Die-Vorwärmung der Gussform ist zu langsam – Was kann getan werden, um die Produktionseffizienz zu verbessern?
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Bevor mit dem Druckguss begonnen werden kann, muss die Form auf die richtige Temperatur erhitzt werden, die normalerweise zwischen 200 und 300 Grad Celsius liegt. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, härtet das schmelzende Aluminium oder Zink beim Kontakt mit der Form aus. Dies führt dazu, dass sich die Form nicht vollständig füllt und es zu Kaltverschlüssen kommt. Wenn die Temperatur zu hoch ist, kann es schwierig sein, Teile auszuwerfen, es kann zu Lötstellen kommen und die Zykluszeiten können sich verlängern, da das Abkühlen der Teile länger dauert. Die Geschwindigkeit des Vorheizens wirkt sich direkt auf die Zeit aus, die zum Wechseln der Formen benötigt wird, sowie auf die Gesamtnutzung der Ausrüstung. Dies ist ein großes Problem für Druckgussbetriebe, da sich die Produktionseffizienz direkt auf den Gewinn auswirkt.
Flammenheizung und elektrische Heizplatten sind zwei gängige Methoden zum Vorwärmen von Formen, funktionieren jedoch nicht immer gut. Die Flammenerwärmung kann ungleichmäßig sein, wodurch die Formoberfläche beschädigt werden kann, indem heiße Stellen entstehen, die im Laufe der Zeit zum Bruch durch thermische Ermüdung führen können. In einer industriellen Umgebung ist eine offene Flamme ebenfalls gefährlich. Heizplatten erwärmen nur die Außenseite der Form. Da Stahl über eine große thermische Masse verfügt, dauert es lange, bis die Wärme den inneren Hohlraum erreicht. Dies führt zu langen Vorwärmzyklen und einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung beim Produktionsstart, was sich negativ auf die Qualität des ersten Schusses auswirkt. Die Verwendung eingebetteter Heizpatronen wird immer häufiger eingesetzt. Rechtwinklige Bleiheizpatronen werden in vorgebohrte Kanäle in der Form eingesetzt, wo sie direkt die Kernabschnitte erhitzen, in denen die Temperaturkontrolle am wichtigsten ist.
In Druckgussformen befinden sich Heizkanäle normalerweise an der Trennlinie und um den Angussbereich herum, wo die thermische Belastung während des Gießzyklus am höchsten ist. Die Heizungen müssen so eingestellt werden, dass ein ausgewogenes Verhältnis zwischen guter und gleichmäßiger Erwärmung gewährleistet ist. Üblich ist ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Heizelemente, der ungefähr dem Dreifachen des Durchmessers des Heizelements entspricht. Dies sollte jedoch je nach Form der Form und Anordnung der Kühlkanäle geändert werden. Für Druckgussformheizungen liegt die optimale Oberflächenbelastung zwischen 5 und 8 Watt pro Quadratzentimeter. Dieser sichere Bereich berücksichtigt die Spannungen und mechanischen Belastungen, die bei Druckgussverfahren auftreten. Druckgussformen sind sehr groß und können viel Wärme speichern, daher benötigen sie oft mehrere zehn Kilowatt Leistung. Das bedeutet, dass mehrere Heizgeräte mit einem Multizonen-Managementsystem zusammenarbeiten müssen.
Die Atmosphäre beim Druckguss ist hart und birgt Gefahren wie Spritzer geschmolzenen Metalls, Dämpfe von Trennmitteln und Vibrationen von Maschinen. Die Zuleitungskabel der Heizung benötigen einen starken Schutz. Eine geglühte Konstruktion ist stärker und widerstandsfähiger gegen Ermüdung als eine geschweißte Biegung für die rechtwinklige Biegung. Um den Austrittspunkt des Anschlusskabels vor Hitze und mechanischer Beschädigung zu schützen, sollte er mit einem flexiblen Metallrohr abgedeckt werden. Da Edelstahl 321 über eine Titanstabilisierung verfügt, die die Bildung von Chromkarbid bei hohen Temperaturen verhindert, ist er widerstandsfähiger gegen Oxidation bei hohen Temperaturen als 304. Incoloy 800 ist eine hochwertige Option, die lange Zeit bei Temperaturen über 700 Grad Celsius betrieben werden kann und sich daher perfekt für die schwierigsten Druckgussaufgaben eignet.
Es ist wichtig, darüber nachzudenken, wie die Dinge installiert werden. Beim Erhitzen werden Druckgussformen viel größer als Kunststoffformen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient für Werkzeugstahl beträgt etwa 11–13 × 10⁻⁶/Grad. Dies bedeutet, dass eine 500-mm-Form um mehr als 1,5 mm wachsen kann, wenn sie von Raumtemperatur auf 250 Grad erwärmt wird. Sie müssen den Raum zwischen der Heizung und der Bohrung vergrößern, normalerweise um 0,1 bis 0,2 Millimeter im Radius. Auch das Wärmeleitmaterial muss hohen Temperaturen standhalten. Normale Wärmeleitpaste zersetzt sich bei Temperaturen über 300 Grad Celsius und hinterlässt Kohlenstoff, der die Wärmeübertragung erschwert. Stattdessen sollten Sie spezielle Hochtemperatur-Wärmeleitpasten mit keramischen oder metallischen Zusätzen verwenden.
Einige Druckgussbetriebe versuchen, Geld zu sparen, indem sie herkömmliche Industrieheizgeräte anstelle von Heizgeräten einsetzen, die nur für Formenbauarbeiten entwickelt wurden. Das Ergebnis ist in der Regel ein vorzeitiger Ausfall, weil die Vibrationsfestigkeit nicht gut genug ist, nicht genügend Platz für Wärmeausdehnung vorhanden ist oder die Abschirmung des Anschlusskabels nicht gut genug ist. Die Kosten für Ausfallzeiten für den Austausch übersteigen oft zunächst die Materialeinsparungen. Tatsächlich handelt es sich bei der Beheizung von Formen für den Druckguss um einen Spezialbereich, der Kenntnisse darüber erfordert, wie Heizungen ausgewählt, platziert und verwaltet werden. Für große Druckgussformen ist es besser, einen spezialisierten Hersteller mit der Entwicklung eines kompletten Heizsystems zu beauftragen, einschließlich Leistungsberechnung, Layout und Integration der Temperaturregelung, als es immer wieder zu versuchen und zu scheitern. Ein gut konzipiertes System kann die Vorheizzeit um die Hälfte oder mehr verkürzen, die Temperatur der Form gleichmäßiger machen und die Lebensdauer der Heizung verlängern.
