Druckguss ist die schnellste und kostengünstigste Methode zur Herstellung großer Mengen von Aluminium-, Zink- oder Magnesiumteilen. Druckgussteile haben eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit, weisen gleichbleibende Eigenschaften und Toleranzen auf und verbrauchen wenig Rohmaterial.
Wenn Sie ein Produkt entwickeln und Druckguss für ein Projekt in Erwägung ziehen, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass alle Gussteile mit dem Problem der Porosität zu kämpfen haben. Sie ist unvermeidlich, kann aber kontrolliert werden. Bei Gestión de Compras verfügen wir über mehr als 20 Jahre Erfahrung in diesem Fertigungsverfahren, haben uns mit Porosität in unseren Projekten auseinandergesetzt und die Auswirkungen von Porosität in Teilen gemildert. Sehen wir uns an, was die Ursachen dafür sind und wie man mit den besten Konstruktionsverfahren die Porosität in den Griff bekommt und hervorragende Ergebnisse erzielt.
Was ist Porosität?
Unter Porosität versteht man ein Loch oder einen Hohlraum in einem ansonsten festen Metallgussstück. Die Porengröße kann von mikroskopisch kleinen (Mikroporen) bis zu großen Hohlräumen reichen, die in Kubikmillimetern oder mehr messbar sind. Poren sind im Querschnitt nicht immer kreisförmig, sondern können auch die Form von unregelmäßigen, linearen Rissen annehmen.
Porosität hat zwei Hauptursachen: Erstarrungsschrumpfung und gasförmige Porosität. Wir wollen uns die Ursachen dieser beiden Arten genauer ansehen und anschließend Strategien zu ihrer Behebung vorschlagen.
Erstarrungsschrumpfung
Nachdem geschmolzenes Metall in einen Formhohlraum eingespritzt wurde, beginnt es zu erstarren, wenn es mit den relativ kalten Wänden des Werkzeugs in Kontakt kommt. Diese Erstarrung führt dazu, dass das Metall schrumpft, aber die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, hängt von der Geometrie des Formwerkzeugs und der Art der verwendeten Legierung ab.
Der Teil des halbflüssigen Metalls, der am weitesten von der Werkzeugwand entfernt ist, wird als Schmelze bezeichnet, und in diesem Bereich ist die Wahrscheinlichkeit der Porenbildung am größten. Darüber hinaus kann das geschmolzene Metall, wenn es fest wird, den Durchgang der Flüssigkeit zu anderen Teilen der Form blockieren. Dadurch können Poren entstehen, weil die vollständige Verflüssigung aller Konstruktionsmerkmale verhindert wird.
Gasporosität
Gaseinschlüsse können auf verschiedene Weise entstehen. Im Falle von Aluminium kann Wasserstoff aus der Suspension entweichen und die Hohlräume mit Wasserstoffgas füllen.
Es kann auch Luft im Inneren des Formwerkzeugs eingeschlossen sein, die beim Füllen des Hohlraums nicht vollständig evakuiert oder entlüftet wurde. Diese eingeschlossene Luft wird als mitgerissene Luft bezeichnet.
Schließlich können sich während des Spritzgießens auch andere Flüssigkeiten mit dem geschmolzenen Metall vermischen. Dabei kann es sich um Formtrennmittel, verschüttete Hydraulikflüssigkeit oder sogar Luftfeuchtigkeit handeln. Jede dieser Flüssigkeiten kann schnell verdampfen und Gasblasen bilden. Flüssigkeiten oder Öle, die nicht verdampfen, werden zu Verunreinigungen, die im fertigen Teil Einschlüsse bilden können.
Drei Arten von Porosität
Wir haben gerade die beiden Hauptursachen für Poren gesehen: Erstarrungsschrumpfung und Gasporosität. In beiden Fällen können Poren auftreten, die eine der drei Hauptunterkategorien bilden.
- Blinde Porosität
Die Pore beginnt an der Oberfläche eines Elements und endet irgendwo im Inneren des Metallkörpers. Diese Art von Poren beeinträchtigt in der Regel nicht die mechanische Festigkeit, kann aber zu Korrosion führen.
Es ist möglich, diese Poren nach dem Gießen abzudichten, insbesondere wenn das Teil unter Druck stehen muss, wie bei einem Hydraulikzylinder.
- Durchgehende Porosität
Die Pore beginnt an der Oberfläche und bildet einen Kanal durch das Teil und aus der gegenüberliegenden Wand. Dadurch entsteht ein Leck, das auf beiden Seiten abgedichtet werden muss.
- Vollständig eingeschlossene Porosität
Diese Poren befinden sich innerhalb des Metallkörpers und sind nicht nach außen hin sichtbar, es sei denn, sie werden bei der Bearbeitung nachträglich durchstoßen. Das Vorhandensein dieser Poren ist in der Regel nicht erkennbar, es sei denn, das Teil wird nach dem Gießen einer Computertomographie (CT) unterzogen oder zu Diagnosezwecken geöffnet.
Zulässige Toleranzen für die Porosität
Die Porosität macht in der Regel durchschnittlich 5 % des Gesamtvolumens des Teils aus. Es ist nicht realistisch, Porosität zu eliminieren, sondern vielmehr sicherzustellen, dass sie in den Bereichen enthalten ist, in denen sie die Funktion oder das Aussehen des Teils nicht beeinträchtigt.
Daher sollten diese Bereiche bei der Erstellung einer Konstruktionszeichnung oder CAD-Datei klar mit einer Reihe von Spezifikationen und Toleranzen für zulässige Fehler gekennzeichnet werden, genau wie es bei Maßtoleranzen der Fall wäre. Die Spezifikationen für die Porosität haben in der Regel folgende Form: Anzahl der Poren in einem bestimmten Volumen, maximal zulässige Größe pro Pore und Prozentsatz des Gesamtvolumens pro Teil.
Die Hersteller nutzen diese Informationen, um die Formgebungsparameter entsprechend anzupassen. Dies bedeutet, dass Porosität in einigen weniger kritischen Bereichen zugelassen und in anderen vermieden wird. Diese Kompromisse müssen immer in Betracht gezogen werden, daher ist es am besten, sie zu Beginn eines Projekts zu berücksichtigen.
Tipps für die Werkzeugkonstruktion zur Vermeidung von Porosität
Es gibt einige empfohlene Verfahren für die Werkzeugkonstruktion, die zur Vermeidung der häufigsten Ursachen für Porosität eingesetzt werden sollten.
Wandstärke: Die bei weitem häufigste Ursache für Porosität ist die ungleichmäßige Abkühlung des Teils in der Kavität, die ihrerseits eine Folge unterschiedlicher Wandstärken ist.
Der einfachste und schnellste Weg, dies zu vermeiden, ist die Beibehaltung einheitlicher Wandstärken, wo immer dies möglich ist. Das ist die Aufgabe des Werkzeugkonstrukteurs. Viele andere wichtige Überlegungen, wie die Gestaltung von Vorsprüngen, Rippen, Zwickeln und anderen Merkmalen, ähneln denen des Kunststoffspritzgusses.
Schrumpfungsrate: Sie wird durch die Schmelztemperatur der Legierung, die Abkühlzeit und die Abkühltemperatur beeinflusst. Bei Aluminium, dem bei weitem häufigsten Druckgussmaterial, kann die Zugabe von Silizium die Schrumpfungsrate erheblich verringern, allerdings nur bis zu einem bestimmten Prozentsatz der Legierung. Zu viel Silizium kann die mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinträchtigen.
Es empfiehlt sich, dass der Produktentwickler eng mit dem Druckgießer zusammenarbeitet, um je nach Anwendung und Konstruktion die Optionen für den Rohstoff zu besprechen.
Lufteinschlüsse: Es ist schwierig, Lufteinschlüsse in einer Form vollständig zu beseitigen, insbesondere bei komplexen Formen mit vielen inneren Merkmalen, in denen Luft eingeschlossen werden kann.
Es gibt mehrere Strategien zur Verringerung von Lufteinschlüssen. Eine davon besteht darin, die Konstruktion des Formwerkzeugs zu verbessern, damit es keine scharfen Ecken oder Taschen gibt, durch die die Luft nicht entweichen kann. Sie können auch mehr Entlüftungsöffnungen einbauen oder die Konstruktion des Anguss-/Kanalsystems optimieren, damit die Luft entweichen kann.
Eine Änderung der Einspritzgeschwindigkeit und des Drucks kann die Entlüftung verbessern, kann sich aber auf andere Weise negativ auf das Teil auswirken.
Ist Druckguss die Lösung für Sie?
Bei Gestión de Compras arbeitet unser Team mit den Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass die Konstruktionen so optimiert werden, dass das Risiko der Porosität vermieden wird. Wenn Sie bei Ihrem nächsten Projekt mit uns zusammenarbeiten möchten, können wir Ihnen eine kostenlose Projektprüfung anbieten und gemeinsam mit Ihnen Druckgussteile beschaffen, die genau Ihren Spezifikationen entsprechen.
Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihr nächstes Druckgussprojekt in Angriff zu nehmen.
