Der Sektor der Druckgussmaschinen wächst unerwartet, von 3.633,6 Millionen Dollar im Jahr 2018 auf 4.978,7 Millionen Dollar im Jahr 2026. Unter mehreren Herstellungsverfahren ist der Druckguss ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, mit dem komplexe Teile in Standardqualität und in großen Mengen hergestellt werden.

Die üblichen Gusswerkstoffe, die für Druckgussverfahren verwendet werden, sind in der Regel Zink- und Aluminiumlegierungen. Jedes Metallmaterial hat besondere Eigenschaften, die sich auf das Gesamtergebnis auswirken.

Zink und Aluminium werden aufgrund ihrer Festigkeit, ihres Gewichts, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihres Schmelzpunkts häufig in der Elektrotechnik, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Industrie, der Pharmazie und der Robotik eingesetzt.

Die Wahl des geeigneten Materials kann für Start-up-Unternehmen, die die einzigartigen Eigenschaften der beiden Werkstoffe nicht kennen, eine große Herausforderung darstellen. Daher werden wir in diesem Artikel die Besonderheiten von Zink und Aluminium erörtern, damit Sie umfassende Informationen, einschließlich Anwendungen und Variationen in beiden Verfahren, erhalten können.

Materialeigenschaften

Zinkdruckguss kann mit dem Aluminiumdruckguss verglichen werden, da es in ähnlichen Fertigungsschritten hergestellt wird. Ihre Eigenschaften und strukturellen Merkmale unterscheiden sich jedoch voneinander, da die beiden Metalle die Grundlage für diese Unterschiede bilden.

Lassen Sie uns die Unterschiede zwischen den Materialeigenschaften von Aluminium und Zink anhand des folgenden Vergleichs näher beleuchten:

• Schmelzpunkt
• Dichte und Gewicht

Schmelzpunkt

Im Vergleich zu ihren allgemeinen Eigenschaften, Aluminiumlegierungen haben einen höheren Schmelzpunktbereich von 566-650 °C (950-1200 °F), während der Schmelzpunkt von Zinkwerkstoffen bei 420 °C (788 °F) liegt. Daher eignen sich beide Werkstoffe für die Herstellung von Produkten, die unter Hochtemperaturbedingungen eingesetzt werden.

Dichte und Gewicht

Zinklegierungen haben eine höhere Dichte und ein höheres Gewicht als Aluminium, das etwa 7,140 g/cm3 beträgt, während Aluminium eine geringere Dichte von etwa 2,7 g/cm³ aufweist. Dies deutet darauf hin, dass das Gewicht ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der richtigen Werkstoffe für Ihre geplanten Anwendungen ist.

Auswirkungen auf Festigkeit, Duktilität und Dimensionsstabilität

Duktilität und Festigkeit sind wichtige Eigenschaften von Werkstoffen, die von ihrer Dichte und ihrem Schmelzpunkt abhängen. Aluminiumlegierungen sind leichter und haben einen niedrigen Schmelzpunkt, was sie zu einer Kombination aus starken und dehnbaren Materialien macht. Durch das Druckgussverfahren können sie leicht geformt werden, ohne zu brechen, und eignen sich daher für Anwendungen in der Luftfahrt und im Automobilbau, wo sowohl Festigkeit als auch Haltbarkeit wichtig sind.

Zinklegierungen sind schwer und weniger dehnbar, was bei der Herstellung unter Belastung zu Rissen führen kann. Diese Art von Material eignet sich perfekt für die Herstellung komplex geformter Teile, könnte aber für Anwendungen, die eine hohe Flexibilität erfordern, besser geeignet sein.

Die Korrosionsbeständigkeit

Aluminium bildet eine dünne Oxidschicht, die weitere Korrosion verhindert und es rostbeständig macht. Diese Eigenschaft ist vor allem bei Anwendungen im Freien und auf See hilfreich, wo es häufig mit Feuchtigkeit in Berührung kommt.

 Die Zinklegierung zeichnet sich jedoch auch durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Sie wird häufig als Beschichtung verwendet, um den Stahl vor Rost zu schützen, und bildet eine Schutzschicht, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt wird. Diese Arten von Materialien sind im Baugewerbe und in der Automobilindustrie sehr nützlich.

Wärmeleitfähigkeit

Aluminiumlegierungen sind für ihre hervorragende Leitfähigkeit bekannt, die etwa 237 W/mK beträgt, insbesondere für elektrische Zwecke und Anwendungen von Kühlkörpern und Radiatoren. Die Wärmeleitfähigkeit von Zinklegierungen liegt bei etwa 116 W/mK. Trotz ihrer geringeren Leitfähigkeit ist sie ideal für einige Anwendungen wie Türgriffe und -knöpfe, isolierte Schalen und andere Teile mit kontrollierter Wärmeableitung.

 Gießverfahren für Zink und Aluminium

Warmkammergießen und Kaltkammergießen sind die beiden gebräuchlichen Verfahren für den Druckguss von Zink- und Aluminiumlegierungen. Aluminium kann jedoch sowohl im Warmkammer- als auch im Kaltkammergießverfahren gegossen werden. Wir wollen uns diese Verfahren im Detail ansehen, um ihre Eigenschaften und Vorteile zu verstehen.

Warmkammer-Druckguss für Zink

Das Warmkammergießen ist ein besonderes Verfahren, das häufig für den Zinkguss verwendet wird. In diesem Stadium wird eine Druckgussmaschine mit einer angeschlossenen Kammer verwendet, in der eine Legierung geschmolzen wird. Anschließend wird das geschmolzene Zink mit Hilfe eines Kolbens in eine Form gepresst, in der es abkühlen und erstarren kann.

Vorteile des Warmkammer-Zinkdruckgusses

Einer der ersten Vorteile des Warmkammer-Zinkdruckgusses ist seine schnellere Zykluszeit. Bei diesem Verfahren wird das Metall innerhalb der Maschine geschmolzen, so dass keine externen Schmelzgeräte benötigt werden. Das beschleunigt den Prozess, senkt die Produktionskosten und erhöht den Ausstoß. Außerdem erfordert die Zinklegierung niedrigere Betriebstemperaturen und Drücke, was das Gießverfahren kostengünstiger und wirtschaftlicher macht.

Kaltkammer-Druckguß für Aluminium

Das Kaltkammer-Druckgussverfahren ist ideal für Metalle mit höheren Schmelzpunkten, die eine maximale Festigkeit erfordern, wie z. B. Aluminium. Bei diesem Verfahren wird das geschmolzene Metall von der Maschine in eine Gießhülse gegossen. Dabei wird es mit Hilfe eines hydraulisch angetriebenen Kolbens mit einem Druck von über 10.000 PSI in die Form gepresst.

Vorteile des Kaltkammer-Druckgusses

Das Kaltkammergießen bietet eine bessere Kontrolle über Metalleigenschaften, die empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren. Dieses Verfahren hilft bei der Herstellung hochwertiger Gussteile, indem es die Abkühlungs- und Erstarrungsprozesse präzise steuert. Außerdem kann dieses Gießverfahren mit höheren Schmelzpunkten und korrosiven Metallen umgehen, ohne dass Maschinenteile beschädigt werden.

Vergleich der Zykluszeiten

Die Zykluszeit oder die Geschwindigkeit, mit der Gussteile hergestellt werden können, variiert zwischen Warm- und Kaltkammergießen. Beim Warmkammergießen ist die Zykluszeit in der Regel kürzer als beim Kaltkammergießen. Aufgrund des geschmolzenen Zustands des Zinks und seines niedrigeren Schmelzpunkts ist es bereit, in die Form gespritzt zu werden. Beim Warmkammergießen können zum Beispiel 15 Gussstücke pro Minute hergestellt werden. Da beim Kaltkammergießen zusätzliche Schritte zum Schmelzen und Transportieren des Metalls erforderlich sind, können 5-7 Schüsse pro Minute erzeugt werden.

Der Unterschied in der Zykluszeit wirkt sich direkt auf die Herstellungskosten aus. Die schnelleren Zykluszeiten beim Warmkammergießen verringern die Arbeits- und Energiekosten und machen es zu einer kostengünstigeren Wahl für die Herstellung großer Mengen kleiner bis mittelgroßer Zinkteile.

Beim Kaltkammergießen wird die langsamere Zykluszeit durch die Fähigkeit ausgeglichen, hochwertige komplexe Aluminiumteile mit besseren mechanischen Eigenschaften herzustellen.

Gusskomplexität und dünnwandige Abschnitte

Sowohl im Warm- als auch im Kaltkammerdruckgussverfahren können komplexe Formen und dünne Wandabschnitte hergestellt werden.

Aufgrund der Fließfähigkeit des geschmolzenen Zinks und der präzisen Steuerung des Einspritzvorgangs ist das Warmkammergießen jedoch ideal für die Herstellung komplizierter Zinkteile mit dünnen Wänden.

Das Kaltkammergießen hingegen hat zwar eine kürzere Zykluszeit, eignet sich aber hervorragend zur Herstellung komplexer Aluminiumteile. Es ermöglicht die Herstellung detaillierter und komplizierter Designs mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität.

Konstruktionsüberlegungen Zink- und Aluminiumguß

Bei der Herstellung von Druckgussteilen müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, z. B. die Materialeigenschaften und das Gießverfahren. Diese Elemente haben einen erheblichen Einfluss auf das Endergebnis und können sich auf Aspekte wie Wandstärke, Entformungstoleranz und Oberflächengüte auswirken.

Materialeigenschaften und Gießverfahren

Die Materialeigenschaften von Zink und Aluminium sowie ihre jeweiligen Herstellungsverfahren bestimmen die Designüberlegungen. Der niedrigere Schmelzpunkt von Zink und seine Fließfähigkeit beim Warmkammergießen helfen bei der Herstellung komplizierter Designs mit dünnen Wänden.

Aluminium-Druckguß Das Kaltkammerverfahren bietet eine überragende Festigkeit und Hitzebeständigkeit und eignet sich daher ideal für Teile, die Langlebigkeit und Präzision erfordern.

Mindestwanddicke

Mit Zinklegierungen lassen sich aufgrund der niedrigeren Betriebstemperaturen und der hervorragenden Fließeigenschaften extrem dünne Wandstärken von bis zu 0,25 mm erzielen. Auch mit Aluminium lassen sich dünne Wände herstellen, wobei in der Regel eine Mindestwandstärke von etwa 1,5 mm erforderlich ist. Dies gewährleistet die strukturelle Integrität während des Gießprozesses.

Entwurfswinkel

Entformungsschrägen helfen, die Gussteile leicht aus der Form zu entfernen. Ein Entformungswinkel von 0,75-1 Grad ist für Zink aufgrund seiner Schrumpfungseigenschaften oft ausreichend. Aluminiumteile benötigen dagegen etwas größere Entformungswinkel von 1-2 Grad, um die höhere Erstarrungsschrumpfung auszugleichen.

Erreichbare Toleranz

Im Zinkdruckguss können Teile mit Toleranzen von bis zu ±0,02 mm durch das Warmkammergussverfahren hergestellt werden. Beim Aluminiumdruckguss liegen die erreichbaren Toleranzen bei ±0,05 mm, was ihn perfekt für Hochpräzisionsanwendungen macht.

Oberflächenbehandlungen

Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit ist ein entscheidender Faktor bei Designüberlegungen. Zinkdruckguss weist aufgrund der niedrigeren Schmelztemperatur und des Warmkammerverfahrens in der Regel glattere Oberflächen auf, da die Oberflächenfehler minimiert werden. Mit Aluminiumdruckguss lassen sich hervorragende Oberflächen erzielen, die jedoch etwas rauer sein können als bei Zink. Dies kann für industrielle Anwendungen geeignet sein und durch das Polieren und Eloxieren nach dem Gießen noch verbessert werden.

Anwendungen von Zink und Aluminium im Druckguss

Verschiedene Materialeigenschaften und Gießverfahren beeinflussen die Wahl des Materials für bestimmte Anwendungen. Dazu gehören Elemente wie Kosteneffizienz, Gewichtsempfindlichkeit, Festigkeitsanforderungen, Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik.

Kosteneffizienz und Stärke von Zink

Die Kosteneffizienz von Zinklegierungen und ihre hervorragende Fließfähigkeit machen sie ideal für die Herstellung von Beschlagteilen wie Schlössern, Scharnieren und Halterungen. Diese Teile können aufgrund der geringeren Material- und Produktionskosten mit komplizierten Designs und feinen Details aus Zink hergestellt werden.

Anforderungen an Leichtigkeit und Festigkeit von Aluminium

Das geringe Gewicht von Aluminium ist für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie von Vorteil. Durch die Verwendung dieses Materials werden die Anwendungen leichter und die Kraftstoffeffizienz und Leistung verbessert. So profitieren beispielsweise Motorteile, Rahmen und strukturelle Komponenten von einem günstigen Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht von Aluminium.

Die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Zink

Zinklegierungen sind die perfekte Wahl für die Herstellung von Sanitärkomponenten wie Armaturen und Anschlüssen. Sie hat eine hervorragende Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Anwendungen erfordern, dass diese Komponenten rauen Umgebungen und Feuchtigkeit standhalten, um langfristige Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten.

Die Oberfläche von Aluminium

Aluminiumdruckguss wird häufig gewählt, um die Ästhetik und Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen, die bei Anwendungen, die auch Beschichtungen und Eloxalverfahren umfassen können, von größter Bedeutung sind. Zu diesen Anwendungen gehören Unterhaltungselektronik, Küchengeräte und hochwertige Architekturelemente.

Die Wahl zwischen Zink- und Aluminiumdruckguss

Wichtige Überlegungen

Bei der Wahl des bevorzugten Materials zwischen Zink und Aluminium sollten mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden. Diese Faktoren können sein:

• Produktionsvolumen
• Teilkomplexität
• Kostenzwänge
• Funktionale Anforderungen
• Auswirkungen auf die Umwelt

Produktionsvolumen

Das Produktionsvolumen wirkt sich direkt auf die Kosteneffizienz aus. Zinkdruckguss ist die perfekte Wahl für die Produktion höherer Stückzahlen. Es hat eine schnellere Zykluszeit und ist bei großen Mengen kostengünstiger. Der niedrigere Schmelzpunkt und die schnellere Erstarrung minimieren den Energieverbrauch und den Maschinenverschleiß.

Im Gegensatz dazu ist Aluminiumdruckguss teuer und bietet eine bessere Leistung bei geringeren Stückzahlen. Die überlegenen Eigenschaften dieses Materials machen es zu einer besseren Wahl für spezielle Anwendungen mit geringen Stückzahlen.

Teil Komplexität

Zinklegierungen eignen sich hervorragend zur Herstellung komplizierter Designs und dünnwandiger Profile mit hoher Präzision, um den Anforderungen detaillierter Bauteile gerecht zu werden. Aluminium oder Aluminiumkann aufgrund seines höheren Schmelzpunkts und seiner Viskosität komplexe Teile herstellen, die eine sorgfältige Kontrolle des Gießprozesses erfordern. Dies kann jedoch seine Fähigkeit zur Herstellung extrem komplizierter Teile im Vergleich zu Zinklegierungen einschränken.

Kostenzwänge

Der niedrigere Schmelzpunkt von Zink und die schnelle Zykluszeit führen in der Regel zu niedrigeren Produktionskosten. Das macht es zu einer wirtschaftlichen Wahl für budgetabhängige Projekte. Aluminiumdruckguss verbraucht viel Energie und hat eine längere Zykluszeit, was zusätzliche Kosten verursacht. Es ist teurer als Zink, bietet aber Vorteile in Bezug auf Festigkeit und Gewicht, was seine Kosten bei Anwendungen rechtfertigt, bei denen diese Faktoren erforderlich sind. Außerdem ist es egal, ob es sich um Zink- oder Aluminiumdruckguss handelt, alle Warmkammer- oder Kaltkammergüsse, die anfänglich Druckgussform Kosten.

Funktionale Anforderungen

Wählen Sie Zink für die Herstellung von Anwendungen, die robuste mechanische Eigenschaften und hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Sanitär- und Hardwarekomponenten. Aluminium hingegen ist ein leichtes Material mit herausragenden Festigkeitseigenschaften, die es für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie unverzichtbar machen.

Auswirkungen auf die Umwelt

Die Umweltbelastung ist im Laufe der Zeit zu einem immer wichtigeren Faktor geworden. Sowohl Zink als auch Aluminium sind jedoch in hohem Maße recycelte Materialien und tragen dazu bei, den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. Außerdem ist das Aluminiumrecycling im Vergleich zum Zinkrecycling energieaufwändiger, was bei umweltbewussten Projekten eine Rolle spielen könnte.

Die Entscheidung treffen

Das Verständnis eines Druckgussverfahrens, einschließlich geeigneter Metalloptionen, ist entscheidend. Eine weitere wichtige Methode zur Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen Fertigung ist die Verwendung einer Entscheidungsmatrix und das Prototyping. So kann sichergestellt werden, dass das ausgewählte Material den spezifischen Anforderungen und Prioritäten des Projekts entspricht.

Entscheidungsmetrix

Eine Entscheidungsmatrix kann verwendet werden, um systematisch das richtige Material zu bestimmen, indem verschiedene Faktoren auf der Grundlage der Projektprioritäten abgewogen werden. Diese Matrix hilft bei der Bewertung der Kompromisse und bei einer fundierten Entscheidung.

Beispiel einer Entscheidungsmatrix

In diesem Beispiel einer Entscheidungsmatrix werden Kosten, Gewicht, Festigkeit, Komplexität der Teile und Umweltauswirkungen bewertet. Die höhere Punktzahl von Zink zeigt seine Eignung für dieses hypothetische Projekt an.

Prototyping

Das Prototyping ist der Schlüssel zur Überprüfung von Design und Materialeignung vor der Serienproduktion. Es ermöglicht die Prüfung und Validierung der Leistung des gewählten Materials unter normalen Bedingungen. Dieser Prozess ermöglicht es, potenzielle Probleme zu erkennen und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen, um das Endprodukt auf einen höheren Standard zu bringen.

Schlussfolgerung

Dieser Vergleich zwischen Aluminiumdruckguss und Zinkdruckguss legt nahe, die bevorzugte Materialoption auf der Grundlage ihrer Eigenschaften mit Bedacht zu wählen. Das Gießverfahren für beide Werkstoffe eignet sich für ähnliche Fertigungen, aber Zink bietet Kosteneffizienz und schnellere Zykluszeiten für die Herstellung einer großen Anzahl komplizierter Teile. Aluminium wird jedoch wegen seiner leichten Festigkeit bevorzugt und ist ideal für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Beide Werkstoffe sind in hohem Maße recycelbar, wobei Zink beim Recycling energieeffizienter ist.