Was ist Feinguss?

Eine Einführung in das Feingussverfahren

Feinguss, auch als Präzisionsguss oder Wachsausschmelzguss bekannt, ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Wachsmodell verwendet wird, um eine Einweg-Keramikform zu formen. Ein Wachsmodell wird in der exakten Form des zu gießenden Gegenstands hergestellt. Dieses Muster ist mit einem feuerfesten Keramikmaterial beschichtet. Sobald das Keramikmaterial ausgehärtet ist, wird es auf den Kopf gestellt und erhitzt, bis das Wachs schmilzt und abfließt. Die ausgehärtete Keramikschale wird zur Einbettform. Geschmolzenes Metall wird in die Form gegossen und abkühlen gelassen. Der Metallguss wird dann aus der verbrauchten Form gebrochen.

Der Begriff Feinguss leitet sich vom Prozess des „Einbettens“ (Umhüllens) eines Modells mit feuerfesten Materialien ab. Feinguss wird häufig anderen Formverfahren vorgezogen, da die resultierenden Gussteile feine Details und hervorragende Oberflächenbeschaffenheiten im Gusszustand aufweisen. Sie können auch mit dünnen Wänden und komplexen internen Durchgängen gegossen werden. Im Gegensatz zum Sandguss benötigt der Feinguss keinen Entwurf.

Diese Prozessqualitäten können Endform- oder endformnahe Gussteile liefern, die den Kunden erhebliche Kosteneinsparungen bei Material, Arbeit und Bearbeitung bieten. Es kann die meisten gängigen Metalle verwenden, einschließlich Aluminium, Bronze, Magnesium, Kohlenstoffstahl und Edelstahl. Mit Feinguss hergestellte Teile umfassen Turbinenschaufeln, medizinische Geräte, Schusswaffenkomponenten, Zahnräder, Schmuck, Golfschlägerköpfe und viele andere Maschinenkomponenten mit komplexer Geometrie.

Der Feingussprozess

Der Feingussprozess besteht aus mehreren Schritten:Metallformkonstruktion, Wachsmodellherstellung, Keramikformherstellung, Gießen, Erstarren, Ausschütteln und Reinigen.

1. Metallwerkzeugbau

Das Wachsmodell und die Keramikform werden während des Feingussverfahrens zerstört, sodass für jeden Guss ein neues Wachsmodell erforderlich ist. Sofern Feinguss nicht zur Herstellung eines sehr kleinen Volumens verwendet wird (wie es bei künstlerischen Arbeiten oder originellem Schmuck üblich ist), wird eine Form oder Matrize benötigt, aus der die Wachsmodelle hergestellt werden.

Die Größe des Master-Dies muss sorgfältig berechnet werden; es muss die erwartete Schrumpfung des Wachsmodells, die erwartete Schrumpfung des Keramikmaterials, das über das Wachsmodell gelegt wird, und die erwartete Schrumpfung des Metallgusses selbst berücksichtigen.

2. Wachsmodellherstellung

Die Anzahl der Wachsmodelle entspricht immer der Anzahl der herzustellenden Gussteile; jeder einzelne Abguss erfordert ein neues Wachsmodell.

Heißes Wachs wird in die Form oder Matrize eingespritzt und erstarren gelassen. Kerne können erforderlich sein, um interne Merkmale zu bilden. Das resultierende Wachsmodell ist eine exakte Nachbildung des herzustellenden Teils. Das Verfahren ähnelt dem Druckguss, jedoch wird anstelle von geschmolzenem Metall Wachs verwendet.

3. Formenbau

An der Wachsform ist ein Angusssystem (Anguss, Angussleisten und Steigrohre) angebracht. Für kleinere Gussteile werden mehrere Wachsmodelle an einem zentralen Wachsangusssystem befestigt, um eine baumartige Anordnung zu bilden. Ein Gießbecher, der typischerweise am Ende der Gießstäbe angebracht ist, dient dazu, geschmolzenes Metall in die Form einzubringen.

Der zusammengesetzte „Musterbaum“ wird in eine Aufschlämmung aus feinkörnigem Siliziumdioxid getaucht. Es wird wiederholt getaucht und mit jedem Tauchgang mit zunehmend mehr feuerfester Aufschlämmung beschichtet. Sobald die feuerfeste Beschichtung die gewünschte Dicke erreicht hat, lässt man sie trocknen und aushärten; Die getrocknete Beschichtung bildet eine Keramikhülle um die Muster und das Angusssystem.

Die Dicke der Keramikschale hängt von der Größe und dem Gewicht des zu gießenden Teils und der Gießtemperatur des zu gießenden Metalls ab. Die durchschnittliche Wandstärke beträgt ca. 0,375 Zoll (9,525 mm). Die gehärtete Keramikform wird auf den Kopf gestellt, in einen Ofen gestellt und erhitzt, bis das Wachs schmilzt und abfließt. Das Ergebnis ist eine hohle Keramikschale.

4. Gießen

Die Keramikform wird auf etwa 1000 – 2000 °F (550 – 1100 °C) erhitzt. Der Erwärmungsprozess stärkt die Form weiter, entfernt Wachsreste oder Verunreinigungen und verdunstet Wasser aus dem Formmaterial.

Geschmolzenes Metall wird in die noch heiße Form gegossen – flüssiges Metall fließt in den Gießbecher, durch das zentrale Angusssystem und in jeden Formhohlraum am Baum. Die vorgewärmte Form lässt das Metall leicht durch dünne, detaillierte Abschnitte fließen. Es erzeugt auch ein Gussteil mit verbesserter Maßhaltigkeit, da Form und Gussteil abkühlen und zusammenschrumpfen.

5. Kühlung

Nachdem die Form gegossen wurde, kühlt das Metall ab und verfestigt sich. Die Zeit, die eine Form benötigt, um in einen festen Zustand abzukühlen, hängt vom gegossenen Material und der Dicke des herzustellenden Gussstücks ab.

6. Shakeout

Sobald der Guss erstarrt, zerfallen die Keramikformen und der Guss kann entfernt werden. Die Keramikform wird typischerweise manuell oder durch Wasserstrahlen aufgebrochen. Nach dem Entfernen werden die einzelnen Gussteile durch manuelles Schlagen, Sägen, Schneiden, Brennen oder durch Kaltbrechen mit flüssigem Stickstoff von ihrem Gußsystembaum getrennt.

7. Fertigstellung

Endbearbeitungsvorgänge wie Schleifen oder Sandstrahlen werden üblicherweise verwendet, um das Teil an den Anschnitten zu glätten und Unvollkommenheiten zu entfernen. Abhängig vom Metall, aus dem der Guss gegossen wurde, kann eine Wärmebehandlung angewendet werden, um das endgültige Teil zu härten.

Wann Feinguss verwendet werden sollte

Aufgrund seiner Komplexität und seines Arbeitsaufwands ist Feinguss ein relativ teurer Prozess – die Vorteile überwiegen jedoch häufig die Kosten. Praktisch jedes Metall kann feingegossen werden. Durch Feinguss hergestellte Teile sind normalerweise klein, aber das Verfahren kann effektiv für Teile mit einem Gewicht von 75 Pfund oder mehr verwendet werden.

Feinguss ist in der Lage, komplexe Teile mit hervorragenden Oberflächengüten im Gusszustand herzustellen. Bei Feingussteilen muss kein Konus eingebaut werden, um die Komponenten aus ihren Formen zu entfernen, da sich die Keramikschalen beim Abkühlen vom Teil lösen. Dieses Produktionsmerkmal ermöglicht die Konstruktion von Gussteilen mit 90-Grad-Winkeln ohne eingebaute Schwindungszugabe und ohne zusätzliche Bearbeitung, um diese Winkel zu erhalten.

Der Feingussprozess erzeugt Teile mit überlegener Maßgenauigkeit; Endformteile sind leicht realisierbar, und fertige Formen werden oft ohne Nachbearbeitung hergestellt. Jeder einzigartige Gießlauf erfordert eine neue Matrize, um Wachsmodelle herzustellen. Werkzeuge für Feinguss können ziemlich teuer sein; Je nach Komplexität können die Werkzeugkosten zwischen 1.000 und 10.000 US-Dollar liegen.

Bei Großserienaufträgen gleichen die Zeit- und Arbeitsersparnis durch Eliminieren oder Reduzieren der sekundären Bearbeitung die Kosten für neue Werkzeuge leicht aus. Kleinere Gussserien kompensieren die Investition weniger. Im Allgemeinen ist der Feinguss eine logische Wahl für eine Auflage von 25 oder mehr Teilen.

Normalerweise dauert es 7 Tage, um von einem frischen Wachsmodell zu einem vollständigen Guss zu gelangen; der Großteil dieser Zeit entfällt auf das Herstellen und Trocknen der keramischen Formschale. Einige Gießereien verfügen über Schnelltrocknungsfunktionen, um Gussteile schneller herzustellen. Die zeit- und arbeitsintensive Natur des Feingusses wirkt sich nicht nur auf die Kosten aus. Gießereien haben eine begrenzte Ausrüstung und Produktionskapazität, daher sind längere Vorlaufzeiten für Feinguss üblich.

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