Was ist Druckguss?
Druckgießen ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen mit hoher Maßgenauigkeit und Oberflächengüte. Dabei wird flüssiges Metall unter hohem Druck in einen Formhohlraum gepresst. Dieser Formhohlraum wird durch zwei gehärtete Stahlformen erzeugt, die in die gewünschte Form gebracht werden.
Der Prozess beginnt mit dem Schmelzen des Metalls, typischerweise Aluminium, Zink oder Magnesium, in einem Ofen. Das flüssige Metall wird anschließend mithilfe einer hydraulischen Presse unter hohem Druck in die Form gepresst. Das Metall erstarrt schnell in der Form, und die beiden Formhälften werden geöffnet, um das fertige Teil zu entnehmen.
Das Druckgussverfahren ist weit verbreitet zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und dünnen Wänden, wie beispielsweise Motorblöcken, Getriebegehäusen und verschiedenen Komponenten für die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Auch bei der Produktion von Konsumgütern wie Spielzeug, Küchenartikeln und Elektronikartikeln findet das Verfahren weite Verbreitung.
Druckguss
Druckgießen ist ein recht spezialisiertes Verfahren, das sich vor allem im 20. Jahrhundert entwickelt hat. Der grundlegende Prozess besteht darin, dass flüssiges Metall in eine Stahlform gegossen oder eingespritzt wird und durch hohen, konstanten und zunehmenden Druck (beim Druckgießen) und anschließende Abkühlung zu einem festen Gussteil erstarrt. Typischerweise dauert der Prozess selbst nur wenige Sekunden und ist eine schnelle Methode, um Metallprodukte aus Rohmaterial herzustellen. Druckgießen eignet sich für Werkstoffe wie Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Magnesium, Kupferlegierungen und sogar Eisenlegierungen wie Edelstahl. Die heute hauptsächlich im Druckgießen verwendeten Legierungen sind Aluminium, Zink und Magnesium. Von den frühen Druckgießmaschinen, bei denen die Werkzeuge vertikal ausgerichtet waren, bis hin zum heute üblichen Standard der horizontalen Ausrichtung und des Betriebs mit vier Zugstangen und vollständig computergesteuerten Prozessschritten hat sich das Verfahren im Laufe der Jahre stetig weiterentwickelt.
Die Branche hat sich zu einer globalen Produktionsmaschine entwickelt, die Komponenten für eine Vielzahl von Anwendungen herstellt, von denen viele für den Eigenbedarf relevant sind, da die Produktanwendung von Druckgussteilen so vielfältig ist.
Vorteile des Druckgussverfahrens
Einige Vorteile des Hochdruck-Druckgusses:
• Das Verfahren eignet sich für die Massenproduktion.
• Im Vergleich zu anderen Metallumformverfahren (z. B. spanende Bearbeitung) lassen sich relativ komplexe Gussteile schnell herstellen.
• Hochfeste Bauteile, die im Gusszustand hergestellt werden (abhängig von der Bauteilkonstruktion).
• Maßgenauigkeit.
• Dünnwandige Ausführungen möglich (z. B. 1-2,5 mm).
• Gute lineare Toleranz (z. B. 2 mm/m).
• Gute Oberflächengüte (z. B. 0,5–3 µm).
Beim Warmkammer-Druckgießen wird ein Metallblock in einem Ofen geschmolzen, der sich in unmittelbarer Nähe der festen Halbplatte der Druckgießmaschine befindet oder sogar in diese integriert ist. Das flüssige Metall wird über einen Tauchkolben direkt durch den Schwanenhals und die Düse in das Werkzeug eingespritzt. Schwanenhals und Düse müssen erhitzt werden, um ein Erstarren des Metalls vor dem Erreichen des Formhohlraums zu verhindern. Diese Erhitzung und das flüssige Metall sind der Grund für die Bezeichnung „Warmkammer“. Das Gewicht des Gussstücks wird durch Hub, Länge und Durchmesser des Kolbens sowie die Größe der Hülse/Kammer bestimmt. Auch die Düse spielt eine Rolle und muss bei der Werkzeugkonstruktion berücksichtigt werden. Sobald das Metall im Formhohlraum erstarrt ist (was nur wenige Sekunden dauert), öffnet sich die bewegliche Halbplatte der Maschine, an der die bewegliche Formhälfte befestigt ist. Das Gussstück wird von der Formwand ausgeworfen und aus dem Werkzeug entnommen. Anschließend werden die Formwände über ein Sprühsystem geschmiert, die Form schließt sich und der Prozess beginnt von Neuem.
Dank dieses geschlossenen Metallschmelz-/Einspritzsystems und der minimalen mechanischen Bewegung bietet der Warmkammer-Druckguss eine höhere Wirtschaftlichkeit in der Produktion. Zinklegierungen werden hauptsächlich im Warmkammer-Druckguss eingesetzt. Ihr relativ niedriger Schmelzpunkt führt zu geringerem Verschleiß an den Maschinen (Topf, Schwanenhals, Hülse, Kolben, Düse) und den Werkzeugen (wodurch die Werkzeugstandzeit im Vergleich zu Aluminium-Druckgusswerkzeugen – vorbehaltlich der Gussqualitätsprüfung – verlängert wird).
Die Bezeichnung „Kaltkammer“ leitet sich vom Verfahren ab, bei dem flüssiges Metall in eine Kaltkammer/Schusshülse gegossen wird. Diese ist über die feststehende Formhälfte mit der Rückseite der feststehenden Formhälfte verbunden. Schmelzöfen befinden sich üblicherweise so nah wie möglich am Schussende der Druckgießmaschine. So kann ein Bediener manuell oder mit einer automatischen Gießpfanne das für jeden Schuss/Zyklus benötigte flüssige Metall entnehmen und in eine Gießöffnung in der Hülse/Schusskammer gießen. Eine Kolbenspitze (ein verschleißfestes und austauschbares Teil, präzisionsgefertigt auf den Innendurchmesser der Schusshülse unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung) drückt das flüssige Metall durch die Schusskammer in den Formhohlraum. Die Druckgießmaschine führt nach Aufforderung den ersten Schritt durch, um das flüssige Metall an der Gießöffnung in der Hülse vorbeizudrücken. Weitere Schritte erfolgen unter erhöhtem hydraulischem Druck des Kolbens, um das flüssige Metall in den Formhohlraum einzuspritzen. Der gesamte Vorgang dauert nur wenige Sekunden. Der rasch ansteigende Druck und der Temperaturabfall des Metalls bewirken, dass es im Formhohlraum erstarrt. Die bewegliche Hälfte der Druckgießmaschine (an der die bewegliche Hälfte des Formwerkzeugs befestigt ist) öffnet sich und schleudert das erstarrte Gussteil von der Formseite des Werkzeugs aus. Das Gussteil wird entnommen, die Formseiten werden mit einem Sprühsystem geschmiert, und der Zyklus wird wiederholt.
Kaltkammer-Druckgussmaschinen eignen sich für Aluminium-Druckguss. Maschinenteile (z. B. Gießhülse, Kolbenspitze) können im Laufe der Zeit ausgetauscht werden, und die Hülsen lassen sich metallbehandelt werden, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Aluminiumlegierungen werden in Keramiktiegeln geschmolzen, da Aluminium einen relativ hohen Schmelzpunkt besitzt und die Gefahr der Eisenablagerung, die in Tiegeln aus Eisenmetallen besteht, minimiert werden muss. Da Aluminium eine relativ leichte Metalllegierung ist, ermöglicht sie das Gießen großer und schwerer Druckgussteile oder überall dort, wo erhöhte Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht erforderlich ist.
