Der Druckguss ist ein Prozess, in dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in eine Gussform injiziert wird. Er wird dazu verwendet, Teile mit komplexen Formen zu produzieren, die mit traditionellen Methoden schwierig oder sogar unmöglich zu fertigen währen. Daher liegt auch die große Bedeutung darin, einen guten Entwurf für das Druckgussprojekt zu haben.

Der Entwurf perfekt druckgegossener Teile erfordert, dass sowohl die Form der Gussform, das verwendete Metall, der Produktionsprozess als auch die erwünschte Verwendung des Endprodukts in Betracht gezogen werden. In anderen Worten, es geht darum, sicherzustellen, dass jedes Element genau zusammenkommt, um ein funktionierendes, haltbares und ästhetisch ansprechendes Teil zu erschaffen.

Um das Meiste aus dem Druckguss herauszuholen, müssen die Designer deshalb einigen grundlegenden Tipps folgen. 

Grundlegende Betrachtungen beim Entwurf für den Druckguss

Während der Entwurf für den perfekten Druckguss einschüchternd erscheinen kann, so ergibt sich die ultimative Belohnung daraus, wenn man das erste Mal die eigene Vision in einem ansprechenden und funktionierenden Endprodukt zum Leben erwachen sieht. Hier sind einige Dinge, die man während des Entwurfsprozesses im Hinterkopf behalten sollte:

• Der Prozess des Druckgusses kann mit verschiedenen Metallen, inklusive Aluminium und Zink, erfolgen. Jedes Metall hat dabei einzigartige Eigenschaften wie sein Fließ- und Verfestigungsverhalten, das während des Entwurfs in Betracht gezogen werden muss.
• Die Form muss dabei in der Lage sein, den hohen Drücken, die im Prozess entstehen, widerstehen zu können und muss dennoch genau genug gefertigt worden sein, um ein präzises Endprodukt zu gewährleisten.
• Der Produktionsprozess muss beachtet werden, wenn es um den Entwurf des Druckgusswerkzeugs geht. Der Entwurf muss zum Beispiel dem Einsetzen von Kernen oder Einsätzen Rechnung tragen.
• Das Teil sollte sich leicht und ohne Beschädigungen an der Oberfläche aus der Form entnehmen lassen, und dabei auch keine Gussgrate hinterlassen. 
• Die Funktion und der Anwendungsbereich muss beim Entwurf des Druckgussteils priorisiert werden. Zum Beispiel muss ein druckgegossenes Teil für eine Umgebung mit starken Belastungen deutlich anders entworfen werden, als ein Teil, das rein ästhetische Zwecke erfüllt

Die besten Design-Tipps für den Druckguss – Wichtige Variablen

Es gibt einige Schlüsselvariablen, die man beim Entwurf für den Druckguss in Betracht ziehen muss. Zu ihnen gehören:

1. Kehlen und Radien

Im Druckguss betrifft einer der wichtigsten Design-Tipps Kehlen und Radien. Diese Details helfen dabei, glatte Übergänge zwischen Oberflächen zu erzeugen und Spannungsanhäufungen zu vermeiden. Daraus resultierend spielen sie eine wichtige Rolle sowohl in der Stärke, Ästhetik als auch der Haltbarkeit des Endprodukts. 

Größe und Form der Kehlen und Radien hängt von der spezifischen Anwendung ab, sie sollten jedoch nicht kleiner als 1 mm sein. 

Ungeeignete Kehlen und Radien können die Festigkeit einer Komponente durch die Veränderung der Querschnittsfläche beeinflussen. Deshalb folgen jetzt einige Tipps zum Entwurf von Kehlen und Radien:

• Vermeiden Sie scharfe Ecken und Kanten, da sie Spannungsanhäufungen erzeugen können
• Verwenden Sie einen größeren Radius für Bereich mit höheren Lasten
• Achten Sie auf den Radius beim Zusammentreffen zweier Oberflächen, da diese einen großen Effekt auf die Festigkeit der Verbindungsstelle haben können
• Verwenden Sie kontinuierlich Kehlen und Radien im Entwurf, um die Festigkeit und Glattheit der Komponente aufrechtzuerhalten
• Fügen Sie an der Formöffnungsrichtung ausgerichtete (Entformungs-) Schrägen hinzu. Dies stellt sicher, dass das Teil ohne Schäden an der Oberfläche aus der Gussform entfernt werden kann. Normalerweise reichen sie von 1 bis 3 Grad, können aber bei komplexeren Teilen auch größer sein

2. Wandstärke

Die Wandstärke sollte so entworfen werden, dass die gewünschte Festigkeit, Steifigkeit und das Gewicht des Endprodukts beachtet wird. Sie beeinflusst alles, von der Zeit, die die Gussform zum Abkühlen braucht, bis hin zum Druck, der auf die Form ausgeübt werden kann. 

Die ideale Wandstärke für eine spezifische Anwendung hängt von einer Zahl von Faktoren ab, die die Größe und Form des Teils, das verwendete Material und den grundlegenden Produktionsprozess beinhaltet. 

Einige der minimalen Wandstärken für große und kleine Gussteile finden Sie hier:

• Aluminium: 1,016 – 2,032 mm
• Zink: 0,381 – 0,889 mm
• Magnesium: 1,016 – 2,54 mm

3. Rippen und Außenecken

Rippen werden dazu verwendet, die Wände eines Bauteils zu verstärken und seine Steifigkeit zu erhöhen. Sie helfen außerdem dabei, Lasten gleichmäßiger zu verteilen und Verformungen zu verhindern. Außenecken werden oft dazu verwendet, um scharfe Übergänge zwischen zwei Oberflächen zu erzeugen. Beide Merkmale müssen in Betracht gezogen werden, wenn man Druckgussteile entwirft. 

Die Stärke der Rippen und Außenecken hängt von der spezifischen Anwendung des Teils ab. Dickere Rippen sind zum Beispiel für Bauteile wichtig, die unter großen Belastungen stehen. 

Einige andere wichtige Design-Tipps in Bezug auf Rippen und Außenecken sind:

• Rippen sollten der dünnsten Wand zuerst hinzugefügt werden, um zu verhindern, dass diese Komponente zu dünn wird
• Der Abstand zwischen den Rippen sollte einförmig sein, und Außenecken sollten vermieden werden, um Spannungsanhäufungen zu vermeiden
• Sollten Außenecken notwendig sein, so sollte ihr Radius zur Verringerung der Spannung möglichst groß sein

4. Fenster und Löcher

Fenster und Löcher werden im Druckguss oft verwendet, um den Durchfluss von Flüssigkeiten zu ermöglichen, oder eine Verbindung zwischen zwei Teilen herzustellen. Sie sind beim Entwurf des Druckgussteils zu beachten, um sicherzustellen, dass sie nicht die Festigkeit und Stabilität des Endprodukts beeinflussen. 

Fenster liegen typischerweise oben oder seitlich in der Gussform und sind in der Regel rechteckig geformt. Löcher hingegen können überall in der Form liegen und existieren in einer Vielzahl von Formen (z.B. rund, quadratisch, etc.)

Beim Entwurf von Fenster oder Löchern ist es wichtig, die folgenden Dinge zu bedenken:

• Die Kante von Löchern oder Fenstern sollte abgerundet oder gekehlt sein
• Löcher und Fenster sollten entfernt von scharfen Ecken und Kanten liegen
• Entformungsschrägen mit größeren Winkeln können für Fenster und Löcher an der Seite der Gussform notwendig sein
• In einigen Fällen ist es notwendig, die Löcher und Fenster in der Nachbearbeitung einzusetzen, was jedoch die Produktionszeit und die Produktionskosten erhöht

5. Nachbearbeitete Merkmale

Einige Merkmale wie Gewinde oder Hinterschnitte können nur in der nach dem Guss der Gussteile erzeugt werden. Dies erfolgt typischerweise in einem “Nachbearbeitung” genannten Prozess. Die Nachbearbeitung ist ein zusätzlicher Schritt im Fertigungsprozess und verlängert die Vorlaufzeit und erhöht die Kosten der druckgegossenen Teile. Es ist wichtig, dies beim Entwurf von Druckgussteilen im Hinterkopf zu behalten.

Falls die Nachbearbeitung notwendig ist, sollte man folgende Tipps beachten:

• Die Lage der Merkmale sollte so gewählt werden, dass möglichst wenig Material entfernt werden muss
• Das Merkmal sollte so entworfen werden, dass es möglichst einfach und genau ausgearbeitet werden kann
• Die Toleranzen des Merkmals sollten realistisch und erreichbar sein
• Um bei vergleichbaren Kosten zu bleiben, versuchen Sie möglichst wenige nachbearbeitete Merkmale zu Ihren Druckgussteilen hinzuzufügen
• Nachbearbeitete Merkmale können ebenfalls durch das Einsetzen von Kernen in der Entwurfsphase hinzugefügt werden. Kerne erzeugen innenliegende Elemente im Guss, die durch das Erzeugen von Löchern, Taschen und anderen Merkmalen im abschließenden Guss entstehen

6. Trennlinien

Die Trennlinie ist jene Linie, an der sich die beiden Hälften der Gussform treffen. Sie liegt typischerweise oben oder an der Seite des Teils. Die Trennlinie muss beim Entwurf des Druckgussteils in Betracht gezogen werden, da an ihr eine sichtbare Naht am Endprodukt entsteht.

Es gibt einige Dinge, an man beim Entwurf der Trennlinie denken sollte:

• Die Trennlinie sollte dort liegen, wo sie am wenigsten sichtbar ist
• Zu dünne Trennlinien können das Zerbrechen des Teils bei der Entnahme verursachen, während zu dicke Trennlinien unebene Oberflächen und Fehlstellen im Endprodukt verursachen können
• Es entsteht oft ein Gussgrat, welches zusätzliches Material ist, dass sich an der Trennlinie absetzt. Der Gussgrat kann in der Nachbearbeitung entfernt werden

7. Gütegrade der Oberflächenbehandlung im Druckguss

Nach dem Abschluss des Gussvorgangs muss die Oberfläche der druckgegossenen Teile behandelt werden. Die Art der Oberflächenbehandlung hängt vom Anwendungsbereich des Endprodukts ab. Das Produkt kommt mit der gegossenen Oberfläche aus den Gussvorgang.

Die Oberflächenbehandlung wird in verschiedene Gütegrade klassifiziert. Die häufigsten sind:

• Grad 1 (Utility Grade) – grundsätzlich nutzbar
• Grad 2 (Functional Grade) – funktionell & schlicht
• Grad 3 (Commercial Grade) – für die gewerbliche Nutzung
• Grad 4 (Consumer Grade) – für die Nutzung durch Endkunden
• Grad 5 (Superior Grad) – für besondere Qualitätsansprüche

Sie können den Grad abhängig von Ihren Ansprüchen und dem Budget auswählen. Wählen Sie das erforderliche Minimum, wenn Sie die vorherigen Kosten der Teile möglichst beibehalten wollen. 

Druckgussdienste von Xometry

Bei Xometry bieten wir Ihnen Druckgussdienste für eine Vielzahl von Anwendungen an. Wir arbeiten mit Aluminium-, Magnesium- und Zinklegierungen, um eine Vielzahl komplizierter Teile zu erschaffen. Sie können Ihr erforderliches Material zum Beispiel anhand unseres Leitfadens für Druckgussmaterialien auswählen. 

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