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Diecasting

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Arten von Druckguss

Druckguss ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen und -komponenten, bei dem flüssige Metalllegierungen in präzise, komplex geformte Formen, sogenannte Kokillen, gepresst werden. Es ist in verschiedenen Industrien weit verbreitet, darunter Automobil-, Luftfahrt-, Elektronik- und Konsumgüterindustrie, um qualitativ hochwertige, langlebige und kompliziert detaillierte Komponenten zu produzieren. Es gibt verschiedene Arten des Druckgusses:

  • Warmkammer-Druckguss

    Bei diesem Verfahren werden Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten, wie z. B. Zink, Magnesium und Lithium, gegossen. Ein Ofen mit dem flüssigen Metall und eine Druckgussmaschine werden eingerichtet. Dadurch kann das flüssige Metall in die Kokillenhöhle gelangen. Das Verfahren ist schnell und effizient, da weniger Zeit zum Befüllen der Kammer und zum Einspritzen des Metalls in die Form benötigt wird. Es ist auch sehr repetitiv und für die Massenproduktion geeignet. Allerdings ist es auf Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten beschränkt und kann zu Verschleiß an den Maschinenkomponenten führen.

  • Kaltkammer-Druckguss

    Dieses Verfahren ist ideal für Metalle mit hohen Schmelzpunkten, wie z. B. Kupferlegierungen, Aluminium und Messing. Eine separate Kaltkammer wird mit dem flüssigen Metall gefüllt und an die Kokille angeschlossen. Ein Einspritzkolben drückt dann das flüssige Metall in die Kokillenhöhle. Dies stellt sicher, dass der Ofen und das Einspritzsystem nicht extrem hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Dadurch eignet sich dieses Verfahren hervorragend für Hochtemperaturmetalle und produziert größere Komponenten. Es hat jedoch eine langsamere Zykluszeit und ist teurer als das Warmkammer-Druckgussverfahren.

  • Vakuum-Druckguss

    Hier wird vor dem Einspritzen des flüssigen Metalls ein Vakuum in der Kokillenhöhle erzeugt. Dies trägt dazu bei, das flüssige Metall anzuziehen und sicherzustellen, dass es alle Hohlräume ausfüllt. Dieses Verfahren kann sowohl mit Warmkammer- als auch mit Kaltkammermaschinen eingesetzt werden. Daher werden Komponenten mit minimalen Fehlern, wie z. B. Luftblasen und Hohlräumen, produziert. Es eignet sich auch hervorragend für komplizierte Designs und ermöglicht das Gießen von dünnwandigen Strukturen. Es ist jedoch teurer und erfordert spezielle Ausrüstung.

  • Präzisions-Druckguss

    Dieses Verfahren, auch bekannt als Investment-Druckguss, wird zur Herstellung von Komponenten verwendet, die hohe Anforderungen an Genauigkeit und Detailtreue erfüllen. Es beinhaltet die Herstellung eines Wachsmodells, das mit einer Keramikschale ummantelt wird. Sobald die Schale ausgehärtet ist, wird das Wachs geschmolzen und abgelassen, wodurch eine präzise Form entsteht. Das Verfahren ähnelt dem Druckguss und kann mit Metallen mit hohen und niedrigen Schmelzpunkten verwendet werden. Es werden Teile mit extrem hoher Detailtreue und Genauigkeit hergestellt, die sich für komplexe Geometrien eignen. Es ist jedoch arbeitsintensiv und zeitaufwendig, was es teurer macht als andere Verfahren.

So wählen Sie Druckguss

Einige Faktoren, die vor der Auswahl des Druckgusses zu berücksichtigen sind, sind:

  • Kosten

    Die Kosten sind bei den meisten Fertigungsprozessen, einschließlich Druckguss, der wichtigste Faktor. Die Anschaffungskosten für die Kokille sind hoch. Die langfristigen Kosten sinken jedoch, wenn die Produktionsmenge hoch ist. Dies liegt daran, dass das Druckgussverfahren schnell und effizient ist, was zu niedrigen Stückkosten führt. Daher müssen die Hersteller die Kosten des Druckgusses im Vergleich zu anderen Verfahren auf der Grundlage des prognostizierten Produktionsvolumens analysieren.

  • Komplexität

    Aluminiumdruckguss kann komplexe Formen erzeugen, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht realisierbar sind. Dazu gehören komplizierte Designs mit dünnen Wänden, Hinterschnitten und detaillierten Merkmalen. Die Komplexität des zu fertigenden Teils bestimmt, ob Druckguss die beste Option ist.

  • Material

    Aluminium und Zink sind die am häufigsten verwendeten Materialien im Druckguss. Zink hat einen hohen Schmelzpunkt, was das Gießen komplexer Formen erschwert. Daher ist es eher für kleine und komplexe Teile geeignet. Aluminium hingegen ist leicht und weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf. Es ist ideal für große Teile, die robust und langlebig sein müssen. Bei der Auswahl eines Materials sollten die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts und seine Einsatzumgebung berücksichtigt werden.

  • Produktionsvolumen

    Druckguss ist bei hohen Produktionsvolumina wirtschaftlicher. Die Stückkosten sind niedrig, da das Druckgussverfahren schnell und effizient ist. Bei niedrigen Produktionsvolumina wird es unwirtschaftlich, da die Anschaffungskosten für die Kokille hoch sind. Andere Fertigungsverfahren, wie z. B. CNC-Bearbeitung und 3D-Druck, sind für kleine Produktionsläufe besser geeignet, da sie niedrigere Anschaffungskosten haben.

  • Toleranz und Oberfläche

    Druckguss kann enge Toleranzen und hervorragende Oberflächen erzielen. Dies hängt jedoch stark von der Komplexität des Teils und dem Können des Bedieners ab. Teile, die ein hohes Maß an Präzision und eine bessere Oberfläche erfordern, müssen möglicherweise zusätzlich bearbeitet oder poliert werden.

Funktionen, Merkmale und Design von Druckguss

Funktionen

  • Geschwindigkeit und Volumen: Druckguss ist ein schnelles Verfahren, mit dem viele Teile gleichzeitig hergestellt werden können. Es trägt dazu bei, die Zeit zu verkürzen, die für die Herstellung eines einzelnen Teils benötigt wird, was es ideal für Industrien macht, die schnell viele Teile benötigen, z. B. Automobil- und Elektronikindustrie. Es können bis zu 200.000 bis 1 Million Teile pro Jahr produziert werden.
  • Komplizierte Designs: Druckguss kann komplizierte Formen erzeugen, die mit anderen Verfahren schwer zu realisieren sind. Das bedeutet, dass Teile mit detaillierten Designs und Merkmalen hergestellt werden können, was wichtig für Dinge wie Spielzeug und Maschinen ist.
  • Präzision: Druckguss ist sehr präzise. Es können Teile hergestellt werden, die gut zusammenpassen, ohne dass Lücken entstehen. Dies ist wichtig in Branchen wie Automobil- und Flugzeugbau, wo Sicherheit und Qualität entscheidend sind.

Merkmale

  • Langlebigkeit: Druckgussteile sind robust und halten lange. Sie können Spannungen und Abnutzung aushalten, ohne zu brechen. Das macht sie gut für den Einsatz unter harten Bedingungen, z. B. in Autos oder im Freien.
  • Komplexe Geometrien: Druckguss kann sehr detaillierte und komplexe Formen erzeugen, die mit anderen Verfahren schwer zu erreichen sind. Dies ermöglicht komplizierte Designs und Merkmale in den Endprodukten.
  • Dünne Wände: Druckguss kann Teile mit sehr dünnen Wänden produzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Dies ist wichtig in Branchen wie der Elektronikindustrie, wo der Platz begrenzt ist.
  • Glatte Oberflächen: Die Oberflächen von Druckgussteilen sind sehr glatt. Das bedeutet, dass weniger Nacharbeit erforderlich ist, was Zeit und Geld in der Produktion spart.

Design

Das Design eines Druckgusses beinhaltet mehrere Überlegungen, um sicherzustellen, dass das Verfahren effizient ist und das Endprodukt die erforderlichen Spezifikationen erfüllt. Hier sind einige wichtige Überlegungen:

  • Entformungswinkel: Das Hinzufügen von Entformungswinkeln zum Design trägt dazu bei, dass sich das Teil leicht aus der Kokille lösen lässt. Dies verhindert Schäden am Teil und an der Kokille. Der Entformungswinkel beträgt in der Regel zwischen 0,5 und 5 Grad.
  • Wanddicke: Eine gleichmäßige Wanddicke ist wichtig, um Fehler wie Verzug zu vermeiden. Die Dicke sollte ausreichend sein, um Festigkeit zu gewährleisten, aber nicht zu dick, um die Abkühlzeit zu verlängern.
  • Merkmale und Details: Komplexe Merkmale können in Druckgusdesigns integriert werden, sollten aber innerhalb der Grenzen der Materialien und des Verfahrens liegen. Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zwischen Komplexität und Herstellbarkeit zu finden.
  • Materialauswahl: Die Materialwahl für Druckguss ist entscheidend, da sie die Eigenschaften des Endprodukts beeinflusst. Faktoren wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermische Eigenschaften müssen berücksichtigt werden.
  • Oberflächenbeschaffenheit: Die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit des Druckgussteils beeinflusst die Bearbeitung der Kokille. Verschiedene Techniken können eingesetzt werden, um unterschiedliche Oberflächen zu erzielen, von glatten bis hin zu strukturierten Oberflächen.

Sicherheit und Qualität von Druckguss

Sicherheit

Druckguss ist ein Fertigungsprozess, der das Einspritzen von flüssigem Metall in eine Form unter hohem Druck beinhaltet. Obwohl es sich um ein häufig verwendetes Verfahren zur Herstellung von Metallteilen handelt, gibt es einige Sicherheitsaspekte, die berücksichtigt werden sollten, um die Arbeiter zu schützen und die Produktion hochwertiger Komponenten zu gewährleisten. Hier sind einige Sicherheitsaspekte beim Druckguss:

  • Sicherheit der Ausrüstung

    Regelmäßige Wartung und Inspektionen der Druckgussmaschinen und -ausrüstung sollten durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sie sich in gutem Zustand befinden. Dazu gehört die Überprüfung auf Lecks, abgenutzte Teile und die Sicherstellung, dass alle Sicherheitsvorrichtungen funktionieren.

  • Umgang mit heißem Metall

    Beim Druckguss wird flüssiges Metall verwendet, das extrem hohe Temperaturen erreichen kann. Es kann schwere Verbrennungen verursachen, wenn es mit der Haut in Berührung kommt. Daher sollten die Arbeiter mit hitzebeständigen Handschuhen, Schürzen und Gesichtsschutz ausgestattet sein.

  • Chemikalien und Gefahrstoffe

    Beim Druckguss werden verschiedene Chemikalien und Materialien verwendet, die für die Gesundheit der Arbeiter gefährlich sein können. Dazu gehören Schmiermittel, Trennmittel und andere Chemikalien, die im Verfahren verwendet werden. Daher sollten Sicherheitsdatenblätter (SDB) für alle Chemikalien verfügbar sein, und die Arbeiter sollten darin geschult werden, wie sie sicher mit ihnen umgehen.

  • Lärm und Belüftung

    Druckgussbetriebe können aufgrund der eingesetzten Maschinen und Geräte sehr laut sein. Längerer Kontakt mit hohen Lärmpegeln kann zu Hörverlust führen. Die Arbeiter sollten mit Gehörschutz, wie z. B. Ohrenschützern oder Ohrstöpseln, ausgestattet sein. Darüber hinaus ist eine ausreichende Belüftung des Arbeitsbereichs unerlässlich, um sicherzustellen, dass Dämpfe und Rauch, die gefährlich sein können, abgeleitet werden.

Qualität

Druckguss ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Metallteile durch Einspritzen von flüssigem Metall in eine Form unter hohem Druck hergestellt werden. Das Verfahren ist bekannt für seine Fähigkeit, komplexe und präzise Komponenten mit einem hohen Qualitätsniveau zu produzieren. Hier sind einige Qualitätsaspekte beim Druckguss:

  • Präzision und Toleranz

    Druckguss kann Teile mit einem hohen Maß an Maßhaltigkeit und Konsistenz produzieren. Es können leicht Toleranzen von ±0,1 mm oder besser erreicht werden, abhängig von der Größe und Komplexität des Teils. Dies macht es geeignet für Anwendungen, die präzise Komponenten erfordern, wie z. B. die Automobil- und Luftfahrtindustrie.

  • Komplexe Geometrien

    Druckguss kann komplexe Formen und Designs erzeugen, die mit anderen Fertigungsverfahren schwer zu erreichen sind. Dies ermöglicht die Herstellung von komplizierten Merkmalen, dünnen Wänden und komplexen inneren Geometrien bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität des Teils.

  • Oberflächenbeschaffenheit

    Die Oberflächenbeschaffenheit von Druckgussteilen kann durch Polieren, Beschichten und andere Oberflächenbehandlungen verbessert werden. Dies verbessert die Optik und Leistung der Teile. Das Verfahren kann auch Oberflächen erzeugen, die je nach Anforderungen des Teils von glatt bis strukturiert reichen.

  • Materialeigenschaften

    Beim Druckguss können verschiedene Materialien verwendet werden, darunter Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer und Legierungen. Jedes Material hat seine eigenen Eigenschaften und Vorteile. Aluminiumdruckguss ist beispielsweise für sein geringes Gewicht und seine Korrosionsbeständigkeit bekannt. Zinkdruckguss hingegen ist für seine hervorragende Maßhaltigkeit und hohe Festigkeit bekannt.

F&A

Wie ist der Lebenszyklus von Druckguss?

Der Lebenszyklus des Druckgusses beginnt mit der Konstruktion und Entwicklung einer Kokille, bei der eine Form für das gewünschte Metallteil erstellt wird. Danach geht der Prozess zur Kokillenherstellung, bei der die Form hergestellt wird, und dann zum Druckgussverfahren, bei dem flüssiges Metall in die Form injiziert wird. Zuletzt geht es zur Wartung und Reparatur der Kokille, um ihre Langlebigkeit und Effektivität zu gewährleisten.

Welche Temperatur wird beim Druckguss verwendet?

Die beim Druckguss verwendete Temperatur variiert je nach Art des verwendeten Metalls. Sie beträgt z. B. etwa 700 bis 750 Grad Celsius für Aluminium und seine Legierungen, 900 bis 1200 Grad Celsius für Zinklegierungen und 650 bis 750 Grad Celsius für Magnesiumlegierungen.

Welches Metall wird beim Druckguss am häufigsten verwendet?

Aluminium ist das am häufigsten verwendete Metall für Druckguss und macht fast 50 % aller Druckgussteile aus. Dies liegt an seinem hervorragenden Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner Wärmeleitfähigkeit. Andere häufig verwendete Metalle im Druckguss sind Zink, Magnesium, Kupfer und Nickellegierungen.

Wie sieht die Zukunft des Druckgusses aus?

Es wird erwartet, dass sich der Druckguss in den Bereichen Automatisierung, Nachhaltigkeit und fortschrittliche Materialien weiterentwickelt. Die Automatisierung wird die Effizienz und Präzision des Druckgussverfahrens verbessern sowie den menschlichen Eingriff reduzieren. Die Nachhaltigkeit wird durch die Verwendung von recycelten Materialien und energiesparenden Technologien verbessert werden.