Was ist Druckguss?
Druckguss ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen mit hoher Maßhaltigkeit und Oberflächengüte. Dabei wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in einen Formhohlraum gedrückt. Der Formhohlraum wird durch zwei Matrizen aus gehärtetem Stahl erzeugt, die maschinell in die gewünschte Form gebracht werden.
Der Prozess beginnt mit dem Schmelzen des Metalls, typischerweise Aluminium, Zink oder Magnesium, in einem Ofen. Anschließend wird das geschmolzene Metall mit einer hydraulischen Presse unter hohem Druck in die Form eingespritzt. Das Metall verfestigt sich schnell in der Form und die beiden Hälften der Form werden geöffnet, um das fertige Teil freizugeben.
Druckguss wird häufig zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und dünnen Wänden eingesetzt, beispielsweise Motorblöcken, Getriebegehäusen und verschiedenen Komponenten für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie. Auch bei der Herstellung von Konsumgütern wie Spielzeug, Küchenutensilien und Elektronik ist das Verfahren beliebt.
Druckguss
Druckguss ist ein ziemlich spezialisiertes Verfahren, das sich vor allem im 20. Jahrhundert weiterentwickelt hat. Der Grundprozess besteht aus: geschmolzenem Metall wird in eine Stahlform gegossen/eingespritzt und durch hohe Geschwindigkeit, konstanten und zunehmenden Druck (beim Druckguss) und Abkühlen erstarrt das geschmolzene Metall zu einem festen Gussstück. Normalerweise dauert der Prozess selbst nur wenige Sekunden und ist eine schnelle Möglichkeit, aus Rohmaterial ein Metallprodukt zu formen. Druckguss eignet sich für Materialien wie Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Magnesium bis hin zu Kupferlegierungen und sogar Eisenlegierungen wie Edelstahl. Die heute im Druckguss hauptsächlich verwendeten Legierungen sind Aluminium, Zink und Magnesium. Von den frühen Druckgussmaschinen, bei denen die Druckgusswerkzeuge vertikal ausgerichtet waren, bis hin zum heute üblichen Standard der horizontalen Ausrichtung und Bedienung, der Spannung von vier Zugstangen und vollständig computergesteuerten Prozessstufen hat sich der Prozess im Laufe der Jahre weiterentwickelt.
Die Branche hat sich zu einer weltweiten Produktionsmaschine entwickelt, die Komponenten für eine Vielzahl von Anwendungen herstellt, von denen viele für einen selbst erreichbar sind, da die Produktanwendung von Druckgussteilen so vielfältig ist.
Vorteile des Druckgusses
Einige der Vorteile des Hochdruck-Kokillengusses:
• Das Verfahren eignet sich für die Produktion großer Stückzahlen.
• Im Vergleich zu anderen Metallumformverfahren (z. B. maschineller Bearbeitung) schnell relativ komplexe Gussteile herstellen.
• Hochfeste Komponenten, die im Gusszustand hergestellt werden (je nach Komponentendesign).
• Maßliche Wiederholgenauigkeit.
• Dünnwandige Abschnitte möglich (z. B. 1–2,5 mm).
• Gute lineare Toleranz (z. B. 2 mm/m).
• Gute Oberflächengüte (z. B. 0,5–3 µm).
Der Prozess des Warmkammer-Druckgusses umfasst das Schmelzen von Metallbarren in einem Ofen, der sich in der Nähe/integriert mit der festen Halbaufspannplatte der Druckgussmaschine befindet, und das Einspritzen von geschmolzenem Metall über einen eingetauchten Kolben direkt durch den Schwanenhals und die Düse und hinein das Matrizenwerkzeug. Der Schwanenhals und die Düse müssen erhitzt werden, um ein Einfrieren des Metalls zu verhindern, bevor es in den Formhohlraum gelangt. Die Bezeichnung „Heißkammer“ stammt aus dem gesamten Heiz- und geschmolzenen Metallelement dieses Prozesses. Das Spritzgewicht des Gussteils wird durch den Hub, die Länge und den Durchmesser des Kolbens sowie die Hülsen-/Kammergröße bestimmt. Auch die Düse spielt eine Rolle, die bei der Formkonstruktion berücksichtigt werden sollte. Sobald sich das Metall im Formhohlraum verfestigt hat (dauert nur wenige Sekunden), öffnet sich die bewegliche Halbplatte der Maschine, an der die bewegliche Hälfte der Form befestigt ist, und das Gussstück wird von der Formfläche ausgeworfen und aus dem Werkzeug entfernt. Anschließend werden die Formflächen über ein Sprühsystem geschmiert, die Form schließt sich und der Prozess beginnt erneut.
Aufgrund dieses „geschlossenen“ Metallschmelz-/Einspritzsystems und der minimalen mechanischen Bewegung kann das Heißkammer-Druckgießen eine bessere Wirtschaftlichkeit der Produktion ermöglichen. Zinkmetalllegierungen werden hauptsächlich beim Warmkammer-Druckguss verwendet und haben einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, was weitere Vorteile für einen geringen Verschleiß an Maschinen (Topf, Schwanenhals, Hülse, Kolben, Düse) und auch einen geringen Verschleiß an Gesenkwerkzeugen (also längeren Werkzeugen) bietet Lebensdauer im Vergleich zu Aluminium-Druckgusswerkzeugen – vorbehaltlich der Abnahme der Gussqualität).
Der Name „Kältekammer“ leitet sich von dem Prozess ab, bei dem geschmolzenes Metall in eine Kaltkammer/Schusshülse gegossen wird, die durch die feste Halbformplatte an der Rückseite des feststehenden Halbformwerkzeugs befestigt ist. Warmhalte-/Schmelzöfen für geschmolzenes Metall werden in der Regel so nah wie möglich am Schussende der Druckgussmaschine platziert, sodass ein manueller Bediener oder eine automatische Gießpfanne das für jeden Schuss/Zyklus erforderliche geschmolzene Metall mit einer Pfanne entnehmen und gießen kann geschmolzenes Metall in ein Gießloch in der Hülse/Schusskammer gießen. Eine mit dem Stößel der Maschine verbundene Kolbenspitze (ein verschleiß- und austauschbares Teil, das unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung präzise auf den Innendurchmesser der Schusshülse abgestimmt ist) drückt das geschmolzene Metall durch die Schusskammer und in den Formhohlraum. Wenn die Druckgussmaschine dazu aufgefordert wird, führt sie den ersten Schritt durch, um das geschmolzene Metall durch das Gießloch in der Hülse zu drücken. Weitere Schritte erfolgen unter erhöhtem Hydraulikdruck des Stößels, um das geschmolzene Metall in den Formhohlraum einzuspritzen. Der gesamte Vorgang dauert Sekunden. Der schnelle und zunehmende Druck sowie der Abfall der Metalltemperatur führen dazu, dass das Metall im Formhohlraum erstarrt. Die bewegliche Halbplatte der Druckgussmaschine öffnet sich (an der die bewegliche Hälfte des Formwerkzeugs befestigt ist) und wirft den erstarrten Guss von der Formfläche des Werkzeugs aus. Der Guss wird entfernt, die Formflächen werden mit einem Sprühsystem geschmiert und dann wird der Zyklus wiederholt.
Kaltkammermaschinen eignen sich für den Aluminiumdruckguss. Teile der Maschine (Schusshülse, Kolbenspitze) können im Laufe der Zeit ausgetauscht werden, Hülsen können zur Erhöhung der Haltbarkeit mit Metall behandelt werden. Aluminiumlegierungen werden in einem Keramiktiegel geschmolzen, da Aluminium einen relativ hohen Schmelzpunkt hat und das Risiko einer Eisenaufnahme, die in Eisentiegeln besteht, verringert werden muss. Da Aluminium eine relativ leichte Metalllegierung ist, eignet es sich zum Gießen großer und schwerer Druckgussteile oder dort, wo eine erhöhte Festigkeit und Leichtigkeit der Druckgussteile erforderlich ist.
