Wesentliche Anschrägungsanforderungen für die Druckgusskonstruktion

Zusammenfassung

Ein Auszugswinkel beim Druckguss ist eine leichte Neigung, die an Oberflächen eines Bauteils angebracht wird, die parallel zur Ausziehrichtung der Form liegen. Diese Konstruktionsmerkmale, die typischerweise zwischen 0,5 und 2 Grad liegen, sind entscheidend, um sicherzustellen, dass das Bauteil problemlos aus der Form herausgezogen werden kann, ohne das Bauteil oder die Werkzeuge zu beschädigen. Der erforderliche Auszugswinkel hängt von der verwendeten Legierung, der Tiefe der geometrischen Struktur und der Oberflächenbeschaffenheit ab, wobei abrasive Materialien wie Aluminium in der Regel einen größeren Winkel benötigen als Zink.

Die grundlegende Rolle von Auszugswinkeln beim Druckguss

In der präzisionsorientierten Welt des Druckgusses beeinflusst jede Konstruktionsentscheidung die Herstellbarkeit, Qualität und Kosten. Eine der wichtigsten Entscheidungen ist der Auszugswinkel. Ein Auszugswinkel ist eine absichtlich in die vertikalen Wände eines Gussteils eingebaute Neigung oder Abschrägung. Alle Oberflächen, die parallel zur Öffnungsrichtung der Form liegen, müssen einen Auszugswinkel aufweisen, damit das erstarrte Bauteil reibungslos aus der Form entfernt werden kann. Ohne diesen würde sich das Bauteil beim Ausstoßen an der Formwand reiben, was zu erheblicher Reibung und möglichen Beschädigungen führen würde.

Der Hauptzweck eines Auszugswinkels besteht darin, ein einfaches und sauberes Auswerfen des Bauteils zu ermöglichen. Während das geschmolzene Metall abkühlt und erstarrt, zieht es sich zusammen und greift fest um die Kerne und inneren Konturen der Form. Eine konische Fläche löst diesen Halt sauber, wodurch die zum Auswerfen erforderliche Kraft verringert wird. Laut den Nordamerikanische Vereinigung für Druckguss (NADCA) , ist diese einfache Funktion entscheidend, um Fehler zu vermeiden und eine hochwertige Oberflächenqualität sicherzustellen. Das Herausziehen eines Teils mit vertikalen Wänden (kein Auszugswinkel) aus einer Form kann Schleifspuren, Kratzer und sogar strukturelle Schäden am Gussteil verursachen. Außerdem kann es zu übermäßigem Verschleiß des teuren Druckgusswerkzeugs selbst führen, was kostspielige Reparaturen und Produktionsausfälle nach sich zieht.

Die Einhaltung eines geeigneten Auszugswinkels bietet mehrere wesentliche Vorteile, die zu einem effizienten und zuverlässigen Fertigungsprozess beitragen. Zu diesen Vorteilen zählen:

• Verbesserte Teilausformung: Der unmittelbarste Vorteil ist die Verringerung der Kraft, die zum Auswerfen des Teils erforderlich ist, wodurch das Risiko verringert wird, dass das Teil in der Form hängen bleibt.
• Höhere Oberflächenqualität: Dadurch, dass Schaben und Ziehen während des Entfernens vermieden werden, stellen Auszugswinkel sicher, dass das Gussstück eine glatte, fehlerfreie Oberfläche aufweist, wodurch der Bedarf an nachfolgenden Nachbearbeitungsschritten reduziert wird.
• Verlängerte Werkzeuglebensdauer: Verringerte Reibung und Ausstoßkraft bedeuten weniger Abnutzung der Formhohlraum- und Kernoberflächen und verlängern dadurch die Nutzungsdauer des Werkzeugs erheblich.
• Erhöhte Produktionsgeschwindigkeit: Schnellere, gleichmäßigere Ausstoßzyklen führen zu kürzeren Gesamtproduktionszeiten und höherer Ausbringung, wodurch die gesamte Fertigungseffizienz verbessert wird.

Obwohl unverzichtbar, stellt der Abschrägungswinkel eine leichte Abweichung von einer perfekt geometrischen Konstruktion mit 90-Grad-Wänden dar. Konstrukteure müssen diesen Konus bei den endgültigen Abmessungen des Bauteils sowie bei den Montagetoleranzen berücksichtigen. Dieser geringfügige Kompromiss wird jedoch durch die erheblichen Vorteile in Bezug auf Herstellbarkeit und Teilequalität bei weitem aufgewogen.

Standardanforderungen an Abschrägungswinkel: Eine datengestützte Übersicht

Es gibt keinen einzigen, universellen Auszugswinkel für alle Druckgussanwendungen. Der optimale Winkel ist ein sorgfältig berechneter Wert, der auf mehreren kritischen Faktoren basiert, darunter die verwendete Legierung, die Oberflächentextur und die Frage, ob es sich bei der Geometrie um eine innere oder äußere Wand handelt. Da das Bauteil bei inneren Strukturen (Kernen) zusammenzieht, aber von äußeren Strukturen (Hohlraumwänden) abweicht, benötigen innere Flächen typischerweise einen größeren Auszugswinkel.

Unterschiedliche Legierungen weisen unterschiedliche thermische und abrasive Eigenschaften auf, die die Anforderungen an den Auszugswinkel beeinflussen. Zum Beispiel ist Aluminium abrasiver und hat eine höhere Schwindrate als Zinklegierungen, weshalb ein größerzügigerer Auszugswinkel erforderlich ist, um eine saubere Entformung zu gewährleisten. Ebenso erzeugt eine strukturierte oder raue Oberfläche mehr Reibung als eine polierte und benötigt daher einen größeren Auszugswinkel, um zu verhindern, dass die Struktur beim Herausnehmen abgeschürft wird. Eine detaillierte Aufschlüsselung üblicher Anforderungen ist für jeden Konstrukteur unerlässlich.

Die folgende Tabelle fasst Empfehlungen aus verschiedenen Branchenquellen zusammen, um eine klare Anleitung zur Festlegung von Abschrägungswinkeln in Ihren Konstruktionen bereitzustellen.

Diese Werte dienen als solide Ausgangsbasis für die meisten Konstruktionen. Bei Bauteilen mit tiefen Hohlräumen oder komplexen Geometrien müssen diese Winkel möglicherweise vergrößert werden. Berücksichtigen Sie stets die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts und konsultieren Sie Ihren Fertigungspartner, um den optimalen Auszugswinkel für jedes Merkmal festzulegen.

Erweiterte Konstruktionsüberlegungen und Berechnungen

Neben den standardmäßigen Richtlinien für Material und Oberfläche beeinflussen mehrere erweiterte Faktoren die endgültige Vorgabe des Auszugswinkels. Eine entscheidende Überlegung ist das Verhältnis zwischen der Tiefe eines Merkmals und dem erforderlichen Auszug. Eine gängige Faustregel beim Gießen und Formen ist, etwa 1 Grad Auszug pro Zoll Hohlraumtiefe hinzuzufügen. Ein 3 Zoll tiefer Hohlraum sollte beispielsweise idealerweise einen Auszug von mindestens 3 Grad aufweisen, damit das untere Ende des Merkmals beim Ausstoßen problemlos aus der Form gelangt.

Die Lage der Trennlinie – der Ebene, an der sich die beiden Hälften des Werkzeugs treffen – spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Merkmale, die die Trennlinie überqueren, müssen auf beiden Seiten mit einer Entformungsschräge versehen sein, die sich vom Zentrum weg verjüngt. Eine fehlerhafte Ausrichtung der Entformungsschräge in Bezug auf die Trennlinie kann das Bauteil im Werkzeug blockieren und den Ausstoß unmöglich machen, ohne das Werkzeug zu beschädigen. Ein korrektes Design erfordert eine sorgfältige Abstimmung zwischen der Bauteilgeometrie, der Strategie der Trennlinie und der Anwendung der Entformungsschräge, ein Prozess, der häufig von den Grundsätzen des Design for Manufacturability (DFM) geleitet wird.

Die Anwendung dieser Prinzipien in einem praktischen Konstruktionsablauf umfasst die folgenden Schritte:

1. Festlegung der Trennlinie: Bestimmung der logischsten Ebene zum Teilen des Werkzeugs basierend auf der Geometrie des Bauteils, um eine saubere Ausziehrichtung zu ermöglichen.
2. Identifizierung der Flächen, die Entformungsschräge benötigen: Analyse des 3D-Modells, um alle Flächen zu identifizieren, die parallel oder nahezu parallel zur Öffnungsrichtung des Werkzeugs liegen.
3. Anlegen der Basissentformungsschräge: Verwenden Sie die Werte aus der Anforderungstabelle als Ausgangspunkt und wenden Sie größere Winkel bei inneren Merkmalen und strukturierten Oberflächen an.
4. Anpassung an die Merkmals-Tiefe: Erhöhen Sie den Entformungswinkel für tiefe Rippen, Vorsprünge oder Taschen gemäß der Regel von 1 Grad pro Zoll oder wie durch Simulation ermittelt.
5. Überprüfung in CAD: Verwenden Sie die in den meisten CAD-Programmen verfügbaren Entformungsanalyse-Tools, um visuell zu bestätigen, dass alle erforderlichen Flächen einen ausreichenden und korrekt ausgerichteten Entformungswinkel aufweisen. Dieser Schritt hilft, Fehler frühzeitig zu erkennen, bevor das Design zur Werkzeugherstellung freigegeben wird.

Für komplexe Bauteile, insbesondere in Hochleistungssektoren, ist die Zusammenarbeit mit einem Fertigungsspezialisten von unschätzbarem Wert. Zum Beispiel Spezialisten in der präzisen Metallumformung, wie Shaoyi (Ningbo) Metal Technology im Bereich der Automobil-Schmiedetechnik verstehen die tiefgreifende Wechselwirkung zwischen Materialeigenschaften und Werkzeuggestaltung. Obwohl Schmieden ein anderer Prozess ist, erfordern die zugrundeliegenden Prinzipien des Materialflusses und der Werkzeuginteraktion ähnliches Fachwissen in Bezug auf Gestaltungsregeln, um die Bauteilintegrität und Fertigungsgerechtheit sicherzustellen.

Häufig gestellte Fragen

1. Wie berechnet man einen Ausziehwinkel beim Gießen?

Obwohl es keine einzige starre Formel gibt, ist eine weit verbreitete Faustregel, pro Zoll Tiefe der Hohlraumtiefe 1 Grad Auszug anzuwenden. Die Berechnung beginnt mit einem Basiswinkel, der durch das Material und die Oberflächenbeschaffenheit bestimmt wird (z. B. 1,5° für Aluminium), und wird anschließend basierend auf der Tiefe und Komplexität der Geometrie erhöht. Für präzise Berechnungen verwenden Ingenieure CAD-Software mit integrierten Analysewerkzeugen für Ausziehwinkel, um das Auswerfen zu simulieren und den Freiraum zu überprüfen.

2. Was ist der Ausziehwinkel eines Gussformmusters?

Der Auszugswinkel eines Gussteils ist die Neigung, die an seinen vertikalen Flächen angebracht wird, um das Muster aus dem Formmedium (wie Sand oder einer Kokille) entfernen zu können, ohne den Formhohlraum zu beschädigen. Beim Druckguss wird diese Neigung direkt an den inneren Flächen der Gießform angebracht. Typische Auszugswinkel beim Druckguss liegen zwischen 0,5° und 3°, während beim Sandguss aufgrund der geringeren Stabilität der Sandform im Allgemeinen Winkel zwischen 1° und 3° erforderlich sind.

3. Was ist ein Standard-Auszugswinkel?

Ein Standard- oder typischer Auszugswinkel für Druckguss liegt gewöhnlich zwischen 1,5 und 2 Grad. Dies ist jedoch nur eine allgemeine Richtlinie. Der tatsächliche „Standard“ für eine spezifische Anwendung hängt stark vom Material ab (Aluminium benötigt mehr als Zink), von der Tiefe des Bauteils und der Oberflächenbeschaffenheit. Ein 0,5-Grad-Auszugswinkel kann beispielsweise bei einer flachen, polierten Außenwand eines Zinkteils als Standard gelten.

4. Wie gibt man einen Auszugswinkel in der Bemaßung an?

In technischen Zeichnungen und CAD-Modellen wird ein Abschrägungswinkel typischerweise von einer vertikalen Bezugsgeraden oder Oberfläche aus abgetragen. Der Winkel wird in Grad angegeben, häufig mit einem Hinweis zur Richtung der Konizität relativ zur Trennlinie. Bei strukturierten Oberflächen fügen Konstrukteure oft eine zusätzliche Bemerkung hinzu, die einen erhöhten Abschrägungswinkel (z. B. 1–2 Grad) vorsieht, um sicherzustellen, dass das Muster sauber löst.