Die Ausstosserseite der Giessform wird auf die bewegliche Aufnehmerplatte der Druckgussmaschine aufgespannt, während die andere Formhälfte auf die feste Aufspannplatte gespannt wird. Die Form wird vor dem Giessen in der Regel mit Trennmittel eingesprüht. Während des Giessvorgangs halten grosse Kräfte die Formhälften zusammen.

Der beim Giessen erzeugte Druck wird bis zum Ende der Erstarrung des Gussteils aufrechterhalten. Danach wird die Form geöffnet und das Teil wird ausgestossen. Gussrest, Anguss und Überläufe werden wieder eingeschmolzen

 

Druckguss-Verfahren


Quelle: Alu-Scout^®
 

Die Formen werden aus Warmarbeitstahl (z. B. X37CrMoV5-1, X40CrMoV5-1) hergestellt und haben eine hohe Standzeit (über 100.000 Abgüsse für Aluminium). Je nach Teilegeometrie und Anzahl der Formnester bzw. Kavitäten können bis zu 1000 Teile pro Stunde hergestellt werden. Damit eignet sich das Verfahren für grosse Serien.

Neben den hohen Stückzahlen hat das Verfahren vielfältige Vorteile:

Druckguss: Vor- und Nachteile

• Durch die äusserst geringen Formfüllzeiten wird - auch grossflächige - Dünnwandigkeit der Gussteile möglich (für Aluminium: bis zu einer minimalen Wandstärke von 1,4 mm)
• Massgenaue, mit glatter Oberfläche versehene Gussteile.
• Geringe Nachbearbeitung der oft einbaufertigen Teile. Im Rahmen der technischen Weiterentwicklung hin zu Near-Net-Shape-Verfahren kommt es dabei vermehrt zu immer weiteren Einsparungen von bisher notwendigen Nachbearbeitungsschritten.
• Möglichkeit der Mischbauweise durch Eingiessen von Bolzen, Stanzteilen, Lagerbuchsen und ähnlichem aus anderen, auch nichtmetallischen Werkstoffen.

Nachteil des Verfahrens ist, dass eine gewisse Neigung zur lokalen Lunkerbildung kaum vermieden werden kann. Einen weiteren verfahrensbedingten Nachteil bildet die Tendenz zu relativ hoher Gasbeladung (so genannte Mikroporosität) und die damit verbundene relativ geringe Duktilität der Druckgussteile. Deshalb galten Aluminium-Druckgussteile noch vor wenigen Jahren als weder schweiss- noch wärmebehandelbar .
Mittlerweile ist dies dank technischen Weiterentwicklungen - wie z. B. Vacural-, Vakuum- und Niederdruckguss - jedoch möglich geworden, womit die potentielle Leistungsfähigkeit von Aluminium-Druckgussteilen massiv gestiegen ist. Allerdings ist es für das Erreichen solcher Eigenschaften notwendig, dass bereits bei der Planung und Konstruktion der Gussteile die spezifischen Anforderungen des Verfahrens mit berücksichtigt werden. Hauptabnehmer für Aluminium-Druckgussteile sind Automobilindustrie sowie der Anlagen- und Maschinenbau. Jedoch beliefert die Druckgiessereibranche ein wachsendes Spektrum von weiteren Anwendungsgebieten und wird dank der stetig sich verbessernden Materialeigenschaften auch für die Fertigung von hochbeanspruchbaren Leichtbauteilen (z. B. Verbindungsblöcke, Space Frame, Kurbelgehäuse) interessant.

 

Vakuumdruckguss

Im Unterschied zum konventionellen Druckguss werden bei den weiter entwickelten Verfahren des Vakuumdruckgusses Füllkammer und Kavität vor Giessbeginn evakuiert. Die sich beim Giessen entwickelnden Gase werden kontinuierlich abgesaugt. Durch diese Zwangsentlüftung werden Gaseinschlüsse im Gussteil deutlich minimiert oder gar ganz eliminiert.
 

Vacuraldruckguss

Das Vacural – Druckgussverfahren ist eine von Firmen (Ritter-Aluminium, VAW, Müller- Weingarten) entwickelte Variante des Vakuumdruckgusses. Der Formenhohlraum wird kurz vor und während der Formfüllung unter Vakuum gesetzt. Gleichzeitig wird durch das Vakuum die Schmelze aus dem Warmhalteofen und von unter der Schmelzebadoberfläche über ein beheiztes Steigrohr in die Giesskammer gesogen. Es entstehen damit praktisch keine Oxidhäute. Die beim Kontakt zwischen der Formwand und der Schmelze entstehenden Gase werden gleichzeitig evakuiert. Dabei verhindert eine abgestimmte Ventilsteuerung das Abfliessen des flüssigen Metalls in den Absaugmechanismus.

Die Gasbeladung der Gussstücke beschränkt sich auf einen Bruchteil der aus traditionellem Druckguss hergestellten Erzeugnisse. Die Formteile können wärmebehandelt, geschweisst und gelötet werden. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit und durch eine extreme Porenarmut werden ausgezeichnete Werte in der Zähigkeit, Steifheit und Verformbarkeit sowie ausgezeichnete Dehnwerte erreicht.

Gewisse Einschränkungen gegenüber Gussstücken aus herkömmlichem Druckguss ergeben sich vor allem im Bereich der Dünnwandigkeit und der Massgenauigkeit. Ebenso ist der Einsatz von Schiebern in der Form mit grossen Schwierigkeiten behaftet.

 

Thixocasting

Beim Thixogiessen wird ein erwärmter halbflüssiger/halbfester Bolzen mit Druck in die Formkammer gepresst. Das Thixocasting ist also eine Sonderform des Druckgusses.

Unter Thixotropie versteht man die Eigenschaft eines Stoffes, seine Viskosität unter Einwirkung von Scherkräften reversibel zu verringern (Beispiel: Ketchup wird durch schütteln dünnflüssig, muss aber bei jedem späteren Gebrauch erneut geschüttelt werden). Beim Pressen des Bolzens in die Formkammer werden Scherkräfte in dem Bolzen erzeugt, die dessen Viskosität soweit verringern, dass er die Fähigkeit erhält, durch das Angusssystem bis in die Kavität der Form zu fliessen.

Die Formgebung erfolgt demnach innerhalb des so genannten Solidus/Liquidus– Intervalls. Voraussetzung für eine einwandfreie Verarbeitung ist ein feinkörniges globulitisches Gefüge im Vormaterial. Das einsetzbare Legierungsspektrum beschränkt sich allerdings im Augenblick fast ausschliesslich auf die AlSi7Mg-Legierungsreihe (EN AC 42 100 und EN AC 42 200), da bei anderen Legierungen aufgrund deren meist kleineren Erstarrungsintervalls die Einstellung des richtigen Festkörperanteils der Schmelze (ca. 40 – 60%) (noch) nicht möglich ist.
(Die Herstellung des Vormaterials wird im Kapitel Thixoforming dargestellt.)

Die Formfüllung erfolgt aufgrund des halbfesten Zustandes des Vormaterials und der geringeren Giesstemperatur (unter 600°C statt um 700°C) nahezu laminar, Turbulenzen und somit eine Gasbeladung des Gussstückes können weitestgehend vermieden werden. Damit kann das Gussstück problemlos wärmebehandelt und geschweisst werden. Dank der sehr niedrigen Gasporosität sind die Teile auch druckdicht. Auch die Erstarrungsschrumpfung ist gering, was eine hohe (End-) Massgenauigkeit, abrupte Querschnittsübergänge und geringe Ausformschrägen ermöglicht. Die über den Werten der Erzeugnisse anderer, konventioneller Giessverfahren liegenden Bruchdehnwerte sowie die dynamischen und statischen Festigkeitswerte prädestinieren Thixogussstücke als Sicherheitsteile z. B. für den Fahrzeugbereich.

Die Güte der Bauteile kommt in die Nähe von vergleichbaren Schmiedeteilen zu liegen; hingegen liegen die Kosten deutlich darunter. Dies trotz des im Vergleich zum traditionellen Druckguss teuren Vormaterials. Einen weitereren Vorteil bildet auch die höhere Formstandzeit, die sich bei Fe – armem Vormaterial durch geringere Metalltemperaturen und geringere Anschnittsgeschwindigkeiten ergibt.

 

Pore-Free-Verfahren

Bei dieser Variante des Druckgusses wird die Luft in der Giessform durch Einleiten von reinem Sauerstoff verdrängt. Ziel ist, ein möglichst porenfreies Formteil zu erhalten. Die aus der natürlichen Reaktion des flüssigen Aluminiums mit dem Sauerstoff entstehenden Oxide liegen fein verteilt im Gefüge des Gussstücks vor. Dieses Verfahren wird vor allem in Nordamerika und in Japan angewendet.

 

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