Zuletzt geändert am 22. April 2009 um 18:32

Gießen

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Einleitung

Werkstücke werden gegossen, wenn ihre Herstellung, durch z.B. komplizierte Formen unwirtschaftlich oder sogar nicht möglich ist.

Zum anderen haben diese Werkstücke gute Gleiteigenschaften, die für weitere Anwendnungen gut ausgenutzt werden können.
Beim Gießen wird der flüssige Gusswerkstoff in einen vorgefertigten Hohlraum gegossen. Das flüssige Metall erstarrt und erhält damit die Gestalt des Hohlraums, die sogenannte Urform.

Modelle und Formen

Für die Herstellung von Gussteilen sind Modelle erforderlich.
Da die Gussteile beim Abkühlen schrumpfen (schwinden), müssen bei den Modellen Schwindmaße berücksichtigt werden. Das heißt, dass sie bis zu 2% größer sein können, als die fertigen Maße von dem Gussteil. Sie sind abhängig von der Auswahl des Gusswertstoffs.
Zusätzlich sind für die Flächen, die nach dem Gießen noch spanend bearbeitet werden Bearbeitungszugaben erforderlich.


Bei den Modellen unterscheidet man zwischen verlorenen Formen und Dauerformen:

Die verlorenen Formen werden verwendet, wenn für jedes Gussstück eine neue Form benötigt wird und die bei der Entnahme des Gussteils zerstört werden kann.
Sie bestehen aus Quarzsand und einem Bindemittel, aus tonhaltiger Schamotte oder Lehm und werden mit Hilfe von Gießmodellen hergestellt. Die Gießmodelle bestehen aus Holz, Metall oder Kunststoff und können wieder verwendet werden.


Die Dauermodelle können wiederholt zur Herstellung von Gussteilen verwendet werden.
Vor allem wenn große Stückzahlen produziert werden, sind Dauerformen äußerst wirtschaftlich. Dauerformen werden aus Stahl oder oder Eisen-Gusswerkstoffen hergestellt und bestehen aus mehreren Teilen.
Beim Gießvorgang ist die Form geschlossen und bei der Entnahme des Gussteils wieder geöffnet. Dauerformen verwendet man für Werkstücke aus Nichteisenmetallen, die einen Schmelzpunkt bis etwa 1000° Celsius haben.


Formverfahren in verlorenen Formen

Herstellung eines Gussstücks mit einem Dauermodell

1. Die Konstruktion

1.1 Konstruktion des Gussteils
Wichtig bei der Konstruktion ist, dass der Konstrukteur folgende Punkte beachtet:

  • alle Wanddicken sollten möglichst gleich sein
  • Kanten und Ecken sind abgerundet, damit das Werkstück gleichmäßig und spannungsarm erstarren kann
  • Hinterschneidungen vermieden werden, damit der Formhohlraum einfach herzustellen ist


1.2. Konstruktion des Gießmodells
Bei der Konstruktion des Modells müssen zusätzlich die Schwindmaße je nach Gusswerkstoff berücksichtigt werden.
Es wird darauf geachtet, dass die Modellteilung möglichst am größten Querschnitt ist. Flächen, die nachträglich bearbeitet werden, erhalten eine Bearbeitungszugabe. Bei kleinen Werkstücken beträgt diese 2mm.
Für Innenkonturen sind Kernkästen vorgesehen, die aus Sandteilen bestehen und beim Gießen den Hohlraum erzeugen.
Die Lagerstellen des Kern werden durch kernmarken am Modell erzeugt.






Mit Hilfe des Modells wird nun die verlorene Sandform hergestellt

Schritt 1.jpg

2.1. Als erstes wird die Modellhälfte auf eine Platte gelegt und mit dem Trennmittel eingepudert. Der Formkasten darüber gesetzt und mit dem Formsand gefüllt. Wichtig ist, dass der Sand richtig festgedrückt wird. Anschließend wird der Kasten umgedreht.





2.2. Die zweite Hälfte wird auf die bereits eingeformte Hälfte gelegt und mit Dübeln gegen Verrutschen gesichert.
Der Oberkasten befindet sich genau über dem Unterkasten. In dem Oberkasten werden zusätzlich noch ein Eingussmodell sowie ein Spiesermodell eingearbeitet.







2.3 Ober-und Unterkasten werden wieder voneinander getrennt und die beiden Modellhälften herausgehoben.






2.4. Der Kern, der für den Hohlraum notwenig ist, wird in dem Unterkasten gelegt. Anschließend wird der Oberkasten auf den Unterkasten gesetzt und mit Führungen gegen unerwünschtes Verschieben gesichert. Zusätzlich wird der Oberkasten beschwert, damit das Gießmaterial nicht hochgedrückt werden kann.





2.5. Durch den Eingusstrichter wird nun der flüssige Gusswerkstoff gegossen und durch den Speiser kann die Luft problemlos entweichen.
Nach Erstarren des Gussteils wird die Form zerschlagen und das Teil herausgenommen. Der Eingusstrichter und der Speiser werden abgeschnitten, Grate entfernt und andere Überstände abgeschliffen.





Vakuumformen

Für das Vakuumformen wird ein binderfreier Sand verwendet. Die Modellhälften haben kleine Bohrungen, die mit dem Hohlraum des Vakuumkastens verbunden sind. Über die Modellhälfte wird eine Kunststofffolie gelegt, die durch Erwärmen formbar wird und sich durch den Unterdruck an das Modell anschmiegt.
Beim Einfüllen des Sandes vibriert der Vakuumkasten. Somit wird der Sand verdichtet. Nach dem Abdecken mit einer zweiten Kunststofffolie und dem Unterdruck wird der Sand schließlich feinstverdichtet.
Nach dem Abschlaten des Unterdrucks wird der Kasten abgehoben, um das Modell zu entfernen. Anschließend werden beide Hälften wieder verklammert und mit Beibehaltung des Unterdrucks wird der Gusswerkstoff eingelassen. Dabei vergast die Kunststofffolie.
Nach dem Erstarren kann der Unterdruck wieder ausgestellt werden. Dabei fällt das Werkstück aus dem Formkasten.











Maskenform

Beim Maskenformen werden nur wenige Millimeter dicke Formmasken und Hohlkerne verwendet.Die Masken bestehen aus einem Phenolharz-Quarzsand-Gemisch.
Bei der Herrstellung dieser Masken und Kerne wird der Formstoff auf erwärmte Modellhälften geschüttet. Der Phenolharz härtet innerhalb von 20 - 40 Sekunden aus und es entsteht eine 8-12 Millimeter dicke Schicht, welche die Formmaske bildet. Die miteinander verklebten Maskenhälften bilden die gießfertige Form.

Gussteile, die durch Maskenformen hergestellt werden, weisen eine hohe Oberflächengüte, sowie eine gute Maßgenauigkeit auf.

Vormverfahren mit verlorenen Modellen

Vollformgießen

Bei dem Vollformgießverfahren befindet sich in dem Formrahmen ein Modell aus thermoplastischen Hartschaum.
Dies bleibt beim Gießen in dem Rahmen und verdampft durch due Hitze des Gießmaterials. Das Vollformgießen wird für die Einzelherstellung von grösseren Gussstücken angewendet. Hiebei werden an de Oberflächen und Maße nur geringe Anforderungen gestellt.


Feingießen (Modellausschmelzverfahren)

Die Modelle beim Feingießen bestehen aus niedrigschmelzenden Werkstoffen wie z.B. Wachs oder Kunststoff.
Mehrere Modelle können als eine Modelltraube zusammengesetzt werden. Das Erleichtert das Fertigen, wenn mehrere Stückzahlen benötigt werden.
Die Modelltraube wird mehrmals in eine keramische, breiige Masse getaucht und durch Bestreuen mit keramischen Pulver erhält die Traube einen hochtemperaturbeständigen Überzug. Dieser Überzug bildet später die Gießform.
Anschließend wird die Modellform durch ausschmelzen aus dem Überzug entfernt. Um dem Überzug für das Gießen die notwenige Festigkeit zu geben, wird sie bei etwa 1000°C gebrannt und in diesem heißen Zustand anschließend ausgegossen.
Nach dem Erstarren des Gussstücks wird der Keramiküberzug entfernt und die einzelnen Teile von der Traube abgetrennt.
Dieses Formverfahren bewährt sich vorallem für komplizierte und großflächige Gussstücke, die aus legierten Stählen bestehen und geringe Wanddicken sowie Querschnitte haben. Die Gussstücke haben eine hohe Oberflächengüte und sind maßgenau.


Vorteile

  • Wirtschaftliche Fertigung, da oft Formen und Genauigkeiten des Bauteils schon beim Gießen erreicht werden
  • Materialersparnis, da die Form dem entgültigem Bauteils schon sehr ähnelt
  • Einsparung der Fertigungszeit, da teure Maschinenarbeiten für komplizierte Bauteile deutlich kürzer werden oder sogar ganz entfallen
  • Gusswerkstoffe sind billiger als gewalzte Werkstoffe


Nachteile

  • Lunkerbildungen
  • Die Außenhaut ist teilweise hart, was für Standzeit der Schneidplatten verkürzen kann
  • Schwindmaße müssen berücksichtig werden


Quelle: Diese Informationen stammen von den Verlägen: Europa Lehrmittel: Fachkunde Metall und Bildungsverlag EINS: Fachwissen Metall Grundstufe und Fachstufe 1