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Hochdruckguss (HPDC) ist ein weit verbreitetes Fertigungsverfahren zur Herstellung komplexer Metallteile mit Präzision und hoher Maßgenauigkeit. Durch das Einspritzen von geschmolzenem Metall in eine Formhöhle unter hohem Druck ermöglicht HPDC die Herstellung starker, langlebiger Komponenten mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit. Dieser Artikel untersucht die wichtigsten Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen von HPDC und bietet detaillierte Einblicke in die Heißkammer- und Kaltkammerprozesse. Ob bei der Arbeit mit niedrigschmelzenden Legierungen wie Zink oder hochschmelzenden Metallen wie Aluminium – HPDC ist eine vielseitige und effiziente Lösung für moderne Fertigungsanforderungen.
Hochdruck-Druckguss (HPDC) ist ein Herstellungsverfahren, bei dem geschmolzenes oder halbgeschmolzenes Metall mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in eine Stahlform gespritzt wird. Das Metall verfestigt sich in der Form und erzeugt ein Teil mit hoher Maßgenauigkeit und hervorragender Oberflächenbeschaffenheit.
HPDC hat zwei herausragende Eigenschaften: hohen Druck und schnelle Formfüllung. Typischerweise liegt der Einspritzdruck zwischen einigen Tausend und Zehntausenden von kPa, manchmal sogar bis zu 200,000 kPa. Die Füllgeschwindigkeit liegt normalerweise zwischen 10 und 50 Metern pro Sekunde und kann in einigen Fällen 100 Meter pro Sekunde überschreiten. Der gesamte Formfüllvorgang ist extrem schnell und dauert 0.01 bis 0.2 Sekunden.
Im Vergleich zu anderen Gussverfahren bietet HPDC mehrere Vorteile:
Der Guss erreicht eine hohe Maßgenauigkeit (im Allgemeinen entspricht dies der Güteklasse 6–7 und in einigen Fällen der Güteklasse 4). Auch die Oberflächengüte ist ausgezeichnet und entspricht in der Regel der Güteklasse 5–8. Darüber hinaus weisen HPDC-Teile eine höhere Festigkeit und Härte auf, wobei die Festigkeit im Vergleich zum Sandguss um 25–30 % zunimmt, die Duktilität jedoch um etwa 70 % abnehmen kann. Die Maßstabilität und Austauschbarkeit sind außergewöhnlich. Beispielsweise können die dünnsten Zinklegierungs-Druckgussteile nur 0.3 mm dünn sein, während Aluminiumlegierungsteile bis zu 0.5 mm dünn sein können.
HPDC-Maschinen können hohe Leistungen erbringen. Die heimische Kaltkammermaschine JⅢ3 kann beispielsweise 600-700 Gussteile in einer 8-Stunden-Schicht produzieren. Kleinere Warmkammermaschinen können 3,000-7,000 Gussteile pro Schicht produzieren. Die lange Lebensdauer der Matrizen ist ein weiterer wesentlicher Vorteil, da sie Hunderttausende oder sogar Millionen von Zyklen überstehen können.
Aufgrund der hohen Präzision und glatten Oberflächen von Druckgussteilen ist nur minimale Bearbeitung erforderlich, was die Metallausnutzung erhöht und den Bedarf an umfangreicher Ausrüstung und Arbeitskräften reduziert. Druckguss ist wirtschaftlich, insbesondere wenn komplexe Komponenten in großen Mengen hergestellt werden, da dadurch Montagezeit und Materialabfall reduziert werden.
Trotz seiner zahlreichen Vorteile bringt HPDC auch bestimmte Herausforderungen mit sich:
Es gibt zwei Haupttypen von Druckgussmaschinen: Warmkammer- und Kaltkammer-Druckgussmaschinen.
Die Warmkammer-Druckgussverfahren ist für Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zink-, Magnesium- und Zinnlegierungen ausgelegt. Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist die Verwendung eines integrierten Ofens in der Druckgussmaschine, der das Metall schmilzt, bevor es in die Form gespritzt wird.
In der Heißkammermaschine wird das geschmolzene Metall auf die gewünschte Temperatur erhitzt und in einem offenen Warmhaltebehälter aufbewahrt. Wenn sich der Kolben in der Position „oben“ befindet, fließt das geschmolzene Metall durch einen Schwanenhals in die Schusskammer. Wenn sich der hydraulisch angetriebene Kolben nach unten bewegt, drückt er das geschmolzene Metall unter Druck (normalerweise zwischen 1,000 und 5,000 psi) durch den Schwanenhals in die Formhöhle.
Die feste Hälfte der Matrize, die sogenannte Deckelmatrize, ist mit dem Schwanenhals ausgerichtet und auf einer stationären Platte montiert. Die bewegliche Hälfte, die sogenannte Auswerfermatrize, ist an einer beweglichen Platte befestigt, die entlang von Verbindungsstangen gleitet. Sobald die Matrize geschlossen ist, drückt die bewegliche Platte die Auswerfermatrize mit enormer Kraft gegen die Deckelmatrize, um sicherzustellen, dass die Form während des Einspritzens des geschmolzenen Metalls abgedichtet bleibt.
Nachdem das Metall eingespritzt wurde, bleibt der Kolben in der unteren Position, um den Druck aufrechtzuerhalten, während das Gussstück erstarrt. Nach dem Erstarren zieht sich der Kolben zurück, die Matrize öffnet sich und das Teil wird mithilfe eines Auswerfersystems, das Auswerferstifte umfasst, aus der Form ausgeworfen. Das Teil wird dann entweder manuell entfernt oder automatisch von der Abdeckmatrize geschoben.
Die Kaltkammer-Druckgussverfahren ist speziell für Legierungen mit hohen Schmelzpunkten wie Aluminium, Messing, Kupfer und einige Magnesiumlegierungen konzipiert. Anders als beim Warmkammer-Druckguss, bei dem das geschmolzene Metall direkt aus einem integrierten Ofen in die Maschine gepumpt wird, erfordert der Kaltkammer-Druckguss einen externen Ofen zum Schmelzen des Metalls. Das geschmolzene Metall wird manuell oder automatisch aus dem Ofen in die Schusskammer der Gießmaschine geschöpft.
Sobald das geschmolzene Metall durch eine Gießöffnung in die Schusskammer gegossen wurde, drückt ein hydraulisch betriebener Kolben das Metall unter hohem Druck (zwischen 2,000 und 20,000 psi) in die Formhöhle. Die Maschine arbeitet horizontal und es gibt kein Schwanenhalssystem, wie es beim Heißkammerverfahren verwendet wird. Stattdessen spritzt der Kolben das Metall direkt durch die Schusskammer in die Form.
Die Kaltkammermaschine verwendet dasselbe Klemmsystem wie die Heißkammermaschine, wobei die Abdeckform auf einer stationären Platte befestigt ist und die Auswerferform an einer beweglichen Platte angebracht ist. Die Abdeckform in einer Kaltkammeranordnung ist jedoch direkt auf die Schusskammer ausgerichtet, ohne dass ein Schwanenhals oder eine Düse erforderlich ist.
Nachdem das Metall in die Form gespritzt wurde, hält der Kolben den Druck aufrecht, um eine ordnungsgemäße Verfestigung sicherzustellen. Sobald das Gussstück verfestigt ist, zieht sich der Kolben zurück und die Matrizen öffnen sich. Das Teil wird dann mithilfe von Auswerferstiften ausgeworfen.
Während die Kaltkammerverfahren beinhaltet einen zusätzlichen Schritt, bei dem das geschmolzene Metall in die Maschine überführt wird, wodurch die Zykluszeit länger ist als beim Warmkammer-Druckguss. Dies ist notwendig, wenn mit Metallen mit hohem Schmelzpunkt gearbeitet wird, die im Warmkammerverfahren nicht verarbeitet werden können. Kaltkammer-Druckguss eignet sich besonders für Materialien wie Aluminium, Kupfer, Stahl, Messing und Eisen.
Bei HYDieCasting sind wir auf Hochdruckguss (HPDC) spezialisiert und bieten innovative und effiziente Gusslösungen für eine Vielzahl von Branchen. Unsere fortschrittliche Technologie und unser kompetentes Team ermöglichen es uns, hochwertige Metallteile mit Präzision und Konsistenz herzustellen.
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