Niederdruck- vs. Hochdruck-Druckguss: Welches ist für Sie besser?

Druckguss ist ein gängiges Fertigungsverfahren, mit dem Metallobjekte mit hoher Präzision und glatter Oberfläche hergestellt werden. Dabei wird geschmolzenes Metall unter Druck in eine Formkammer gegossen, wo es in der gewünschten Form erstarrt. Es gibt zwei Arten von Druckguss: Niederdruck und Hochdruck. Jeder Ansatz hat seine eigenen Vorteile und eignet sich für verschiedene Zwecke.

In diesem Leitfaden vergleichen wir Niederdruck-Kokillenguss und Hochdruckguss und diskutieren Sie seine Vor- und Nachteile.

Niederdruck-Druckguss

Geschmolzenes Metall wird in eine Druckgussform bei niedrigem Druck im LPDC. Die Tatsache, dass die Formkavität während der Erstarrungs- oder Schrumpfungsphase kontinuierlich gefüllt wird, trägt zu seiner hohen Genauigkeit bei, was darauf hindeutet, dass es den Volumenabfall ausgleicht. Weitere Merkmale sind eine verbesserte Gleichmäßigkeit des geschmolzenen Metalls von oben bis unten und eine Verringerung der Porosität und Oxidbildung.

Eigenschaften

Niederdruckguss (LPDC) ist ein spezielles Verfahren, bei dem Niederdruck, typischerweise zwischen 0.7 und 1.5 Bar, eingesetzt wird, um geschmolzenes Metall in die Formhohlräume zu pressen. Mit dieser Methode lassen sich hochwertige Metallteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und komplexen Geometrien herstellen. Hier sind einige wichtige Merkmale des Niederdruckgusses:

• Anwendung bei niedrigem Druck: Bei diesem Verfahren wird die Form mit relativ niedrigem Druck gefüllt, wodurch das Risiko von Turbulenzen verringert und die Bildung von Gasporosität im Endprodukt minimiert wird. Das Ergebnis sind Teile mit überlegener struktureller Integrität und weniger Defekten.
• Langsame Füllrate: Die langsame und kontrollierte Füllrate des geschmolzenen Metalls hilft dabei, einen stetigen und gleichmäßigen Fluss aufrechtzuerhalten, der für die Erzielung feiner Details und die Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Kaltverschlüssen und Fehlläufen unerlässlich ist.
• Schwerkraftunterstütztes Füllen: Beim LPDC wird die Form normalerweise über dem Reservoir des geschmolzenen Metalls positioniert, sodass die Schwerkraft den Füllvorgang unterstützt. Dies trägt zu einer besseren Formfüllung bei und reduziert den Metallabfall.
• Wiederverwendbare Formen: Bei diesem Verfahren werden wiederverwendbare Metallformen (Matrizen) verwendet, die eine gute Wärmeleitfähigkeit bieten, was zu einer schnelleren Abkühlung und Verfestigung des Metalls führt. Dies verbessert die Zykluszeiten und die allgemeine Produktionseffizienz.
• Reduzierte Turbulenzen: Der kontrollierte Druck und die langsamere Füllrate reduzieren die Turbulenzen während des Gießvorgangs erheblich. Dies minimiert das Risiko von Lufteinschlüssen und Einschlüssen und führt zu einer qualitativ hochwertigeren Oberflächenbeschaffenheit.
• Vielseitige Anwendungen: LPDC eignet sich für die Herstellung einer breiten Palette von Komponenten, darunter Automobilteile (z. B. Räder, Motorblöcke), Luft- und Raumfahrtkomponenten und Strukturteile für verschiedene Branchen. Es eignet sich besonders gut für die Herstellung großer und komplexer Teile mit engen Maßtoleranzen.

Vorteile

Die Vorteile des Niederdruckgusses sind:

• Hervorragende Formbarkeit

Durch das Niederdruckfüllen wird die Fließfähigkeit des flüssigen Metalls verbessert, was zu einer guten Formbarkeit führt. Mit dieser Methode hergestellte Gussteile haben eine glatte Oberfläche und eine klare Form. Aufgrund der hervorragenden Formbarkeit eignet sich die Methode im Allgemeinen perfekt für die Herstellung von Gussteilen mit komplizierten Geometrien.

• Hochreine Gussteile

In den Gussstücken ist sehr wenig bis gar keine Schlacke vorhanden, was sie extrem rein macht. Die Konfiguration der Gießmaschine ist der Grund für den niedrigen Schlackengehalt. Auf der Oberfläche geschmolzener Metalle sind normalerweise Schlacken zu sehen. Das in die Kavität getriebene flüssige Metall enthält jedoch keine Schlacken, da die Steigrohre in den Warmhalteofen hinabsteigen. Daher das außergewöhnlich reine Gussstück. Schlacke hat eine minimale Wahrscheinlichkeit, in die Form zu gelangen, da dies ein Niederdruckverfahren ist.

Durch den stabilen Füllprozess wird außerdem verhindert, dass das geschmolzene Metall oxidiert. Wenn das geschmolzene Metall stabil ist, wird sein Taumeln, Schlagen und Spritzen verringert oder ganz vermieden. Dadurch bilden sich keine Oxidationsschlacken, die die Qualität der Gussteile beeinträchtigen könnten.

• Kristallisation

Das Gussstück kann kristallisieren und eine kompakte Struktur bilden, da es unter Druck erstarrt. Daher sind mit dieser Methode hergestellte Gussstücke robust und für Gegenstände geeignet, die hohe Festigkeitswerte aufweisen müssen.

• Erhöhte Genauigkeit

Mit dieser Methode lassen sich äußerst präzise Teile herstellen, da der Erstarrungsprozess bei niedrigem Druck abläuft. Folglich wird die Formhöhle kontinuierlich gefüllt, um das Volumen auszugleichen, das beim Erstarren des geschmolzenen Metalls schrumpft. Aufgrund seiner hohen Präzision ist dies das genaueste Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Objekte wie Räder.

Nachteile

Hier sind einige der Nachteile des Niederdruckgusses:

• Ungeeignet für die Herstellung dünnwandiger Teile

Mit diesem Verfahren hergestellte Gussteile können Wandstärken von mindestens 3 mm aufweisen. Für die Herstellung dünnwandiger Teile ist das Druckgussverfahren daher besser geeignet als dieses Verfahren.

• Erodiertes Metallteil

Wenn Gerätemetall mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommt, kann es zu erodierten Aluminiumgussformen kommen. Dies kann insbesondere bei großen Fertigungssystemen zu hohen Wartungskosten führen. Darüber hinaus kann das flüssige Metall die Komponenten des Gerätemetallteils absorbieren, was die Leistung beeinträchtigen kann.

• Reduzierter Gießzyklus

Ein Nachteil besteht darin, dass der Zyklus aufgrund des niedrigen Drucks langsamer ist. Daher können nur wenige Teile hergestellt werden und diese sind teuer.

Hochdruckguss

Beim Druckguss wird das flüssige Metall in die Druckkammer gegossen, die Formhöhle schnell gefüllt, das Metall kann unter hohem Druck kristallisieren und erstarren und dann werden feste Aluminiumgussteile hergestellt. Druckguss ist die beste Methode zur Herstellung großer Mengen von Aluminiumteilen mit hervorragender Maßgenauigkeit und glatter Oberfläche bei geringem Bearbeitungsaufwand. Dies ist eine gute Methode zur Herstellung von Aluminiumgussteilen mit hoher Festigkeit. Darüber hinaus bietet Druckguss die Möglichkeit, dünnere Wandabschnitte herzustellen als Schwerkraftguss oder Niederdruckguss.

Eigenschaften

Druckguss ist ein hocheffizientes und weit verbreitetes Fertigungsverfahren, das für seine Fähigkeit bekannt ist, komplexe und hochpräzise Metallteile bei hohen Produktionsraten herzustellen. Hier sind einige wichtige Merkmale des Druckgusses:

• Hoher Einspritzdruck: Beim HPDC wird geschmolzenes Metall mit sehr hohem Druck, typischerweise zwischen 700 und 2500 bar, in die Formhöhle eingespritzt. Dieser hohe Druck stellt sicher, dass das geschmolzene Metall die Form schnell und vollständig füllt, selbst bei dünnwandigen oder komplexen Geometrien.
• Schnelle Zykluszeiten: Aufgrund des hohen Drucks und der schnellen Einspritzgeschwindigkeiten ermöglicht HPDC sehr schnelle Zykluszeiten und ist daher ideal für die Produktion großer Stückzahlen. Diese Effizienz kann die Herstellungskosten erheblich senken und die Produktivität steigern.
• Präzision und Genauigkeit: Der hohe Druck beim HPDC sorgt dafür, dass sich das Metall genau an die Abmessungen der Form anpasst, was zu Teilen mit hoher Maßgenauigkeit und engen Toleranzen führt. Dadurch eignet sich HPDC für die Herstellung komplexer Komponenten mit feinen Details.
• Dünnwandige Abschnitte: Die Fähigkeit, Metall unter hohem Druck einzuspritzen, ermöglicht die Herstellung von Teilen mit sehr dünnen Wänden, was mit anderen Gussverfahren nicht leicht zu erreichen ist. Dies ist besonders vorteilhaft für Leichtbauanwendungen in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
• Wiederverwendbare Metallformen: Ähnlich wie bei LPDC werden bei HPDC wiederverwendbare Metallformen (Matrizen) aus hochfestem Stahl verwendet. Diese Formen halten den hohen Temperaturen und Drücken des Prozesses stand und tragen so zur Kosteneffizienz der Methode bei.
• Oberflächenbeschaffenheit: HPDC produziert typischerweise Teile mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und minimalem Nachbearbeitungsaufwand. Der hohe Druck sorgt für eine glatte, dichte Oberfläche, wodurch die Notwendigkeit zusätzlicher Bearbeitung oder Endbearbeitung verringert wird.
• Legierungskompatibilität: HPDC ist mit einer Vielzahl von Metalllegierungen kompatibel, darunter Aluminium, Zink, Magnesium und Kupfer. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es Herstellern, das beste Material für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen auszuwählen und dabei Faktoren wie Festigkeit, Gewicht und Kosten abzuwägen.

Vorteile

Nachfolgend sind die Vorteile des Druckgussverfahrens aufgeführt:

• Glatte Oberfläche

Die glatten Oberflächen von HPDC-Komponenten eignen sich perfekt für Beschichtungen oder andere Veredelungen. Dadurch sind weniger sekundäre CNC-Bearbeitungsvorgänge erforderlich, was sowohl Geld als auch Zeit spart. Darüber hinaus wird die Ästhetik des Endprodukts verbessert, was insbesondere bei Konsumgütern von Vorteil ist.

• Dünnwandige Bauteile

Der hohe Druck dieses Verfahrens ermöglicht das Gießen von Bauteilen mit Wandstärken von nur 1 mm. Diese Eigenschaft trägt zur Herstellung leichter, aber stabiler und langlebiger Teile bei, was für Branchen wie die Elektronik-, Automobil- und Luftfahrtindustrie von Vorteil ist.

• Die Produktion ist kostengünstig und schnell

HPDC ist ein produktives Verfahren. Da es schnell große Stückzahlen herstellen kann, ist es häufig die wirtschaftlichste Wahl für die Produktion großer Stückzahlen. Die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Gusszyklen sorgen im Laufe der Zeit für geringere Stückkosten, was auch weniger Abfall und eine höhere Effizienz garantiert.

CONS 

Nachfolgend sind die Nachteile der Verwendung von Hochdruck Druckguss verarbeiten:

• Hohe Anlaufkosten

HPDC erfordert erhebliche Vorlaufkosten, insbesondere für Werkzeuge und Einrichtung. Diese Kosten können bei der Fertigung kleiner Stückzahlen oder bei der Prototypenherstellung unerschwinglich sein. Bei der Produktion großer Stückzahlen werden diese Kosten jedoch im Laufe der Zeit häufig durch geringere Stückkosten ausgeglichen.

• Probleme mit der Porosität

Ein typisches Problem bei HPDC ist Porosität, also die Entstehung mikroskopisch kleiner Löcher oder Lücken im Gussteil aufgrund von eingeschlossenem Gas. Porosität kann die mechanischen Eigenschaften des Gussteils beeinträchtigen, seine Lebensdauer verkürzen und sein Aussehen mindern. Dieses Problem lässt sich zwar durch geeignetes Design und Prozesskontrolle verringern, aber nicht völlig beseitigen.

• Begrenzte Wärmebehandlung

Die Porosität in HPDC begrenzt außerdem die Fähigkeit, Komponenten nach dem Gießen gründlich zu wärmebehandeln. Wärmebehandlung, die häufig verwendet wird, um die Festigkeit und Haltbarkeit von Metallteilen zu erhöhen, kann aufgrund der vorhandenen porösen Bereiche weniger effektiv sein.

Niederdruck- vs. Hochdruck-Druckguss

Hier ist eine Tabelle, die einen Vergleich zwischen Niederdruck- und Hochdruckguss zeigt:

Eigenschaften	Niederdruck-Kokillenguss	Hochdruckguss
Druck angewendet	Niedrig (0.7 bis 1.5 bar)	Hoch (700 bis 2500 bar)
Füllrate	Langsam und kontrolliert	Schnell
Turbulenz	Niedrig, reduziert Gasporosität und Einschlüsse	Hoch, erfordert sorgfältiges Management, um Defekte zu vermeiden
Ciklusidő	Konservativ	Schnell
Dimensionale Genauigkeit	Hoch, geeignet für komplizierte Geometrien	Sehr hoch, ideal für komplexe und detaillierte Teile
Wandstärke	Dickere Abschnitte	Geeignet für die Herstellung dünnwandiger Teile
Oberflächenfinish	Gut, es kann eine Nachbearbeitung erforderlich sein	Ausgezeichnet, oft nur minimale Nachbearbeitung erforderlich
Materialkompatibilität	Verschiedene Legierungen (Aluminium-, Magnesium-, Kupferbasislegierungen)	Große Auswahl an Legierungen (Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer)
Produktionsvolumen	Geeignet für mittlere bis hohe Produktionsmengen	Hohe Wirtschaftlichkeit für die Produktion im großen Maßstab
Allgemeine Anwendungen	Automobilteile (Räder, Motorblöcke), Luft- und Raumfahrtkomponenten, Strukturteile	Automobilkomponenten, Elektronik, Konsumgüter und mehr

Schlussfolgerung

Wählen zwischen Niederdruck-Kokillenguss (LPDC) und Hochdruckguss (HPDC) hängt von Ihren spezifischen Fertigungsanforderungen und Produktionszielen ab. Niederdruckguss (LPDC) ist ideal für Teile, die hervorragende mechanische Eigenschaften und komplexe Geometrien erfordern. Hochdruckguss (HPDC) eignet sich jedoch hervorragend für die Produktion großer Stückzahlen mit kurzen Zykluszeiten. Wenn Sie diese Unterschiede verstehen, können Sie das Verfahren auswählen, das Ihren Produktionsanforderungen und Anwendungsanforderungen am besten entspricht.