Druckguss ist ein hocheffizientes Fertigungsverfahren, das die schnelle und präzise Herstellung großer Mengen an Metallteilen ermöglicht. Diese Technik hat sich zu einer bevorzugten Wahl für Industrien entwickelt, die die Produktivität steigern und gleichzeitig die Kosten senken möchten. Im Folgenden werden die Grundlagen des Druckgusses, seine verschiedenen Arten und seine erfolgreichen Anwendungen erläutert.

Druckguss ist ein Metallgussverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in einen Stahlformhohlraum eingespritzt wird. Die Formen, die typischerweise aus hochwertigem, hitzebeständigem Stahl bestehen, werden präzisionsbearbeitet, um die gewünschte Form des Teils zu bilden. Häufig verwendete Metalle sind Aluminium, Zink und andere Nichteisenlegierungen, die mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in die Form gepresst werden.

• Hohe Effizienz:Druckguss ermöglicht die schnelle Herstellung von Teilen mit präzisen Abmessungen und gleichbleibender Qualität und ist somit ideal für die Großserienfertigung.
• Komplexe Geometrien:Das Verfahren kann komplizierte Formen mit feinen Details und dünnen Wänden erzeugen.
• Glatte Oberflächenbeschaffenheit:Druckgussteile erfordern oft nur minimale Nachbearbeitung aufgrund ihrer glatten Oberflächen.
• Enge Toleranzen:Das Verfahren erfüllt strenge Anforderungen an die Maßgenauigkeit.
• Reduzierter Abfall:Im Vergleich zu anderen Gussverfahren erzeugt der Druckguss weniger Materialabfall.
• Material Vielseitigkeit:Es ist mit einer breiten Palette von Nichteisenmetallen kompatibel.
• Kosteneffizienz:Für große Produktionsläufe bietet der Druckguss erhebliche Kosteneinsparungen.

Der Druckguss wird im Wesentlichen in Niederdruck-Druckguss (LPDC) und Hochdruck-Druckguss (HPDC) unterteilt. Darüber hinaus kann er je nach Maschinenkonfiguration in Warmkammer- und Kaltkammer-Druckguss unterteilt werden.

LPDC injiziert geschmolzenes Metall bei relativ niedrigem Druck (2–15 psi) in die Form. Diese Methode verwendet einen sanfteren, kontrollierten Ansatz und verwendet Inertgasdruck, um die Legierung langsam in die Form zu drücken. Die langsamere Füllgeschwindigkeit macht LPDC für Anwendungen geeignet, die hochwertige Gussteile erfordern.

HPDC arbeitet mit deutlich höheren Drücken (1.500–25.400 psi). Der Prozess ist schneller, wobei geschmolzenes Metall in nur 10–100 Millisekunden über einen Hochgeschwindigkeitskolben in die Form eingespritzt wird. HPDC ist ideal für die Ultra-Hochvolumenproduktion und Teile, die extrem enge Toleranzen erfordern.

Beim Warmkammer-Druckguss wird das Metall in der Maschine selbst erhitzt. Diese Methode wird typischerweise für Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zinn-, Magnesium- und Bleilegierungen verwendet. Zu den Vorteilen gehören eine hohe Produktionseffizienz und minimaler Metallverlust.

Beim Kaltkammer-Druckguss wird das Metall in einem separaten Ofen vorgeheizt, bevor es in die Maschine überführt wird. Dieses Verfahren eignet sich für Metalle mit höherem Schmelzpunkt wie Messing, Kupfer und Aluminium. Es minimiert Oxidation und Verunreinigungen, indem es eine längere Hochtemperaturbelastung in der Maschine vermeidet.

Der Druckgussprozess beginnt mit einem präzise konstruierten Stahlformhohlraum. Geschmolzenes Metall wird unter hohem Druck in die Form gepresst. Die Form besteht aus zwei Hauptteilen – einer beweglichen Hälfte und einer festen Hälfte – die an den Platten der Druckgussmaschine befestigt sind. Ein Ende der Maschine beherbergt das Einspritzsystem, das hydraulischen Druck und Druckgas verwendet, um einen Kolben anzutreiben. Das andere Ende verfügt über einen Klemmmechanismus, der die Form während der Verfestigung fest verschlossen hält. Bemerkenswert ist, dass dieser Prozess geschmolzenes Metall in Sekundenschnelle in ein festes, nahezu endkonturnahes Teil verwandeln kann.

Nichteisenmetalle werden im Druckguss aufgrund ihrer hervorragenden Fließfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften häufig verwendet. Zu den wichtigsten Materialien gehören:

Aluminiumlegierungen (z. B. 380, 390, 412, 443 und 518) sind aufgrund ihrer Dimensionsstabilität, Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperaturleistung beliebt. Sie werden häufig in Anwendungen in der Automobil-, Elektronik- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.

Zinklegierungen (z. B. Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5) haben niedrigere Schmelzpunkte als Aluminium, bieten aber eine hohe Festigkeit und Duktilität. Sie eignen sich sowohl für Warmkammer- als auch für Kaltkammersysteme und werden häufig in Schlössern, Reißverschlüssen und Spielzeug verwendet.

Magnesiumlegierungen (z. B. AE42, AM60, AS41B, AZ91D) sind die leichtesten Strukturmetalle mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit und einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Sie sind ideal für Automobil- und Luft- und Raumfahrtkomponenten.

• Hohe Anfangskosten:Formdesign und -herstellung erfordern erhebliche Investitionen.
• Materialbeschränkungen:Es können nur Nichteisenmetalle verwendet werden.
• Größenbeschränkungen:Die Teileabmessungen sind durch die Maschinenkapazität begrenzt.
• Porositätsprobleme:Gaseinschlüsse können Teile schwächen und die Dichtungseigenschaften beeinträchtigen.
• Kaltstellen:Unvollständiges Verschmelzen von geschmolzenen Metallströmen kann Schwachstellen verursachen.
• Gratbildung:Überschüssiges Metall kann in Formlücken eindringen und erfordert das Trimmen.
• Blasenbildung:Oberflächenblasen können sich aufgrund von eingeschlossenem Gas bilden.

Erfolgreicher Druckguss beginnt mit sorgfältiger Konstruktion. Zu den Schlüsselfaktoren gehören:

Wählen Sie Materialien basierend auf Teilegeometrie, Anwendung, Toleranzen und Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit. Verschiedene Legierungen weisen unterschiedliche Schmelzpunkte, Schrumpfungsraten und Fließeigenschaften auf.

Verwenden Sie CAD-Software, um Teile zu modellieren und den Metallfluss und die Verfestigung zu simulieren. Dies hilft bei der Optimierung von Anschnitt-, Kühl- und Entlüftungssystemen, um die Qualität und Effizienz zu verbessern.

Entwerfen Sie Anschnitt- und Kühlsysteme, um eine gleichmäßige Füllung, Gasaustreibung und kontrollierte Verfestigung zu gewährleisten. Eine ordnungsgemäße Entlüftung verhindert Porosität, während eine effiziente Kühlung die Zykluszeiten verkürzt.

1. Formvorbereitung:Entwerfen und fertigen Sie Formen aus hochwertigem Stahl. Tragen Sie Trennmittel auf und erwärmen Sie die Formen vor, um Wärmeschocks zu minimieren.
2. Einspritzung:Erhitzen Sie das Metall bis zum Schmelzpunkt, überführen Sie es in die Maschine und spritzen Sie es unter hohem Druck in die Form ein.
3. Verfestigung:Halten Sie den Druck aufrecht, bis sich das Metall vollständig verfestigt hat.
4. Auswerfen:Öffnen Sie die Form und entfernen Sie das Teil mit Auswerferstiften.
5. Trimmen:Entfernen Sie überschüssiges Material wie Angüsse und Grat.
6. Nachbearbeitung:Führen Sie bei Bedarf Bearbeitung, Lackierung oder Montage durch.

• Teilegeometrie, Größe und Komplexität
• Materialeigenschaften (Schmelzpunkt, Fließfähigkeit, Schrumpfung)
• Maschinenspezifikationen (Schließkraft, Plattengröße)
• Design des Anschnitt- und Läufersystems
• Kühl- und Heizkanäle
• Effizienz des Auswerfersystems
• Entlüftung zur Verhinderung von Gaseinschlüssen
• Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit
• Toleranzen und Maßgenauigkeit
• Erwartungen an das Produktionsvolumen

Die Wandstärke beeinflusst den Druckgussprozess erheblich. Dünnere Wände ermöglichen eine schnellere Kühlung und kürzere Zykluszeiten, erfordern aber eine präzise Steuerung der Einspritzparameter, um Fehler zu vermeiden. Ungleichmäßige Wandstärke kann aufgrund unterschiedlicher Abkühlraten zu Verformungen oder Eigenspannungen führen. Eine ausgewogene Wandstärke verbessert die Festigkeit des Teils, reduziert den Materialverbrauch und verbessert die Gesamtqualität.

Der Druck beeinflusst die Teilequalität direkt. Unzureichender Druck kann zu unvollständiger Füllung, schwachen Strukturen oder porösen Oberflächen führen. Übermäßiger Druck kann zu Gratbildung und beschleunigtem Formenverschleiß führen. Die Auswahl des optimalen Drucks ist entscheidend für die Herstellung hochwertiger Gussteile.