Der Metallguss ist in der modernen Fertigung von entscheidender Bedeutung für die Herstellung von Elementen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, von Industrieausrüstungen und Konsumgütern. Die beiden gebräuchlichsten Gießverfahren sind der Druckguss und das Squeeze-Casting-Verfahren. Beide Verfahren liefern qualitativ hochwertige Teile, die mit Präzision hergestellt werden, aber der Unterschied liegt in der Kosteneffizienz und der Leistung der beiden Verfahren.

Die Entscheidung zwischen Squeeze-Casting und Druckguss setzt voraus, dass die Beschaffungsverantwortlichen wissen, wie das Squeeze-Casting funktioniert, welche Vorteile es bietet und wo es ineffizient ist. In diesem Blog werden die grundlegenden Aspekte des Squeeze-Casting und des Druckgusses sowie deren Kostenüberlegungen und Hauptunterschiede erörtert, um Entscheidungsträger bei der Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens zu unterstützen.

Wie sie beide funktionieren

So funktioniert Squeeze Casting

Pressguss oder Flüssigmetallschmieden ist ein Hybridverfahren, das die Eigenschaften von Gießen und Schmieden vereint. Zu Beginn wird das geschmolzene Metall in eine vorgeheizte Form gegossen. Das Metall gelangt in das Innere der Matrize, und beim Erstarren des Metalls wird mit Hilfe einer hydraulischen Presse ein hoher Druck erzeugt. Durch diese Spannung wird die Gasporosität beseitigt, eine bessere metallurgische Bindung erreicht und ein Gussteil mit höherer Dichte und höherer Festigkeit als bei herkömmlichen Verfahren erzeugt.

Wie Druckguss funktioniert

Das Druckgussverfahren ist ein relativ weit verbreitetes Gießverfahren für die Massenproduktion. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall mit hoher Geschwindigkeit und Kraft in ein Loch in einer Stahlform (der so genannten Kokille) gegossen. Die Gussform ist genau bearbeitet und wiederverwendbar, so dass das Druckgussverfahren in der Großserienproduktion kostengünstig ist.

Hauptmerkmale von Druckguss und Squeeze-Casting

Druckguss

Druckguss Das Druckgussverfahren ist ein schnelles und effizientes Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in eine Stahlform gepresst wird. Das Verfahren eignet sich hervorragend für die Großserienproduktion und zeichnet sich durch eine hohe Oberflächengüte, engere Toleranzen und die Möglichkeit der Herstellung von Produkten mit komplexen Formen und feinen Wänden aus. Dennoch ist die hohe Rate der letzteren durch die schnelle. Wenn Druckgussteile gespritzt werden, können diese Teile porös werden, was zu einer mangelhaften strukturellen Integrität und Schweißbarkeit führt.

Squeeze-Casting

Das Pressgießen hingegen ist ein Zwischenschritt zwischen dem Gießen und dem Schmieden. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall in eine vorgewärmte Form gegossen und anschließend unter mittlerem bis hohem Druck erstarrt. Dadurch werden die meisten Gaswülste beim herkömmlichen Druckguss entfernt, was zu Produkten mit höherer Dichte, geringerer Porosität und höherer mechanischer Festigkeit führt. Das Verfahren eignet sich besser für Teile, die eine hohe strukturelle Integrität aufweisen müssen, läuft aber langsamer ab als andere Verfahren, die unter anderem in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Schwermaschinenindustrie eingesetzt werden. Beide Technologien liefern ein gutes und günstiges Ergebnis, aber je nach Produktionsvolumen, Leistung und materiellen Anforderungen ist auch die verwendete Technologie eine Option.

Auswirkungen auf die Kosten

Der Preis der Gießverfahren ist ein Hauptkriterium bei der Wahl des Gießverfahrens. Die Anfangsinvestitionen in Formen und Ausrüstungen sind beim Squeeze-Casting und beim Druckguss ähnlich, aber die Betriebskosten sind unterschiedlich.

Squeeze Casting Kosten

• Mehr Kosten pro Teil, was letztlich zu einer geringeren Produktionsgeschwindigkeit führt.
• Geringere Kosten für die Bearbeitung, da die Teile in der Regel eine bessere Oberflächengüte und Festigkeit aufweisen.
• Kosteneffizienter bei mäßigen Produktionsmengen, bei denen die Stärke auf Kosten der Menge im Vordergrund steht.

Druckgusskosten

• Teure Startwürfel/Werkzeugkosten.
• Der offensichtliche Vorteil sind niedrige Kosten pro Teil bei großen Stückzahlen aufgrund der kürzeren Zykluszeiten.
• Wenn die Nachfrage groß ist und die Teile in hohen Stückzahlen hergestellt werden können.

Einfach ausgedrückt: Squeeze Casting bietet Qualität und Leistung, die der Druckguss auf einem kostengünstigen Produktionsniveau liefert.

Künftige Trends bei Squeeze Casting und Druckgusstechnologien

Die Suche nach effizienten Lösungen zur Verbesserung der Qualität und der Nachhaltigkeit verändert die Gießereiindustrie rapide, da die Hersteller versuchen, die Branche in eine umweltfreundliche Richtung zu lenken. Es ist zu erwarten, dass es in den kommenden Jahren sowohl beim Squeeze-Casting als auch beim Druckguss zu dramatischen Verbesserungen kommen wird.

Wichtige Trends beim Squeeze Casting

• Automatisierung und Robotik, die zur Verbesserung der Konsistenz eingesetzt werden, verringern die Zykluszeiten und Arbeitskosten.
• Fortgeschrittene Legierungsentwicklung, die einen breiteren Einsatz von Hochleistungswerkstoffen durch Squeeze-Casting ermöglicht.
• Fortschrittliche Werkzeugkonstruktion und Computersimulation zur genaueren Vorhersage der Erstarrung des Metallflusses und der Kontrolle von Fehlern.
• Vorrang für Leichtbau, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden, die ein geringeres Gesamtgewicht der Komponenten anstrebt, und zwar nicht auf Kosten der Kraft.

Wichtige Trends im Druckguss

• Verbesserungen im Druckgussverfahren zur Verringerung der Porosität und zur Verbesserung der Integrität des Teils, wie z. B. die Verwendung eines vakuumunterstützten Druckgusses.
• Neue Materialien und Formenbeschichtungen für eine lange Lebensdauer der Formen und geringere Wartungskosten
• Das Konzept des digitalen Zwillings und die Anwendung von Industrie 4.0, so dass es nun möglich ist, den Prozess in Echtzeit zu überwachen und zu optimieren.
• Nachhaltige Produktionsverfahren wie energiesparende Öfen und Recycling-Programme, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern.

Die Zukunft des Squeeze-Casting und des Druckgusses wird durch das Verhältnis zwischen Leistung und Kosten bestimmt werden. Das Squeeze-Casting wird weiterhin bei Anwendungen mit hoher Festigkeit und Haltbarkeit führend sein, während das Druckgussverfahren die bevorzugte Wahl bei Präzisionsteilen mit hohen Stückzahlen bleiben wird. Da beide Verfahren zunehmend automatisiert und digitalisiert werden, wird erwartet, dass die Wertschöpfung in den verschiedenen Branchen mit der Zeit zunehmen wird.

Hauptunterschiede zwischen Squeeze Casting und Druckguss

Zum besseren Verständnis der Unterscheidung sind hier die wichtigsten Unterschiede aufgeführt:

Prozess

  Anstatt das Teil zu verfestigen, wird beim Druckguss während der Erstarrung Druck ausgeübt, um das geschmolzene Metall zusammenzupressen und die Porosität zu verringern, wodurch dichtere und festere Bauteile entstehen. Das Druckgussverfahren ist in der Lage, Maßgenauigkeit zu gewährleisten, und eignet sich für die Großserienproduktion, bei der das geschmolzene Metall mit hoher Geschwindigkeit durch das Hochdruckinjektionsverfahren in den Formhohlraum gepresst wird.

Mechanische Eigenschaften

Die Gasporosität, die durch den während der Erstarrung ausgeübten Druck entsteht, macht Pressgussteile auch dichter und fester, da das Gefüge verfeinert wird, was letztlich zu einer Verbesserung der allgemeinen mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Haltbarkeit gegenüber herkömmlichen Druckgussteilen führt.

Produktionsgeschwindigkeit

Das Druckgießen ist viel schneller, da das geschmolzene Metall unter hohem Druck in die Form gespritzt wird und schnell erstarrt. Daher ist es sehr effektiv, wenn eine hohe Produktionsmenge in einem bestimmten Zeitraum erforderlich ist und ein großes Volumen desselben Bauteils in einem kürzeren Zeitraum benötigt wird als im Falle des langsameren Druckgussverfahrens.

Oberfläche

Die gleiche Genauigkeit der Oberflächengüte kann sowohl durch Squeeze-Casting als auch durch Druckguss erreicht werden, aber Squeeze-Casting liefert eher Teile mit einer feineren Oberflächengüte, die in der Regel nur wenig oder gar nicht nachbearbeitet werden müssen, während Druckguss Teile mit einer ebenso hohen Oberflächengüte herstellen kann, die jedoch zu überschüssigem Grat oder dünnen Materialsträngen entlang der Trennlinien neigen können, die zusätzliche Entgratungsarbeiten und eine Nachbearbeitung erfordern.

Anwendungen

Druckguss eignet sich am besten für Teile, bei denen die Festigkeit entscheidend ist und bei denen Haltbarkeit und mechanische Belastbarkeit im Vordergrund stehen, z. B. bei Anwendungen mit hoher Belastung, wohingegen Druckguss bei der Herstellung von Großserien wirtschaftlicher sein kann, wenn Maßgenauigkeit, Gewichtseinsparungen und Design-in-Cost von vorrangiger Bedeutung sind.

Kosteneffizienz

Druckguss eignet sich am besten für Teile, bei denen die Festigkeit entscheidend ist und bei denen Haltbarkeit und mechanische Belastbarkeit im Vordergrund stehen, z. B. bei Anwendungen mit hoher Belastung, wohingegen Druckguss bei der Herstellung von Großserien wirtschaftlicher sein kann, wenn Maßgenauigkeit, Gewichtseinsparungen und Design-in-Cost von vorrangiger Bedeutung sind.

Zykluszeit

Die Zykluszeiten beim Druckguss sind unglaublich kurz, da das eingespritzte geschmolzene Metall sehr schnell in der Form erstarrt, was es zum effizientesten Verfahren macht, wenn große Produktionszahlen und eine schnelle Durchlaufzeit im Vordergrund stehen. Im Vergleich dazu hat das Squeeze-Casting längere Zyklen, da während der Erstarrung Druck ausgeübt werden muss, um die Porosität zu beseitigen und das Gefüge zu verbessern. Dies kann die Produktionsrate verlangsamen, bietet aber höhere Materialeigenschaften und eine bessere Bauteilfestigkeit, die je nach Projektspezifikationen eine geringere Produktionsgeschwindigkeit ausgleichen können.

Squeeze Casting und Druckguss bei den Einrichtungskosten

Die anfänglichen Einrichtungskosten sind einer der Punkte, die ein Entscheidungsträger beim Vergleich von Squeeze-Casting und Druckguss berücksichtigen muss. Dazu gehören auch die Kosten für den Kauf der Ausrüstung für die Formkonstruktion und die Vorbereitung der Werkzeuge vor der Produktion.

Kosten für die Ersteinrichtung beim Squeeze Casting

• Vergleichsweise niedrigere Werkzeugkosten im Vergleich zum Druckguss, da das Verfahren mit weniger Druck und niedrigeren Einspritzgeschwindigkeiten arbeitet.
• Es werden spezielle hydraulische Pressen benötigt, um während der Verfestigung Druck auszuüben, was zu den Kosten der Ausrüstung beiträgt.
• Die Lebensdauer sollte im Allgemeinen länger sein, da der Temperaturschock im Druckgussverfahren geringer ist als beim Druckguss, was langfristig die Anfangsinvestitionen ausgleicht.
• Wirtschaftlicher bei Anwendungen in mittleren Stückzahlen, bei denen die hohen mechanischen Eigenschaften die Anschaffungskosten ausgleichen.

Kosten für die Ersteinrichtung beim Druckgießen

• Die Kosten für den Werkzeug- und Formenbau sind hoch, da präzisionsgefertigte Formen erforderlich sind, die wiederholten Hochdruckeinspritzungen standhalten können.
• Benötigt werden fortschrittliche Druckgussmaschinen, die hohe Einspritzgeschwindigkeiten und -drücke aushalten können.
• Geringere Lebensdauer der Gussform im Vergleich zum Squeeze-Casting aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Belastung.
• Kann nur kosteneffizient sein, wenn die produzierten Mengen groß sind und sich die anfänglichen Kosten auf viele Teile verteilen.

Die Wahl zwischen Druckguss und Squeeze Casting

Die folgende Tabelle fasst die Überlegungen für die Wahl zwischen Squeeze-Casting und Druckguss zusammen:

Vorteile und Nachteile von Squeeze

Vorteile des Squeeze Casting

• Gießt Teile, die dichter und stärker und nicht sehr porös sind.
• Hervorragende mechanische Festigkeit und Grenzwerte, hohe Zugfestigkeit und Ermüdungstoleranz.
• Bietet endkonturnahe Komponenten, die weniger Nachbearbeitung ermöglichen.
• Anwendbar für Anwendungen mit mittleren Stückzahlen, bei denen Qualität und Zuverlässigkeit wichtig sind.

Nachteile des Squeeze Casting

• Weniger schneller Produktionszyklus als beim Druckguss.
• Die Kosten pro Teil steigen durch die zunehmende Verfestigung.
• Schlechte Funktionalität in extrem großen Betrieben.
• Sie erfordert außerdem eine hohe Genauigkeit des Verfahrens und eine spezielle Ausrüstung.

Vorteile des Druckgusses

• Sehr schnelle, massenproduktionstaugliche Produktionsverfahren.
• Hervorragende Maßgenauigkeit, erstklassige Oberflächengüte.
• Kostengünstig in der Massenproduktion aufgrund des günstigen Stückpreises.
• In der Lage, sowohl komplizierte Geometrien als auch dünnwandige Produkte herzustellen.

Nachteile des Druckgusses

• Andere Teile können Porosität aufweisen, die die Festigkeit und Haltbarkeit verringert.
• Erhebliche Kosten für die Herstellung von Werkzeugen und Gussformen.
• Nicht so geeignet für Anwendungen, die hohe mechanische Eigenschaften erfordern.
• Die meisten müssen geschnitten und weiter bearbeitet werden.

Häufige Missverständnisse über Squeeze Casting und Druckguss werden erklärt

Beim Vergleich von Squeeze-Casting und Druckguss entstehen aufgrund der Überschneidungen bei der Verwendung und der allgemeinen Unkenntnis der Verfahren zahlreiche Irrtümer. Die Ausräumung dieser Mythen wird den Beschaffungsmanagern und Ingenieuren von Start-ups helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen.

Irrglaube 1: Beide Verfahren erzeugen die gleiche Qualität

Die Realität: Obwohl beide Verfahren gut veredelte und genaue Teile ergeben, sind die mechanischen Eigenschaften unterschiedlich. Beim Squeeze-Casting entsteht ein dichteres, stärkeres Bauteil mit minimaler Porosität, während beim Druckguss Mikroporosität auftreten kann, die die Festigkeit beeinträchtigt, aber eine hervorragende Maßgenauigkeit und Oberflächengüte bietet.

Missverständnis 2: Squeeze Casting ist nur eine langsamere Version des Druckgusses

Die Realität: Squeeze Casting ist nicht einfach nur ein langsameres Druckgussverfahren. Es handelt sich um ein Zwischenverfahren, das die Eigenschaften von Guss- und Schmiedeeigenschaften aufweist. Der Druck, der bei der Erstarrung verwendet wird, verbessert die metallurgische Bindung, die bei einem Druckgussverfahren nicht erreicht werden würde.

Irrtum 3: Druckguss ist immer die billigere Option

Die Realität: Das Verfahren kann bei hohen Stückzahlen wegen der kürzeren Zykluszeiten und der Wiederverwendung von Formen billiger sein. Durch die Beseitigung der Gratanschnitte besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich das Squeeze-Casting bei Zwischenproduktionen als wirtschaftlicher erweist, wo der Festigkeitsvorteil und der Wegfall der sekundären Bearbeitung die Gesamtbetriebskosten tatsächlich billiger machen können als das Gießen.

Irrglaube 4: Beide Verfahren sind für jedes Material geeignet

Die Realität: Die Auswahl des Materials ist von entscheidender Bedeutung. Druckguss wird normalerweise mit Nichteisenlegierungen wie Aluminium, Magnesium und Zink während Pressguss bevorzugt wird, wenn eine stärkere Legierung auf Basis von Aluminium oder Kupfer ist vorgeschrieben.

Irrtum 5: Die Qualität der Oberflächen ist identisch

Die Realität: Obwohl das Druckgussverfahren eine sehr gute Oberflächengüte aufweist, müssen die Teile entgratet und nachbearbeitet werden. Mit dem anderen Verfahren, dem Squeeze-Casting, können nahezu endkonturierte Teile hergestellt werden, die aufgrund des Erstarrungsdrucks nur eine minimale Nachbearbeitung erfordern.

Squeeze Casting und Druckguss in Energieverbrauch und Effizienz

Der Energieverbrauch und die Energieeffizienz sind ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Gießverfahrens. Sowohl Squeeze-Casting als auch Druckguss sind sehr energieintensive Verfahren, aber auch die Art des Energieverbrauchs und die Energieeffizienz sind unterschiedlich.

Energieverbrauch beim Squeeze-Casting

• Sie haben keinen großen Energiebedarf, da sie keine Turbulenzen nutzen, indem sie sehr hohe Einspritzdrücke verwenden.
• Muss eine hydraulische Presse verwenden, um den Druck während der Verfestigung aufrechtzuerhalten, was mehr Energie pro Zyklus verbraucht.
• Höhere Zykluszeiten bedeuten mehr Energie pro verwendetem Teil als beim Druckguss.
• Ungeachtet des höheren Energieverbrauchs pro Teil führt das Verfahren zu Materialeigenschaften, die so gut sind, dass eine zweite Prozessbehandlung oder Nachbearbeitung möglicherweise überflüssig wird.

Energieverbrauch beim Druckgießen

• Es erfordert extrem große Energiemengen, um geschmolzenes Metall auf Temperatur zu halten und mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck in ein Einspritzmedium einzuführen.
• Druckguss ist in der Massenproduktion aufgrund der kürzeren Zykluszeiten und der schnellen Erstarrungsrate äußerst effizient.
• Wenn das Produktionsvolumen hoch ist, sind die Energiekosten pro Teil niedrig.
• Es hat den Vorteil, dass es automatisch und wiederverarbeitet (recycelt) werden kann, was die allgemeine Effizienz in der Praxis in großem Maßstab erhöht.

Vergleich der Effizienz

• Squeeze Casting: Sie sind pro Einheit nicht so energieeffizient, weil ihre Zykluszeiten länger sind, aber sie gleichen diesen Aspekt durch die Lieferung stärkerer Teile aus, die nur eine minimale Nachbearbeitung erfordern.
• Druckgießen: Druckguss ist pro Zyklus energieintensiver, aber das Verfahren ist aufgrund der großen Produktionsmengen im Allgemeinen sehr effizient, da sich die Kosten und der Energiebedarf pro Guss auf Tausende von Teilen verteilen.

Schlussfolgerung

Druckguss und Squeeze-Casting sind sehr wichtige Verfahren in der modernen Metallproduktion. Squeeze-Casting ist ideal, wenn Festigkeit, Dichte und Zuverlässigkeit wichtiger sind, während Druckguss besser geeignet ist, wenn hohe Stückzahlen enger Teile zu geringeren Kosten erforderlich sind. Für Produktdesigner und Fertigungsingenieure in der Beschaffung, die am Anfang ihrer Tätigkeit stehen, hängt die Entscheidung von den Projektanforderungen ab. Wenn Langlebigkeit und mechanische Leistung im Vordergrund stehen, ist das Druckgussverfahren im Vorteil. Wenn es in erster Linie auf eine schnelle Skalierbarkeit und Kosteneffizienz ankommt, ist das Druckgießen die vergleichsweise unflexible Alternative. Die Kenntnis der Unterschiede zwischen diesen beiden Verfahren hilft den Entscheidungsträgern, ihre Fertigungsstrategie mit den Leistungsanforderungen, dem Produktionsvolumen und den Haushaltsbeschränkungen in Einklang zu bringen.