Druckgussverfahren, Materialien, Formen, Vor- und Nachteile | Neway
Druckguss ist ein präzisionsgetriebener und effizienter Metallfertigungsprozess, der in Industrie-, Gewerbe- und Verbrauchersektoren als Eckpfeiler der Produktfertigung gilt. Druckgussteile sind für ihre Genauigkeit bekannt, weshalb der Druckguss insbesondere bei der Herstellung komplexer Metallkomponenten in großen Stückzahlen zur bevorzugten Methode geworden ist. Der Druckgießer arbeitet häufig mit Grundmaterialien wie Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen, die jeweils einzigartige Vorteile bieten und für spezifische Anwendungen geeignet sind. Diese ausführliche Untersuchung des Druckgusses bietet wertvolle Einblicke für Konstrukteure und Einkäufer in der Fertigungsindustrie, insbesondere für jene, die kundenspezifische Druckgussteile suchen.
Erkundung der verschiedenen Druckgussverfahren
Druckguss ist kein Einheitsverfahren. Es unterteilt sich in mehrere Typen, die jeweils einzigartige Eigenschaften und Anwendungen aufweisen und den Anforderungen verschiedener Gießereien und Projekte gerecht werden.
Warmkammer-Druckguss
Bei diesem Verfahren wird das Metall in einer direkt an die Druckgießmaschine angeschlossenen Kammer eingeschmolzen. Es wird typischerweise für Metalle mit niedrigeren Schmelzpunkten wie Zink-, Magnesium- und Bleilegierungen eingesetzt und eignet sich besonders für die Produktion kleiner Teile wie Uhrengehäuse, Gürtelschnallen und E-Zigaretten-Gehäuse. Für einen detaillierten Vergleich siehe Warmkammer- vs. Kaltkammer-Druckguss.
Kaltkammer-Druckguss
Im Gegensatz zum Warmkammerverfahren wird das Metall zunächst in einem separaten Ofen geschmolzen und anschließend in die Maschine überführt. Diese Methode ist langsamer, wird aber für Metalle mit höheren Schmelzpunkten verwendet, z. B. Aluminium-Druckgusslegierungen.
Schritte des Druckgussprozesses
Unabhängig vom Druckgusstyp folgt der Prozess einer festen Abfolge. Hier die einzelnen Schritte:
Schließen
Im ersten Schritt werden die beiden Hälften der Druckgussform – die Kern- und die Auswerferhälfte – fest miteinander verriegelt. Der Spalt zwischen ihnen bildet den Hohlraum der Form.
Einspritzen
Dann wird das schmelzende Metall unter hohe(n) Druck in den Formhohlraum eingespritzt. Die Druckhöhe hängt vom Materialtyp und davon ab, ob eine Warm- oder Kaltkammermaschine eingesetzt wird. Der Druck stellt sicher, dass das Metall selbst feinste Formdetails vollständig ausfüllt.
Abkühlen
Nach dem Einspritzen beginnt das Metall im Formhohlraum abzukühlen und zu erstarren. Der Druck bleibt während dieser Phase erhalten, um Schrumpfung zu minimieren und eine vollständige Füllung sicherzustellen.
Auswerfen
Sobald das Metall abgekühlt und erstarrt ist, wird das Teil ausgeworfen. Die Form öffnet sich, und Auswerferstifte drücken das Druckgussteil sanft heraus. Anschließend kann sofort ein neuer „Schuss“ erfolgen, was eine schnelle Massenproduktion identischer Teile ermöglicht.
Entgraten
Im letzten Schritt werden überstehende Metallreste entfernt, einschließlich Grat an der Trennlinie sowie Anguss, Läufer und Steigkanäle.
Das Verständnis dieser Schritte ist entscheidend für Konstrukteure und Einkäufer, um den Design- und Produktionsprozess effizient zu planen.
Materialbetrachtungen beim Druckguss
Im Druckguss werden meist Nichteisenmetalle eingesetzt, gelegentlich auch Eisenmetalle. Die Hauptdruckgussmaterialien sind Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen, die jeweils spezifische Eigenschaften und Einsatzbereiche haben. Für detaillierte Materialoptionen siehe die Materialdatenbank.
Aluminiumlegierungen
Aluminium-Druckgusslegierungen sind leicht und bieten eine gute Dimensionsstabilität, was sie ideal für komplexe und filigrane Teile macht. Beispiele sind Aluminium 360, A380 und B390, die jeweils für unterschiedliche mechanische und thermische Anforderungen geeignet sind.
Materialauswahl |
|---|
Kommerziell: | 360 | A360 | 380 b | A380 b | 383 | 384 b | B390* | 13 | A13 | 43 | 218 |
ANSI/AA | 360.0 | A360.0 | 380.0 | A380.0 | 383.0 | 384.0 | B390.0 | 413.0 | A413.0 | C443.0 | 518.0 |
Nennwert: | Mg 0.5 | Mg 0.5 | Cu 3.5 | Cu 3.5 | Cu 2.5 | Cu 3.8 | Cu 4.5 | Si 12.0 | Si 12.0 | Si 5.0 | Mg 8.0 |
Zusammensetzung: | Si 9.0 | Si 9.5 | Si 8.5 | Si 8.5 | Si 10.5 | Si 11.0 | Si 17.0 | – | – | – | – |
Chemische Zusammensetzung
Detaillierte Zusammensetzung | |||||||||||
Silizium Si | 9,0–10,0 | 9,0–10,0 | 7,5–9,5 | 7,5–9,5 | 9,5–11,5 | 10,5–12,0 | 16,0–18,0 | 11,0–13,0 | 11,0–13,0 | 4,5–6,0 | 0,35 |
Eisen Fe | 2,0 | 1,3 | 2,0 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 2,0 | 1,3 | 2,0 | 1,8 |
Kupfer Cu | 0,6 | 0,6 | 3,0–4,0 | 3,0–4,0 | 2,0–3,0 | 3,0–4,5 | 4,0–5,0 | 1,0 | 1,0 | 0,6 | 0,25 |
Magnesium Mg | 0,4–0,6 | 0,4–0,6 | 0,30 f | 0,30 f | 0,10 | 0,10 | 0,45–0,65 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 7,5–8,5 |
Mangan Mn | 0,35 | 0,35 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,35 | 0,35 | 0,35 | 0,35 |
Nickel Ni | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,30 | 0,50 | 0,10 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,15 |
Zink Zn | 0,50 | 0,50 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 1,5 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,15 |
Zinn Sn | 0,15 | 0,15 | 0,35 | 0,35 | 0,15 | 0,35 | – | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
Titan Ti | – | – | – | – | – | – | 0,10 | – | – | – | – |
Übrige | – | ||||||||||
Gesamt übrige c | 0,25 | 0,25 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,20 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
Aluminium Al | Restlichem Aluminium | ||||||||||
Aluminium-Druckgusslegierungen | |||||||||||
Kommerziell | 360 | A360 | 380 | A380 EF | 383 | 384 | B390* | 13 | A13 | 43 | 218 |
ANSI/AA | 360 | A360.0 | 380.0 | A380.0 | 383 E | 384.0 | B390.0 | 413 | A413.0 | C443.0 | 518.0 |
Mechanische Eigenschaften | |||||||||||
Zugfestigkeit | |||||||||||
ksi | 44 | 46 | 46 | 47 | 45 | 48 | 46 | 43 | 42 | 33 | 45 |
(MPa) | 303 | 317 | 317 | 324 | 310 | 331 | 317 | 296 | 290 | 228 | 310 |
Streckgrenze | |||||||||||
ksi | 25 | 24 | 23 | 23 | 22 | 24 | 36 | 21 | 19 | 14 | 28 |
(MPa) | 172 | 165 | 159 | 159 | 152 | 165 | 248 | 145 | 131 | 97 | 193 |
Elongation | |||||||||||
2 in (51 mm) Dehnung % | 2,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 2,5 | <1 | 2,5 | 3,5 | 9 | 5 |
Härte b | |||||||||||
BHN | 75 | 75 | 80 | 80 | 75 | 85 | 120 | 80 | 80 | 65 | 80 |
Schubfestigkeit | 25 | 25 | 19 | 29 | |||||||
(MPa) | 193 | 179 | 193 | 186 | — | 200 | — | 172 | 172 | 131 | 200 |
Kerbschlagarbeit | |||||||||||
ft·lb | — | — | 3 | — | 3 d | — | — | — | — | — | 7 |
(J) | — | — | 4 | — | 4 | — | — | — | — | — | 9 |
Dauerschwingfestigkeit c | |||||||||||
ksi | 20 (MPa | 18 | 20 | 20 | 21 | 20 | 20 | 19 | 19 | 17 | 20 |
(MPa) | 138 | 124 | 138 | 138 | 145 | 138 | 138 | 131 | 131 | 117 | 138 |
E-Modul | |||||||||||
psi x 10^6 | 10,3 | 10,3 | 10,3 | 10,3 | 10,3 | — | 11,8 | 10,3 | — | 10,3 | — |
(GPa) | —71 | 71 | 71 | 71 | 71 | — | 81 | 71 | — | 71 | — |
Physikalische Eigenschaften | |||||||||||
Dichte | |||||||||||
lb/in³ | 0,095 | 0,095 | 0,099 | 0,098 | 0,099 | 0,102 | 0,098 | 0,096 | 0,096 | 0,097 | 0,093 |
(g/cm³) | 2,63 | 2,63 | 2,74 | 2,71 | 2,74 | 2,82 | 2,71 | 2,66 | 2,66 | 2,69 | 2,57 |
Schmelzbereich | |||||||||||
°F | 1035–1105 | 1035–1105 | 1000–1100 | 1000–1100 | 960–1080 | 960–1080 | 950–1200 | 1065–1080 | 1065–1080 | 1065–1170 | 995–1150 |
°C | 557–596 | 557–596 | 540–595 | 540–595 | 516–582 | 516–582 | 510–650 | 574–582 | 574–582 | 574–632 | 535–621 |
Spezifische Wärme | |||||||||||
BTU/lb °F | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | — | 0,23 | — | 0,23 | 0,23 | 0,23 | — |
(J/kg °C) | 963 | 963 | 963 | 963 | — | 963 | — | 963 | 963 | 963 | — |
Wärmeausdehnungskoeffizient | |||||||||||
u in/in °F | – | – | 12,2 | 12,1 | 11,7 | 11,6 | 10,0 | 11,3 | 11,9 | 12,2 | 13,4 |
u m/m °K | – | – | 22,0 | 21,8 | 21,1 | 21,0 | 18,0 | 20,4 | 21,6 | 22,0 | 24,1 |
Wärmeleitfähigkeit | |||||||||||
BTU/ft·h·°F | 65,3 | 65,3 | 55,6 | 55,6 | 55,6 | 55,6 | 77,4 | 70,1 | 70,1 | 82,2 | 55,6 |
W/m·°K | 113 | 113 | 96,2 | 96,2 | 96,2 | 96,2 | 134 | 121 | 121 | 142 | 96,2 |
Elektrische Leitfähigkeit | |||||||||||
% IACS | 30 | 29 | 27 | 23 | 23 | 22 | 27 | 31 | 31 | 37 | 24 |
Poisson’sche Zahl | 0,33 | 0,33 | 0,33 | 0,33 | 0,33 | – | – | – | – | 0,33 | – |
Zink- und ZA-Legierungen
Zinklegierungen sind die am einfachsten zu verarbeitenden Druckgussmaterialien und bieten Vorteile wie Schlagzähigkeit, Flexibilität und Eignung für Galvanisierung. Aufgrund ihrer guten Gießbarkeit verschleißen die Formen weniger. Erfahren Sie mehr über Zink-Druckgussmaterialien.
Kupferlegierungen
Kupferlegierungen weisen hohe Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und hervorragende Dimensionsstabilität auf. Siehe auch Kupferlegierungsgießerei.
Magnesiumlegierungen
Magnesium hat eine geringere Dichte als Aluminium und zeichnet sich durch hervorragende Bearbeitbarkeit aus. Es eignet sich für Gussteile, die zusätzliche Details oder eine nachträgliche Bearbeitung erfordern.
Geometrie in der Druckgusskonstruktion
Die Konstruktion für den Druckguss erfordert das Verständnis mehrerer Prinzipien und Überlegungen, um sicherzustellen, dass das fertige Teil den gewünschten Spezifikationen und Qualitätsanforderungen entspricht. Hier einige Schlüsselaspekte:
Teillinie
Die Teillinie ist die Trennlinie, an der sich die beiden Formhälften treffen. Ihre Position kann die Komplexität der Form und das Erscheinungsbild des Endteils beeinflussen.
Anspritzwinkel (Draft)
Der Anspritzwinkel ist eine minimale Neigung an den Wänden des Teils, die parallel zur Öffnungsrichtung der Form verlaufen, um ein leichteres Auswerfen des Teils zu ermöglichen.
Fasenradien
Fasenradien sind runde Übergänge und Kanten am Teil, die helfen, Spannungskonzentrationen zu reduzieren und den Metallfluss zu verbessern.
Stege (Bosses)
Stege sind erhabene Bereiche des Designs zur Befestigung oder anderen funktionalen Zwecken. Sie sollten mit Wänden oder Rippen verbunden werden, um bessere Unterstützung und Kühlung zu gewährleisten.
Rippen
Rippen sind dünne, flache Abschnitte des Teils, die Festigkeit und Steifigkeit hinzufügen und den Metallfluss und die Kühlung verbessern.
Löcher und Öffnungen
Löcher und Öffnungen sind Durchbrüche im Teil. Ihre Größe und Position können den Metallfluss und die Festigkeit des Teils beeinflussen.
Toleranzen im Druckguss
Druckguss kann hohe Präzision und enge Toleranzen erreichen. Die erzielbaren Toleranzen variieren jedoch je nach Materialtyp, Teildesign und verwendetem Druckgussverfahren. Für typische Toleranzen und Qualitätsstandards siehe Druckgussprozess-Standards.
Linearmaße
Linearmaße sind die geraden Abmessungen des Teils, die von Materialschrumpfung und Formausdehnung beeinflusst werden können.
Planheit
Planheit misst die Abweichung einer Fläche von einer idealen Ebene und kann durch Abkühlgeschwindigkeit und Teildesign beeinflusst werden.
Rundheit
Rundheit misst, wie genau die Form eines Objekts einem perfekten Kreis entspricht und wird durch Metallfluss und Abkühlrate beeinflusst.
Oberflächenbehandlungen im Druckguss
Welche Oberflächenbehandlungen sind für Druckgussteile möglich und wie werden sie erzielt? Die Oberflächenqualität eines Druckgussteils hängt von Materialtyp, Teildesign und dem verwendeten Verfahren ab. Verschiedene Oberflächenbehandlungen sind möglich. Eine Übersicht der Finish-Optionen finden Sie unter Oberflächenbehandlungen für Metallteile und Eloxalverfahren.
Druckguss-Oberflächen
Dies sind Oberflächen, die direkt aus dem Druckgussprozess stammen und je nach Materialtyp und Formzustand variieren können.
Mechanische Finishs
Diese werden durch mechanische Verfahren wie Schleifen, Polieren, Sandstrahlen und Bürsten erzielt.
Chemische Finishs
Diese entstehen durch chemische Prozesse wie Ätzen, Eloxieren und Galvanisieren.
Pulverbeschichtung
Hierbei wird Farbe oder Pulver auf die Teiloberfläche aufgebracht.
Dies sind spezialisierte Finishs, die dem Teil einzigartige ästhetische oder funktionale Eigenschaften verleihen können.
Abwägung der Vor- und Nachteile des Druckgusses
Druckguss bietet zahlreiche Vorteile und ist daher die bevorzugte Methode für die Massenproduktion komplexer Teile. Gleichzeitig hat er bestimmte Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen. Für einen detaillierten Vergleich lesen Sie Druckguss vs. Sandguss und Druckguss vs. Feinguss.
Mehrfach-Schieber- vs. konventioneller Druckguss
Der Mehrfach-Schieber-Druckguss verwendet mehrere Schieber im Werkzeug, um komplexe und filigrane Teile herzustellen. Konventioneller Druckguss verwendet ein einfacheres Werkzeugdesign und eignet sich besser für unkomplizierte Teile.
Vorteile von Mehrfach-Schieber-Werkzeugen
Sie ermöglichen die Herstellung komplexer Teile mit hoher Präzision und exzellenter Oberflächenqualität bei kürzeren Zykluszeiten und höherer Produktivität.
Vorteile konventioneller Werkzeuge
Sie sind einfacher und kostengünstiger in der Herstellung und eignen sich besser für größere Teile und langsame Einspritzgeschwindigkeiten.
Druckguss vs. Feinguss
Druckguss ist ideal für die große Stückzahl komplexer Teile, während Feinguss detaillierte Strukturen und hervorragende Oberflächen ermöglicht �� allerdings langsamer und teurer ist.
Druckguss vs. Sandguss
Druckguss bietet höhere Präzision, bessere Oberflächen und schnellere Produktionszeiten im Vergleich zum Sandguss, der dafür flexibler bei Designänderungen und für größere Teile geeignet ist.
Kostengesichtspunkte beim Druckguss
Mehrere Faktoren beeinflussen die Druckgusskosten. Ihre Kenntnis hilft bei kosteneffizienten Entscheidungen. Für eine Kostenanalyse besuchen Sie Berechnung der Druckgusskosten.
Materialauswahl Druckguss: Die Materialauswahl beeinflusst maßgeblich die Kosten. Materialien mit hohen Schmelzpunkten erfordern mehr Energie und verschleißen die Form schneller.
- Produktionskosten: Umfassen Materialeinschmelzen, Maschinenbetrieb und Arbeitskosten.
- Formkosten: Sie können bei komplexen Formen beträchtlich sein, amortisieren sich jedoch über viele Teile.
- Nebenprozesskosten: Zusätzliche Bearbeitungen wie Fräsen, Oberflächenbehandlung und Montage erhöhen die Kosten.
- Finishkosten: Endbearbeitungen wie Lackieren, Galvanisieren oder Beschichten addieren weitere Kosten.
- Kostensenkung: Optimierung von Design, Materialauswahl, Reduzierung von Nebenprozessen und Prozessoptimierung senkt die Gesamtkosten.
Anwendungen des Druckgusses in verschiedenen Branchen
Aufgrund seiner Fähigkeit, komplexe Teile mit hoher Präzision und exzellenter Oberflächenqualität zu fertigen, wird Druckguss in vielen Branchen eingesetzt. Bedeutende Sektoren sind Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und Energiewirtschaft. Jeder Sektor nutzt Druckguss, um Qualität, Präzision und Effizienz zu realisieren.
Ein vielseitiges und effizientes Fertigungsverfahren
Druckguss ist aufgrund seiner Fähigkeit, komplexe Teile mit hoher Präzision und exzellenter Oberflächenqualität herzustellen, ein vielseitiges und effizientes Fertigungsverfahren. Egal ob Aluminium-, Zinklegierungen oder andere Materialien – Druckguss bietet zahlreiche Vorteile und ist daher in vielen Branchen erste Wahl. Weitere Informationen zur Umsetzung Ihres Projekts finden Sie unter kundenspezifische Teilefertigung.
Druckguss spielt eine zentrale Rolle in der Herstellung hochwertiger Teile für Automobil-, Elektronik-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Bauindustrie. Mit fortschreitender Technologie und neuen Materialien erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten kontinuierlich.
Für Einkäufer und Konstrukteure, die kundenspezifische Druckgussteile benötigen, ist ein fundiertes Verständnis der Druckgussverfahren – von Prozess und Materialien über Design, Toleranzen, Oberflächenbehandlungen bis hin zu Kostenaspekten – unerlässlich. Dieses Wissen unterstützt fundierte Entscheidungen und ermöglicht es, die Vorteile des Druckgusses optimal zu nutzen.
Ich hoffe, diese umfassende Darstellung des Druckgusses war für Sie informativ und wertvoll. Teilen Sie mir gerne mit, falls Sie spezifische Wünsche oder Änderungsbedarf haben.
