Präzision freigelegt: So funktioniert die Multi-Slide-Druckgusstechnologie

Zusammenfassung

Die Mehrfach-Druckgusstechnologie ist ein fortschrittliches Fertigungsverfahren, das Formen mit mehreren beweglichen Einsätzen, typischerweise vier oder mehr, verwendet, um kleine, komplexe und hochpräzise Metallteile herzustellen. Als Weiterentwicklung des Warmkammerverfahrens zeichnet es sich durch die Herstellung von nahezu fertigen Bauteilen mit hoher Geschwindigkeit aus und macht oft nachträgliche Bearbeitungsschritte überflüssig. Diese Methode ist äußerst kosteneffizient für komplexe Serienproduktionen, bei denen Genauigkeit und Konsistenz entscheidend sind.

Was ist Mehrfach-Druckguss?

Der Multischieber-Druckguss stellt eine bedeutende Weiterentwicklung im Bereich der Metallumformung dar und wurde speziell zur Herstellung kleiner, komplexer Bauteile mit außergewöhnlicher Präzision entwickelt. Im Kern handelt es sich um eine spezielle Art des Heißkanal-Druckgusses. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die eine einfache zweiteilige Form verwenden, setzt das Multischieber-Verfahren ein fortschrittlicheres Werkzeug mit vier und manchmal bis zu sechs einzelnen Schiebern ein. Diese Schieber bewegen sich senkrecht zueinander, um einen vollständigen, dichten Formhohlraum zu bilden.

Die Ingeniosität des Mechanismus liegt in seiner Fähigkeit, komplexe Geometrien aus mehreren Richtungen heraus zu erzeugen. Jede Führungsschiene im Werkzeug enthält einen Teil des Hohlraums oder einen Kern. Beim Maschinenzyklus bewegen sich diese Schieber aufeinander zu und verriegeln mit enormer Kraft, wodurch die exakte negative Form des fertigen Bauteils entsteht. Anschließend wird geschmolzene Metalllegierung, typischerweise eine Zink- oder Magnesiumlegierung, unter hohem Druck über einen im Schmelzbad eingetauchten ‚Gooseneck‘-Mechanismus in diesen Hohlraum eingespritzt – ein Kennzeichen des Warmkammerverfahrens. Laut Experten bei Sunrise Metal , handelt es sich bei diesem Verfahren um eine weiterentwickelte Version des traditionellen Warmkammer-Druckgussverfahrens, das hauptsächlich für miniaturisierte Bauteile aus Zinklegierung verwendet wird.

Der Hauptzweck dieser Technologie besteht darin, nahezu fertiggeformte (Net-Shape) oder leicht nachbearbeitete (Near-Net-Shape) Bauteile herzustellen. Das bedeutet, dass das Bauteil direkt in seiner endgültigen, fertigen Form aus der Form hervorgeht und kaum noch nachträgliche Bearbeitungs- oder Nachbearbeitungsschritte erfordert. Wie vom Branchenführer angemerkt Dynacast diese Fähigkeit ermöglicht die Erstellung von Merkmalen wie internen und externen Fäden direkt während des Gießzyklus, was sonst kostspielige Sekundärschritte erfordern würde. Diese Effizienz ist ein wichtiger Grund, warum Ingenieure und Designer sich für Komponenten, die sowohl Komplexität als auch Wirtschaftlichkeit in großem Maßstab erfordern, dem Mehrlaufgusswinkel zuwenden.

Wichtige Vorteile der Mehrfach-Folientechnologie

Die Technik des Mehrfachgussverfahrens bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren eine Reihe von Vorteilen, die sie für spezifische Anwendungen, insbesondere bei kleinen, komplexen Bauteilen, als überlegene Wahl auswählen. Diese Vorteile liegen in der Präzision, Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit und Designfreiheit. Die einzigartige Werkzeugkonstruktion ist die Grundlage für diese Verbesserungen und ermöglicht eine Fertigung, die mit Standard-Zwei-Teil-Formen nur schwer zu erreichen ist.

Einer der bedeutendsten Vorteile ist die erhebliche Senkung der Produktionskosten über den Lebenszyklus eines Bauteils. Diese Kosteneffizienz ergibt sich aus mehreren Faktoren. Erstens entstehen durch das Verfahren formgenaue Gussteile ohne Anschnitt mit minimalem Angussmaterial, wodurch der Materialabfall deutlich reduziert wird. Zweitens minimiert oder eliminiert die Herstellung von nahezu fertigen Bauteilen den Bedarf an Nachbearbeitungsschritten wie Bohren, Gewindeschneiden oder Fräsen. Laut Techmire , einem führenden Hersteller dieser Technologie, führt dies zu erheblichen Einsparungen bei Material, Energie und Arbeitsaufwand. Die Möglichkeit, Merkmale wie Gewinde und komplexe Hinterschneidungen direkt in die Form einzubinden, vereint Fertigungsschritte und verkürzt Durchlaufzeiten.

Die Technologie bietet außerdem außergewöhnliche Präzision und hervorragende Wiederholgenauigkeit von Bauteil zu Bauteil. Das robuste Mehrfach-Druckformwerkzeugdesign stellt sicher, dass jedes Bauteil nahezu eine perfekte Kopie des vorherigen ist und enge Toleranzen auch bei Großserienproduktionen eingehalten werden. Diese Konsistenz ist entscheidend für Komponenten, die in empfindlichen Branchen wie der Medizintechnik und der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden. Darüber hinaus ist der Prozess äußerst schnell, mit kurzen Zykluszeiten, wodurch er sich ideal für die Massenproduktion eignet. Die Entgratung innerhalb der Form und die automatische Trennung der Bauteile von den Angüssen können den Arbeitsablauf zusätzlich optimieren.

Für Konstrukteure und Ingenieure liegt der größte Vorteil in der erhöhten Gestaltungsfreiheit. Die Möglichkeit, mehrere Schieber einzusetzen, die sich in verschiedene Richtungen bewegen, befreit Designer von den Einschränkungen einer einfachen Auf-Zu-Form. Dadurch können hochkomplexe Geometrien erzeugt werden, die mit herkömmlichen Methoden nicht als einziges Stück gegossen werden könnten. Diese Fähigkeit fördert Innovationen und ermöglicht die Entwicklung kleinerer, leichterer und funktionalerer Bauteile.

• Erhöhte Gestaltungsfreiheit: Ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, einschließlich Hinterschneidungen und Querbohrungen, die mit zweiteiligen Formen nicht realisierbar sind.
• Hohe Präzision und Konsistenz: Die robuste Werkzeugausführung gewährleistet eine hervorragende Bauteilgenauigkeit und Wiederholbarkeit, was für Großserien entscheidend ist.
• Erhebliche Kosteneinsparungen: Reduziert Materialabfall und eliminiert die meisten Nachbearbeitungsschritte, was zu niedrigeren Gesamtkosten pro Bauteil führt.
• Geschwindigkeit und Effizienz: Bietet schnelle Zykluszeiten und automatisierte Prozesse wie das Entgraten innerhalb der Form für eine schnellere Produktion.
• Herausragende Qualität: Erzeugt burstenfreie Gussteile mit verbesserter Oberflächenqualität und reduzierter Porosität.

Multi-Slide im Vergleich zum konventionellen Druckguss: Ein direkter Vergleich

Der grundlegende Unterschied zwischen Multi-Slide und konventionellem Druckguss liegt in der Konstruktion und Funktionsweise des Werkzeugs. Dieser wesentliche Unterschied bestimmt die Stärken, Schwächen und idealen Anwendungsbereiche jedes Verfahrens. Obwohl beide Verfahren zur Hochdruckgussfamilie gehören, sind sie darauf ausgelegt, unterschiedliche Fertigungsherausforderungen zu lösen. Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend, um das effizienteste und kostengünstigste Verfahren für ein bestimmtes Bauteil auszuwählen.

Das konventionelle Druckgussverfahren verwendet ein zweiteiliges Werkzeug, bestehend aus einer feststehenden Formhälfte und einer Ausstoßformhälfte. Diese einfache, robuste Konstruktion eignet sich gut zur Herstellung größerer Teile mit geringerer geometrischer Komplexität. Im Gegensatz dazu verwendet das Multi-Slide-Druckgussverfahren ein Werkzeug mit mindestens vier senkrecht zueinander stehenden Schiebern, die sich zur Bildung der Gießform zusammenfügen. Wie in einem Vergleich von Dynacast , ist dieser mehrrichtungsfähige Ansatz für kleinere Teile (normalerweise unter 400 g) mit komplexen Eigenschaften von Natur aus besser. Durch den Einsatz mehrerer Folien werden bei diesen komplexen Entwürfen weniger Variationen und eine bessere Genauigkeit erzielt.

Diese Werkzeugdifferenz hat erhebliche Auswirkungen auf die Nachbearbeitung. Bei herkömmlichen Gießwerken werden oft Teile mit Blitz (Überschuss an der Trennlinie) hergestellt und es sind sekundäre Operationen erforderlich, um Merkmale wie Fäden oder Querschnittslöcher hinzuzufügen. Die Multi-Slide-Technologie hingegen ist so konzipiert, daß sie netzförmige Teile herstellt, die ohne Blitz und direkt aus der Form fertig sind. Durch die Beseitigung der Nachbearbeitungsschritte werden nicht nur Zeit und Geld gespart, sondern auch die Konsistenz der Teile verbessert.

Um einen klareren Überblick zu erhalten, werden die wichtigsten Unterschiede in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt:

Das Verfahren des Mehrfachgussverfahrens und seine Anwendungen

Das Multi-Slide-Druckgussverfahren ist eine hochgradig raffinierte und automatisierte Abfolge, die für Geschwindigkeit und Präzision konzipiert wurde. Als Heizkammerverfahren wird der Einspritzmechanismus in ein Bad aus geschmolzenem Metall eingetaucht, wodurch sehr schnelle Zykluszeiten möglich sind. Der Prozess kann in mehrere verschiedene Schritte unterteilt werden, die sich nahtlos wiederholen, um Tausende von identischen Teilen zu produzieren.

Der Betriebszyklus ist ein Effizienzmodell:

1. Schließen des Werkzeugs: Die vier bis sechs senkrecht angeordneten Formschlitten bewegen sich nach innen und treffen präzise zusammen, um einen dichten und vollständigen Formhohlraum zu bilden. Sie werden durch einen leistungsstarken Kniehebelmechanismus verriegelt.
2. Injektion: Ein Kolben innerhalb des untergetauchten „Gänsehalses“ drückt eine vorab dosierte Menge geschmolzenes Metall (Zink-, Magnesium- oder Bleilegierung) mit hoher Geschwindigkeit und unter Druck durch eine Düse in den Formhohlraum.
3. Erstarrung: Das geschmolzene Metall kühlt innerhalb weniger Sekunden in der wassergekühlten Form ab und erstarrt, wobei es exakt die Form des Hohlraums annimmt.
4. Auswurf: Die Schieber ziehen sich zurück, und das erstarrte Bauteil, nun ein fester Guss, wird aus der Form ausgestoßen, oft unterstützt durch einen Luftstoß. In vielen Systemen wird das Teil automatisch vom Angusssystem getrennt.
5. Kreislauf beginnt erneut: Die Maschine startet unmittelbar den nächsten Zyklus, wodurch eine kontinuierliche, hochgeschwindigkeitsfähige Produktion ermöglicht wird.

Dieser Prozess wird durch fortschrittliche Steuerungssysteme verbessert. Moderne Maschinen verfügen häufig über Prozessparameter- und Schussüberwachungssysteme (PPCS) sowie geschlossene Regelkreise, die Echtzeit-Anpassungen ermöglichen, um sicherzustellen, dass jedes einzelne Bauteil strengen Qualitätsstandards entspricht. Diese Systeme überwachen Variablen wie Einspritzgeschwindigkeit, Füllzeit und Druck und korrigieren automatisch Abweichungen.

Aufgrund seiner einzigartigen Fähigkeiten kommt das Multislide-Druckgussverfahren in einer Vielzahl von Branchen für kritische Komponenten zum Einsatz. Die Fähigkeit, kleine, komplexe und langlebige Teile herzustellen, macht es für die moderne Fertigung unverzichtbar.

Zu den üblichen Anwendungen gehören:

• Automobilindustrie: Kleine Zahnräder, Sensorgehäuse, Steckverbinder und Innenteile.
• Unterhaltungselektronik: Steckverbinder für Glasfasern, Mobiltelefonkomponenten und Kühlkörper.
• Medizintechnik: Präzisionskomponenten für chirurgische Instrumente, Diagnosegeräte und Arzneimittelabgabesysteme.
• Hardware: Komplexe Schließzylinder, Befestigungselemente und Zahnräder für verschiedene mechanische Geräte.

Häufig gestellte Fragen

1. Welche Materialien eignen sich am besten für den Multislide-Druckguss?

Das Mehrplatten-Druckgussverfahren ist ein Heißkammerprozess und eignet sich daher ideal für Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten, die die Einspritzkomponenten der Maschine nicht angreifen. Zinklegierungen sind aufgrund ihrer hervorragenden Fließfähigkeit, Festigkeit und Gießbarkeit das gebräuchlichste Material. Auch Magnesium- und Bleilegierungen werden häufig verwendet. Aluminium kann, obwohl seltener als Zink, ebenfalls im Mehrplatten-Druckguss eingesetzt werden.

2. Ist das Mehrplatten-Druckgussverfahren ein teurer Prozess?

Die anfänglichen Werkzeuge für das Mehrplatten-Druckgussverfahren können komplexer und damit kostspieliger sein als herkömmliche Werkzeuge. Für die richtige Anwendung – kleine, komplexe Teile, die in hohen Stückzahlen produziert werden – ist es jedoch äußerst kosteneffektiv. Die Kosteneinsparungen ergeben sich aus der Eliminierung von Nachbearbeitungsschritten, geringeren Materialverlusten und sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten, wodurch die Gesamtkosten pro Teil über eine Produktionsserie hinweg deutlich gesenkt werden.

3. Wie groß sind die Teile, die typischerweise mit dieser Technologie hergestellt werden?

Die Multischiebetechnologie ist speziell darauf optimiert, kleine und miniaturisierte Bauteile herzustellen. Obwohl es keinen einheitlichen Standard gibt, wiegen die Teile typischerweise weniger als 400 Gramm (ca. 0,9 Pfund). Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es Bauteile mit dünnen Wänden, komplexen Details und engen Toleranzen erzeugen kann, die im größeren Maßstab oder mit anderen Gießverfahren nur schwer oder gar nicht herstellbar wären.