Druckguss bietet Produktivität, Präzision und Oberflächenqualität für die Serienfertigung von Metallbauteilen. Der Erfolg hängt jedoch maßgeblich von der Bauteilkonstruktion ab, die die physikalischen Gesetze der schnellen Füllung und Erstarrung unter Druck berücksichtigt. Unzureichend konzipierte Merkmale wie ungleichmäßige Wandstärken, scharfe Kanten, übermäßige Massenkonzentration oder zu enge Toleranzen führen zu Füllfehlern, Porosität, Schwindung, Verzug, Rissbildung und vorzeitigem Werkzeugverschleiß, was Kosten und Ausschuss erhöht. Die Einhaltung dieser Empfehlungen bereits in der frühen Konstruktionsphase gewährleistet fehlerfreie Gussteile, maximale mechanische Leistungsfähigkeit und ein optimales Verhältnis zwischen Funktionalität und Herstellbarkeit.
Wandstärke
Ist die Wandstärke eines Druckgussteils zu gering, gestaltet sich das Füllen während des Prozesses schwierig. DruckgussDies kann leicht zu einer unzureichenden Füllung führen. Ist die Wandstärke zu groß, bilden sich mit hoher Wahrscheinlichkeit grobe innere Körner, die zu Fehlern wie Lunkerbildung und Porosität führen. Zusätzlich können Einfallstellen an der Oberfläche auftreten, welche die mechanischen Eigenschaften des Druckgussteils beeinträchtigen. Dünnwandige Teile bieten eine gute Dichte und verbessern dadurch Festigkeit und Druckbeständigkeit. Übermäßig dicke Wände erhöhen jedoch auch das Gewicht des Teils und verbrauchen unnötig viel Material, was die Kosten steigert. Im Allgemeinen sollte die Wandstärke von Druckgussteilen 5 mm nicht überschreiten.
Wandstärke für Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen (Einheit: mm)
| Wandfläche (cm²) | Aluminium- und Magnesiumlegierungen | Zinklegierungen |
| Mindestens | Empfohlen | |
| ≤ 25 | 0.8 | 2.0 |
| 25-100 | 1.2 | 2.5 |
| 100-500 | 1.8 | 3.0 |
| > 500 | 2.5 | 3.5 |
Sind einzelne Bereiche des Bauteils übermäßig dick, sollte eine Aushöhlung verwendet werden, um eine gleichmäßige Wandstärke zu erzielen. Dieses Verfahren verhindert Schwindungsfehler in dicken Bereichen und reduziert gleichzeitig das Bauteilgewicht.
Sanfte Übergänge bei Dickenänderungen
Die Wandstärke jedes Querschnitts eines Druckgussteils sollte gleichmäßig oder so gleichmäßig wie möglich sein. Sofern funktionale oder andere Anforderungen eine vollständige Gleichmäßigkeit nicht zulassen, sollte das Verhältnis von dicker zu dünner Wandstärke 3:1 nicht überschreiten. Sanfte Übergänge (Konus oder Radius) sind zu vermeiden, um abrupte Wandstärkenänderungen zu verhindern. Andernfalls kann der Fluss des flüssigen Metalls beeinträchtigt werden, was zu Fließmarken oder Kaltfließstellen führen kann. Unterschiedliche Erstarrungszeiten zwischen dicken und dünnen Bereichen erzeugen zudem ungleichmäßige innere Spannungen, die Risse oder Verformungen verursachen können. Bei scharfen Wandstärkenübergängen empfiehlt sich das Hinzufügen eines Konus oder Radius, um einen sanften Übergang zu gewährleisten.
In der obigen Abbildung ist Entwurf Nr. a der schlechteste, Entwurf Nr. d der beste Entwurf.
Mindestanzahl Löcher
Minimaler Lochdurchmesser und maximale Lochtiefe für Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen (Einheit: mm)
Ist ein Loch kleiner oder tiefer als die Werte in der Tabelle, kann es dennoch während des Druckgießens teilweise geformt werden (als Pilotmarkierung) und anschließend durch maschinelle Bearbeitung fertiggestellt werden, was jedoch die Teilekosten erhöht.
Auch der Abstand zwischen den Löchern, zwischen Löchern und Nuten sowie zwischen Löchern und Kanten muss berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Matrize über ausreichende Festigkeit verfügt, um den Stößen und den starken thermischen Belastungen durch hochtemperiertes, geschmolzenes Metall standzuhalten.
| / | Mindestdurchmesser des Lochs | Bohrtiefe: mal Durchmesser (d) | ||||
| Material | Empfohlen | Möglich | Nicht-Durchgangsloch | Nicht-Durchgangsloch | Durchgangsloch | Durchgangsloch |
| / | / | / | d > 5 | d < 5 | d > 5 | d < 5 |
| Aluminiumlegierung | 2.5 | 2.0 | 4 | 3 | 8 | 6 |
| Magnesiumlegierung | 2.0 | 1.5 | 5 | 4 | 10 | 8 |
| Zink-Legierung | 1.5 | 0.8 | 6 | 4 | 12 | 8 |
Vermeiden Sie zu dünne Partien
Dünne Matrizenabschnitte weisen eine geringe Festigkeit auf und neigen bei hohen Temperaturen zu Verformung, Verbiegung oder Bruch.
Rippen
Rippen dienen primär der Erhöhung der Bauteilfestigkeit und der Verhinderung von Verformungen sowie sekundär der Unterstützung des Schmelzmetallflusses. Empfohlene Rippenabmessungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Empfohlene Rippenabmessungen (Einheit: mm)
| Artikel | Empfohlene Abmessungen |
| Teilwandstärke | - |
| Wurzeldicke t | t = (0.6 ~ 1) × T |
| Höhe H. | H ≤ 5T |
| Abrundungsradius R | t ≤ R ≤ 1.25t |
| Tiefgangswinkel α | α = 1° ~ 3° |
- Vermeiden Sie Konstruktionen mit flachen Platten; das Hinzufügen von Rippen verbessert die Festigkeit des Bauteils.
- Rippen können den Fluss des geschmolzenen Metalls unterstützen; ihre Ausrichtung sollte mit der Richtung des Metallflusses übereinstimmen.
- Die Rippenanordnung sollte angemessen, symmetrisch und gleichmäßig verteilt sein.
- Vermeiden Sie übermäßige Wandstärkenbildung an den Rippenübergängen.
Entwurfswinkel
Aufgrund der unterschiedlichen Haftungstendenzen zwischen den drei gängigen Druckgusslegierungen und der Form ergeben sich typische Entformungsschrägen:
- Aluminiumlegierungen: höchste Haftung → Innenschräge im Allgemeinen 1°
- Magnesiumlegierungen: etwas geringere Haftung als Aluminium → Innenschräge im Allgemeinen 0.75°
- Zinklegierungen: geringste Haftung → Innenschräge im Allgemeinen 0.5°
Der äußere Formschrägenwinkel kann doppelt so groß sein wie der innere Formschrägenwinkel, um sicherzustellen, dass das Gussteil während des Auswerfens auf der Kernseite bleibt.
Rundungsradius-Design
Vermeiden Sie scharfe Außenkanten. Scharfe Außenkanten führen nicht nur zu unzureichender Füllung, geringer Dichte und niedriger Festigkeit, sondern bergen aufgrund scharfer Kanten auch Sicherheitsrisiken.
- Innenverrundungen – Vermeiden Sie scharfe Innenkanten. Die Verrundungsradien an Wand-zu-Wand-Verbindungen beeinflussen die Bauteilleistung, die Qualität und die Werkzeugstandzeit erheblich.
- Verbesserung des Schmelzmetallflusses, Reduzierung von Turbulenzen, Erhöhung der Füllfähigkeit und Erleichterung des Gasaustritts.
- Scharfe Kanten verursachen Spannungskonzentrationen, die zu Rissbildung oder vorzeitigem Versagen unter Last führen können.
Wenn eine Beschichtung erforderlich ist, sorgen Abrundungen für eine gleichmäßige Beschichtung und verhindern Ablagerungen an scharfen Kanten.
Der innere Verrundungsradius entspricht üblicherweise der Wandstärke. Verrundungsradien dürfen nicht zu groß sein, da dies lokal dicke Bereiche erzeugt, die anfällig für Schwindung, Porosität und Einfallstellen sind.
Boss
- Vermeiden Sie es, Befestigungselemente zu nah an Wänden oder zueinander zu platzieren. Die Gestaltung der Befestigungselemente muss den Prinzipien einer gleichmäßigen Wandstärke entsprechen und lokal übermäßige Wandstärken vermeiden.
- Minimieren Sie die Höhe des Aufbaus. Zu große Höhe verringert die Stabilität und behindert das Füllen.
- Füge Rippen um die Erhebungen herum hinzu. Rippen erhöhen die Stabilität der Erhebungen und erleichtern das Ausfüllen; isolierte Erhebungen sollten vermieden werden.
- Die geneigten Ansätze können überarbeitet werden, um die Werkzeugstruktur zu vereinfachen. Durch eine optimale Gestaltung der geneigten Ansätze lässt sich das Werkzeug vereinfachen und die Kosten senken.
Text/Zeichen
- Die Zeichen sollten erhaben (prominent) auf der Teileoberfläche sein. Dies reduziert die Kosten für die Werkzeugbearbeitung und -wartung.
- Die Zeichenabmessungen müssen eine korrekte Ausfüllung gewährleisten. Die minimale Zeichenbreite beträgt 0.25 mm, die Höhe etwa 0.25 bis 0.5 mm, mit einem Neigungswinkel von 10°. Zeichen sollten generell nicht an den Seitenwänden platziert werden, da dies Hinterschneidungen erzeugt, die den Auswurf behindern.
Threads
- Vermeiden Sie externe Threads, die die gesamte Thread-Architektur ausfüllen.
- Interne Gewinde sollten nicht direkt gecastet werden.
Erleichterung der Entfernung von Grat und Anguss
- Vermeiden Sie spitze Winkel zwischen den Trennwänden und der Trennlinie.
- Vereinfachen Sie die Geometrie des Bauteils, um komplexe Trennlinienformen zu vermeiden, die die Gratentfernung erschweren.
Toleranzen
Die Trennlinie und die Kernführungen beeinflussen die Maßtoleranzgenauigkeit.
Unter der Voraussetzung, dass die funktionalen Anforderungen erfüllt werden, sollten die Toleranzanforderungen so weit wie möglich gelockert werden:
- Engere Toleranzen erfordern engere Werkzeugtoleranzen → höhere Werkzeugkosten
- Die Lebensdauer des Stempels wird verkürzt
- Häufige Werkzeugwartung und -austausch erforderlich
- Häufigere Maßkontrollen und höhere Ausschussquoten → erhöhte Teilekosten
Um die Nachbearbeitung zu vermeiden, sollten die Toleranzen so großzügig wie möglich sein. Der Verzicht auf Nachbearbeitung reduziert die Teilekosten.
Wählen Sie die Trennlinie rational, um die kritische Maßgenauigkeit zu verbessern:
- Wenn die Konzentrizität zwischen D1 und D2 entscheidend ist → CC als Trennlinie wählen
- Wenn die Konzentrizität zwischen D1 und D3 entscheidend ist → wähle BB als Trennlinie
- Wenn die Durchmesserkonstanz von D1 am linken oder rechten Ende kritisch ist → wählen Sie AA als Trennlinie
Vereinfachung der Werkzeugstruktur
(1) Vermeiden Sie Hinterschneidungen im Inneren. Hinterschneidungen erfordern Seitenauftriebskerne oder eine Nachbearbeitung, was zu deutlich höheren Werkzeug- oder Teilekosten führt. Eine sinnvolle Teilekonstruktion ohne Hinterschneidungen senkt die Kosten.
(2) Vermeiden Sie nach Möglichkeit äußere Hinterschnitte.
(3) Vermeiden Sie Hindernisse für die Kernrutschen.
(4) Vermeiden Sie abgerundete Trennlinien. Abgerundete Trennlinien erschweren die Werkzeugherstellung, verringern die Festigkeit im Radiusbereich und verkürzen die Werkzeuglebensdauer.
(5) Die Trennlinie sollte sorgfältig gewählt werden, um die Werkzeugkonstruktion zu vereinfachen. Sie sollte eine möglichst einfache Werkzeugkonstruktion, eine unkomplizierte Bearbeitung und geringe Kosten ermöglichen.
CNC Dienstleister
Vermeiden CNC-Bearbeitung wann immer möglich, weil:
- Druckgussverfahren erreichen bereits eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte; großzügige Toleranzen bei der Konstruktion können die Nachbearbeitung überflüssig machen.
- Die Oberflächenhaut eines Druckgussservice ist dicht und fest, die maschinelle Bearbeitung zerstört diese Schicht.
- Nach der Bearbeitung können innere Porositäten freigelegt werden, was die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt.
- Die maschinelle Bearbeitung erhöht die Teilekosten erheblich.
Wenn eine maschinelle Bearbeitung unvermeidbar ist, sollte das Bauteil so konstruiert sein, dass die Bearbeitung erleichtert und die zu bearbeitende Fläche minimiert wird.
Die Bearbeitungszugabe sollte so gering wie möglich gehalten werden. Die äußere Schicht ist dicht, während das Innere relativ porös ist und Gaseinschlüsse oder Poren aufweisen kann; daher sollte die Bearbeitungszugabe minimiert werden, um die dichte Schicht zu erhalten.
Oberflächenbearbeitungszugabe (einseitig, Einheit: mm)
| Maximale Abmessung der bearbeiteten Fläche | ≤ 50 | 50-120 | 120-260 | 260-400 | 400-630 |
| Beihilfe | 0.3-0.5 | 0.4-0.7 | 0.6-1.0 | 0.8-1.4 | 1.2-1.8 |
Bearbeitungszugabe für Bohrungen (einseitig, Einheit: mm)
| Lochdurchmesser | ≤ 6 | 6-10 | 10-18 | 18-30 | 30-50 | 50-80 |
| Beihilfe | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 |
Erinnern Sie sich:
- Oberflächenbearbeitung sollte nach Möglichkeit vermieden werden.
- Wenn eine Nachbearbeitung erforderlich ist, sollte das Toleranzmaß so gering wie möglich gehalten werden (im Allgemeinen weniger als 0.5–0.8 mm).
- Nach der Bearbeitung dürfen keine inneren Poren oder lose Strukturen mehr vorhanden sein, da sonst die Festigkeit und Druckdichtheit stark beeinträchtigt werden.
