Was ist Druckgießen?

Eines der wichtigsten Metallverfahren, das heute eingesetzt wird, ist der Druckguss. Es zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, hochpräzise Bauteile herzustellen. Es ist ein Verfahren, auf das Hersteller zurückgreifen, wenn sie hochwertige Teile in großen Mengen benötigen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall mit hohem Druck in eine Stahlform, die so genannte Kokille, gepresst. Der Druck dient dazu, den Fluss des Metalls in alle Ecken der Form aufrechtzuerhalten. So entstehen Bauteile mit kleinen Details, schmalen Wänden und glatten Oberflächen. Aus diesem Grund ist das Druckgussverfahren eine gute Wahl für Industriezweige, in denen es auf Präzision und Gleichmäßigkeit ankommt.

Beispiele für Metalle, die in der Regel während des Prozesses verwendet werden, sind Aluminium, Zink und Magnesium. Die Materialien haben ihre eigenen Vorteile. Aluminiumdruckguss Aluminium ist leicht und korrosionsbeständig. Der Grund dafür ist, dass Zinkdruckguss kann in dünnen und komplizierten Designs gegossen werden. Die Stärke von Magnesium-Druckguss ist sehr leicht. Druckguss wird in den meisten Branchen eingesetzt. Er liefert wichtige Teile für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Konsumgüterindustrie. 

Dieses Verfahren sorgt unter anderem bei Motorgehäusen und in Elektronikgehäusen für Haltbarkeit und Leistung. In diesem Artikel werden die Funktionsweise des Druckgusses, das verwendete Material, seine Vorteile, Einschränkungen und seine zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten erläutert.

Druckgießen

Druckguss unter hohem Druck hat eine über 100-jährige Geschichte. Ihre Entstehung geht auf das 19. Jahrhundert zurück, als sie zur Herstellung von Druckschriften verwendet wurde. Mit der Zeit wurde die Technologie weiterentwickelt und zu einem wichtigen Verfahren in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Eine der effektivsten Methoden zur Herstellung von Metallverbundteilen ist heutzutage der Druckguss. Es kann in Fällen eingesetzt werden, in denen Genauigkeit, Haltbarkeit und Geschwindigkeit erforderlich sind. Die Hersteller haben sich für dieses Verfahren entschieden, weil es eine umfangreiche Produktion mit gleichmäßiger Qualität, glatten und detaillierten Formen ermöglicht, die den Anforderungen der modernen Technik entsprechen.

Das Druckgussverfahren für Hochdruck

Druckguss ist ein schnelles, präzises und in der Massenproduktion anwendbares Verfahren. Es ist eine Kombination aus hohen Maschinen und geschmolzenem Metall, die genaue und detaillierte Teile herstellt. Das Verfahren ist effizient, da es den Herstellern ermöglicht, Tausende von Bauteilen ähnlicher Qualität zu produzieren.

Werkzeugvorbereitung

Es beginnt mit der Vorbereitung der Form. Die Stahlform oder das Gesenk wird sorgfältig gewaschen und mit einem Schmiermittel besprüht. Dadurch wird die Temperatur reguliert und sichergestellt, dass das Metall nicht an der Oberfläche der Form haftet. Die Form sollte gut vorbereitet sein, denn nur so kann das fertige Gussteil reibungslos ausgestoßen werden.

Metallschmelze

Nach dem Auslesen einer Matrize wird das bevorzugte Material - Aluminium, Zink oder Magnesium - in einem Ofen eingeschmolzen. Das Metall sollte auf den richtigen Temperaturgrad erhitzt werden, um einen vollständig flüssigen Zustand zu erreichen. Die Festigkeit und das Finish des endgültigen Gussstücks hängen weitgehend von der Qualität der Schmelze ab.

Metall-Injektion

Das geschmolzene Metall wird dann unter sehr hohem Druck in die Form gepresst. Dieser Druck presst das Metall in alle Ecken des Formhohlraums. Mit diesem Verfahren können dünne Wände, scharfe Kanten und komplexe Formen hergestellt werden, die mit anderen Gießverfahren nur schwer zu realisieren sind.

Abkühlung und Erstarrung

Das Metall gefriert nach dem Einspritzen schnell in der Stahlform. Die Abkühlungszeiten sind ebenfalls extrem kurz; sie können nur wenige Sekunden dauern. Die schnelle Abkühlung verleiht dem Teil seine Festigkeit und trägt dazu bei, dass das Teil die richtige Größe behält.

Auswurf aus der Matrize

Wenn die Erstarrung des Metalls abgeschlossen ist, wird die Form geöffnet. Das Gussteil wird durch Auswerferstifte aus der Form gedrückt. Das Teil ist in dieser Phase geformt, enthält aber noch zusätzliches Material, das entfernt werden muss.

Beschneiden und Endbearbeitung

Die letzte Phase ist die Endbearbeitung und Vorbereitung. Das überschüssige Metall wird entfernt, was als Grat bezeichnet wird. Je nach Bedarf kann das Teil dann bearbeitet, poliert, lackiert oder beschichtet werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Bauteil für die Verwendung vorbereitet ist.

Automatisierung in modernen Fabriken

Der Druckguss ist in modernen Fabriken vollständig automatisiert. Die Schritte des Einspritzens, Abkühlens und Auswerfens werden von Robotern präzise ausgeführt. Die Automatisierung verbessert die Konsistenz, senkt die Arbeitskosten und macht es zu einem idealen Verfahren für die Massenproduktion.

Rohstoffe des Druckgusses

Druckguss ist ideal für Nichteisenmetalle, die einen relativ niedrigen Schmelzpunkt haben. Die häufigsten sind:

Aluminium

Die beliebteste ist Aluminiumdruckguss. Es ist eine Kombination aus geringem Gewicht und hoher Festigkeit. Aluminiumprodukte sind außerdem korrosionsbeständig und daher für Autos, Flugzeuge und Elektronik geeignet.

Zink

Kleine Teile, die fein und präzise sind, werden am besten mit Zink gegossen. Zink ist von guter Zähigkeit und Festigkeit. Auch dünne Wände und feine Details sind möglich. Deshalb eignet es sich für Verbindungsstücke, Gehäuse und dekorative Teile.

Magnesium

Magnesium ist das leichteste strukturelle Druckgussmetall. Es besitzt ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Unterhaltungselektronik in Bereichen eingesetzt, in denen ein geringes Gewicht eine Rolle spielt.

Kupfer-Legierungen

Legierungen können auch aus Kupfer hergestellt werden, was aber nicht üblich ist. Sie sind sehr hart, haben eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Alle Materialien haben ihre Stärken je nach Verwendung. Aluminium wird als starkes und korrosionsbeständiges Material ausgewählt, Zink als präzises Material und Magnesium als leichtes Bauteil.

Druckgießwerkzeuge und -formen

Der wichtigste Aspekt des Verfahrens ist die Matrize bzw. die Form. Für die Herstellung von Matrizen wird gehärteter Werkzeugstahl verwendet, der so konstruiert ist, dass er übermäßiger Hitze und Druck standhält.

Es gibt zwei Haupttypen von Matrizen:

1. Einzelne Kavitäten - Ist ein Teil pro Zyklus.
2. Mehrkavitätenwerkzeuge - Sie werden verwendet, um zwei oder mehr Teile desselben Typs gleichzeitig herzustellen.

Es ist auch möglich, ein Werkzeug zu konstruieren, das die Herstellung einer Vielzahl von Teilen in einem einzigen Zyklus ermöglicht, ein Kombinationswerkzeug. Die Werkzeugkosten sind ebenfalls teuer, aber die Lebensdauer der Werkzeuge ist lang; daher werden sie in sehr großen Serien eingesetzt.

Arten von Druckgießmaschinen

Die Druckgießmaschinen sind für die Verarbeitung verschiedener Metalle ausgelegt. Es handelt sich um Kaltkammermaschinen und Warmkammermaschinen. Alle Maschinen haben ihre Vorteile und werden auf der Grundlage des Schmelzpunkts des gegossenen Metalls ausgewählt.

Warmkammer-Druckgießmaschinen

Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, darunter Zink und einige Magnesiumlegierungen, werden in Warmkammermaschinen verarbeitet. Bei diesem Verfahren wird das Metall in der Maschine geschmolzen gehalten. Das geschmolzene Metall ist direkt mit dem Einspritzsystem verbunden. Diese Anordnung ermöglicht extrem hohe Zykluszeiten. Das Warmkammer-Druckgussverfahren ist effektiv und eignet sich in hohem Maße für die Herstellung kleiner und empfindlicher Druckgussteile aus Zink.

Kaltkammer-Druckgießmaschinen

Kaltkammermaschinen werden für Metalle mit höheren Schmelztemperaturen, wie Aluminium und Magnesium, eingesetzt. Bei dieser Technik wird das geschmolzene Metall zunächst in einem anderen Ofen geschmolzen. Anschließend wird es in die Einspritzkammer überführt und mit hohem Druck in die Form gepresst. Dieses Verfahren ist etwas zeitaufwändiger, wird aber bei Hochtemperaturwerkstoffen benötigt. Der Kaltkammerdruckguss wird in den meisten Fällen des Aluminiumdruckgusses verwendet, wenn die Festigkeit und das geringe Gewicht berücksichtigt werden.

Die Wahl der richtigen Maschine

Es gibt zwei Arten von Maschinen: Warmkammer- und Kaltkammermaschinen, die sich nach der Art des Metalls und den Anforderungen an das Teil richten. Warmkammermaschinen sind auch beim Zinkdruckguss schnell und effizient. Im Falle von Aluminium- und Magnesiumdruckguss bieten Kaltkammermaschinen die Langlebigkeit, die bei hochschmelzenden Metallen erforderlich ist.

Vorteile des Druckgusses

Vorteile des Druckgusses gegenüber anderen Gießverfahren:

• Präzision - Bringt richtig geformte und feine Formen hervor.
• Geschwindigkeit - Die Zykluszeiten sind sehr kurz, was eine Massenproduktion ermöglicht.
• Oberflächenqualität - Die Teile sind gut verarbeitet, so dass sie nicht bearbeitet werden müssen.
• Stärke - Die Teile sind leistungsstark und widerstandsfähig, insbesondere wenn es sich um Aluminium/Magnesium handelt.
• Effizienz - Der Materialabfall ist gering, da es sich um wiederverwendbare Formen handelt.

All diese Vorteile haben dazu geführt, dass das Druckgießen eines der kosteneffizientesten Fertigungsverfahren für die Massenproduktion ist.

Nachteile des Druckgusses

Trotz seiner Vorzüge hat es gewisse Einschränkungen:

• Hohe Werkzeugkosten - Der Entwurf und die Herstellung von Matrizen sind kostspielig. Daher eignet sich das Verfahren nicht für die Großserienproduktion.
• Begrenzung der Größe - Diese Methode kann bei sehr großen Teilen schwierig sein.
• Porosität - Manchmal ist Gas im Inneren des Metalls eingeschlossen, was unter bestimmten Bedingungen die Festigkeit verringert.
• Schlechte Materialien - Nicht jedes Metall kann verwendet werden. Metalle mit sehr hohem Schmelzpunkt sind ungeeignet.

Diese Faktoren werden berücksichtigt, bevor die Hersteller das Verfahren auswählen können.

 Anwendungen des Druckgusses

Eines der flexibelsten Fertigungsverfahren ist der Druckguss. Es ist in Sektoren, in denen Festigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit gefragt sind, sehr gut einsetzbar. Aufgrund der Möglichkeit, komplexe Formen und Oberflächen herzustellen, ist es eine zuverlässige Option für die moderne Produktion.

Autoindustrie

Druckguss wird in der Automobilindustrie am häufigsten verwendet. Motorblöcke, Getriebegehäuse, Gehäuse und Halterungen werden aus Aluminium gegossen. Diese Bauteile sollten leicht und leistungsstark sein, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Kleinere Teile wie Griffe, Zahnräder und Stecker werden ebenfalls aus Zink gegossen. Da die Entwicklung von Elektrofahrzeugen immer schneller voranschreitet, werden nun auch Batteriegehäuse, Motorteile und Komponenten für die Herstellung von Leichtbaukonstruktionen im Druckgussverfahren hergestellt.

Luft- und Raumfahrtindustrie

Gewichtsreduzierung ist in der Luft- und Raumfahrt sehr wichtig. Druckguss Magnesium und Aluminium bieten leichte, aber stabile Teile. Druckguss wird für die Herstellung von Bauteilen wie Halterungen, Gehäusen und Innenausstattungen verwendet. Das Verfahren ist sicher und garantiert Leistung ohne zusätzliches Gewicht für das Flugzeug.

Elektronikindustrie

Die Elektronikindustrie ist bei der Herstellung von Gehäusen und Kühlkörpern in hohem Maße auf den Druckguss angewiesen. Aluminiumdruckguss hat eine gute Wärmeleitfähigkeit und wird daher für Kühlsysteme in elektronischen Geräten verwendet. Steckverbinder und kleine, detaillierte Teile, bei denen es auf Genauigkeit ankommt, werden im Zinkdruckgussverfahren hergestellt.

Konsumgüter

Druckguss wird für die Herstellung vieler Konsumgüter verwendet. Die meisten Alltagsprodukte, wie Schlösser, Griffe, Gehäuse und Ziergegenstände, werden in der Regel aus Zink oder Aluminium pulvergossen. Das Verfahren verleiht den Produkten eine glatte Oberfläche und ein hohes Maß an Haltbarkeit und macht sie damit funktional und attraktiv.

Industrielle Maschinen

Druckguss ist auch für Industriemaschinen nützlich. Druckgussteile werden häufig in Pumpen, Kompressoren und Präzisionswerkzeugen verwendet. Die Fähigkeit, komplizierte Formen bei gleicher Festigkeit zu schaffen, macht das Verfahren für die rauen industriellen Bedingungen am besten geeignet.

Andere Anwendungen

Auch im Bereich der erneuerbaren Energien, der Medizintechnik und der Telekommunikation wird das Druckgussverfahren eingesetzt. Das Verfahren bietet zuverlässige und kostensparende Lösungen in Form von Solarzellenrahmen und medizinischen Gehäusen. Es ist so vielseitig, dass es immer wieder eine zentrale Technologie in verschiedenen Sektoren ist.

Persönlicher Vergleich mit anderen Gussverfahren

Eines der Verfahren zur Herstellung von Metallteilen ist der Druckguss. Es wird gemeinhin mit Sandguss, Kokillenguss und Feinguss gleichgesetzt. Die Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, die sich aus den Kosten, der Präzision und dem Produktionsvolumen ergeben.

Sandgießen

Sandguss ist eine sehr alte und die kostengünstigste Form des Gießens. Es eignet sich für die Produktion von Kleinserien und sehr großen Teilen. Er ist jedoch weniger genau als der Druckguss. Die Oberflächengüte ist gröber und das Verfahren ist sehr langsam. Wenn starke Konturen und polierte Oberflächen erforderlich sind, wird das Druckgussverfahren eingesetzt.

Schwerkraftkokillenguss

Beim Kokillenguss wird die Schwerkraft und nicht der hohe Druck zum Füllen der Form genutzt. Das Ergebnis dieses Verfahrens sind gute mechanische Eigenschaften der Teile, die stark geformt werden. Es ist jedoch langsam und eignet sich nicht für dünne Wände oder extrem komplizierte Formen. Das Druckgussverfahren ist schneller, was die Zykluszeit angeht, und bietet mehr Gestaltungsfreiheit, was für die Massenproduktion besser geeignet ist.

Feinguss

Der Wachsausschmelzguss wird auch als Feinguss bezeichnet, der sehr detailliert und präzise ist. Damit lassen sich Bauteile mit komplizierten Formen und glatten Oberflächen herstellen. Feinguss ist jedoch pro Teil teurer und im Vergleich zum Druckguss langsamer. Das Druckgussverfahren ist bei hohen Stückzahlen immer noch günstiger.

Endgültiger Vergleich

Im Vergleich zu diesen Verfahren ist das Druckgussverfahren die geeignetste Option für die Großserienproduktion. Es ist auch eines der wertvollsten Gießverfahren der modernen Produktion und verbindet Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kosteneffizienz.

Im Vergleich dazu ist der Druckguss am besten geeignet, wenn es darum geht, hohe Stückzahlen mit Schnelligkeit, Perfektion und geringen Kosten zu produzieren.

Die Zukunft des Druckgusses

Die Druckgusstechnologie wird weiterentwickelt. Robotik und Automatisierung beschleunigen den Produktionsprozess und machen ihn berechenbarer. Neuere Legierungen werden für leichtere und stärkere Teile verwendet. Auch die Nachhaltigkeit ist ein wichtiger Aspekt. Der Druckguss von Aluminium und Zink wird recycelt. Effiziente Maschinen minimieren die Umweltauswirkungen.

Der Druckguss wird auch in den kommenden Jahren eines der Herstellungsverfahren sein, das solche Fortschritte ermöglicht.

Zusammenfassung

Eine der effektivsten Methoden zur Herstellung von Metallteilen ist das Druckgießen. Dabei wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in eine Metallform gespritzt. Auf diese Weise entstehen innerhalb kürzester Zeit solide, präzise und detaillierte Elemente. Dieses Verfahren wird in allen Industriezweigen eingesetzt, in denen hochwertige Teile in großen Mengen benötigt werden.

Das Druckgussverfahren umfasst eine Reihe von Schritten. Zunächst wird die Form geschmiert und fertig gezogen. Dann wird geschmolzenes Metall, z. B. Aluminium, Zink oder Magnesium, mit hoher Geschwindigkeit in die Form gespritzt. Sobald das Teil abgekühlt und erstarrt ist, wird es ausgestoßen, beschnitten und fertiggestellt. In modernen Fabriken wird die Automatisierung eingesetzt, um sicherzustellen, dass dieser Prozess schnell, wiederholbar und kosteneffizient ist.

Je nach Anwendungsbereich werden unterschiedliche Materialien verwendet. Leichte Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bietet Aluminiumdruckguss. Zinkdruckguss wird verwendet, um kleine Teile feiner zu machen, und ist langlebig. Bei kritischem geringem Gewicht ist das Druckgussverfahren von Magnesium die beste Option. Eine gute Verschleißfestigkeit und Leitfähigkeit kann auch mit Kupferlegierungen erreicht werden.

Druckguss wird in Automotoren und in Elektronikgehäusen benötigt. Mit der Entwicklung von Technologien und Recycling wird es in Zukunft ein starkes und nachhaltiges Produktionsverfahren sein.

Häufig gestellte Fragen

Anwendung von Druckguss?

Im Druckgussverfahren werden Metallteile mit hoher Präzision und Festigkeit hergestellt. Es wird in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Maschinenindustrie verwendet. Dazu gehören Motorgehäuse, Halterungen, Kühlkörper und Gehäuse für Konsumgüter.

Welche metallurgischen Werkstoffe werden beim Druckguss verwendet?

Zu den gängigsten Metallen gehören Aluminium, Zink und Magnesium. Aluminium ist zäh und korrosionsbeständig, Zink kann feiner verarbeitet werden, und Magnesium ist leicht. Spezielle Anwendungen werden aus Kupferlegierungen hergestellt.

Was ist der Unterschied zwischen Druckguss und Niederdruckguss?

Beim Druckguss wird das geschmolzene Metall unter extremem Druck in die Form gegossen. Das macht es zeitsparend und präzise. Beim Niederdruckguss füllt das geschmolzene Metall die Form durch den niedrigen Druck. Dieses Verfahren ist langsamer, verursacht aber weniger Gasporosität und verbessert die mechanischen Eigenschaften.

Ist das Druckgießen unter Druck ein kostspieliges Verfahren?

Die Originalwerkzeuge und -formen sind teuer. Sind die Formen jedoch einmal hergestellt, ist dies bei großen Produktionsmengen recht wirtschaftlich. Bei kleinen Stückzahlen können andere Gießverfahren kostengünstiger sein.

Gibt es große Teile, die im Druckgussverfahren hergestellt werden können?

Kleine bis mittelgroße Teile lassen sich am besten im Druckgussverfahren herstellen. Große Teile sind aufgrund der begrenzten Maschinen- und Formgröße schwer herzustellen. Übergroße Teile können besser mit anderen Gießverfahren hergestellt werden.