Metalldruckguss

Andrea Gillhuber,

Druckguss aus Messinglegierungen

Das Druckgießen von Kupfer- und Messingwerkstoffen fristet eher ein Nischendasein. Zu Unrecht, wie Anwendungsbeispiele unter anderem im Automobilbau zeigen. Allerdings gibt es im Konstruktionsprozess und auch bei der Wahl der Legierung einiges zu beachten. 

Blick in eine Druckgießzelle für Messinglegierungen. © Klaus Vollrath

Das Druckgießen arbeitet mit metallischen Dauerformen, in denen die Gussteile schnell abkühlen. Dies ermöglicht kurze Taktzeiten und präzise geformte Konturen. Bei niedrig schmelzenden Metallen wie Aluminium, Magnesium und Zink wird das Verfahren daher umfassend eingesetzt. Da die deutlich höheren Schmelzetemperaturen von Kupfer- und Messingwerkstoffen das Formenmaterial jedoch ungleich stärker beanspruchen, fristet das Druckgießen hier ein Nischendasein. Eigentlich zu Unrecht, wie ein Besuch bei der französischen Druckgießerei Favi zeigt.

„Unter Konstrukteuren ist das Wissen darüber, welche wirtschaftlichen und technischen Vorteile das Druckgießverfahren bei Messingbauteilen bietet, nicht ausreichend verbreitet“, bedauert Denis Declerck, Leiter Technik und Vertrieb der entsprechenden Abteilung bei der Firma Favi in Hallencourt, Frankreich. Seine Abteilung hat sich auf die Herstellung von hochwertigem Messing-Druckguss im Stückzahlbereich ab etwa 500 bis zu Großserien von mehr als 100.000 Stück spezialisiert. Das Gießereiunternehmen mit insgesamt rund 310 Mitarbeitern gehört zur Afica-Gruppe, einem führenden Hersteller von Kupferlegierungen, und erzeugt Druckgussteile aus Aluminium-, Messing- und Kupferwerkstoffen. Der von Declerck geleitete Bereich bildet innerhalb des Unternehmens, das sich primär auf den Automobilsektor ausgerichtet hat, eine eigene Abteilung, die Messingdruckguss für sonstige industrielle Anwendungen erzeugt. Hier konzentriert man sich auf Marktsegmente wie Armaturen, die Hersteller von Tür-, Fenster oder Möbelbeschlägen, die Elektro- und Elektronikindustrie, den Landmaschinenbau, die Medizintechnik sowie die Mechatronik.

Anzeige

Hohe Produktivität

„Das Druckgießen zeichnet sich durch sehr gute Produktivität und Qualität aus, erfordert jedoch aufgrund der hohen Gießtemperaturen des Messings mehr Know-how als bei Metallen mit tieferem Schmelzpunkt“, ergänzt Declerck. Dies betrifft alle Teile der Anlagen, die mit der rund 1.000 °C heißen Schmelze in Berührung stehen, vor allem jedoch die metallischen Dauerformen, deren Material äußerst intensiven Temperaturschocks ausgesetzt wird. Dank eines eigenen Formenbaus sowie der jahrzehntelangen Erfahrung mit der Verarbeitung von Messinglegierungen beherrscht Favi alle Stufen des Prozesses auf hohem Niveau, das auch den strengen Anforderungen der Automobilindustrie genügt. Insgesamt verfügt die Abteilung über sieben Druckgießzellen mit Formzuhaltekräften zwischen 80 und 620 t. Hergestellt werden Teile im Gewichtsbereich zwischen 4 g und 2 kg. Alle Anlagen sind vollständig durchautomatisiert und können daher weitgehend mannlos arbeiten. Automaten oder Roboter erledigen sämtliche Handlingaufgaben, fertige Teile werden noch im Robotergriff geprüft und dann mittels einer Stanze vom Gießsystem getrennt. Die Formen erreichen je nach Gussteil und Anforderungen an die Oberflächenqualität Lebensdauern zwischen 35.000 bis 50.000 Produktionszyklen.

Bereits in der Bauteilekonstruktion muss die Wahl der Messinglegierung beachtet werden. © Klaus Vollrath

Der Konstruktionsprozess

„Bei der Entwicklung eines neuen Bauteils ist es ratsam, bei der Konstruktion die Möglichkeiten und Grenzen des Herstellprozesses zu berücksichtigen“, verrät Declerck. Wie jede Herstelltechnologie hat auch das Druckgießen von Messing seine Besonderheiten, zum Beispiel bezüglich Wanddickenübergängen oder Materialanhäufungen, welche im Interesse optimaler Ergebnisse berücksichtigt werden sollten. Dies sollte so früh wie möglich im Verlauf des Konstruktionsprozesses erfolgen. Änderungen oder Anpassungen werden erfahrungsgemäß umso teurer, je später sie im Verlauf der Entwicklung vorgenommen werden müssen. Deshalb steht Favi mit seinen erfahrenen Fachleuten und umfassender IT-Ausstattung bereit, seine Kunden von Anfang an bei der Entwicklung beratend zu unterstützen. Hierzu gehören Hilfsmittel wie die CAD/CAM-Software ProEngineer oder das Gießsimulationsprogramm Novacast. Erforderlichenfalls können auch Prototypen beispielweise durch Zerspanung aus dem Vollen oder mittels 3D-Druck hergestellt werden. Hiermit sowie dank der Routine der Mitarbeiter gelingt es bei solchen Projekten in der Regel, einen auf Anhieb serientauglich beherrschbaren Prozess hinzubekommen.

Die Legierung

Das Druckgießen von Kupfer- und Messingwerkstoffen fristet zu Unrecht eher ein Nischendasein. © Klaus Vollrath

„Favi hat nicht nur eine außergewöhnlich breite Legierungspalette, sondern entwickelt erforderlichenfalls speziell auf die Kundenbedürfnisse hin optimierte Sonderlegierungen“, weiß Siegfried Glanz, Geschäftsführender Gesellschafter der L+B Metallservice in Olpe. Der Experte für metallische Werkstoffe und Gießverfahren unterstützt Favi bei der Betreuung seiner Kunden in Deutschland. Bei der Entwicklung von kunden- oder marktspezifischen Legierungen kann sich Favi auf die Muttergesellschaft Afica stützen, die zu den größten europäischen Erzeugern raffinierter Kupferlegierungen mit einer Jahresproduktion von 15.000 t mit entsprechender Erfahrung zählt. Darüber hinaus arbeitet das Unternehmen mit Forschungseinrichtungen zusammen. Zu den wichtigsten Innovationen gehören mehrere blei- und entzinkungsarme Messinglegierungen gemäß UBA-Liste sowie die antibakterielle Legierung AB+ für Anwendungen in der Medizintechnik sowie in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen. Zusätzlich zu ihrer antibakteriellen Wirkung löst diese Legierung, die ohne Zusätze von Blei oder Nickel hergestellt wird, weder Allergien aus noch setzt sie toxische Substanzen frei.

Eine weitere Legierungsentwicklung führte zu einem besonders verschleißbeständigen und zugleich korrosionsresistenten Werkstoff, der bevorzugt in den Bereichen Maschinen- und Landmaschinenbau verwendet wird.

Rationelle Bearbeitung

Viele Prozessschritte bei Favi sind automatisiert. © Klaus Vollrath

„Wir kommen unseren Kunden auch bezüglich der Bearbeitungstiefe entgegen und liefern auf Wunsch komplett einbaufertig bearbeitete und veredelte Komponenten beziehungsweise fertig montierte Baugruppen“, verrät Declerck. Zu den Kernstücken der Ausrüstung zählen eine vollautomatisierte und zugleich sehr flexible Fertigungszelle, in der mehrere Roboter das Handling der Teile übernehmen. Zu den Besonderheiten der Anlage zählt eine Vereinzelungs- und Zuführeinheit für die als Schüttgut in Kästen zugeführten Gussteile. Die Anlage entleert den zugeführten Kasten über einen Lift in einen Rütteltrichter, aus dem die Teile nacheinander auf ein Förderband gelangen. Dort werden sie mithilfe von Kameras gescannt, wobei sowohl die Identität des Teils als auch seine Orientierung erfasst werden. Wird das Teil nicht als korrekt erkannt, so wird es aussortiert. Korrekte, aber falsch orientierte Teile werden erneut dem Trichter zugeführt. Alle anderen Teile werden vom Roboter gegriffen und an den Bearbeitungsautomaten übergeben.

Für sonstige Arbeitsgänge ist eine Reihe weiterer Werkzeugmaschinen vorhanden. Oberflächenbehandlungen erfolgen durch Sand- beziehungsweise Kugelstrahlen sowie durch teils roboterbediente Gleitschleif- und Polieranlagen. Zusätzlich wurde Anfang des Jahres eine neue Anlage beschafft, welche auf den Gussoberflächen nach dem Strahlen oder Gleitschleifen einen Glanzeffekt erzeugt. Für weitergehende Oberflächenveredelungen wie galvanische Beschichtungen mit Silber oder anderen Metallen stehen bewährte externe Partner bereit.

„Da Favi in erheblichem Umfang für die Automobilindustrie gießt, entspricht das gesamte Qualitätswesen natürlich den strengen Anforderungen der Automobilindustrie“, erläutert Glanz. Da die mechanische Bearbeitung innerhalb kürzester Zeit nach dem Gießen und der Teilereinigung erfolgt, ist die Rückkopplungsschleife des Qualitätsregelkreises zwischen Auftreten und Erkennen von Produktionsfehlern sehr kurz, so dass Fehlfunktionen schnell behoben werden. Eine ständige Werkerselbstkontrolle gehört ebenso zum Qualitätssystem wie regelmäßige Neuzertifizierungen. Die Zertifizierung nach IATF 16949 und ISO 9001 wird jährlich erneuert, die Erneuerung für die ISO 14001 ist für das laufende Jahr geplant.

Klaus Vollrath, freier Fachjournalist / ag

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Flexibler Polymerwerkstoff

Thermoplastisches Polyurethan

EOS bringt mit dem TPU 1301 einen flexiblen Polymerwerkstoff für die additive Serienfertigung auf den Markt. Das thermoplastische Polyurethan lässt sich einfach verarbeiten, ist prozessstabil und verfügt über eine gute Hydrolysebeständigkeit sowie...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige