Beste Praktiken für das Entwerfen von Bauteilen mit variierenden Wandstärken im Metallguss
Das Entwerfen von Gussteilen mit variierenden Wandstärken stellt eine einzigartige Herausforderung im Metallguss dar, insbesondere hinsichtlich der Füllleistung, der Erstarrungskontrolle und der dimensionalen Stabilität. Ungleichmäßige Wandstärken können zu Schwindungsporosität, Verzug, Kaltläufen und thermischen Spannungen führen. Ingenieure sollten bewährte Best Practices befolgen, die in DFM (Design for Manufacturability) und Metallfluss-Simulationsanalysen verankert sind, um diese Probleme zu vermeiden und ein robustes, herstellbares Design sicherzustellen.
Minimierung der Wandstärkenschwankungen
Exzessive Wandstärkenschwankungen verursachen ungleichmäßige Kühlraten, was das Risiko von internen Defekten erhöht. Die beste Praxis besteht darin, die Schwankungen innerhalb von ±20–30% über das Bauteil hinweg zu minimieren, wo immer möglich.
Für Aluminiumlegierungen (z. B. A380) beträgt die ideale Wandstärke 2,5–3,5 mm
Für Zinklegierungen (z. B. Zamak 5) sind Wandstärken von 0,6–1,5 mm aufgrund besserer Fließeigenschaften machbar
Für kupferbasierte Legierungen können dickere Abschnitte von 4,0–6,0 mm erforderlich sein, um den Fließwiderstand zu bewältigen
Verwendung von sanften Übergängen
Vermeiden Sie scharfe Übergänge zwischen dicken und dünnen Bereichen. Plötzliche Änderungen der Wandstärke können zu turbulenten Metallflüssen und unvollständiger Füllung führen. Verwenden Sie Radien oder Taper (Entformungsschrägen), um sanfte Übergänge zu schaffen.
Verwenden Sie Radien ≥ 1,5 mm, um Spannungsanstauungen zu reduzieren
Verwenden Sie Entformungsschrägen von 1°–3°, um die Entformung zu erleichtern und die dimensionale Stabilität zu gewährleisten
Kontrolle der thermischen Gradienten
Variierende Wandstärken verursachen inkonsistente Wärmeabführung, was zu lokalisierter Schwindung und heißen Stellen führt. Designingenieure sollten die thermische Massenkonzentration identifizieren und mit Simulationssoftware während der Designphase mildern.
Designproblem | Ursache | Präventive Lösung |
|---|---|---|
Schwindungsporosität | Dicke Abschnitte erstarren langsamer | Verwendung von Kühlkanälen, Kernen oder Kältefühlern |
Kaltläufe | Dünne Wände erstarren vor vollständigem Fluss | Wandstärke beibehalten oder Formzonen vorwärmen |
Verzug | Ungleichmäßige Kühlung aufgrund der Wandstärkenschwankung | Verwendung eines gleichmäßigen Wanddesigns und eines richtigen Anschnittlayouts |
Verwendung von Rippen statt dicken Wänden
Um die Festigkeit zu erhöhen, ohne massive Wandabschnitte zu schaffen, verwenden Sie verstärkende Rippen. Rippen verringern das Gewicht und verbessern die Steifigkeit, während sie gleichzeitig die Wärmeaufnahmewirkung dicker Wände vermeiden.
Empfohlene Rippenstärke: 60–75% der angrenzenden Wand
Die Höhe der Rippen sollte nicht mehr als dreimal die Wandstärke betragen
Dieser Ansatz ist besonders praktisch bei Automobilstrukturbaugruppen und Elektronikgehäusen, die häufig über Aluminium-Druckguss oder Zink-Druckguss hergestellt werden.
Optimierung von Anschnitt- und Zuführungssystemen
Dickere Bereiche erfordern eine strategische Platzierung von Anschnitten und Auftriebshilfen, um einen vollständigen Metallfluss sicherzustellen und Schwindung während der Erstarrung zu kompensieren.
Anschnitte sollten auf dickere Abschnitte ausgerichtet sein, um die schwereren Massen zuerst zu füllen.
Verwenden Sie druckgefütterte Anschnittsysteme im Hochdruck-Druckguss (HPDC), um eine vorzeitige Erstarrung in dünnen Wänden zu überwinden.
Durchführung einer Formflussanalyse
Ein wesentlicher Teil des modernen Gussdesigns ist die Simulation. Neway verwendet Flusssimulation und thermische Modellierung, um Gussfehler vorherzusagen und zu eliminieren, bevor der Werkzeugbau beginnt.
Dies ermöglicht:
Identifikation von heißen Stellen
Erkennung von Luftansammlungen
Optimierung der Runner-Geometrie und der Anschnittplatzierung
Solche Simulationswerkzeuge sind besonders wertvoll bei komplexen Bauteilgeometrien mit Rippen, Stegen und variablen Wandzonen, bei denen manuelle Berechnungen nicht ausreichen.
Toleranzen an Wandstärkenschwankungen anpassen
Teile mit variierenden Wandstärken erfahren unterschiedliche schwindungsbedingte Schrumpfungen, die die finalen Abmessungen beeinflussen. Es ist wichtig, geeignete Toleranzen gemäß ISO 8062-3 (Gusstoleranzen) basierend auf der lokalen Wandstärke festzulegen.
Dünnwandige Merkmale: engere Toleranzen (±0,10–0,20 mm)
Dickwandige Abschnitte: lockere Toleranzen (±0,30–0,50 mm)
Die frühe Zusammenarbeit mit Ihrem Gusslieferanten gewährleistet realistische und funktionale Toleranzen für jede Geometrie.
Prototyping verwenden, um Geometrie zu validieren
Prototyping mit Urethan-Guss oder 3D-Druck wird für Teile mit komplexen Wandstärkenprofilen empfohlen. Diese Methoden ermöglichen es Ingenieuren, die Passform der Baugruppen, das Kühlverhalten und die Gewichtverteilung zu testen, bevor der vollständige Werkzeugbau erfolgt.
Fazit
Die Verwaltung von Wandstärkenschwankungen ist ein entscheidender Bestandteil eines erfolgreichen Gussdesigns. Durch die Anwendung dieser Best Practices – von der Geometrieoptimierung und der Anschnittkontrolle bis hin zur Simulation und Prototypenprüfung – können Hersteller kostspielige Fehler vermeiden, die Materialeffizienz verbessern und die mechanische Integrität des finalen Teils erhöhen. Bei Neway wird jedes Gussdesign einer rigorosen DFM-Überprüfung, thermischen Modellierung und Materialvalidierung unterzogen, um funktionale und Produktionsziele zu erreichen.
