Aluminium-Druckguss: Ein ausführlicher Leitfaden

Konzept des Hochdruck-Druckgusses

Hochdruck-Druckguss (HPDC) ist ein Metallgussverfahren, das zur Massenproduktion komplexer, hochintegrierter und endkonturnaher Metallteile verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall mit hohem Druck, typischerweise zwischen 1.000 und 25.000 PSI (Pfund pro Quadratzoll), in eine vorgefertigte Form eingespritzt. Der hohe Druck wird aufrechterhalten, bis die Metallschmelze erstarrt und aus der Form entfernt wird.

Dieser Prozess wird entweder mit einer Warmkammer- oder Kaltkammer-Druckgussmaschine durchgeführt. Die Heißkammermaschine wird für Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink verwendet, während die Kaltkammermaschine für Materialien mit hohem Schmelzpunkt wie Aluminium und Magnesium verwendet wird. HPDC wird aufgrund seiner Fähigkeit, qualitativ hochwertige Teile mit engen Toleranzen und komplexen Formen herzustellen, häufig in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Medizinbranche eingesetzt.

Bedeutung des Hochdruck-Druckgusskonzepts in verschiedenen Branchen

Hochdruckguss (HPDC) ist aufgrund seiner zahlreichen Vorteile ein wichtiges Konzept in verschiedenen Branchen. Hier sind einige Branchen, die vom HPDC-Konzept profitieren:

Unterhaltungselektronik: Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Laptops und Tablets benötigen kleine, leichte Teile, die sich einfach im HPDC-Verfahren herstellen lassen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung komplizierter Designs und präziser Komponenten mit hoher Genauigkeit.

Medizinische Gerätet: Auch die Medizinbranche profitiert vom HPDC-Konzept, das die Herstellung leichter, präziser Komponenten für den Einsatz in medizinischen Geräten und Anlagen ermöglicht. Das Verfahren liefert hochwertige Bauteile mit hervorragender Oberflächengüte und ist somit ideal für die hohen Anforderungen der Branche.

Rüstungsindustrie: HPDC ist in der Verteidigungsindustrie von Vorteil, da es die Herstellung komplexer, hochfester Komponenten mit ausgezeichneter Maßgenauigkeit ermöglicht, die für Militärfahrzeuge, Flugzeuge und Waffensysteme von entscheidender Bedeutung sind. Dies ermöglicht kontinuierliche Innovation und Entwicklung, um den fortschreitenden technologischen Anforderungen militärischer Ausrüstung gerecht zu werden. Mit Hochdruck-Druckguss kompatible Materialien

Der folgende kurze Überblick über kompatible Materialien hilft Ihnen herauszufinden, ob HPDC das geeignete Herstellungsverfahren ist oder ob eine alternative Methode verwendet werden sollte.

Aluminium: Dies ist aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften wie geringes Gewicht, Dimensionsstabilität, elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit ein weit verbreitetes Material im Hochdruckguss.

Das Material hat eine gute Fließfähigkeit, wenn es unter hohem Druck geschmolzen wird, erfordert jedoch ein Kaltkammersystem, um qualitativ hochwertige Gussteile herzustellen. Zu den gängigen Aluminiumlegierungen, die in diesem Prozess verwendet werden, gehören 380, 390, 412, 443 und 518. Dieses Material wird häufig in Branchen wie der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.

Magnesium: Dies ist ein weiteres leichtes Material, das häufig im HPDC-Prozess verwendet wird. Es ist gut zerspanbar und aufgrund seines niedrigeren Schmelzpunkts für den Warmkammer-Druckguss geeignet. Zu den gängigen Magnesiumlegierungen, die im Prozess verwendet werden, gehören AZ91D, AM60, AS41B und AE42.

Zink: Dies ist das herstellerfreundlichste Material der drei gängigen HPDC-Materialien. Es ist sowohl für Heiß- als auch für Kaltkammersysteme geeignet. Zu den gängigen Hochdruck-Zinkdruckgusslegierungen gehören Zamak, 2, 3 und 5. Zinkdruckgussmaterialien sind stark, langlebig und bearbeitbar.

Was ist Aluminium-Druckguss?

Aluminium-Hochdruckguss (HPDC) ist ein Metallgussverfahren, bei dem geschmolzenes Aluminium unter hohem Druck in eine vorgefertigte Form eingespritzt wird, um hochwertige Metallteile herzustellen. Das Aluminium wird mit einem Druck von 1.000 bis 25.000 PSI unter Druck gesetzt, um den Formhohlraum zu füllen und die Form des gewünschten Teils nachzubilden. Die Herstellung erfolgt je nach Schmelzpunkt der Aluminiumlegierung entweder mit einer Warm- oder Kaltkammer-Druckgussmaschine.

Wann sollte ich mich für den HPDC-Prozess entscheiden?

Es gibt zwei Arten von Geräten, die für den Hochdruck-Druckguss verwendet werden: Kaltkammer- und Warmkammer-Druckgussgeräte. Für den Hochdruckguss von Aluminium ist der Einsatz von Kaltkammermaschinen erforderlich.

Hochdruckguss (HPDC) ist eine schnelle und kostengünstige Fertigungstechnik, die sich zum Gießen von Nichteisenmetallen eignet. Es ist ideal für hohe Produktionsanforderungen und kann dünnwandige Teile mit einer besseren Oberflächengüte herstellen. Es besteht jedoch die Gefahr einer Porosität im Inneren des Gussstücks, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen und es für eine Wärmebehandlung ungeeignet machen kann.

Komponenten einer Hochdruck-Druckgussmaschine

Wenn ein Hersteller beabsichtigt, eine HPDC-Maschine zu erwerben, finden Sie hier einige Komponenten der Maschine und ihre jeweiligen Funktionen.

Druckgussform 

Es ist die Hauptkomponente der Maschine und besteht normalerweise aus Stahl. Es hat ein Design, das das beabsichtigte Produkt darstellt, und ist dafür verantwortlich, das geschmolzene Metall in die gewünschte Form zu bringen. Die Druckgussform besteht aus zwei Hälften, einer beweglichen und einer festen Hälfte, die unter Kraft zusammengehalten werden, wenn der Bediener geschmolzenes Metall einspritzt.

Auswerferstifte 

Dabei handelt es sich um Komponenten, die beim Auswerfen des Druckgusses nach der Erstarrung helfen. Sie befinden sich meist auf der beweglichen Formhälfte und helfen beim Entformen der Gussteile.

Kolben

Es erzeugt den Druck, der das geschmolzene Metall aus der Blaskammer in die Form spritzt. Je nach Maschinentyp ist eine Automatisierung möglich.

Heizkomponenten

Diese bestehen aus dem Heizelement, dem Thermoelement und der Blaskammer (Ort der Metallschmelze). Sie dienen dazu, das Metall zu erhitzen und gleichzeitig die Temperatur des geschmolzenen Metalls zu speichern und aufrechtzuerhalten. Im Kältekammersystem fehlen die Heizkomponenten.

Steigrohr: Dies dient als Durchgang für das geschmolzene Metall in die Druckgussform.

Schritte des Hochdruck-Druckgussverfahrens

Die folgenden Informationen vermitteln ein umfassendes Verständnis der Funktionsweise des Druckgussverfahrens:

Der erste Schritt ist die Formvorbereitung: Dabei wird die Form gereinigt und ihre Innenwände geschmiert, um das Auswerfen und die Temperaturregulierung zu erleichtern.

Der zweite Schritt ist die Injektion: Je nach Art des verwendeten Materials kann entweder das Heißkammer- oder das Kaltkammer-Injektionssystem verwendet werden. Das Heißkammersystem eignet sich für Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink und Magnesium, während die Kaltkammer für Metalle mit hohem Schmelzpunkt wie Aluminium und Messing verwendet wird.

Der dritte Schritt ist die Teileentfernung: Dabei wird ein Auswerferstift verwendet, um den Hohlraum der Form freizugeben und die erstarrten Abgüsse herauszudrücken.

Der letzte Schritt ist das Trimmen: Dabei werden die überschüssigen Materialien vom Gussstück und der Form mit verschiedenen Methoden entfernt, beispielsweise mit einer Schnittform oder einer Säge.

Vorteile und Grenzen von Hochdruck-Druckgussteilen

Vorteile

Höhere Produktionsraten

Die Injektionsphase beim HPDC ist ein wichtiger Schritt und wird schnell abgeschlossen, was zu hohen Produktionsraten führt. Dies macht das Verfahren vorteilhaft für die schnelle Prototypenherstellung, insbesondere bei der Massenfertigung, und ist im Vergleich zu anderen Gussverfahren wie LPDC schneller.

Hochwertige Hochdruck-Druckgussteile

Mit HPDC hergestellte Druckgussteile weisen eine hohe Maßgenauigkeit, hervorragende Gleichmäßigkeit und eine gute Oberflächengüte auf. Sie behalten außerdem die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials bei und erfordern in der Regel nur minimale Bearbeitung.

Dünnwandige Produkte

HPDC kann eine dünne Wandstärke von weniger als 0,40 mm erreichen, und das Verfahren ermöglicht das Hinzufügen von Einsätzen oder Co-Cast-Teilen. Diese Funktion reduziert die Anzahl der bei der Montage erforderlichen Komponenten.

Komplexe Designleistungen

HPDC eignet sich aufgrund der Flexibilität bei der Formgestaltung für die Herstellung von Produkten mit komplizierten Formformen. Diese Flexibilität erleichtert die Montage der produzierten Teile.

Langlebige Stanzformen

Die im HPDC verwendeten Druckgussformen sind äußerst langlebig und ermöglichen den Einsatz in mehreren Produktionszyklen. Diese Haltbarkeit reduziert die Druckgusskosten pro Stück.

Einschränkungen

Anwesenheit von Luft 

Dies ist ein häufiges Problem bei HPDC und führt zu Lufteinschlüssen im Endprodukt. Dies macht HPDC ungeeignet für Produkte, die Luftdichtheit erfordern, da Lufteinschlüsse bei der Wärmebehandlung zu Porosität und Oberflächenblasen führen können. In solchen Fällen kann Niederdruck-Kokillenguss eine bessere Alternative sein.

Die anfänglichen Startkosten 

Die Anschaffungskosten einer persönlichen HPDC-Maschine können erheblich sein, weshalb sich viele Privatpersonen und Unternehmen dafür entscheiden, ihre Druckgussanforderungen an einen Dienstleister auszulagern.

Minimierung von Chipdefekten in HPDC

Im Folgenden sind einige der häufigsten Arten von Mängeln aufgeführt und wie diese minimiert werden können:

Porosität

Dies ist ein häufiges Problem, das während des HPDC-Prozesses auftritt. Obwohl es schwierig ist, Porosität vollständig zu beseitigen, können Sie sie minimieren, indem Sie Vakuumtechnologie in die Ausrüstung integrieren.

Blitz

Beim Hochdruck-Aluminiumguss kommt es ebenfalls häufig zu Graten, bei denen es sich um überschüssiges Material handelt, das entlang der Trennfugen austritt. Dies wird normalerweise dadurch verursacht, dass der Einspritzdruck die Schließkraft übersteigt. Eine Möglichkeit, Gratdefekte zu verhindern, besteht darin, Druckgussgeräte mit ausreichender Tonnage zu verwenden.

Heißes Reißen

Dies kann auf eine ungleichmäßige Abkühlung zurückzuführen sein und zu Rissen an heißen Stellen Ihrer Teile führen. Eine ungleichmäßige Abkühlung entsteht oft durch Schwankungen der Wandstärke in einem Gussstück, kann aber durch eine Verbesserung des Designs behoben werden.

Unbefüllte Abschnitte

Aufgrund verschiedener Faktoren kann es zu ungefüllten Abschnitten im Formhohlraum kommen. Dieses Problem kann durch die Überwachung des Schussvolumens, der Geschwindigkeit und der Gießtemperatur verhindert werden.

Anwendung des Hochdruck-Druckgussverfahrens

Medizinische Industrie: In der medizinischen Industrie wird HPDC häufig zur Herstellung hochproduktiver Bildgebungsgeräte, Infusionspumpen und anderer medizinischer Teile verwendet. Die hohe Produktivität des Verfahrens, die Kompatibilität mit verschiedenen Materialien und die Fähigkeit, komplizierte Designs herzustellen, machen es zu einer beliebten Wahl in dieser Branche.

Automobilindustrie: Die Automobilindustrie verlässt sich auf HPDC, um wichtige Fahrzeugkomponenten wie Motorblöcke, Motorlager, Getriebegehäuse und andere Strukturteile herzustellen. Die Kompatibilität der Methode mit Materialien wie Aluminium und Magnesium, ihre Fähigkeit, eine hohe Genauigkeit zu erreichen und ihre Fähigkeit, komplexe Designs herzustellen, machen sie zu einer bevorzugten Wahl in diesem Sektor.

Luft-und Raumfahrtindustrie: Der Luft- und Raumfahrtsektor setzt HPDC auch zur Herstellung von Motorteilen aus Materialien wie Zink, Magnesium und Aluminium ein. Diese Metalle verfügen über einzigartige Eigenschaften, die sie für den Hochdruck-Druckguss geeignet machen, und die Fähigkeit der Methode zur Herstellung komplexer Designs macht sie zu einer idealen Option für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Vergleich zwischen HPDC und LPDC

    A. Hochdruck-Aluminium-Druckguss

Hochdruck-Aluminium-Druckguss (HPDC) ist ein weltweit weit verbreitetes Herstellungsverfahren, wobei etwa 701 TP3T der Druckgusshersteller dieses Verfahren nutzen. Der Aluminium-Druckgussprozess umfasst folgende Schritte:

Zunächst werden Aluminiumlegierungen in einem separaten Ofen geschmolzen. Anschließend wird das geschmolzene Aluminium entweder manuell oder mit einem Roboterarm in die Gießhülse der Druckgussanlage überführt. Anschließend wird das geschmolzene Metall mit hohem Druck von einem Kolben in die Form gedrückt. Das Gussstück wird in den Gussformen eine bestimmte Zeit lang abkühlen und erstarren gelassen, bevor die Gussformhälften getrennt und das fertige Gussstück entnommen werden.

    B. Niederdruck-Kokillenguss

Niederdruck-Aluminiumgussmaschinen haben im Vergleich zu Hochdruck-Aluminiumgussanlagen einen anderen Aufbau. Der Prozess des Niederdruck-Druckgusses wird im Folgenden beschrieben:

Zunächst wird die Aluminiumlegierung in einem verschlossenen Ofen geschmolzen. Die Formhälften werden oben auf dem Ofen positioniert und über ein Steigrohr verbunden. Anschließend wird im Inneren des Ofens ein niedriger Luftdruck angelegt, wodurch das geschmolzene Aluminium durch das Rohr aufsteigt und den Formhohlraum füllt. Der Luftdruck wird aufrechterhalten, bis das Gussstück erstarrt ist. Abschließend werden die Formen geöffnet und das Gussstück entnommen.

    C. Wann sollte man sich für den HPDC- oder LPDC-Prozess entscheiden?

Die Wahl zwischen Hochdruck-Druckguss (HPDC) und Niederdruck-Druckguss (LPDC) hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Komplexität des Teiledesigns, dem gewünschten Produktionsvolumen, den erforderlichen Materialeigenschaften und den Kostenüberlegungen.

HPDC wird für komplexe Teile mit dünnen Wänden und komplizierten Details bevorzugt, da es eine Flexibilität bei der Gestaltung komplizierter Formen ermöglicht. Da es sich um ein schnelles Verfahren mit hohen Produktionsraten handelt, eignet es sich auch ideal für Produktionsläufe mit hohen Stückzahlen. HPDC produziert Teile mit hoher Maßgenauigkeit, guter Oberflächengüte und ausgezeichneter Gleichmäßigkeit. Allerdings ist HPDC möglicherweise nicht für Teile geeignet, die keine Lufteinschlüsse oder Defekte aufweisen dürfen.

LPDC hingegen eignet sich zur Herstellung von Teilen mit dickeren Wänden und geringerer Komplexität. Es ist ideal für Teile mit hohen mechanischen Eigenschaften und solche, die eine Wärmebehandlung erfordern, wie z. B. Motorkomponenten. LPDC kann auch Teile mit weniger Defekten und geringerer Porosität herstellen. LPDC ist jedoch möglicherweise nicht so schnell wie HPDC und eignet sich möglicherweise nicht für Produktionsläufe mit hohen Stückzahlen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Warum CNC-Bearbeitung für Druckgussformen verwenden?

Die CNC-Bearbeitung ist aufgrund ihrer Präzision, Genauigkeit und der Fähigkeit, hohe Toleranzen zu erreichen, ein weithin bevorzugtes Herstellungsverfahren für Druckgussformen. Da Druckgussformen einen hohen Detaillierungsgrad erfordern, ist die CNC-Bearbeitung das bevorzugte Verfahren für ihre Herstellung.

Hochdruck-Kokillenguss: Gilt das für Kunststoffe?

Es ist wichtig zu beachten, dass Hochdruckguss für Kunststoffe nicht verwendet wird. Spritzguss ist das bevorzugte Verfahren für Kunststoffpolymere, während für Metalle Druckguss zum Einsatz kommt.

Wie unterscheidet man Hochdruckguss und Schwerkraftguss?

Der Hauptunterschied zwischen Hochdruckguss und Schwerkraftguss liegt in der Methode, mit der die Form mit geschmolzenem Metall gefüllt wird. Beim Hochdruckguss wird das Metall unter hohem Druck eingespritzt, beim Schwerkraftguss wird die Form mithilfe der Schwerkraft mit geschmolzenem Metall gefüllt.