Was sind die verschiedenen Arten von Gussverfahren

Gießen ist einer der grundlegendsten Prozesse in der Fertigung und spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung einer breiten Palette von Produkten, von Automobilkomponenten bis hin zu komplizierten Schmuckstücken. Das Verständnis der verschiedenen Arten von Gießverfahren ist wichtig, um die richtige Technik für bestimmte Anwendungen auszuwählen und optimale Produktqualität und Produktionseffizienz sicherzustellen. In diesem Blog werden verschiedene Gießverfahren untersucht und ihre einzigartigen Vorteile, Anwendungen und Einschränkungen hervorgehoben, damit Sie bei Ihren Fertigungsvorhaben fundierte Entscheidungen treffen können.

1. Sandguss

Sandguss ist ein weit verbreitetes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, das sich besonders für die Großserienproduktion und große Gussteile eignet.

Sandgussverfahren

Phase der Modellerstellung: Basierend auf den bereitgestellten Teilezeichnungen werden Modelle mithilfe der CNC-Technologie hergestellt. Diese Modelle sind normalerweise massiv und weisen nur die äußeren Konturen auf. Für die Modelle können Materialien wie Holz, Kunststoff oder Metall verwendet werden. Für die Produktion in großem Maßstab werden Modellplatten hergestellt, um den Produktionszyklus zu verkürzen.
Gussformherstellung: Modelle werden in einen Sandkasten gelegt, um die Außenkontur des Gussstücks im Sand zu formen (die Formhöhle). An der Oberfläche der Formhöhle werden Angussöffnungen angebracht, und die Form besteht im Allgemeinen aus einer oberen und einer unteren Hälfte, sodass sie nach der Formgebung geöffnet und das Modell entnommen werden kann.
Erstellung der internen Struktur: Bei Gussteilen, die innere Hohlräume erfordern, werden vorgefertigte Sandkerne in die Formhöhle gelegt, um beim Gießen die innere Struktur des Gussteils zu formen.
Schmelzphase: Die chemischen Komponenten werden entsprechend der erforderlichen Metallzusammensetzung angepasst und zum Schmelzen des Legierungsmaterials wird ein geeigneter Ofen verwendet. Dabei wird sichergestellt, dass das geschmolzene Metall die richtige Zusammensetzung und Temperatur aufweist.
Gießphase: Das geschmolzene Metall wird aus dem Ofen in die Form gegossen. Die Gießgeschwindigkeit wird kontrolliert, um sicherzustellen, dass das Metall den gesamten Hohlraum gleichmäßig ausfüllt und gleichzeitig die Sicherheit während des Prozesses gewährleistet ist.
Reinigungsphase: Nachdem das Metall erstarrt ist, werden die Angussöffnungen entfernt und der Sand entfernt. Anschließend wird der Guss mit einer Sandstrahlmaschine gereinigt, um der Oberfläche ein sauberes und ordentliches Aussehen zu verleihen.

Vorteile, Anwendungen und Einschränkungen des Sandgusses

Sandguss ist ein kostengünstiges und vielseitiges Verfahren, das sich zum Gießen einer Vielzahl von Metallen und Legierungen eignet und sich daher ideal für Produkte wie Automobilkomponenten, Schwermaschinen und Baumaterialien eignet. Mit diesem Verfahren können große, komplexe Teile hergestellt werden und es ist von kleinen auf große Chargen skalierbar. Allerdings entstehen dabei typischerweise Teile mit rauer Oberfläche und geringerer Maßgenauigkeit, die zusätzliche Bearbeitung und Endbearbeitung erfordern. Darüber hinaus kann der Prozess arbeitsintensiv sein und zu Porositätsproblemen in den Gussteilen führen. Trotz dieser Einschränkungen bleibt Sandguss aufgrund seiner Einfachheit und Effektivität bei der Bewältigung vielfältiger Gussanforderungen eine beliebte Wahl.

2. Feinguss

Feinguss, auch Wachsausschmelzverfahren genannt, ist ein Präzisionsgussverfahren zur Herstellung detaillierter und präziser Metallkomponenten.

Feingussverfahren

Master-Mustererstellung: Aus Wachs, Harz oder einem ähnlichen Material wird ein Mastermodell erstellt. Dieses Modell wird in der exakten Größe und Form des gewünschten Endprodukts gefertigt. Dies geschieht häufig im Spritzgussverfahren, bei dem das Wachs in eine Metallform gespritzt wird.
Montage: An einem zentralen Wachsgusskanal sind mehrere Wachsmuster befestigt, die eine baumartige Anordnung bilden, sodass mehrere Teile gleichzeitig gegossen werden können.
Rohbau: Die Wachsanordnung wird wiederholt in einen Keramikschlamm getaucht und anschließend mit Stuckmaterialien (feiner Sand oder Keramikpartikel) bestreut oder bestreut. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, um eine dicke Keramikschale um die Wachsmodelle zu bilden.
Härten: Zwischen jedem Tauchgang lässt man die Keramikbeschichtungen aushärten und trocknen.
Wachsentfernung: Die gesamte Baugruppe wird in einen Autoklaven oder Ofen gegeben, wo das Wachs ausgeschmolzen wird und eine Keramikform zurückbleibt. Dieser Schritt ist entscheidend, da er den Raum innerhalb der Schale schafft, in den das Metall schließlich gegossen wird.
Formbrand: Die Keramikform wird in einem Ofen gebrannt, um alle Wachsreste zu entfernen und die Form weiter zu festigen. Dieser Prozess stellt auch sicher, dass die Form frei von Feuchtigkeit ist, was für die Gussqualität entscheidend ist.
Metallgießen: Metall wird in einem Ofen auf die entsprechende Temperatur geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird in die vorgewärmte Keramikform gegossen. Die Schwerkraft sorgt dafür, dass das Metall die komplizierten Details der Form ausfüllt.
Abkühlen und Entfernen der Schale: Nach dem Erstarren des Metalls lässt man die Form abkühlen. Die Keramikschale wird, häufig durch Vibration oder einen Wasserstrahl, weggebrochen und die gegossenen Metallteile werden freigelegt.
Fertigstellung: Die einzelnen Teile werden vom zentralen Anguss abgetrennt. Eventuelle Nachbearbeitungen wie Schleifen oder Sandstrahlen werden durchgeführt, um die gewünschte Oberflächenqualität und Teilespezifikationen zu erreichen.
Inspektion und Qualitätskontrolle: Gussteile werden auf Maßgenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und etwaige Defekte geprüft. Zusätzliche Tests wie Röntgen- oder Farbeindringprüfungen können durchgeführt werden, um die strukturelle Integrität der Komponenten sicherzustellen.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Feingusses

Feinguss, bekannt für seine hohe Präzision und hervorragende Oberflächengüte, eignet sich ideal für die Herstellung komplexer Geometrien und filigraner Details, die mit anderen Gussverfahren nicht erreicht werden können. Dieses Verfahren wird häufig in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Schmuckindustrie und der Medizintechnik eingesetzt, in denen Maßgenauigkeit und feine Details von entscheidender Bedeutung sind. Zu den Vorteilen des Feingusses gehören die Möglichkeit, eine breite Palette von Metallen zu verwenden, und das Potenzial für hohe Maßgenauigkeit und hervorragende Oberflächenqualität ohne nennenswerte maschinelle Bearbeitung. Das Verfahren ist jedoch im Allgemeinen aufgrund der arbeitsintensiven Schritte, wie der Herstellung der Wachsmodelle und Keramikformen, teurer und unterliegt Einschränkungen hinsichtlich Größe und Gewicht der Gussteile.

3. Druckguss

Druckguss ist ein Präzisionsfertigungsverfahren zur Herstellung technischer Metallteile, bei dem geschmolzenes Metall unter hohem Druck in wiederverwendbare Formhohlräume gepresst wird.

Druckgussverfahren

Formvorbereitung: Zunächst werden hochwertige Stahlformen entworfen und hergestellt. Die Form besteht aus zwei Teilen, den beweglichen und festen Formen, die präzise Hohlräume aufweisen, die das Negativ des Endprodukts darstellen. Vor der Verwendung müssen die Formen vorgewärmt und geschmiert werden, um ein Festkleben der Gussteile zu verhindern und die Lebensdauer der Form zu verlängern.
Metallschmelzen: Geeignete Metalle wie Aluminium-, Zink- oder Magnesiumlegierungen werden in einem Ofen erhitzt, bis sie einen flüssigen Zustand erreichen.
Injektion: Das geschmolzene Metall wird unter extrem hohem Druck schnell in die Formhöhle gespritzt. Dieser hohe Druck stellt sicher, dass das Metall alle komplizierten Bereiche der Form ausfüllt. Das Metall kühlt schnell ab und verfestigt sich in der Form, wodurch die gewünschte Form entsteht.
Auswerfen des Gussstücks: Nachdem das Metall abgekühlt und erstarrt ist, wird die Form geöffnet, um das Gussteil zu entnehmen. Überschüssige Teile wie Anguss, Angusskanäle und Grate werden entfernt. Dieser Schritt kann als Teil des Endbearbeitungsprozesses Schneiden, Schleifen und Polieren umfassen.
Nachbearbeitung: Je nach Anforderungen kann das Gussteil sandgestrahlt, lackiert, eloxiert oder anderen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden, um das Aussehen oder die Leistung zu verbessern.
Inspektion und Prüfung: Jeder Gussteil wird strengen Qualitätskontrollen unterzogen, darunter Tests auf Maßgenauigkeit, Aussehen und strukturelle Integrität.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Druckgusses

Druckguss ist ein hocheffizientes Verfahren zur Herstellung von Präzisionsmetallteilen durch Einspritzen von geschmolzenem Metall in wiederverwendbare Formen unter hohem Druck. Es wird besonders in Branchen wie der Automobil-, Elektronik- und Industriemaschinenindustrie geschätzt, da es komplexe Formen mit hoher Maßgenauigkeit und hervorragender Oberflächengüte herstellen kann. Druckguss bietet zwar den Vorteil, langlebige und formstabile Teile mit einer Vielzahl von Endbearbeitungsoptionen herzustellen, hat jedoch auch Einschränkungen, darunter hohe anfängliche Werkzeugkosten, potenzielle Porositätsprobleme und ist im Allgemeinen auf Nichteisenmetalle wie Aluminium und Zink beschränkt. Trotz dieser Herausforderungen ist es aufgrund seiner Verwendung in der Massenproduktion, wo Präzision und Wiederholbarkeit entscheidend sind, eine bevorzugte Wahl unter den Herstellungsverfahren.

4. Schleuderguss

Beim Schleuderguss handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Zentrifugalkraft zur Herstellung von Gussteilen eingesetzt wird. Es eignet sich besonders für symmetrische, runde Objekte wie Rohre und Lager.

Schleudergussverfahren

Formvorbereitung: Es wird eine Form entsprechend der endgültigen Produktform erstellt, die normalerweise aus hitzebeständigen Materialien besteht. Die Form wird normalerweise vorgewärmt, um zu verhindern, dass das Metall während des Gießvorgangs zu schnell abkühlt.
Metallschmelzen: Das benötigte Metall- oder Legierungsmaterial wird in einen Ofen gegeben und erhitzt, bis es flüssig wird.
Gießen und Schleudern: Die Form beginnt sich zu drehen, bevor oder während das Metall gegossen wird. Das flüssige Metall wird durch die Zentrifugalkraft nach außen in Richtung der Formwände gedrückt und füllt die Form.
Abkühlung und Erstarrung: Während sich die Form dreht, beginnt das Metall abzukühlen und verfestigt sich allmählich, wobei es die Form der Form annimmt. Das Drehen stoppt, sobald das Metall vollständig verfestigt ist.
Entfernen des Gussstücks: Das abgekühlte Gussstück wird aus der Form entfernt. Das Gussstück kann weitere Schritte wie Reinigen, Schneiden und Oberflächenbearbeitung erfordern, um die gewünschten Spezifikationen und die gewünschte Oberflächenqualität zu erreichen.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Schleudergusses

Schleuderguss ist bekannt für seine Fähigkeit, hochwertige, dichte und langlebige Teile mit minimaler Porosität herzustellen, was ihn ideal für Anwendungen macht, die symmetrische Kreisformen erfordern, wie Rohre, Lager und Buchsen. Diese Methode gewährleistet eine gleichmäßige Materialverteilung und hervorragende mechanische Eigenschaften durch die Zentrifugalkraft, die das geschmolzene Metall an den Rand der Form treibt. Allerdings ist sie in erster Linie auf zylindrische Formen beschränkt und daher für komplexere Geometrien ungeeignet. Darüber hinaus können die anfänglichen Einrichtungs- und Ausrüstungskosten hoch sein, was den Einsatz auf die Produktion großer Stückzahlen beschränken kann, um die Investition zu rechtfertigen. Trotz dieser Einschränkungen bleibt Schleuderguss eine bevorzugte Wahl für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Schifffahrt und den Industriemaschinenbau, in denen die Integrität und Festigkeit zylindrischer Komponenten von entscheidender Bedeutung sind.

5. Stranggießen

Stranggießen ist ein effizientes Verfahren zur Herstellung metallischer Werkstoffe wie Stahl, Kupfer und Aluminium und eignet sich besonders zur Herstellung langer Produkte mit gleichmäßigem Querschnitt, wie etwa Stangen, Rohre und Brammen.

Stranggussverfahren

Schmelzen: Ausgewählte Metallmaterialien werden in einen großen Ofen gegeben, wo sie erhitzt und geschmolzen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Reinheit und chemische Zusammensetzung des Metalls den erforderlichen Standards entsprechen.
Gießen: Das geschmolzene Metall wird durch eine Reihe von Leitungen zum Gießbereich transportiert. Das geschmolzene Metall wird gleichmäßig aus dem Ofen in eine Gussform gegossen, normalerweise eine wassergekühlte Kupferform, die für eine schnelle Abkühlung und anfängliche Verfestigung sorgt.
Erstarrung und Bildung: Wenn das geschmolzene Metall durch die wassergekühlte Kupferform fließt, beginnt es von außen nach innen zu erstarren und bildet zunächst eine feste Schale. Das erstarrte Metall wird kontinuierlich aus der Form gezogen, wobei seine Form und Abmessungen durch die Form bestimmt werden.
Kühlung: Nach dem Verlassen der Form gelangt der Metallstab oder die Metallplatte in eine sekundäre Kühlzone, wo er mit Wasser oder Luft gekühlt wird, um die Abkühlgeschwindigkeit zu steuern und die Materialeigenschaften zu verbessern.
Schneiden und Sammeln: Die Stranggussprodukte werden je nach Bedarf in die vorgegebene Länge geschnitten. Nach dem Schneiden werden die Produkte einer Qualitätskontrolle unterzogen. Sobald die Fehlerfreiheit bestätigt ist, werden sie verpackt und gelagert und sind versandbereit.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Stranggießens

Strangguss wird hoch geschätzt, da er es ermöglicht, große Mengen an Metallprodukten wie Stahlträgern, -stangen und -rohren effizient und mit gleichbleibender Qualität und gleichmäßigem Querschnitt herzustellen. Dieses Verfahren reduziert die Kosten und den Zeitaufwand im Vergleich zum herkömmlichen Chargenguss erheblich, indem es den Produktionsprozess rationalisiert und Materialabfall minimiert. Strangguss findet Anwendung in Branchen wie der Baubranche, der Automobilindustrie und der Fertigungsindustrie, in denen lange Metallprodukte unverzichtbar sind. Allerdings werden damit hauptsächlich einfache Formen hergestellt und es ist weniger für komplexe Geometrien geeignet. Darüber hinaus können die hohen anfänglichen Einrichtungs- und Wartungskosten der Stranggussanlage für kleinere Betriebe ein Hindernis darstellen.

6. Niederdruckguss

Niederdruckguss ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall mithilfe von Gasdruck aus einem geschlossenen Behälter in eine darüber liegende Form gepresst wird. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zum Gießen von Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet und eignet sich zur Herstellung komplexer, dünnwandiger und qualitativ hochwertiger Gussteile.

Niederdruckgussverfahren

Schmelzen und Zubereitung: Zunächst wird das ausgewählte Metall oder die Legierung in einen Ofen gegeben und erhitzt, bis es geschmolzen ist. Dabei wird ein speziell für Niederdruckguss konzipierter Ofen verwendet, der normalerweise unter der Form positioniert ist, um sicherzustellen, dass das geschmolzene Metall unter Druck direkt in die Form gelangen kann.
Formvorbereitung: Die Form wird auf eine geeignete Temperatur vorgewärmt, damit das Metall beim Gießen nicht zu schnell abkühlt. Die Form wird ausreichend geschmiert, um ein reibungsloses Entformen zu gewährleisten und Oberflächenfehler an den Gussteilen zu reduzieren.
Gießvorgang: Durch den abgedichteten Ofen wird Druck nach oben ausgeübt, normalerweise mithilfe von Gas (wie Luft oder einem Inertgas). Unter dem Einfluss des Drucks steigt das geschmolzene Metall langsam durch ein Verbindungsrohr auf und füllt den Formhohlraum.
Abkühlung und Erstarrung: Das Metall kühlt allmählich ab und verfestigt sich in der Form, wodurch die endgültige Form des Gussstücks entsteht. Während des gesamten Abkühlungsprozesses wird der Druck aufrechterhalten, um sicherzustellen, dass das Gussstück die Form vollständig ausfüllt und keine Hohlräume aufweist.
Entfernen des Gussstücks: Sobald das Metall vollständig erstarrt ist, wird der Druck gestoppt und die Form langsam geöffnet. Das Gussstück wird entnommen und anschließend gereinigt, geschnitten und bearbeitet.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Niederdruckgusses

Niederdruckguss ist bekannt für seine Fähigkeit, hochwertige, komplexe und präzise Gussteile mit minimalem Abfall herzustellen. Damit eignet es sich ideal für Anwendungen, die hervorragende Oberflächengüten und detaillierte Geometrien erfordern, wie etwa Autoräder, Luft- und Raumfahrtkomponenten und komplizierte Aluminiumteile. Diese Methode bietet eine ausgezeichnete Kontrolle über Füllung und Verfestigung, was zu dichteren und stärkeren Gussteilen mit weniger Defekten wie Porosität führt. Zu den Hauptbeschränkungen des Niederdruckgusses gehören jedoch die hohen Anfangsinvestitionen für Ausrüstung und deren Wartung, was es für Kleinserienproduktionen weniger wirtschaftlich macht. Darüber hinaus eignet es sich vorwiegend für Nichteisenmetalle, insbesondere Aluminiumlegierungen, was seine Anwendbarkeit bei verschiedenen Metallarten einschränkt.

7. Vakuumguss

Vakuumgießen ist ein spezielles Gießverfahren, das Gasdefekte und Oxidation in Gussteilen reduziert, indem geschmolzenes Metall unter reduziertem Druck gegossen wird. Diese Methode eignet sich besonders für Gussteile, die eine extrem hohe Materialintegrität und hervorragende mechanische Eigenschaften erfordern.

Vakuumgussverfahren

Formvorbereitung: Zunächst werden präzise Formen entworfen und hergestellt, die normalerweise aus hochtemperaturbeständigen Materialien bestehen, die den hohen Temperaturen in einer Vakuumumgebung standhalten. Um die Abkühlungsrate des geschmolzenen Metalls während des Gießens zu minimieren, wird die Form auf eine entsprechende Temperatur vorgewärmt.
Metallschmelzen: Das ausgewählte Metall oder die Legierung wird in einem Ofen erhitzt, bis es geschmolzen ist. Dieser Vorgang findet normalerweise in einer abgedichteten und abgesaugten Umgebung statt, um den Kontakt des Metalls mit der Luft zu reduzieren.
Einrichten einer Vakuumumgebung: Vor dem Gießen wird das Gusssystem abgesaugt, um die meiste Luft zu entfernen. Dies trägt dazu bei, die Bildung von Porosität und Oxidation zu verringern.
Gießen: Das geschmolzene Metall wird unter Vakuumbedingungen in die Form überführt. Das Vakuum hilft dem Metall, zu fließen und jede Ecke der Form zu füllen, wodurch die Genauigkeit und Integrität des Gussteils gewährleistet wird.
Abkühlung und Erstarrung: Das Metall kühlt langsam ab und verfestigt sich in der Form, wodurch die gewünschte Gussform entsteht. Die Vakuumumgebung trägt dazu bei, die Reinheit und Integrität des Gussstücks zu erhalten.
Entfernung und Nachbearbeitung: Nachdem das Metall vollständig erstarrt ist, wird der Druck normalisiert, die Form geöffnet und das Gussstück entnommen. Das Gussstück wird gereinigt, von Anschnitten und Graten befreit und, falls erforderlich, bearbeitet und oberflächenbehandelt. Anschließend erfolgt eine Qualitätsprüfung, um sicherzustellen, dass es den Spezifikationen entspricht.

Vorteile, Anwendungen und Grenzen des Vakuumgusses

Vakuumgießen ist eine Präzisionsgusstechnik, die sich durch die Herstellung hochwertiger, fehlerfreier Gussteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften auszeichnet und sich daher ideal für kritische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizinbranche eignet, bei denen Präzision und Materialintegrität von größter Bedeutung sind. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall im Vakuum gegossen, wodurch Porosität und Gaseinschlüsse erheblich reduziert und Oxidation verhindert werden, was zu saubereren und stärkeren Teilen führt. Vakuumgießen ist jedoch teurer, da spezielle Geräte und ein komplexer Aufbau erforderlich sind. Es gibt auch Einschränkungen hinsichtlich der Größe, da es im Allgemeinen für kleinere Produktionsläufe verwendet wird, bei denen die Qualität jedes Gussteils wichtiger ist als die Volumeneffizienz.

Zusammenfassung

Entdecken Sie verschiedene Gussverfahren wie Sandguss, Feinguss, Druckguss und andere, von denen jedes aufgrund seiner einzigartigen Vorteile und Anwendungen in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie hervorgehoben wird. Befasst sich mit der Eignung jedes Verfahrens für spezifische Fertigungsanforderungen, von der Großserienproduktion bis zum Präzisionsguss für kritische Komponenten, und bietet wichtige Einblicke in die Auswahl der geeigneten Gusstechnik für verschiedene Projekte.