Wesentliche Strategien zur Vermeidung von Rissen in Druckgussteilen

Zusammenfassung

Die Vermeidung von Rissen bei Druckgussteilen erfordert eine umfassende Strategie, die auf die Beherrschung thermischer Spannungen, die Optimierung des Designs und die Gewährleistung der Materialreinheit ausgerichtet ist. Die Hauptursachen für Risse sind schnelles oder ungleichmäßiges Abkühlen, ein schlechtes Form- und Teiledesign mit Spannungskonzentratoren wie scharfen Ecken sowie die Verwendung verunreinigter Metalllegierungen. Eine wirksame Vorbeugung umfasst die Kontrolle der Abkühlgeschwindigkeiten, das Vorwärmen der Formen, die Konstruktion von Bauteilen mit gleichmäßiger Wanddicke und abgerundeten Ecken sowie die Verwendung hochwertiger, sauberer Legierungen.

Grundlagen von Rissen im Druckguss: Arten und Ursachen

Risse sind Brüche oder Trennungen auf der Oberfläche oder im Inneren eines Druckgussteils, die dessen strukturelle Integrität und Leistung beeinträchtigen. Diese Fehler entstehen durch Spannungen, die die Materialfestigkeit während oder nach dem Erstarrungsprozess übersteigen. Das Verständnis der verschiedenen Rissarten ist der erste Schritt zur effektiven Diagnose und Vorbeugung. Die häufigsten Ursachen sind thermische Spannungen aufgrund einer unsachgemäßen Temperaturführung, Spannungskonzentrationen infolge von Konstruktionsfehlern und Schwächen, die durch Materialverunreinigungen entstehen.

Es gibt mehrere deutlich unterscheidbare Arten von Rissen, jede mit einer einzigartigen Ursache und einem bestimmten Zeitpunkt der Entstehung. Heiße Risse , auch als Heißrisse bekannt, treten bei hohen Temperaturen auf, während das Metall sich noch in einem halbfesten Zustand befindet. Sie werden oft durch thermische Spannungen und Verunreinigungen verursacht, die schwache Stellen entlang der Korngrenzen des Materials erzeugen. Im Gegensatz dazu kaltRisse die Schmelzflächen werden nach vollständiger Verfestigung und Abkühlung des Gießgutes entstehen. Diese sind typischerweise das Ergebnis von Restbelastungen durch Kontraktion, ungleichmäßige Abkühlung oder äußere Kräfte während des Ausstoßens aus der Form. Andere häufige Arten sind thermische Ermüdungsrisse , die sich aus wiederholten Heiz- und Kühlzyklen während der Lebensdauer des Teils ergeben, und schrumpfrisse , verursacht durch ungleichmäßige Verfestigung in Bereichen mit unterschiedlicher Wandstärke.

Eine gründliche Analyse der Ursache ist für die Umsetzung der richtigen Lösung unerlässlich. Zum Beispiel laut einem Artikel von diecasting-mould.com , hohe Spannungsniveaus, thermische Spannungen und Materialverunreinigungen sind Hauptfaktoren für Risse in Aluminiumgusswerkzeugen. Ein schlechter Formbau mit scharfen Ecken oder plötzliche Wanddickenänderungen können zu Stresskonzentrationsstellen führen, an denen sich wahrscheinlich Risse bilden. In ähnlicher Weise können Verunreinigungen in der Aluminiumlegierung als Kernstellen für Frakturen dienen und die Haltbarkeit des Bauteils erheblich reduzieren.

Proaktive Vorbeugung: Optimierung des Formendesigns und der Materialauswahl

Die effektivste Strategie zur Vermeidung von Rissen besteht darin, potenzielle Probleme bereits vor Beginn des Gießprozesses anzugehen. Ein intelligentes Formendesign und eine sorgfältige Materialauswahl bilden die Grundlage für einen robusten, fehlerfreien Herstellungsprozess. Wie Experten bei Prototool betonen, sind die Vermeidung scharfer Winkel, ausreichende Radien und geeignete Auszugsschrägen entscheidende Konstruktionsaspekte, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Fehler in der Geometrie der Gussform können sich direkt in Schwächen des fertigen Bauteils widerspiegeln, weshalb das Design die wichtigste erste Verteidigungslinie darstellt.

Die Materialauswahl sowohl für das Bauteil als auch für die Form ist gleichermaßen wichtig. Die Verwendung von hochreinen Legierungen, die frei von Verunreinigungen wie Wasserstoffgas oder nichtmetallischen Einschlüssen sind, ist entscheidend, um Schwachstellen im Gussstück zu vermeiden. CEX Casting unterstreicht, dass Verunreinigungen, unabhängig davon, ob sie aus den Rohstoffen oder aus dem Schmelzprozess stammen, unter Belastung zu Rissen führen können. Für die Form selbst ist die Verwendung von hochwertigen Warmarbeits-Formstählen wie 1.2344 (H13) sinnvoll, um Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischer Ermüdung zu verbessern. Ziel ist es, ein System zu schaffen, bei dem sowohl Werkzeug als auch Material hinsichtlich thermischer Stabilität und mechanischer Festigkeit optimiert sind.

Präzisionsfertigung ist entscheidend für die Herstellung hochwertiger Bauteile. Unternehmen wie Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , die auf Hochleistungs automobil-Schmiedeteile spezialisiert sind, stehen beispielhaft für strenge Qualitätskontrolle und Prinzipien der Werkstoffkunde, die auch beim Druckguss von zentraler Bedeutung sind. Diese ganzheitliche Ausrichtung auf Exzellenz bereits in den frühen Phasen von Konstruktion und Materialauswahl trägt dazu bei, dass das Endprodukt höchste Leistungsanforderungen erfüllt.

Um das Rissrisiko während der Entwurfsphase zu minimieren, sollten Ingenieure eine Reihe von bewährten Methoden befolgen. Diese Richtlinien helfen, die Spannung gleichmäßig zu verteilen und eine einheitliche Erstarrung zu fördern, wodurch direkt den Hauptursachen für Risse entgegengewirkt wird.

• Gleichmäßige Wanddicke sicherstellen: Plötzliche Änderungen der Querschnittsdicke vermeiden, um eine gleichmäßige Abkühlung zu fördern und das Risiko spannungsbedingter Schrumpfung zu verringern.
• Großzügige Fasen und Radien verwenden: Scharfe innere Ecken sind bedeutende Spannungskonzentratoren. Glatte, abgerundete Fasen sollten eingebaut werden, um die Spannung über einen größeren Bereich zu verteilen.
• Ausreichende Auszugsschrägen einplanen: Richtige Auszugsschrägen erleichtern das Auswerfen des Bauteils aus der Form und reduzieren mechanische Spannungen, die kalte Risse verursachen können.
• Guss- und Kühlungssysteme optimieren: Gusssysteme sollten für einen gleichmäßigen Metallfluss ausgelegt sein, und Kühlkanäle müssen eine einheitliche Temperaturverteilung in der Form gewährleisten, um Heißstellen und thermische Gradienten zu verhindern.
• Hochwertige Materialien auswählen: Wählen Sie hochreine Legierungen und robuste Formstähle (z. B. 1.2343, 1.2344/H13), um sicherzustellen, dass sowohl das Bauteil als auch das Werkzeug den Prozessbelastungen standhalten können.

Beherrschung des Prozesses: Steuerung von Temperatur, Kühlung und Einspritzung

Sobald Design und Materialien optimiert sind, ist eine präzise Kontrolle des Gießprozesses selbst entscheidend, um Risse zu vermeiden. Das thermische Management ist vermutlich der wichtigste Faktor, da schnelle Temperaturschwankungen eine Hauptquelle für Spannungen darstellen. Wie im hervorgehobenen Ausschnitt und mehreren Quellen erwähnt, ist die Kontrolle der Temperatur und Abkühlgeschwindigkeit entscheidend für eine gleichmäßige Erstarrung. Die Produktion mit einer kalten Form zu beginnen, kann zu schweren thermischen Schocks führen. Daher ist das Vorwärmen der Form auf eine optimale Betriebstemperatur (typischerweise 180 °C bis 280 °C) vor der ersten Einspritzung ein unverzichtbarer Schritt, um thermische Spannungen zu minimieren.

Die Geschwindigkeit, mit der das Gussstück abkühlt, muss sorgfältig gesteuert werden. Eine optimierte Abkühlgeschwindigkeit ermöglicht es, dass das gesamte Bauteil gleichmäßig erstarrt, wodurch verhindert wird, dass die äußeren Schichten zu schnell erstarren, während der Kern noch geschmolzen bleibt. Diese Balance verhindert die Entstehung innerer Spannungen, die sowohl zu Heiß- als auch zu Kaltbrüchen führen. Wie Dynacast hervorhebt, ist die Verbesserung des Wärmemanagements eine zentrale Maßnahme zur Minimierung von Rissen. Dies beinhaltet nicht nur das Vorwärmen, sondern auch den gezielten Einsatz von Kühlkanälen und die kontrollierte Applikation von Trennmitteln, um während des gesamten Produktionszyklus ein thermisches Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Einspritzparameter, einschließlich Geschwindigkeit und Druck, spielen ebenfalls eine bedeutende Rolle. Wenn geschmolzenes Metall zu schnell eingespritzt wird, kann dies Turbulenzen verursachen, wodurch Gas eingeschlossen und Porosität entsteht, die zu einem Rissinitiierungsansatz werden kann. Laut Prototool ist es vorteilhaft für die Lebensdauer der Form und die Bauteilqualität, die Füllgeschwindigkeit des Anschnitts im Bereich von 30–50 m/s zu halten. Der während und nach der Einspritzung aufgebrachte Druck muss ebenfalls ausreichend sein, um geschmolzenes Metall in schrumpfende Bereiche nachzuführen, aber übermäßiger Druck kann die Form belasten. Eine ordnungsgemäße Steuerung dieser Variablen gewährleistet eine gleichmäßige, vollständige Füllung, ohne unnötige Spannungen im System zu erzeugen.

Verfahren zur Einführung von Kaltformen

Ein disziplinierter Anlauf ist unerlässlich, um Schäden an der Form und fehlerhafte Teile zu vermeiden. Folgen Sie den folgenden Schritten, um eine kalte Form sicher auf die Betriebstemperatur zu bringen:

1. Vorwärmen des Schimmelpilzes: Verwenden Sie einen Temperaturregler oder eine Ölheizung, um die Form nach und nach auf die empfohlene Anfangstemperatur zu bringen, bevor Sie sie in die Maschine schließen.
2. Erste Niederdruckzyklen: Führen Sie 5-10 Injektionszyklen bei niedrigem Druck und niedriger Drehzahl durch. Dadurch kann das geschmolzene Metall die Formoberflächen sanft erwärmen und die Temperatur weiter stabilisieren.
3. Überwachung und Anpassung: Überwachen Sie sorgfältig die Schimmeltemperatur und die Qualität der ersten Teile. Die Kühl- und Einspritzparameter werden nach und nach angepasst, wenn das System das thermische Gleichgewicht erreicht.
4. Beginnen Sie die volle Produktion: Die Produktion mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck kann erst eingeleitet werden, wenn die Formtemperatur stabil ist und die Teile frei von Durchflussspuren und anderen thermischen Defekten sind.

Eine fehlerfreie Produktion

Die Verhinderung von Rissen in Druckgusskomponenten geht nicht um eine einzige Lösung, sondern um einen ganzheitlichen Ansatz, der intelligentes Design, erstklassige Materialien und eine präzise Prozesssteuerung integriert. Durch das Verständnis der grundlegenden Ursachen für heiße und kalte Risse, vor allem thermische Belastung und Belastungskonzentration, können Ingenieure proaktive Strategien umsetzen. Wichtig ist unter anderem, Teile mit gleichmäßiger Dicke und großzügigen Radien zu entwerfen, hochreine Legierungen auszuwählen und die thermischen Bedingungen durch Vorwärmung und kontrollierte Kühlung sorgfältig zu steuern.

Letztendlich beruht das Erreichen einer fehlerfreien Druckgussmaschine auf einem Qualitätsversprechen in jeder Phase. Von der ersten Bauteildesign bis zur endgültigen Anpassung der Prozessparameter spielt jeder Schritt eine entscheidende Rolle bei der Verringerung der Rissgefahren. Durch die Einhaltung dieser bewährten Verfahren können Hersteller die Zuverlässigkeit von Bauteilen verbessern, die Schrottrate senken und leistungsstarke Teile liefern, die den anspruchsvollsten Spezifikationen entsprechen.

Häufig gestellte Fragen

1. Die Wie kann man Risse beim Gießen vermeiden?

Risse können vermieden werden, indem einheitliche Kühlung gewährleistet wird, um thermische Belastungen zu minimieren, das Bauteil- und Formendesign optimiert wird, um Belastungskonzentratoren wie scharfe Ecken zu beseitigen, hochwertige und reine Legierungen verwendet werden und Prozessparam Auch die Vorwärmung der Formen und die Sicherstellung eines ausgewogenen Auswurfsystems sind entscheidende Schritte.

2. Die Warum knackt Gussmetall?

Gussmetallspalten, die vor allem durch eine während oder nach der Verhärtung überstehende Belastung entstehen. Diese Belastung kann thermisch (aus ungleichmäßiger oder schneller Abkühlung), mechanisch (aus dem Auswurfprozess oder externen Kräften) oder restlich (im Teil eingeschlossen, während es abkühlt und schrumpft) sein. Unreinheiten im Metall und eine schlechte Bauteildesign können schwache Stellen hervorrufen, an denen sich eher Risse bilden.

3. Die Wie verhindert man, dass Metall bricht?

Um zu verhindern, daß Metall beim Gießen zerbricht, muß man die Stressquellen kontrollieren. Dazu gehört, die Kühlgeschwindigkeit langsam und gleichmäßig zu steuern, die Form vorzuheizen, um den Wärmeschlag zu reduzieren, Teile so zu konstruieren, dass scharfe Winkel und plötzliche Dickenänderungen vermieden werden, und saubere, hochwertige Legierungen zu verwenden Wichtig ist auch, dass sich das Gießwerk frei zusammenziehen kann, ohne von der Form eingeschränkt zu werden.

4. Die Was ist der Grund, warum der Druckblöcke während des Formprozesses Risse entstehen?

Ein Druckblöck (die Form selbst) kann durch thermische Erschöpfung durch wiederholte Zyklen von Erwärmung und Kühlung knacken. Dies wird oft beschleunigt, indem geschmolzenes Metall in eine kalte Form geschleudert wird, wodurch ein starker Wärmeschock entsteht. Weitere Ursachen sind die Konzentration von Spannungen durch scharfe Ecken in der Formhöhle, eine unsachgemäße Wärmebehandlung des Druckstahls und mechanische Belastungen durch hohen Einspritzdruck.