.

Der größte Nachteil dieses Prozesses ist die lange Zykluszeit aufgrund der Notwendigkeit, das geschmolzene Metall in die kalte Kammer zu überführen. Kaltkammer-Druckgussmaschinen sind auch in vertikale und horizontale Typen unterteilt. Vertikale Druckgussmaschinen sind meist kleine Maschinen, während horizontale Druckgussmaschinen verschiedene Modelle haben.

Anwendungsbereiche des Druckgusses

Druckguss wird hauptsächlich für die Serienfertigung verwendet, d.h. für das Gießen vieler Teile desselben Typs. Trotz des hohen Drucks im Fertigungsprozess wird eine hohe Gussqualität erreicht. Der Druckgussprozess eignet sich besonders für die Herstellung sehr dünner (bis zu 1 mm) (leichter) Teile.

Am häufigsten werden für die Automobilindustrie druckgegossene Komponenten wie Räder, Zylinderblöcke, Zylinderköpfe, Ventilkörper und Verteiler hergestellt. Zusätzlich nutzen andere Branchen Druckgussteile:

• Luft- und Raumfahrt
• Haushaltsgeräte
• Möbel
• Elektrowerkzeuge
• Elektronische Produkte
• Mechanik
• Beleuchtungstechnik

In Zukunft werden Gießereien an anderen Branchen wie Elektrofahrzeugen interessiert sein. Dies bietet großes Potenzial für Leichtmetallguss.

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Druckguss wird seit dem 19. Jahrhundert in der Fertigung breit eingesetzt. Als führender Druckguss-Dienstleister in China bietet JTR seit vielen Jahren Kunden komplette Druckgusslösungen an. Hochwertiger Druckgussservice ist der Schlüssel zu unserer Rentabilität. Wenn Sie also Ihr Design umsetzen müssen, können Sie uns kontaktieren. Sie müssen nur das Design oder die Idee fertigstellen, wir erledigen den Rest.