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Zinkdruckguss

Zinkdruckguss – robust, sicher, filigran, vielfältig

Produkte, die im Zinkdruckguss-Verfahren hergestellt werden, begegnen uns überall im täglichen Leben – völlig unbewusst. Sie können robust, sicher, manchmal filigran und elegant, eindrucksvoll gestaltet oder auch einfach funktional sein.

Druckguss ist ein Verfahren, bei dem schmelzflüssiges Metall unter hohem Druck in eine hochkomplexe Stahlform gepresst wird. Zinkdruckguss als das schnellste und sehr wirtschaftliche Verfahren hat sich etabliert und bewährt. Wegen der relativ niedrigen Schmelz- und Erstarrungstemperatur der Zinklegierungen von nur 379-390 °C werden hohe Fertigungsgeschwindigkeiten, Taktfrequenzen und effiziente Ausbringungen erzielt.

Zinkdruckguss ist ein effizientes Produktionsverfahren, das Gussteile mit geringem Materialeinsatz und dadurch einen vergleichsweise niedrigen Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck ermöglicht, die leichtgewichtig, kostengünstig und von hoher Präzision sind.

Gussteile aus Zink mit Wanddicken unter 0,9 Millimetern bei guter Formstabilität sind sicher umsetzbar. Darüber hinaus macht Zinkdruckguss eine vielseitige Oberflächenbehandlung durch Galvanisieren oder Beschichten möglich. Ob dekorativ, haptisch anspruchsvoll oder technisch resistent. Die Möglichkeiten des digitalen Designs und der Simulation, ein hochwertiger Werkzeugbau in Kombination mit zuverlässigen und hochtechnisierten Produktionsanlagen als auch präzise Qualitätssicherungsverfahren, bieten dem Konstrukteur und Anwender von Zinkdruckgussteilen ein hohes Maß an Sicherheit. Innovative Verfahren wie Dünnwandgießen, Gießen mit Kern aus Zinkschaum sowie 3-D-Simulationen machen fast jedes Bauteil möglich. Zinkdruckguss bietet wie fast alle Zinkanwendungen den Vorteil eines geschlossenen Werkstoffkreislaufs. Vielfach lassen sich Zink-Gussteile nach der Nutzung sortenrein trennen und können dem Kreislauf von Zink wieder zugeführt werden – gelebtes Recycling.

Die hochtechnologischen Gießwerkzeuge mit ihren filigranen Gießkanälen sind mehrteilig – sie werden zusammengeführt und verriegelt, bevor die schmelzflüssige Zinklegierung unter hohem Druck in die Form eingefüllt wird. Die Legierung erstarrt nach kurzer Zeit, das Werkzeug öffnet sich wieder und das Gussstück wird ausgeworfen. Ein Vorgang von Sekunden der sich kontinuierlich wiederholt. In Summe ein sehr ökonomisches und ökologisches Verfahren:

Die wichtigsten Eigenschaften von Zinkdruckguss im Überblick

  • hohe Festigkeit und Härte von Zinklegierungen
  • Gussteile für den Leichtbau durch Dünnwand- und Schaumguss
  • aufgrund duktiler Eigenschaften, Absorption von Bewegungsenergie
  • hohe Steifigkeit bei verschiedenen Belastungen
  • hohe Kerbschlagfestigkeit und gut Dehnbarkeit
  • Wärme- und Elektrizitätsleitfähigkeit
  • nicht funkenschlagend und nicht magnetisch
  • hohe Widerstandskraft gegen Materialermüdung
  • Zuverlässigkeit und Kontinuität beim Guss druckdichter Bauteile
  • Widerstand gegen Korrosion
  • beste Voraussetzungen für die Oberflächenveredelung
  • Abschirmung gegen Elektromagnetische Strahlung

Einsatzbereiche Zinkdruckguss

Produkte, die im Zinkdruckguss-Verfahren hergestellt werden, begegnen uns überall im täglichen Leben – völlig unbewusst. Sie können robust, sicher, manchmal filigran und elegant, eindrucksvoll gestaltet oder auch einfach funktional sein.

  • Mobilität
  • Sanitärtechnik
  • Lifestyle – Spielzeug – Haushaltsgeräte – SmartHome
  • Elektrotechnik – Maschinenbau
  • Medizintechnik
  • Sicherheitstechnik – Schließtechnik – Möbelbeschläge

Produktionstechnologie mit höchster Präzision

Werden neue Formen für den Zinkdruckguss entwickelt, erfolgt eine digitale Konzeption und Simulation der Funktionsweise. Das Werkzeug wird im Anschluss mit großer Genauigkeit und unter Einhaltung engster Toleranzen mechanisch aus einem Block aus hitzebeständigem Werkzeugstahl gefertigt.

In Verbindung mit einer präzisen Prozesssteuerung und der Berücksichtigung der gleichmäßigen Schwindungseigenschaften der Zinklegierungen, werden Gussteile mit extremer Genauigkeit erzielt – ob filigran, mit hoher Festigkeit oder auch als Komponenten-Bauteil mit anderen Werkstoffen.

Für die Herstellung von Bauteilen aus Zinkdruckguss werden zwei unterschiedliche Maschinentypen verwendet: die konventionelle Warmkammermaschine mit einer zweiteiligen Gießform und die Hochgeschwindigkeits-Mehrschiebermaschine. Mit der Warmkammermaschine werden in der Regel Gussteile mit mehr als 2 Zentimetern Hüllkörpermaß hergestellt. Die Mehrschiebermaschine wird bei der Herstellung von sehr kleinen Teilen eingesetzt. Beide Verfahren eignen sich für die Herstellung von endmaßtreuen Teilen mit Öffnungen, Schlitzen und Gewinden. Durch Zinkdruckguss können ganze Baugruppen oftmals in einem Teil gegossen werden. Dadurch werden teure nachfolgende Prozessschritte eingespart.

Produktionsvorteile

  • geringer Energieeinsatz für schmelzen und gießen
  • geringe Taktzeiten – hohes Ausbringen
  • auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich
  • niedriger Werkzeugverschleiß
  • dünnwandige Gussteile – geringes Gewicht
  • keine mechanische Nachbearbeitung
  • vielfältige Oberflächenveredelungsvarianten
  • geringer Materialeinsatz
  • gute Wärmeleitfähigkeit
  • gute elektrische Leitfähigkeit
  • lötbar (nach Verzinnung)
  • Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung
  • Hohes Recyclingpotential

Hohe Produktionsraten und lange Formstandzeiten

Zinklegierungen können auf modernen Gießmaschinen mit sehr hohen Produktionsraten gegossen werden. Dabei werden außerordentlich lange Formstandzeiten von mehr als einer Millionen Schuss erreicht. Kosten für den Formenbau und die Maschinennutzung werden so reduziert.

Zinkdruckgusslegierungen – perfekter Konstruktionswerkstoff

Zinkdruckgusslegierungen zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit, eine lange Haltbarkeit und ein sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis aus. Kein anderer Werkstoff besitzt eine vergleichbare Kombination von Festigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit.

Moderner Dünnwand-Zinkdruckguss und Legierungen mit außergewöhnlichen Fließeigenschaften ermöglicht die Produktion funktionsgleicher Teile mit geringerem Metalleinsatz. Die mechanischen Eigenschaften und die vielfältigen Möglichkeiten der Oberflächenveredelung machen Zinklegierungen zu einem perfekten Konstruktionswerkstoff, der sowohl zeit- als auch kosteneffektiv ist.

Die exzellenten Abriebeigenschaften von Zink erlauben in Bauteilen, die üblicherweise mit Lagern oder Gleitlagern ausgestattet werden müssen, eine größere Flexibilität in der Konstruktion. Kosten für nachfolgende Arbeitsschritte entfallen, weil keine kleinen Lager und Gleitlager mehr eingearbeitet werden müssen. Besonders günstig ist diese Lösung für langsam laufende und mittel bis schwer belastete Achsen.

In der Praxis durchgesetzt haben sich vor allem die Legierungen ZL 0400, ZL 0410 und ZL 0430, die bereits zu Beginn der 1930er-Jahre mit dem Zinkdruckgussverfahren entwickelt wurden: Die meisten Zinkdruckgießanwendungen werden in ZL 0410 ausgeführt. Danach folgt die Legierung ZL 0430 die mit einem höheren Kupfergehalt eine höhere Zugfestigkeit und Härte erreicht. Sie wird in vielen Druckgießanwendungen zur Prototypenfertigung, aber auch im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt. ZL 0400 zeichnet sich durch gute physikalische und mechanische Eigenschaften aus.

Die Bestandteile dieser Legierungen haben sich seit deren Entwicklung kaum verändert. Sie wurden in den vergangenen Jahren jedoch für spezielle Einsatzgebiete wie sehr dünnwandiges Gießen oder spezielle Oberflächeneigenschaften optimiert. Die Basis bildet Feinzink mit einer Reinheit von 99,995 Prozent. Aluminium, Kupfer und Magnesium sind weitere Bestandteile, die das Eigenschaftsprofil beeinflussen: Kupfer verbessert die Zugfestigkeit und Härte. Magnesium verhindert interkristalline Korrosion. Aluminium begünstigt die Verarbeitbarkeit des Zinks sowie die wichtigsten Gebrauchseigenschaften, also Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Schlagbiegezähigkeit. Gleichzeitig reduziert Aluminium bei Temperaturen unterhalb von 450 °C die Reaktivität eisenhaltiger Materialien im Kontakt mit der flüssigen Schmelze drastisch. Dadurch sind alle Zink-Aluminium-Legierungen im hochproduktiven Warmkammer-Druckgussverfahren verarbeitbar.

Oberflächenvielfalt

Bei sachgerechter Auswahl kann nahezu jede gewünschte Oberfläche auf Zinkdruckgussteile aufgebracht werden. Freiheitsgrade betreffen dabei sowohl optische und haptische Aspekte als auch technische Eigenschaften wie Härte und Widerstandsfähigkeit der Oberfläche.

Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit

Materialersparnis durch Dünnwandguss und intelligentes Design, die lange Lebensdauer und die langen Formenstandzeiten machen Zinkdruckguss zu einem ressourceneffizienten Verfahren. Neue angussarme und angussfreie Gießtechniken tragen zu einer weiteren Steigerung der Ressourceneffizienz bei. Durch die endkonturnahe Fertigung im Zinkdruckgussprozess werden darüber hinaus Zeit, Kosten und Energie gespart, die für eine Nachbearbeitung der Bauteile entstehen würden – auch das zahlt auf das Nachhaltigkeitskonto von Zinkdruckguss ein.

Innovationen

Innovationen in der Legierungs- und Gießtechnik zeigen, dass Zinkdruckguss immer mehr und immer wieder Neues zu bieten hat. Neue Gießverfahren durch Schaumguss, optimierte Legierungen für den Dünnwandguss und intelligente Konstruktionen erlauben Gewichtseinsparungen von bis zu 30 %.

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Initiative ZINK