Was ist Druckguss?

Druckguss ist ein Fertigungsverfahren Verfahren zur Herstellung maßgenauer, scharfkantiger Metallteile mit glatter oder strukturierter Oberfläche. Dabei wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in wiederverwendbare Metallformen gepresst. Das Verfahren wird oft als der kürzeste Weg vom Rohmaterial zum fertigen Produkt beschrieben. Der Begriff "Druckguss" wird auch zur Beschreibung des fertigen Teils verwendet.
Der Begriff "Kokillenguss" bezieht sich auf Gussstücke, die in Metallformen unter einem Schwerkraftkopf. Sie ist bekannt als Dauerformguss in den U.S.A. und Kanada. Was wir "Druckguss" nennen" wird hier als "Druckguss" in Europa.

Wie werden Druckgussteile hergestellt?

Druckgießen

Erstens muss eine Stahlform, die Zehntausende von Gussstücken in schneller Folge produzieren kann, in mindestens zwei Abschnitten hergestellt werden, um die Entnahme von Gussstücken zu ermöglichen. Diese Abschnitte werden fest in einer Maschine montiert und so angeordnet, dass eine feststehend ist (feste Formhälfte), während die andere beweglich ist (Injektorformhälfte). Um den Gießzyklus zu beginnen, werden die beiden Formhälften von der Druckgießmaschine fest zusammengespannt. Das geschmolzene Metall wird in den Formhohlraum eingespritzt, wo es schnell erstarrt. Die Formhälften werden auseinandergezogen und das Gussteil wird ausgestoßen. Druckgussformen können einfach oder komplex sein und je nach Komplexität des Gussteils bewegliche Schieber, Kerne oder andere Teile haben.
Der gesamte Zyklus des Druckgussverfahrens ist bei weitem der schnellste, der für die Herstellung präziser Nichteisenmetallteile bekannt ist. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu Sandguss das für jeden Guss eine neue Sandform erfordert. Das Kokillengussverfahren verwendet zwar Eisen- oder Stahlformen anstelle von Sand, ist aber wesentlich langsamer und nicht so präzise wie das Druckguss.

Maschinentypen für den Druckguss

Unabhängig vom verwendeten Maschinentyp ist es wichtig, dass die Formhälften, Kerne und/oder andere bewegliche Teile während des Gießzyklus sicher arretiert sind. Im Allgemeinen wird die Schließkraft der Maschine bestimmt durch (a) die projizierte Oberfläche des Gussteils (gemessen an der Trennlinie der Form) und (b) den Druck, mit dem das Metall in die Form eingespritzt wird. Die meisten Maschinen verwenden Kniehebelmechanismen, die von Hydraulikzylindern (manchmal auch mit Luftdruck) betätigt werden, um die Schließung zu erreichen. Andere verwenden direkt wirkenden Hydraulikdruck. Sicherheitsverriegelungssysteme verhindern, dass sich die Form während der Gießzyklen öffnet.
Druckgießmaschinen, ob groß oder klein, unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch das Verfahren, mit dem das geschmolzene Metall in die Form gespritzt wird. Sie werden entweder als Warm- oder Kaltkammer-Druckgießmaschinen klassifiziert und beschrieben.

Warmkammer-Druckgussmaschinen

Warmkammermaschinen (Abb. 1) werden in erster Linie für Zink und Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, die Metalltöpfe, -zylinder und -kolben nicht ohne weiteres angreifen und erodieren. Die fortschrittliche Technologie und die Entwicklung neuer Werkstoffe mit höherer Temperatur haben den Einsatz dieser Geräte erweitert auf Druckguss aus Magnesiumlegierung.
Abbildung 1: Heißkammer-Maschine. Das Diagramm zeigt den Kolbenmechanismus, der in geschmolzenes Metall getaucht wird. Moderne Maschinen werden hydraulisch betrieben und sind mit automatischen Zyklussteuerungen und Sicherheitsvorrichtungen ausgestattet.
Bei der Warmkammermaschine wird der Einspritzmechanismus in einem an der Maschine angebrachten Ofen in geschmolzenes Metall getaucht. Wenn der Kolben angehoben wird, öffnet sich eine Öffnung, durch die geschmolzenes Metall in den Zylinder gelangt. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt und die Öffnung verschließt, drückt er das geschmolzene Metall durch den Schwanenhals und die Düse in die Form. Nachdem das Metall erstarrt ist, wird der Kolben zurückgezogen, die Form öffnet sich und das Gussteil wird ausgestoßen.
Warmkammermaschinen sind schnell im Betrieb. Die Zykluszeiten schwanken zwischen weniger als einer Sekunde für kleine Teile mit einem Gewicht von weniger als einer Unze und dreißig Sekunden für ein Gussteil von mehreren Pfund. Die Formen werden schnell gefüllt (normalerweise zwischen fünf und vierzig Millisekunden) und das Metall wird mit hohem Druck (1.500 bis über 4.500 psi) eingespritzt. Die moderne Technologie ermöglicht jedoch eine genaue Kontrolle dieser Werte, so dass Gussstücke mit feinen Details, engen Toleranzen und hoher Festigkeit entstehen.

Kaltkammer-Druckgussmaschinen

Kaltkammermaschinen (Abb. 2) unterscheiden sich von Warmkammermaschinen vor allem in einem Punkt: Der Einspritzkolben und der Zylinder sind nicht in geschmolzenes Metall eingetaucht. Das geschmolzene Metall wird durch eine Öffnung oder einen Gießschlitz mit einer manuellen oder automatischen Pfanne in eine "kalte Kammer" gegossen. Ein hydraulisch betätigter Kolben, der sich vorwärts bewegt, verschließt die Öffnung und drückt das Metall mit hohem Druck in die verschlossene Form. Die Einspritzdrücke reichen von 3.000 bis über 10.000 psi für Aluminium- und Magnesiumlegierungen und von 6.000 bis über 15.000 psi für Kupferbasislegierungen.

Abbildung 2: Kaltkammer-Maschine. Das Diagramm zeigt die Matrize, die kalte Kammer und den horizontalen Stempel (in Ladeposition).
Der Druckguss ermöglicht komplexe Formen mit engeren Toleranzen als viele andere Massenproduktionsverfahren. In einer Kaltkammermaschine wird mehr geschmolzenes Metall in die Kammer gegossen, als zum Füllen des Formhohlraums erforderlich ist. Dadurch wird ein ausreichender Druck aufrechterhalten, um den Hohlraum fest mit Gusslegierung zu füllen. Überschüssiges Metall wird zusammen mit dem Gussstück ausgestoßen und ist Teil des gesamten Schusses.
Der Betrieb einer "Kaltkammer"-Maschine ist wegen des Schöpfvorgangs etwas langsamer als der einer "Warmkammer"-Maschine. Eine Kaltkammermaschine wird für Produkte mit hohem Schmelzpunkt verwendet Druckgusslegierungen weil die Kolben- und Zylinderbaugruppen weniger angreifbar sind, da sie nicht in geschmolzenes Metall eingetaucht sind.

Druckguss und ihre Konstruktion

Druckgussformen (Abb. 3) werden aus legierten Werkzeugstählen in mindestens zwei Teilen hergestellt, die als feste Formhälfte und Auswerferformhälfte bezeichnet werden. Die feste Formhälfte ist auf der dem Einspritzsystem für das geschmolzene Metall zugewandten Seite montiert. Die Auswerferformhälfte, an der das Gussteil haftet und aus der es beim Öffnen der Form ausgeworfen wird, ist auf der beweglichen Platte der Maschine montiert.

Die feste Formhälfte ist für die Angussöffnung vorgesehen, durch die das geschmolzene Metall in die Form eintritt. Die Auswerferhälfte enthält in der Regel die Gießkanäle (Durchgänge) und Anschnitte (Einlässe), die das geschmolzene Metall in den Hohlraum (oder die Hohlräume) der Form leiten. Die Auswerferhälfte ist außerdem mit einem Auswerferkasten verbunden, der den Mechanismus zum Auswerfen des Gussteils aus der Form enthält. Der Ausstoß erfolgt, wenn sich die mit der Ausstoßerplatte verbundenen Stifte nach vorne bewegen, um das Gussteil aus dem Hohlraum zu drücken. Dies geschieht normalerweise im Rahmen des Öffnungshubs der Maschine. Die Auswerferstifte müssen sorgfältig platziert werden, damit die Kraft, die während des Auswerfens auf das Gussteil ausgeübt wird, keine Verformung verursacht. An der Auswerferplatte angebrachte Rückholstifte bringen diese Platte in ihre Gussposition zurück, wenn sich die Form schließt.
In Matrizen werden häufig feste und bewegliche Kerne verwendet. Bei festen Kernen muss die Kernachse parallel zur Richtung der Druckgussform Öffnung. Wenn sie beweglich sind, werden sie oft an Kernschiebern befestigt. Wenn die Seite eines Druckgussentwurfs eine Vertiefung erfordert, kann die Form mit einem oder mehreren Schiebern hergestellt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, ohne den Auswurf des Gussteils aus dem Formhohlraum zu beeinträchtigen. Alle beweglichen Schieber und Kerne müssen sorgfältig eingepasst werden und während des Gießzyklus sicher in ihrer Position verriegelt werden können. Andernfalls könnte geschmolzenes Metall in ihre Gleitbahnen gepresst werden, was zu einer Unterbrechung des Betriebs führen würde. Obwohl Schieber und Kerne die Komplexität und die Kosten des Formenbaus erhöhen, ermöglichen sie die Herstellung von Druckgussteilen in einer Vielzahl von Konfigurationen, und zwar in der Regel wirtschaftlicher als jedes andere Metallbearbeitungsverfahren.

Art der Druckgussformen

Bei den Matrizen wird unterschieden zwischen Einzelkavitäten, Mehrfachkavitäten, Kombinations- und Einzelmatrizen (Abbildungen 4-A bis 4-D).

Ein Einzelkavitätenwerkzeug bedarf keiner Erklärung. Mehrfachmatrizen haben mehrere Kavitäten, die alle identisch sind. Wenn eine Matrize unterschiedliche Formen hat, nennt man sie eine Kombinationsmatrize oder Familienmatrize. Ein Kombinationswerkzeug wird verwendet, um mehrere Teile für eine Baugruppe herzustellen. Für einfache Teile können Einheitsmatrizen verwendet werden, um Einsparungen bei den Werkzeugen und der Produktion zu erzielen. Mehrere Teile für eine Baugruppe oder für verschiedene Kunden können gleichzeitig mit Einheitsformen gegossen werden. Eine oder mehrere Einheitsformen werden in einem gemeinsamen Halter montiert und über Angusskanäle mit einer gemeinsamen Öffnung oder einem Angussloch verbunden. Dies ermöglicht das gleichzeitige Füllen aller Kavitäten.

Vorteile des Druckgusses

Druckgussteile, Zierleisten und/oder Fertigprodukte bieten denjenigen, die sich für dieses Herstellungsverfahren entscheiden, viele Merkmale, Vorteile und Nutzen.

1. Druckgussteile werden mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten hergestellt. Es ist wenig oder gar keine Bearbeitung erforderlich.
2. Druckgussteile können mit dünneren Wänden als bei anderen Gießverfahren hergestellt werden ... und sind wesentlich stabiler als Kunststoffspritzgussteile mit denselben Abmessungen.
3. Druckgussteile sind langlebig, formstabil und haben das Gefühl und das Aussehen von Qualität.
4. Druckgussformen kann Tausende von identischen Gussteilen innerhalb bestimmter Toleranzen herstellen, bevor zusätzliche Werkzeuge erforderlich sind.
5. Zinkdruckguss können mit einem Minimum an Oberflächenvorbereitung leicht beschichtet oder bearbeitet werden.
6. Druckgussteile können mit Oberflächen hergestellt werden, die eine große Vielfalt an Texturen simulieren.
7. Druckgussoberflächen sind im gegossenen Zustand glatter als die meisten anderen Gussformen.
8. Löcher in Druckgussteilen können entkernt und auf Gewindebohrergröße gebracht werden.
9. Außengewinde an Teilen können leicht im Druckgussverfahren hergestellt werden.
10. Druckgussteile verfügen über integrierte Befestigungselemente, wie Nocken und Bolzen, die zu Einsparungen bei der Montage führen können.
11. Einsätze aus anderen Metallen und einigen Nichtmetallen können im Druckgussverfahren hergestellt werden.
12. Die Korrosionsbeständigkeit von Druckgusslegierungen reicht von gut bis hoch.
13. Druckgussteile sind monolithisch. Sie vereinen viele Funktionen in einem einzigen, komplex geformten Teil. Da Druckgussteile nicht aus einzelnen Teilen bestehen, die miteinander verschweißt oder verbunden sind, liegt die Festigkeit im Material und nicht in Gewinden oder Schweißnähten usw.
14. Druckgussverfahren kann produzieren AluminiumdruckgussMagnesium-Druckguss, Zink-Druckguss, Messing-Druckguss , Bleigießen und so weiter, und all das kann leicht in Massenproduktion hergestellt werden.

Druckguss ist ein effizientes, wirtschaftliches Verfahren, das, wenn es optimal genutzt wird, Baugruppen aus einer Vielzahl von Teilen, die in verschiedenen Fertigungsverfahren hergestellt werden, mit erheblichen Kosten- und Arbeitseinsparungen ersetzen kann.

Vergleiche mit anderen Produkten

Kunststoff-Spritzgussteile

Verglichen mit Kunststoff-Spritzgießen TeileDruckgussteile sind stärker, steifer, stabiler, hitzebeständiger und in Bezug auf Eigenschaften und Kosten den Kunststoffen weit überlegen. Sie helfen, Hochfrequenz- und elektromagnetische Emissionen zu vermeiden. Bei der Verchromung sind Druckgussteile dem Kunststoff weit überlegen. Druckgussteile weisen im Vergleich zu Kunststoffen eine hohe Dauerhaftigkeit unter Belastung auf, sind völlig resistent gegen ultraviolette Strahlen, Witterungseinflüsse und Spannungsrisse in Gegenwart verschiedener Reagenzien. Die Herstellungszyklen für Druckgussteile sind wesentlich kürzer als für Kunststoff-Spritzgussteile. Kunststoffe können jedoch pro Stück billiger sein, haben farbliche Eigenschaften, die eine Nachbearbeitung überflüssig machen, sind temperaturempfindlich und gute elektrische Isolatoren.

Sandgüsse

Im Vergleich zu Sandgussstücken, Druckgussteile erfordern viel weniger maschinelle Bearbeitung; können dünnwandiger hergestellt werden; können alle oder fast alle Löcher auf Maß entkernt werden; können innerhalb viel engerer Maßgrenzen gehalten werden; werden schneller in Formen hergestellt, die Tausende von Druckgussteilen ohne Ersatz herstellen; erfordern nicht für jedes Gussteil neue Kerne; können leicht mit eingegossenen Einsätzen versehen werden; haben glattere Oberflächen und erfordern viel weniger Arbeitskosten pro Gussteil. Sandguss hingegen kann aus Eisenmetallen und aus vielen Nichteisenlegierungen hergestellt werden, die sich nicht für den Druckguss eignen. Formen, die nicht im Druckgussverfahren hergestellt werden können, sind in Sandguss erhältlich; die maximale Größe kann größer sein; die Werkzeugkosten sind oft geringer und kleine Mengen können wirtschaftlicher produziert werden. Aluminiumsandguss

Kokillengüsse

Verglichen mit KokillengussteileDruckgussteile können in engeren Abmessungen und mit dünneren Profilen hergestellt werden; Löcher können entkernt werden; sie werden in höherer Geschwindigkeit und mit weniger manueller Arbeit hergestellt; sie haben glattere Oberflächen und kosten in der Regel weniger pro Druckgussstück. Das Kokillengießen ist mit etwas geringeren Werkzeugkosten verbunden; es kann mit Sandkernen hergestellt werden, wodurch sich Formen ergeben, die im Druckguss nicht möglich sind.

Schmiedeteile

Im Vergleich zu Schmiedestücken, Druckgussteile können komplexer geformt werden und haben eine Form, die nicht schmiedbar ist; sie können dünnere Abschnitte haben, auf engere Abmessungen gehalten werden und haben eine Kernbildung, die bei Schmiedestücken nicht möglich ist. Schmiedeteile sind jedoch dichter und fester als Druckgussteile, haben die Eigenschaften von Knetlegierungen und können aus Eisen und anderen Metallen und in Größen hergestellt werden, die für Druckgussteile nicht geeignet sind.

Stanzen

Im Vergleich zum Stanzen kann ein Druckgussstück oft mehrere Teile ersetzen. Druckgussteile erfordern häufig weniger Montagevorgänge; sie können innerhalb engerer Maßgrenzen gehalten werden; sie können fast jede gewünschte Querschnittsdicke aufweisen; es fällt weniger Ausschuss an; sie sind in komplexeren Formen herstellbar und können in Formen gefertigt werden, die in gestanzter Form nicht herstellbar sind. Stanzteile hingegen haben die Eigenschaften von Knetmetallen, können aus Stahl und Legierungen hergestellt werden, die sich nicht für den Druckguss eignen, sind in ihren einfacheren Formen schneller herzustellen und können weniger wiegen als Druckgussstücke.

Schraubmaschinenprodukte

Verglichen mit Schraubmaschinenprodukten, Druckgussteile können oft schneller hergestellt werden; es fällt viel weniger Ausschuss an; sie können in Formen hergestellt werden, die sich nur schwer oder gar nicht aus Stangen- oder Rohrmaterial herstellen lassen, und sie können weniger Arbeitsgänge erfordern. Andererseits können Schraubenerzeugnisse aus Stahl und Legierungen hergestellt werden, die nicht druckgegossen werden können; sie haben die Eigenschaften von Knetmetallen und erfordern weniger Werkzeugkosten.