Alles, was Sie über Metallguss wissen müssen

Metallguss, ein Metallbearbeitungsverfahren mit flüssigem Metall und einer Form, gibt es seit Tausenden von Jahren.

Im Laufe seiner Geschichte wurde Metallguss verwendet, um alles von Schwertern bis hin zu Windkraftanlagen herzustellen, und heute ist es eine der wertvollsten und vielseitigsten Methoden zur Herstellung hochwertiger Metallteile.

Dieser Leitfaden befasst sich mit den Grundlagen des Metallgusses, einschließlich seiner vielen Varianten – Druckguss, Feinguss usw. – und der gängigsten Gussmetalle.

Was ist Metallguss?

Metallguss ist ein Herstellungs-/Fertigungsprozess, bei dem geschmolzenes flüssiges Metall in eine Form gegossen wird.

Das Innere der Form ist mit einem Negativabdruck des herzustellenden Teils gestaltet, sodass das geschmolzene Metall beim Abkühlen und Erstarren in der Form die Form des endgültigen Teils annimmt. Das fertige Teil kann dann entformt werden.

Abhängig von den hergestellten Teilen und den verwendeten Metallen gibt es verschiedene Arten des Metallgusses, die jeweils ihre eigenen besonderen Vorteile haben. Muster, Formen und Fülltechniken können zwischen diesen Sorten stark variieren.

Obwohl das Gießen von Metall ein vielseitiger Prozess ist, unterliegen Gussteile bestimmten Konstruktionseinschränkungen, und Ingenieure müssen die Schrumpfung des Metalls während der Abkühlphase berücksichtigen.

Der Metallgussprozess erklärt

Beim zentralen Metallgussverfahren wird ein Metall erhitzt, in eine Form gegossen, darauf gewartet, dass es abkühlt und sich verfestigt, und dann das fertige Teil aus der Form genommen. In Wirklichkeit kann der Prozess viel mehr Phasen umfassen, und verschiedene Metallgussverfahren funktionieren auf unterschiedliche Weise.

Das Folgende ist eine vereinfachte Übersicht über den Metallgussprozess. Beachten Sie, dass einige Schritte für verschiedene Casting-Varianten variieren, während einige ganz weggelassen werden.

1. Erstellen des Musters :Von Anfang an erfordern viele Metallgussverfahren die Herstellung eines Musters, eines Duplikats des endgültigen Teils, das zur Herstellung der Form verwendet wird. Muster können entweder dauerhaft oder entbehrlich sein und aus Materialien wie Wachs, Holz und Kunststoff bestehen.

2. Den Kern machen :Für das Gießen von Hohlteilen kann es erforderlich sein, einen Kern zu konstruieren, ein festes Stück Material, das in den Formhohlraum platziert wird und die Innengeometrie eines Gussteils formt. (Beispielsweise ergibt ein zylindrischer Kern in einer größeren zylindrischen Form ein rohrförmiges Gussteil.)

3. Herstellung der Form :Formen werden je nach Verfahren auf unterschiedliche Weise hergestellt. Beispielsweise können permanente Metallformen mit einer CNC-Maschine hergestellt werden, während Sandformen hergestellt werden, indem eine Sandmischung auf die Außenseite eines Modells aufgetragen wird. Die Herstellung von Formen wird als Formenbau bezeichnet und ist eine Spezialdisziplin.

4. Füllen der Form :Das Metall wird bis zum Schmelzen erhitzt und dann in die Form gegossen oder gepresst. Beim Schwerkraftguss beispielsweise wird die Schmelze nach unten in die Kavität gegossen; Beim Hochdruckguss wird es mit hohem Druck in die Kavität gepresst, wobei hohe Schließkräfte erforderlich sind, um die Form sicher zu halten.

5. Entfernen des Teils :Nachdem das Gussteil abgekühlt und erstarrt ist, wird es aus der Form genommen. Für Prozesse wie Sandguss bedeutet dies, dass die Form zerstört werden muss, um an das Teil im Inneren zu gelangen; Bei Dauerformen werden die beiden Hälften der Metallform auseinandergezogen und sind wieder einsatzbereit.

6. Nachbearbeitung :Gegossene Metallteile müssen möglicherweise gereinigt werden – zum Beispiel um Reste der Gussform zu entfernen – oder andere Nachbearbeitungsschritte erfordern, bevor sie gebrauchsfertig sind.

Vorteile des Metallgusses

Es gibt zahlreiche Gründe, Metallguss anderen Metallbearbeitungsoptionen wie Schmieden oder CNC-Bearbeitung vorzuziehen. Zu den wichtigsten Vorteilen des Metallgusses gehören:

• Für die Massenproduktion geeignet
• Kann riesige und schwere Teile herstellen
• Kann sehr dickwandige Teile herstellen
• Geeignet für große einteilige Teile (im Gegensatz zu zusammengesetzten Komponenten)
• Hervorragende Lagereigenschaften
• Ideal für einige Leichtmetalle
• Materialvielseitigkeit

Zu den Einschränkungen des Metallgusses gehören unvermeidbare Defekte, begrenzte Maßgenauigkeit (im Vergleich zu z. B. CNC-Bearbeitung), Arbeitsaufwand und typischerweise hohe Mindestbestellmengen.

Die Hauptarten des Metallgusses

Druckguss

Der Druckguss ist eine der wichtigsten Arten des Metallgusses für komplizierte und detaillierte Teile und verwendet zwei wiederverwendbare Werkzeugstahlformen als Werkzeug. Der Prozess ähnelt dem Kunststoffspritzguss:Das geschmolzene Material wird mit hohem Druck in die Kavität gepresst , wodurch Ingenieure Teile mit feinen Details herstellen können.

Die Kosten für die Herstellung kundenspezifischer Matrizen sind hoch, was den Prozess in der Massenproduktion häufiger macht. Einmal hergestellt, können diese Matrizen jedoch viele Male verwendet werden. Druckgussteile haben in der Regel eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit.

Aluminiumdruckguss und Magnesiumdruckguss werden beide häufig für hochwertige Teile eingesetzt.

Schwerkraftguss

Wie beim Druckguss ist der Schwerkraftguss eine Möglichkeit, Metall mit einer wiederverwendbaren Metallform zu gießen. Schwerkraftguss beruht jedoch auf Schwerkraft um flüssiges Metall von oben nach unten durch die Form zu bewegen, anstatt Druck. Formen müssen vor dem ersten Guss vorgewärmt werden und werden aufgrund der geringen thermischen Ermüdung häufig aus Gusseisen hergestellt.

Schwerkraftguss geht allen anderen Metallgusstechniken voraus, wobei Schwerkraftgussteile seit Jahrtausenden existieren. Es ist eine Form des Dauerformgusses; Alternativen zum Schwerkraftgussverfahren sind Gasdruck und Vakuum.

Feinguss (Wachsausschmelzverfahren)

Feinguss oder Wachsausschmelzguss ist eine Methode zum Gießen von Metall unter Verwendung eines Verbrauchsmusters und einer Form:Beide Teile werden während des Gießvorgangs zerstört (obwohl das geschmolzene Wachs oft wiederverwendet werden kann).

Wie der Schwerkraftguss ist auch der Feinguss Tausende von Jahren alt. Während des Wachsausschmelzverfahrens wird ein Modell aus Wachs oder einem gleichwertigen Material hergestellt – manchmal von Hand, manchmal mit einem Harz-3D-Drucker – bevor ein feuerfestes Material um das Modell herum gegossen wird, um die Form herzustellen.

Die Investition ist die um das Modell herum aufgebrachte Keramikschicht, die dann als Form für das geschmolzene Metall fungiert. Diese Keramikschicht wird in einem als Ausbetten bezeichneten Prozess entfernt .

Sandguss

Sandguss ist eine einfache, jahrhundertealte Methode zum Gießen von Metall und kostengünstiger als alternative Techniken. Als Formmaterial wird Sand (gemischt mit einem Bindematerial wie Ton) verwendet, und die Formen sind in der Lage, hoher Hitze standzuhalten.

Beim Sandgussverfahren wird ein Modell in Sand getaucht, der sich in einer speziellen Box befindet, die als Kolben bezeichnet wird . Durch Verdichten des Sandes um das Modell herum kann eine Form hergestellt werden, in die geschmolzenes Metall gegossen werden kann.

Der im Metallgussverfahren verwendete Sand kann entweder grün sein Sand (nasser Ton) oder luftgebunden Sand (trockener Sand mit Klebstoff).

Andere Gießverfahren

Es gibt Dutzende weitere Metallgussverfahren, die in der Fertigung verwendet werden, darunter Lehmguss und Schalenguss – beides Verfahren für verbrauchbare Formen – und Dauerformverfahren wie Schleuderguss und Strangguss.

Gießdruck:hoch oder niedrig?

Metalldruckguss ist ein wertvolles Metallbearbeitungsverfahren, das in zwei weitere Kategorien unterteilt werden kann:Hochdruckguss und Niederdruckguss. Die Wahl des richtigen Drucks hängt von Faktoren wie Material, Wandstärke und Teilegröße ab.

Hochdruckguss ist eine häufigere Technik als Niederdruckguss und wird mehr als doppelt so häufig verwendet.

Ideal für weiche Legierungen wie Aluminium und Zink. Beim Hochdruck-Druckguss wird das flüssige Metall mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Form gepresst, was eine starke Presse erfordert, um die Form geschlossen zu halten. Das Verfahren ist daher teurer als Niederdruckguss.

Vorteile des Druckgusses:

• Schnelle Produktion
• Dünne Wände möglich
• Glatte Oberflächenbeschaffenheit
• Minimaler Schwund

Niederdruckguss ist eine langsamere Form des Druckgießens, bei der geschmolzenes Metall sanfter in die Form gedrückt wird. Es eignet sich für Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten. Obwohl langsamer als Hochdruckguss, eignet sich das Gießen von Metall bei niedrigem Druck für komplexe Geometrien und kann sehr starke Teile produzieren.

Vorteile des Niederdruckgusses:

• Starke Teile
• Komplexe Geometrien

Gießbare Metalle

Für das Gießverfahren eignen sich verschiedene Metalle. Die drei am häufigsten von 3ERP akzeptierten Gussmaterialien sind jedoch Aluminium, Zink und Magnesium.

Aluminiumguss

Das Gießen von Aluminium ist die am weitesten verbreitete Form der Aluminiumumformung. Es wird zur Herstellung von Artikeln wie Industrie- und Automobilteilen wie Getrieben und Motoren aus Legierungen wie A380 und A383 verwendet.

Es gibt einige Möglichkeiten, Aluminiumguss durchzuführen. Aluminium-Druckguss eignet sich aufgrund seiner Geschwindigkeit und hervorragenden Oberflächengüte hervorragend für die Massenproduktion. Kokillenguss eignet sich für extrafeste Aluminiumteile; und Sandguss ist für den Aluminiumguss von kleinen Mengen und komplizierten Geometrien geeignet.

Ungeachtet des Gießverfahrens stellt Aluminiumguss starke und leichte Teile her und ist daher äußerst vielseitig.

Zinkguss

Zinklegierungen sind beliebte, erschwingliche und weit verbreitete Metalle, die zum Gießen geeignet sind. Beim Zinkguss handelt es sich in der Regel um Hochdruckguss, der hohe Produktionsraten und minimale Nachbearbeitungsanforderungen ermöglicht.

Aufgrund der hohen Gießfließfähigkeit von Zink kann Zinkguss zu Teilen mit sehr dünnen Wänden und feinen Details führen. Zink kann für eine bessere Verbindung auch kaltgeformt werden.

Hersteller können zwischen ZAMAK-Zinklegierungen oder Zink-Aluminium (ZA)-Legierungen wählen. Gussteile aus Zink umfassen Automobilkomponenten, Klimaanlagenteile und elektronische Komponenten.

Magnesiumguss

Gießen – insbesondere Druckguss – ist bei weitem das häufigste Metallbearbeitungsverfahren zur Herstellung von Magnesiumteilen und macht etwa 98 % der Produktion von Magnesiumteilen aus.

Da Magnesium das leichteste aller Strukturmetalle ist, eignet es sich ideal für Leichtbauanwendungen. Weitere Vorteile des Magnesiumgusses sind sehr dünne Wände, hervorragende Details und ein gutes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht.

In kleinen Mengen können Magnesiumteile auch im Gipsguss hergestellt werden, wobei Magnesiumdruckguss am besten für professionelle Anwendungen geeignet ist.

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