Was ist Druckguss? Gängige Druckgusswerkstoffe

Beim Hochdruck-Druckgießen wird flüssiges Metall in wiederverwendbare Formen gepresst. Die Werkzeugkosten begünstigen häufig die Serienfertigung. Zu den üblichen Legierungsgruppen gehören Aluminium, Zink und Magnesium; ausgewählte Kupferlegierungen erfordern eine fachkundige Bewertung. Dieser Leitfaden vergleicht Kriterien zur Werkstoffauswahl.

Druckguss ist ein Fertigungsverfahren für Metallbauteile. Dabei wird flüssiges Metall unter hohem Druck in eine Stahlform gepresst. Nach dem Erstarren wird das Bauteil entnommen und die Form für den nächsten Zyklus vorbereitet.

Druckguss eignet sich für vielfältige Bauteile, von kleinen Elektronikkomponenten bis zu größeren Motorblöcken und Fahrzeugteilen. Bei hohen Stückzahlen kann das Verfahren wirtschaftlich sein.

Druckgießen ermöglicht komplexe Formen und dünne Wände mit reproduzierbaren Abmessungen. Nachbearbeitung, Ausschuss und Zerspanungsaufwand hängen von Legierung, Geometrie, Werkzeug und Prozess ab; Einsparungen gegenüber anderen Verfahren sind projektspezifisch zu bewerten.

Zu den Druckgussverfahren gehören:

Beim Warmkammer-Druckgießen entnimmt das Gießsystem Metall aus einem beheizten, mit der Maschine verbundenen Behälter. Geeignete Zink- und Magnesiumlegierungen lassen sich so verarbeiten. Neben der Schmelztemperatur sind die Eignung der Maschine und die Legierungszusammensetzung entscheidend.

Beim Kaltkammer-Druckgießen wird flüssiges Metall, meist mit einer Schöpfvorrichtung oder automatischen Dosierung, in die Gießkammer überführt und eingespritzt. Aluminium wird häufig so verarbeitet. Die Zykluszeit hängt vom gesamten Prozess ab, nicht allein vom Kammertyp.

Die Wahl des passenden Werkstoffs ist für ein Druckgussprojekt entscheidend. Die Eigenschaften der jeweiligen Legierung müssen den Anforderungen entsprechen. Im Folgenden werden häufig verwendete Druckgusswerkstoffe vorgestellt.

Zinklegierungen werden häufig im Druckguss eingesetzt, besonders für detailreiche Bauteile. Der ungefähre Bereich von 380 bis 420 °C ist legierungsabhängig und keine allgemeingültige Maschineneinstellung. Prüfen Sie die Gieß-, mechanischen und Gebrauchseigenschaften der angegebenen Legierung.

Zinkdruckgussteile können zum Korrosionsschutz und für dekorative Oberflächen galvanisch beschichtet, lackiert oder verchromt werden. Häufig verwendete Zinkdruckgusslegierungen sind Zamak 3, Zamak 5 und ZA-8. Die Legierungen bieten unterschiedliche Kombinationen aus Festigkeit und Duktilität: Zamak 3 weist ausgewogene Eigenschaften auf, Zamak 5 eine höhere Zugfestigkeit und Härte. ZA-8 enthält mehr Aluminium, was die Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen und die Kriechbeständigkeit verbessert.

Geeignete Zinklegierungen lassen sich effizient auf Warmkammermaschinen verarbeiten. Erreichbare Detailtreue, Wanddicke, Maßstabilität und Formstandzeit hängen von Legierung und Prozess ab und sind für das konkrete Bauteil zu prüfen.

• Sehr gutes Fließvermögen und gute Gießbarkeit
• Hohe Duktilität und Schlagzähigkeit
• Korrosionsschutz durch galvanische Beschichtung, Lackierung oder Verchromung
• Geeignet zum Füllen komplexer Formen und dünner Wände
• Für Warmkammerdruckguss geeignet

Zinkdruckgussteile werden im Fahrzeugbau unter anderem für Halterungen, Schlossgehäuse und Türgriffe eingesetzt. In der Unterhaltungselektronik dienen sie als kompakte Gehäuse und Steckverbinder. Weitere Anwendungen sind Spielzeug, Beschläge und Zierteile, insbesondere kleine bis mittelgroße Bauteile.

Magnesiumlegierungen haben eine geringe Dichte und eignen sich für gewichtskritische Bauteile. Angaben wie 35% weniger als Aluminium und 75% weniger als Zink beziehen sich näherungsweise auf die Dichte und garantieren keine entsprechende Gewichtseinsparung am Bauteil. Sorte, Geometrie, Schutzmaßnahmen, Verarbeitung und aktuelle Preise beeinflussen die Auswahl.

Zu den gängigen Druckgusslegierungen zählen AZ91D, bekannt für gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sowie AM60B, das für höhere Duktilität und bessere Energieaufnahme bei stoßbelasteten Anwendungen geschätzt wird.

• Niedrigste Dichte unter den Druckgussmetallen
• Hohes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht
• Gute EMI/RFI-Abschirmung
• Wirksame Schwingungsdämpfung
• Je nach Legierung, Maschine und Bauteilanforderungen sind Warmkammer- oder Kaltkammermaschinen einsetzbar

Magnesiumgussteile werden für ausgewählte Elektronikgehäuse, Fahrzeugbauteile und Elektrowerkzeuggehäuse eingesetzt. Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erfordern eine anwendungsspezifische Werkstoff- und Prozessqualifizierung; geringe Dichte allein belegt keine Eignung.

Aluminium-Druckgusslegierungen bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Masse, Festigkeit, Gießbarkeit und Wärmeübertragung. Mechanische Eigenschaften, Einsatztemperatur und Korrosionsbeständigkeit hängen von Legierung und Umgebung ab. In maritimen Umgebungen kann zusätzlicher Schutz erforderlich sein; Aluminiumlegierungen sind nicht pauschal gleichwertig.

Eine häufig spezifizierte Aluminium-Druckgusslegierung ist A380. Weitere Optionen sind ADC12 und A383; vergleichen Sie deren tatsächliche Zusammensetzung und Eigenschaften, statt Austauschbarkeit vorauszusetzen. Aluminium wird häufig im Kaltkammerverfahren verarbeitet; der genaue Prozess richtet sich nach dem Bauteil.

• Mäßige Dichte bei hohem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Sehr gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit
  
  
• Natürliche Korrosionsbeständigkeit
• Für komplexe Geometrien und dünne Wände geeignet

Aluminium-Druckgussteile werden für geeignete Fahrzeuggehäuse und Strukturteile, Elektronikgehäuse, Kühlkörper, Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge sowie Telekommunikationsgeräte eingesetzt. Nicht jedes Aluminiumbauteil entsteht im Hochdruck-Druckguss; Räder und maritime Anwendungen erfordern eine spezifische Prozess- und Werkstoffbewertung.

Kupferlegierungen unterscheiden sich erheblich hinsichtlich Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsverhalten und Temperaturbeständigkeit. Messing und Bronze kommen für ausgewählte Anwendungen infrage, doch nicht jedes Kupferlegierungs-Gussteil wird im Druckguss hergestellt. Der Bereich von 900–1000 °C gilt nicht allgemein; prüfen Sie legierungsspezifische thermische Daten und Werkzeuganforderungen.

• Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
• Sehr gute Verschleißfestigkeit
• Erhalt der Festigkeit bei erhöhten Temperaturen
• Hohe Korrosionsbeständigkeit

Zu den Bauteilen aus Kupferlegierungen zählen Steckverbinder, Fittings, Ventile, Buchsen und Zierteile. Sie können mit verschiedenen Gieß- oder Umformverfahren hergestellt werden. Prüfen Sie, ob Druckgießen für die gewählte Legierung, Geometrie, Einsatzumgebung und geforderten Eigenschaften geeignet ist.

Die Wahl einer geeigneten Druckgusslegierung muss technische Anforderungen und Fertigungsaspekte über den gesamten Lebenszyklus des Bauteils ausbalancieren.

• Das Produktionsvolumen beeinflusst die Amortisation der Werkzeugkosten und die Verfahrenswahl. Zykluszeit und Formstandzeit hängen von Legierung, Geometrie, Temperaturführung und Wartung ab; eine allgemeingültige Rangfolge aller Legierungen ist nicht sinnvoll.
• Die Maßgenauigkeit hängt von Bauteilkonstruktion, Legierungsschwindung, Werkzeug und Prozessführung ab. Zink kann detailreiche Formen füllen, doch enge Toleranzen und geringer Zerspanungsaufwand müssen am konkreten Bauteil validiert werden.
• Die Nachbearbeitung beeinflusst die Legierungswahl. Metallische Beschichtungen, Lackierungen, Eloxieren oder andere Schutzmaßnahmen müssen zur jeweiligen Legierung und den Anforderungen an Aussehen oder Korrosionsbeständigkeit passen. Nicht jede Aluminium-Druckgusslegierung ergibt dieselbe Eloxaloberfläche.
• Bewerten Sie Umgebungsbedingungen, Masse, Festigkeit, Steifigkeit, Temperatur und Gesamtkosten gemeinsam. Keine Legierungsgruppe bietet grundsätzlich das beste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht oder die höchste Korrosionsbeständigkeit.
• Gesamtkosten müssen Werkstoff, Werkzeuge, Zykluszeit und Endbearbeitung umfassen.

Erfolgreiche Druckgussprojekte beginnen mit einer fundierten Werkstoffwahl. Sie beeinflusst Bauteilleistung, Fertigungskosten, Lieferzeit und Lebensdauer. Zink-, Aluminium-, Magnesium- und Kupferlegierungen bieten unterschiedliche Eigenschaften für verschiedene Anwendungen. Eine frühzeitig passende Auswahl hilft, spätere kostspielige Korrekturen zu vermeiden.

6061 ist vorwiegend eine Aluminium-Knetlegierung und keine übliche Wahl für den Hochdruck-Druckguss. Wählen Sie eine für das Verfahren spezifizierte Gusslegierung; Knet- und Gusslegierungsbezeichnungen sind nicht austauschbar.

Es gibt kein grundsätzlich stärkstes Druckgussmetall. Vergleichen Sie die spezifizierten Legierungen anhand der benötigten Eigenschaft, etwa Streckgrenze, Ermüdungsfestigkeit oder dichtebezogener Festigkeit, unter den tatsächlichen Einsatzbedingungen.

Aluminium wird häufig für Motorbefestigungen, Motorblöcke, Getriebegehäuse und weitere hoch belastete Bauteile eingesetzt. Zink eignet sich für die wirtschaftliche Großserienfertigung kleinerer Teile.

Die Werkstoffauswahl für Luft- und Raumfahrt erfordert qualifizierte Legierungs- und Prozessspezifikationen sowie Anforderungen an Ermüdung, Temperatur, Korrosion, Prüfung und Rückverfolgbarkeit. Wählen Sie Aluminium oder Magnesium nicht allein nach einer pauschalen Festigkeits- oder Gewichtsrangfolge.