Druckguss und Schwerkraftguss: Die wesentlichen Unterschiede verstehen

Druckguss und Schwerkraftguss sind zwei wichtige Metallgussverfahren, die in der Fertigung weit verbreitet sind. Beide beinhalten das Gießen von geschmolzenem Metall in wiederverwendbare Formen, um Bauteile mit hoher Maßgenauigkeit und Wiederholbarkeit herzustellen. Der Unterschied besteht darin, dass Schwerkraftguss auf die Schwerkraft angewiesen ist und das geschmolzene Metall unter der Wirkung der Schwerkraft in die Form gelangt. Druckguss hingegen beruht auf Druck, wobei das geschmolzene Metall unter hohem Druck in eine Form gepresst wird.

Formenkonstruktion

- Beim Druckguss wird die Form als Gießform bezeichnet. Gießformen werden aus Werkzeugstählen wie H13 hergestellt, die hohen Drücken standhalten können. Die Formhälften werden mit engen Toleranzen bearbeitet und enthalten die Kavität und Kernmerkmale. Formkomponenten werden mit Toleranzen von etwa 0,001-0,002 Zoll präzisionsbearbeitet, um genaue Gussteile zu erzielen.

- Die Form ist beim Schwerkraftguss im Vergleich zu einer Druckgießform relativ einfach. Schwerkraftformen werden aus Gusseisen, Stahl, Aluminium oder Bronze hergestellt. Es gibt keine komplexen Kernmerkmale, da die Form hauptsächlich auf die Schwerkraft zum Füllen angewiesen ist. Schwerkraftformen haben typische Bearbeitungstoleranzen von etwa 0,01-0,02 Zoll, da keine hohen Drücke beteiligt sind.

Füllmethode 

- Beim Druckguss wird geschmolzenes Metall unter hohen Drücken von 10.000 bis über 50.000 psi in die Form injiziert. Die Hochgeschwindigkeitsinjektion sorgt für eine vollständige Füllung der Formkavität.

- Beim Schwerkraftguss fließt das Metall ausschließlich unter der Schwerkraft in die Form, ohne dass ein zusätzlicher Druck angewendet wird. Dies setzt Grenzen für die erreichbare Größe und Formkomplexität des Gussteils.

Produktionsrate und Automatisierung

- Druckguss ist hochgradig automatisiert, wobei Maschinen Metall injizieren, ausgezeichnete Formen verwenden und Gussteile kontinuierlich auswerfen. Die Zykluszeiten sind sehr kurz. Die Teileausbringung kann 200/Stunde übersteigen.

- Schwerkraftguss wird manuell durch Gießen von flüssigem Metall in Formen durchgeführt. Die Zyklen sind aufgrund der manuellen Handhabung langsamer. Die typische Ausbringung liegt bei 30-50 Teilen/Stunde, deutlich niedriger als beim Druckguss. Die Automatisierung des Schwerkraftgusses kann die Rate erhöhen.

Verwendete Legierungen

- Druckgusslegierungen wie Zink, Aluminium und Magnesium haben eine hohe Fließfähigkeit, um unter Druck komplexe Formen zu füllen. Auch hochfeste Legierungen können druckgegossen werden. Legierungen mit hohen Schmelzpunkten sind für den Druckguss ungeeignet, wie z.B. Eisen, Titan, Wolfram usw.

- Schwerkraftguss verwendet im Allgemeinen Legierungen mit niedrigeren Schmelzpunkten und guten Fließeigenschaften wie Zinn-, Blei- und Zinklegierungen. Auch Aluminium und Messing können schwerkraftgegossen werden. 

Teilgröße und -gewichte 

- Typische Druckgussteilgrößen reichen von einer Unze bis 75 lbs. Kleine, dünne und komplexe Formen können aufgrund des hohen Metallfülldrucks druckgegossen werden. Beispielsweise ermöglicht Aluminiumlegierungs-Druckguss eine dünne Wand von 0,5 mm. Zinklegierungs-Druckguss ermöglicht eine dünne Wand von 0,4 mm.

- Schwerkraftguss ist auf relativ größere Größen über 3 lbs beschränkt. Faktoren wie der metallostatische Druck begrenzen die maximale Größe. Es ist in der Lage, Teile mit Wandstärken von 2 bis 6 mm herzustellen.

Oberflächengüte

- Druckguss-Oberflächen haben eine charakteristisch glatte und glänzende Oberfläche. Die schnelle Abkühlung in der Metallform führt zu feinen Korngrößen. 

- Schwerkraftguss-Oberflächen sind etwas gröber als Druckguss-Oberflächen, aber aufgrund der laminaren Füllung immer noch recht glatt. Kühlkörper können die Oberflächengüte weiter verbessern.

Maßgenauigkeit 

- Druckguss bietet eine ausgezeichnete Maßgenauigkeit und Konsistenz. Toleranzen bis zu ±0,005 Zoll sind möglich. Es reduziert die Nachbearbeitung.

- Schwerkraftguss-Toleranz liegt bei etwa ±0,02 Zoll. Teile können eine gewisse Bearbeitung erfordern, um eine feinere Präzision zu erreichen. Die Genauigkeit ist jedoch für die meisten Anwendungen immer noch geeignet.

Kostenbetrachtungen

- Druckguss hat aufgrund komplexer Mehrfachkavitätsformen sehr hohe Werkzeugkosten. Die Kosten pro Teil sind jedoch aufgrund der Automatisierung niedrig.

- Schwerkraftguss hat niedrigere Werkzeugkosten. Eine Nachbearbeitung kann erforderlich sein. Die Ausbringungsraten sind niedriger als beim Druckguss, daher sind die Kosten pro Teil höher als beim Druckguss.

Konstruktionsregeln 

- Druckguss erfordert spezielle Konstruktionsregeln für einen optimalen Materialfluss und minimierte eingeschlossene Gase. Schrägen, Verrundungen und Angüsse sind entscheidend.

- Schwerkraftguss hat weniger Einschränkungen im Design, da das Metall nicht zwangsweise injiziert wird. Dennoch unterstützen gleichmäßige Wandstärken und Schrägen die Formfüllung und minimieren Fehler.

Fehler

- Druckgussfehler - Kaltschweißstellen, Verzug, eingeschlossene Gase, Heißrisse, Strahlbildung und Wärmespannungsrisse.

- Schwerkraftgussfehler - Porosität, Lunker, Kaltschweißstellen, Formenabtrag. Erstarrungsrisse sind weniger verbreitet als beim Druckguss.

Anwendungen

- Druckgussanwendungen umfassen die Serienfertigung komplexer, eng tolerierter Teile - z.B. Automobilkomponenten.

- Schwerkraftguss eignet sich für die mittlere bis niedrige Serienfertigung relativ einfacherer Formen und größerer Teile - z.B. Werkzeugmaschinengestelle und Ventilkörper.

Zusammenfassend haben Druckguss und Schwerkraftguss deutlich unterschiedliche Produktionsmethoden, Fähigkeiten, Wirtschaftlichkeiten und Anwendungen. Druckguss eignet sich besser für komplexe, hochvolumige Komponenten, während Schwerkraftguss ideal für kleinere Chargen weniger komplexer Formen ist.