Frommer I Lieby Druckgieß-Technik Handbuch für die Verarbeitung von Metall-Legierungen Zweite Auflage V ollständig neu bearbeitet von Obering. Gustav Lieby Stut tgart Band I Grundlagen des Druckgießvorganges Konstruktionsprinzipien der Druckgießformen mit Ausführungsbeispielen Mit 390 Abbildungen im Text und anf :l Tafeln Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1965 Die erste Auflage erschien 1933 unter dem Titel: Handbuch der Spritzgußtechnik Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com ISBN 978-3-662-34912-0 ISBN 978-3-662-35246-5 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-35246-5 Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet. dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (l'hotokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfältigen @ by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1965 Ursprflngiich erschienen bei Springl'r-Vcrlag, ßerlln/Heidelberg 1!!65 Softcover reprint of tbe bardeover 2nd edition 1965 J.ibrary of Congress Catalog Card Number 65-13441 Titelnummer 1206 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamcn, Handehmnmen. Wal'enlll'zeichnun::!'('11 usw. in diesem lluche b<'rechtigt auch ohne b<'sond<·rP Kennzeichnung nicht zu d<·r An nahme, daß solche :Xanwn im Rinne der Warenzeichen- und lllarkenschutz-Gesetz gebung als frei zu bl'trnch!!:n wiin·n und daher von ie<krmnnn b"nutzt W<'rdcn diirft<·n Vorwort zur zweiten Auflage Schon beim aufmerksamen Lesen des Vorwortes zw· ersten Auflage spürt man deutlich, wie sorgfältig und gewissenhaft das Buch seinerzeit von FROMMER bearbeitet worden ist. Sein Erscheinen im Jahre 1933 war mit den damals völlig neuen Erkenntnissen ein bedeutendes Ereignis, so daß das Buch größte Beachtung fand. Inzwischen ist es zur Grund lage der Druckgießtechnik geworden. Es ist mir daher eine Ehre, dieses Werk weiterführen zu dürfen. Die in den letzten 30 Jahren auf dem Gebiete des Druckgießformenbaues, der Druckgießmaschinen und damit der Verfahrensarten sowie der Legierungstechnik erfolgte Entwicklung machte eine völlige Neubearbei tung des Buches notwendig. Ich habe mieh auch bemüht, genauso sorg fältig wie FROMMER vorzugehen und die ncuesten theoretischen Grund züge mit hinein zu verarbeiten. Vor allen Dingen wurde aber großer Wert auf viele instruktive Beispiele aus dem umfangreichen G~:"hiet der Druckgießtechnik gelegt. Im übrigen soll das Buch dem gleichen, schon von FRO:\'IMER fest gelegten Zweck dienen. Auf vielen der angeführten Vc rfahrcnsartcn und auch Bauweisen liegen Schutzrechte, so daß es sich allgemein empfiehlt, vor etwaiger Anwendung entsprechende Nachforschungen anzustellen, worauf ausdrücklich hingewiesen wird. Durch die fortschreitende stürmische Entwieklung der Druckgieß teehnik, insbesondere nach dem Kriege, hat sich eine :Fülle von Stoff ergeben, so daß dieser zweckmäßig in 2 Bände aufgeteilt wurde. Der nun vorliegende Band I umsehließt die beiden Hauptgebiete "Theoretische Grundlagen" und die "Druckgicl3form". Jhm folgt Band li mit den Hauptabschnitten "Druckgießmaschinen", "Schmelz- und "·armhalte Einrichtungen", "Gebräuchliche Druekgußlegierungeu" und die "Druck gießpraxis". Allen meinen I•'reunden und .Fachkollegen, die mir Anregungen und l\Jut zur neuen Herausgabe des Buches gegeben haben, besonders Herrn Dr.-Ing. PR. ScHNEIDER, Gesc·häftsführer des Vereins Deutscher Gießrrei fal'hleutc, sei an dieser Stelle mein bester Dank ausgesprochen. Auch rkm Springer-Verlag und seinen l\Iitarbdtern möchte ich hirrmit mPinen Dank abstatten. Möge das neue Handbueh der· Druckgießtechnik ebcnsrwiel l<'reunde im In- und Ausland gewinnen wie die l. Auflage des Fm>M~IER:>('hen Buehes. Stuttgart, im Januar l9ß5 Gustav liehy Aus dem Yo rwort der ersten Auflage Bei der Abfassung des vorliegenden Buches ist an alle technischen Kreise gedacht, die dem Druckgießverfahren Interesse entgegenbringen. Dem Druckgußhersteller soll es als Handbuch dienen, das die Unterlagen zur Behandlung der apparativen und der metalltechnischen Fragen des praktischen Betriebes enthält. Dem Konstrukteur von Druckgießappara turen soll es einen Überblick bieten, nicht nur über die heute praktisch gebräuchlichen Konstruktionen, sondern darüber hinaus auch über die auf diesem Gebiete vorhandenen grundsätzlichen Möglichkeiten und über die leitenden Gesichtspunkte für die Auswahl und die Beurteilung der Konstruktionsprinzipien. Dem Druckgußverbraucher soll es eine Übersicht geben über das mit dieser Fertigungsmethode heute praktisch Erzielbare, über die normalen Eigenschaften der Druckgußerzeugnisse und über die bei der Konstruktion und bei der Verwendung von Druck gußteilen zu beachtenden Gesichtspunkte. Die Rücksichten auf die Verschiedenartigkeit dieses Leserkreises mußten die Anlage des Werkes und die Art der Behandlung des Stoffes wesentlich beeinflussen. Einerseits durften bei einem Teil der Leser - außer den Grundlagen der technischen Allgemeinbildung - keinerlei sonderfachliche Vorkenntnisse vorausgesetzt werden, andererseitsmußten alle für die Betriebs- und Konstruktionspraxis wesentlichen Einzelfragen mit derjenigen Ausführlichkeit behandelt werden, die durch die Bestim mung des Werkes als Handbuch für den Praktiker geboten schien. Wenn der erfahrene Fachmann die ausführliche Darlegung elementarer Grund lagen, der Nichtfachmann das weitgehende Eindringen in spezielle, seinen Interessenkreis überschreitende Einzelheiten störend empfinden sollte, so sei jeder von beiden mit Rücksicht auf die weiter umfassende Zweck setzung des Buches um freundliche Nachsicht gebeten. Es sei dabei aus drücklich bemerkt, daß alle ins einzelne gehenden Darlegungen dieses Werkes - auch soweit sie in theoretisches Gebiet hineinzureichen schei nen - ihren Ursprung aus praktischen Erfahrungen - zu einem wesent lichen Teile aus der Werkstatts-oder Beratungstätigkeit des Verfassers genommen haben. Im übrigen bin ich bei der Anlage des Buches davon ausgegangen, daß die Entwicklung der Druckgießtechnik noch nicht als abgeschlossen zu betrachten ist. In den letzten Jahrzehnten hat sich der Kreis der Vorwort V Druckgußmaterialien von den Weichlegierungen bis zu den hochschmel zenden Leicht- und Schwerlegierungen und der Bereich der Erzeugnisse von kleinen untergeordneten Apparateteilen bis zu großen, beanspruch ten Konstruktionsteilen von mehreren Kilogramm Stückgewicht erwei tert. Parallel hiermit ging das Streben, die Güte der Druckgußstücke ständig zu steigern, insbesondere die Qualitätsstreuung erheblich ein zuengen. Diese Entwicklung, die gerade in den letzten Jahren sehr leb haft war, läßt noch weitere wesentliche Fortschritte erhoffen. Bei dieser Sachlage konnte sieb die Aufgabe des vorliegenden Buches nicht darauf beschränken, eine Darstellung der zur Zeit praktisch ver wendeten Konstruktionen und Werkstoffe zu geben. Vielmehr habe ich mich bemüht, vor allem die grundsätzlichen Zusammenhänge aufzuzei gen, die auch für das Verständnis der weiteren Entwicklung von Wert sein dürften. Zu diesen Grundlagen gehört an erster Stelle eine physikalische Betrachtung der Druck- und Strömungsvorgänge in den Gießmaschinen und Formen, die vielleicht geeignet ist, ein tieferes Verständnis der praktischen Vorgänge und Unterlagen für eine kritische Bewertung rler verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten zu verschaffen. Ich habe versucht, diese physikalischen Überlegungen unter vcrcinfachrnrlcn Annahmen mit einem Mindestmaß an mathematischen Hilfsmitteln durchzuführen. Um den Text mit den mathematischen Ableitungen nicht zu sehr zu belasten, sind diese für sich im Anhang zusammengefaßt, und der Text ist so gestaltet, daß er auch ohne Eindringen in die Herleitung der Formeln verständlich ist. Bei der Besprechung der Apparaturen ist die Herausarbeitung der prinzipiellen Gesichtspunkte an Hand zahlreicher schematischer Dar stellungen in den Vordergrund gestellt worden. Zur Veranschaulichung sind auch eine Anzahl von praktisch ausgeführten Gießmaschinen und Formen dargestellt, wobei jedoch bemerkt sei, daß die getroffene Aus wahl kein Werturteil über die Güte dieser Konstruktionen im Vergleich zu anderen, nicht dargestellten in sich schließen soll. In dem materialkundliehen Teil dieses Werkes wurde, entsprechend dem Leitgedanken, ein breiter Raum darauf verwendet, darzulegen, welche typischen Anforderungen das Druckgießverfahren an die Werk stoffe stellt. Erwähnt sei, daß es mit Rücksicht auf die voraussichtliche Weiter entwicklung der Druckgießtechnik an maneben Stellen angebracht er schien, auch auf Vorschläge und Möglichkeiten hinzuweisen, die bisher keine praktische Bedeutung erlangt haben, die aber in Zukunft vielleicht einmal eine Rolle spielen können. Andererseits sind auch Versuche und VI Vorwort Vorschläge erwähnt, die in der Vergangenheit bereits erprobt und als unbrauchbar erkannt wurden, um für den Fall eines späteren Wieder auftauchans erneute Versuche zu ersparen. Infolge der Eigenart des Stoffgebietes und des Fehlens einer durch gebildeten Terminologie fand ich mich gezwungen, an manchen Stellen selbst einige geeignet erscheinende Begriffe einzuführen bzw. gebräuch liche Ausdrücke in einem besonderen oder abgewandelten Sinne anzu wenden. Hier sei an erster Stelle auf den besonderen Gebrauch der Worte "Schwindung" und "Schwindmaß" im Text hingewiesen. Ferner habe ich den Ausdruck "Korrosion" in einem weiteren Sinne angewandt, der auch den sonst als "Erosion" bezeichneten mechanischen Angriff in sich schließt, da man in sehr vielen Fällen bei näherer Betrachtung den chemischen und den mechanischen Angriff doch nicht völlig einwandfrei auseinanderlegen kann. Berlin, im Herbst 1932 Leopold Frommer Inhaltsverzeichnis Seite Hezl.'ichnungcn XII 1. Einführung I 2. Der J.:inströmvorgang und die sich dnrnu~ !'rgebendt>n Richtlinien für die Arbt>itslwlse . . . . . . 8 2.1 D c r Einströmvorgang 8 2.11 Der Druck . . . . . . . 8 2.111 Die Aufgaben des Arbeitsdruckes 8 2.112 Der Flüssigkeitsdruck de..~ Gießmetalls in der Form 10 2.12 Die Strömungsvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.121 Hydrodynamische Vorbegriffe . . . . . . . . . . 13 2.122 Die Einströmung des Metalls in die Druckgießform. 20 2.13 Die Druckverteilung in der Form . . . . . . . . . . . 38 2.131 Die Druckverteilung bei idealer, wirbelfrcier, Atationii.rcr Strömung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.132 Die Druckverteilung bei der wirklichen Einströmung mit Reibungs- und Wirbelverlusten . . . . . . . . . . . . 40 2.2 Praktische F o I g er u n g e n aus rl er Betracht u n g des Einströmvorganges ................... 44 2.21 Die Bedeutung der Einströmungsgrößen für den Erfolg deR Druck- gießverfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.211 Strömungsdruck und statischer Nachdruck . . . . . 44 2.212 Einströmvorgang, Luftabführung und Wärmezustand der Gießform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.213 Die Strömungsverluste zwischen Druckkammer und An- schnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.22 Richtlinien für die Bemessung der Einströmungsgrößen und für die Gestaltung des Druckverlaufes in der Gießmaschine - Die vier V crfahrensarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.221 Der Zusammenhang zwischen der Gestalt des Gußstückes und der Einströmgeschwindigkeit, dem Anschnitt und der Form- und Gießtemperatur . . . . . . . . . 56 2.222 Anhaltswerte für die Einströmungsgrößen . . . 64 2.223 Der zeitliche Verlauf des Betriebsdruckes in der fließ- maschine .... 66 2.3 Weitere theoretische Grundzüge 68 2.31 Eigenschaften der im Druckgießverfahren verwendban•n metal- lischen Werkstoffe . . . . . . . . . . 68 2.3ll Allgemeine Anforderungen 70 2.312 Ableitungen aus der Metallkunde 72 2.313 Verarbeitungszustand . . . . . 74 VIII Inhaltsverzeichnis 2.32 Formauffüllung bei Druckguß . . . 77 2.321 Füllung einer Rechteckplatte 77 2.322 Füllung einer U-Form . . . 84 2.323 Füllung einer Zerreißstabform . 86 2.324 Beispiele aus der Praxis . . . . 87 2.33 Untersuchungen über den Druckgieß·Vorgang. 94 2.331 Gießdruck und Temperatur des Druckgußmetalls 94 2.332 Wärmemechanischer Zustand der Druckgießform 98 2.333 Analyse des Druckgießverfahrens 105 8. Die Druckgießform . . . . . . . . . . . 121 3.1 Einführung . . . . . . . . . . . 121 3.11 Beschreibung einer Druckgießform 124 3.12 Grundsätzliches über den Formentwurf . 126 3.2 Die Bestand t e i I e der Druckgießform 127 3.21 Die Formplatten . . . . . . . . 128 3.22 Die Kerne und Schieber . . . . . . . . . 133 3.221 Feste und bewegliche Kerne . . . . . 133 3.222 Die Anordnung der beweglieben Kerne 138 3.223 Die Kernbetätigung . . . . . . . . 143 3.224 Besondere Kern-Ausführungen und -Betätigungen 155 3.225 Die Grenzen der Herstellbarkeit von Hohlräumen im Guß. stückdurch Kerne . . . . . . . . . . . . . 163 3.23 Die Auswarfvorrichtung . . . . . . . . . . . . . 165 3.231 Die Anordnung und Bemessung der Auswerfer. 165 3.232 Die Betätigung der Auswenvorrichtung 172 3.24 Die Führung der Druckgießform . . . . . . . . . . 178 3.25 Schmierung beweglicher Formteile . . . . . . . . . 182 3.3 Grund I a g e n fürdenEn t wurfderDruck gieß form 185 3.31 Der Einguß . . . . . . . . 185 3.311 Allgemeines . . . . . 185 3.312 Der ungeteilte Einguß 199 3.313 Der geteilte Einguß . 209 3.314 Gegenüberstellung des ungeteilten und des geteilten Ein· gusses . . . . 211 3.315 Der Gießlauf . 213 3.316 Der Anschnitt. 217 3.32 Die Luftabführung 252 3.321 Die Luftabführung durch Verdrängung 253 3.322 Die Luftabführung durch teilweise Absaugung . 263 3.323 Vollständige Absaugung vor jedem Schuß . 270 3.324 Formen im evakuierten Raume . . . . . . . 271 3.33 Die Anordnung des Formhohlraumes . . . . . . . 271 3.331 Die Lage des Formhohlraumes zurF ormenbewegungsrichtung 271 3.332 Die Gestaltung der Formteilung . . . 274 3.333 Einfache und mehrfache Einformung . 278 3.34 Die Formkühlung . . . . . . . 281 3.341 Konstruktive Maßnahmen . . . . . 281 3.342 Wärmezufuhr . . . . . . . . . . . 287 3.343 Verweilzeit des Druckgußteiles im Formhohlraum 288 Inhaltsverzeichnis I X 3.35 Einige Einzelheiten der Formkonstruktion 291 3.351 Allgemeine Gesichtspunkte 291 3.352 Kern- und Auswerferbefestigungen . 295 3.353 Gießformen mit auswechselbaren Formteilen 298 3.354 Formsicherungen . . . . . . . . . . . . 300 3.355 Einheitsdruckgießformen . . . . . . . . . 302 3.36 Gießformen für Druckgußstücke mit eingegossenen Einlagen 306 3.4 F o r m e n b a u s t o ff e . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 3.41 Die Anforderungen an das Formmaterial . . . . . . . . . . 307 3.411 Die thermisch·mecbanische Wechselbeanspruchung . . . 308 3.412 Die chemisch-physikalischen und mechanischen Einwir· kungen des flüssigen Gießmetalls . . . . . . . . . . . 323 3.413 Die mechanischen Beanspruchungen beim Kernziehen und Auswerfen . . . . . . . . . . . 324 3.414 Formmaterial und Formherstellung 325 3.42 Gebräuchliche Formbaustähle . . . . 325 3.421 Einfluß der Legierungselemente . . 326 3.422 Stähle für Druckgießformen . . . . 329 3.423 Grundsätzliebes über Wärmebehandlung 333 3.424 Zusätzliche Oberflächenbehandlung 339 3.425 Weitere mögliche Werkstoffe für Druckgießformen . 342 3.5 B e an s p r u c h u n g s p r o b I e m e b e i D r u c k g i e ß f o r m e n 344 3.51 Betrachtung der äußeren Kräfteeinwirkungen . 344 3.511 Kräfte durch den Schließdruck . . 344 3.512 Kräfte durch bewegliche Formteile . . 348 3.52 Festigkeitsmäßige Beanspruchungen . . . . 350 3.521 Beanspruchungen an der Formfasson . 350 3.522 Flächenpressungen . . . . . . . . . 356 3.523 Schrumpfkräfte . . . . . . . . . . 359 3.6 W e r k z e u g e u n d E i n r i c b t u n g e n f ü r d i e F o r m h e r- s t e II u n g . . . . . . . . . . . . . 361 3.61 Spanende Bearbeitung . . . . . . . . 364 3.611 Wichtige Werkzeugmaschinen . . 364 3.612 Werkzeuge des Stahlformenbauers 371 3.613 Einige Arbeitsgänge . . . . . . 376 3.614 Herstellung von Nachformmodellen 385 3.62 Spanlose Bearbeitung . . . . . 386 3.621 Schmieden . . . . . . . 386 3.622 Kalt- und Warmeinsenken 387 3.623 Gießen . . . . . . . . . 392 3.624 Elektro·erosiver Stoffabtrag . 396 3.625 Weitere Verfahren . . . . . 404 3.63 Nachbehandlung und Prüfung 410 3.631 Nachbehandlung der Formfasson. 410 3.632 Prüfung der Druckgießform . 413 3.7 Druckgießformen aus der Praxis 415 3. 71 Grundsätzliche Formaufbauten 415 I. Auswerf-Druckgießform. 415 2. Kernzug-Druckgießform 416 3. Abstreif.Druckgießform. 418