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11 Metallgussverfahren

Lernen Sie die Bedingungen und Prozesse kennen, die mit dem Ziehen von Schätzen aus dem Hochofenfeuer verbunden sind

Was ist Metallguss?

Metallguss ist der Prozess der Herstellung von Objekten durch Gießen von geschmolzenem Metall in einen leeren geformten Raum. Das Metall kühlt dann ab und härtet zu der ihm durch diese geformte Form gegebenen Form aus. Gießen ist häufig eine kostengünstigere Methode zur Herstellung eines Teils im Vergleich zur Bearbeitung des Teils aus einem Stück massivem Metall. Es gibt viele Metallgussverfahren zur Auswahl. Welche Art des Gießens am effizientesten ist, hängt von den verwendeten Metallen, der Größe der Auflage und der Komplexität des Gussstücks ab.

Bevor Sie mit einem Produktionslauf beginnen, ist es hilfreich, einige der Begriffe und Methoden aus der Gießerei zu kennen.

Casting-Terminologie

Gießform

Eine Form ist ein Hohlraum in einem Material, der flüssiges Metall aufnimmt und ein gekühltes Objekt in Form dieses Hohlraums erzeugt. Formen können einfach sein. Die Formen, die zur Herstellung von Metallbarren verwendet werden, sind wie Brotpfannen, in die das Metall einfach hineingegossen und abkühlen gelassen wird. Die meisten Formen sind für komplexere Formen und basieren auf einem Muster. Das in eine geteilte Form eingedruckte Muster. Die Hälfte des Musters wird auf eine Seite der Form und die andere Hälfte auf die andere Seite gedruckt, und dann werden die Hälften zusammengeklemmt, bevor die Form gefüllt wird. Indem die Form in zwei Teilen hergestellt wird, kann das Muster vor dem Füllen zurückgezogen werden. Diese Formen können mit einer horizontalen Teilung hergestellt werden

Kopieren und ziehen

Beim horizontalen Formen wird die obere Hälfte der Form als Cope bezeichnet , und die untere Hälfte wird als Drag bezeichnet .

Schaukel und Widder

Beim vertikalen Formen wird die vordere Hälfte der Form als Schaukel bezeichnet , und die hintere Hälfte wird Widder genannt .

Formkerne

Wenn eine Form Innenräume oder Löcher haben soll, einen Kern wird oft gemacht. Diese Kerne sind wie der Innenraum geformt. Die Kerne werden normalerweise an Ort und Stelle gehalten, indem sie sich über den Guss hinaus erstrecken und durch Kernabdrücke an Ort und Stelle gehalten werden , die den Kern wie eine Brücke zwischen zwei Ufern aufhängt. Die leeren Räume um den Kern herum füllen sich mit Metall, und der Kern wird aus dem endgültigen Gussstück entfernt, wobei ein Loch verbleibt, wo er einmal war. Wenn der Kern sehr lang ist, kann er durch Kränze unterstützt werden um es zu stützen. Diese bestehen normalerweise aus dem gleichen Metall wie das endgültige Gussteil, da sie in dem Raum sitzen, der mit Material geflutet wird und Teil des endgültigen Gussteils wird.

Maßtoleranz

Einer der wichtigen Faktoren bei der Auswahl einer Gussmethode ist die Maßtoleranz . Die Maßtoleranz ist die akzeptable Abweichung in der Größe des Endprodukts. Metall schrumpft beim Abkühlen, und die Art des Gusses beeinflusst, wie stark. Wenn ein Produkt präzise sein muss, möchte ein Kunde möglicherweise eine Gießmethode, die near-net-casting erzeugt . Das bedeutet, dass das Produkt fast die richtige Größe hat, wenn es aus der Form geschüttelt wird.

Oberflächenveredelung

Eine weitere Überlegung ist die Oberflächenveredelung . Wie körnig, uneben oder rau darf die Gussoberfläche sein? Was für eine gusseiserne Pfanne akzeptabel ist, ist für einen Ehering nicht akzeptabel. Sehr glatte Metalloberflächen werden normalerweise durch maschinelle Bearbeitung erzeugt, was zusätzliche Kosten verursacht:Wenn ein glänzendes und glattes Ergebnis erwünscht ist, kann die Wahl eines Gussverfahrens mit einer feineren Oberfläche die Bearbeitungskosten senken.

Metallgussverfahren

Metallguss wird in zwei Hauptkategorien unterteilt:Verfahren mit wiederverwendbaren Formen und Verfahren mit Einwegformen.

Wiederverwendbare oder Dauerformen schaffen viele Gegenstände, während Einwegformen durch den Gießprozess zerstört werden. Obwohl es aus der Sicht eines Laien scheinen mag, dass wiederverwendbare Formen für eine große Produktionsserie kostengünstiger sein müssen, ist dies nicht immer der Fall. Die meisten Gegenstände aus Eisen und Stahl werden durch verbrauchbare Gussverfahren hergestellt.

Niedrigtemperatur-Formmassen (Harze, Schokolade, Wachs usw.) verwenden fast immer wiederverwendbare Formen. Was die Metallurgie anders macht, sind die hohen Temperaturen, die damit verbunden sind. Diese belasten die Form stark. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Legierungen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt wie Zink, Aluminium, Magnesium, Zinn oder Kupfer häufiger diejenigen sind, die sich in wiederverwendbaren Formprozessen durchsetzen.

Unter Umständen werden jedoch auch Eisenmetalle in wiederverwendbare Formen gegossen. Die Komplexität des Designs, die Wahl des Metalls und die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächenveredelung beeinflussen alle, ob wiederverwendbare Formen geeignet sind.

Wiederverwendbare Formen

 Dauerformen

Dauerformen bestehen normalerweise aus Metall, das einen höheren Schmelzpunkt hat als das Metall, mit dem sie gefüllt sind. Flüssiges Metall wird ohne jeglichen äußeren Druck gegossen. Permanente Kerne müssen einfach sein, damit sie zur Wiederverwendung aus dem fertigen Gussstück herausgezogen werden können.

Diese Formen werden manchmal beim Eisenguss sowie bei Niedertemperaturlegierungen verwendet. Drehtische, eher als Fließbänder, sind der häufigste industrielle Arbeitsablauf. Während jede Form die nächsten Stationen durchläuft, werden einzelne Arbeitsgänge wie das Beschichten der Form, das Einsetzen der Kerne, das Schließen der Form, das Gießen, das Öffnen der Form und das Auswerfen des Gussstücks durchgeführt.

Formen werden vorgewärmt, bevor der erste Guss gegossen wird, damit dieser nicht durch den Temperaturunterschied reißt.

Die Gussteile, die aus diesem Verfahren stammen, können nicht so dünne Wände haben wie die bei anderen wiederverwendbaren Verfahren, wie z. B. dem Druckguss. Allerdings werden die Gussteile mit „enger Toleranz“ hergestellt, was bedeutet, dass die Größe des endgültigen Gussstücks genauer vorhergesagt werden kann. Auf diese Weise hergestellte Gussteile sind dicht und feinkörnig. Sie haben eine glattere Oberflächenbeschaffenheit und vermeiden mehrere Arten von Defekten.

Diese Form des Formteils ist haltbar genug, um mit Eisen verwendet zu werden, aber es ist kein bevorzugter Stil für gelbes Messing. Gelbes Messing ist reich an Zink und verschmutzt die Form oder Matrize.

Semi-permanente Formen

Die einzige Änderung beim Gießen mit semipermanenter Form besteht darin, dass die im Gießverfahren verwendeten Kerne verbrauchbare Sandkerne sein können. Komplexere Kernformen sind mit Sandkernen möglich, da sie nicht intakt aus dem endgültigen Gussstück extrahiert werden müssen. Lässt man im Gussstück eine Öffnung zum Entnehmen von Kernen, können diese auf einem Rütteltisch „ausgeschüttelt“ werden, um wie Sand durch eine Sanduhr zu fließen. Die Toleranz-, Dichte- und Aussehensvorteile des Dauerformgusses bestehen nur in dem Abschnitt, der gegen die Metallform gegossen wird.

Slush-Casting

Dieser farbenfroh benannte Gießstil erzeugt hohle Gussteile ohne Kerne, indem er lediglich die Innenseite der Form mit einer kleinen Menge Metall beschichtet, wodurch eine Metall-„Haut“ entsteht. Je nachdem, wie schnell das Metall oder andere Materialien aushärten, gibt es verschiedene Möglichkeiten, sich dem Slush-Casting zu nähern. Bei einem Verfahren kann der Gießer kleine Mengen der Flüssigkeit in eine Form gießen und drehen, um die Innenseite mit dem Metall zu bedecken. Zum anderen kann der Gießer die Form komplett füllen und nach einer bestimmten Abkühlzeit überschüssiges Material ausgießen. Zink, Aluminium und Zinn sind Metalle, die üblicherweise im Slush-Gussverfahren hergestellt werden.

Schleuderguss

Beim echten Schleuderguss wird eine wassergekühlte Form mit hoher Geschwindigkeit um ihre Mittelachse gedreht, während flüssiges Metall zugeführt wird. Die Zentrifugalkraft zieht das flüssige Metall in einer gleichmäßigen Schicht an der Formoberfläche entlang. Damit dieses Verfahren funktioniert, muss das endgültige Gussstück gleichmäßige Geometrien um die Rotationsachse haben. Diese Form des Gießens eignet sich daher am besten für Formen, die ungefähr zylindrisch oder kreisförmig sind, wie Rohre oder Ringe.

Objekte, die in diesem Verfahren gegossen werden, haben normalerweise eine sehr geringe Fehlerquote. Verunreinigungen landen in der Nähe der Bohrung oder Innenfläche des Gussstücks und können maschinell entfernt werden. Die meisten Rohre oder Formstücke, die unter Druck verwendet werden, werden aufgrund der Festigkeit ihrer nahtlosen Struktur im Schleudergussverfahren gegossen.

Einige kleine Metallgussteile, wie Schmuck, werden mit einer Zentrifuge hergestellt, die eine ganze Form um einen zentralen Punkt schwenkt und dabei Metall aus einem Schmelztiegel zieht. Diese Gussteile sind kein echter Schleuderguss, sondern eine Form des Druckgusses.

Druckguss

Druckgussverfahren verwenden andere Kräfte als die Schwerkraft, um den Metallfluss in eine Dauerform zu steuern. Beim Druckguss kommen Luft oder Gas, Vakuum, mechanische oder Zentrifugalkräfte zum Einsatz. Diese Methoden ermöglichen es Gießereien, die Geschwindigkeit, mit der eine Form gefüllt wird, genau zu steuern:Die Schwerkraft wirkt immer mit der gleichen Kraft, aber die vom Menschen verursachten Kräfte können variiert werden.

Beim Vakuumgießen wird Metall in eine Form gezogen, wenn die Form drucklos gemacht wird, und das erzeugte Vakuum zieht flüssiges Metall aus einem darunter liegenden Reservoir nach oben. Das Vakuum muss bestehen bleiben, während das Metall abkühlt, daher wird dieses Verfahren hauptsächlich für dünnwandige Gussteile verwendet. Es bietet eine hervorragende Oberflächengüte. Niederdruckgussteile kehren diesen Prozess um, indem sie den Ofen, in dem sich das flüssige Metall befindet, unter Druck setzen, anstatt ein Vakuum in der Form zu erzeugen. Das Metall wird durch Steigrohre in den Formhohlraum gedrückt.

Alle Druckgussmaschinen (unten) verwenden auch irgendeine Form von Druck, um bei der Herstellung von Gussteilen zu helfen.

Druckguss

Druckgussmaschinen bestehen aus einem Becken mit geschmolzenem Metall, einer metallischen Form oder Matrize auf zwei Platten und einem Einspritzsystem, das das Material ansaugt und unter Druck in die Matrize drückt.

Der Druckgussprozess beginnt mit einer offenen Form. Düsen besprühen die Form mit einem Schmiermittel, um ein Anhaften des Teils zu verhindern. Anschließend werden die beiden Formhälften geschlossen und die geschlossene Form mit einer Druckdüse gespritzt. Das neue Gussstück erhält einen Moment Zeit zum Abkühlen, bevor sich die Form öffnet. Auswerferstifte drücken das neue Gussteil aus der Matrize, und dann beginnt der Prozess von vorne.

Beim Druckguss gibt es zwei Formen des Metallspritzgusses. Kaltkammer-Druckguss funktioniert wie eine Spritze:Vor dem Gießen jeder Form muss eine Einspritzkammer mit geschmolzenem Metall gefüllt werden, dann drückt ein Kolben den Inhalt des Injektors in die Form. Beim Warmkammer- oder Schwanenhals-Druckguss wird die Kammer des Einspritzsystems in das geschmolzene Metall getaucht, wobei sich der Injektor aufgrund der Form des Systems selbst wieder füllt. Beim Warmkammer-Druckguss wird dieses Material entweder mit einem Kolben oder mit Luftdruck in die Form gepresst.

Schwanenhalssysteme sind anfälliger für Korrosion, da sie in einem Bad aus geschmolzenem Metall sitzen. Aus diesem Grund werden sie normalerweise mit Aluminium oder Aluminium-Zink-Legierungen verwendet, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben. Für die höheren Temperaturen, die zum Schmelzen von Messing und Bronze benötigt werden, kann der Kolben- oder Kaltkammer-Spritzgießer eingesetzt werden, da der Injektor nicht ständig der Hitze ausgesetzt ist.

Stranggießen

Sogar Metallteile, die wir als vollständig bearbeitet, gewalzt oder anderweitig bearbeitet betrachten, haben oft ihren Anfang in der Gießerei genommen. Beim kontinuierlichen Gießen entstehen Vorblöcke, Knüppel und Brammen, bei denen es sich um unterschiedliche Größen einfacher Metallformen handelt, indem sie durch eine dauerhafte Form extrudiert werden. Dieser Gießprozess schafft das Rohmaterial für bearbeiteten Stahl.

Der Stranggussprozess beginnt hoch über der Fabrikhalle. Geschmolzenes Metall wird in einen Trichter geleitet, der die Gießgeschwindigkeit steuert. Der Trichter füllt eine Form darunter, die eine einfache Form ist, normalerweise 20-80 Zoll lang und in ihrer Breite wie ein Quadrat, Kreis oder Rechteck geformt. Die Formwände werden gekühlt, so dass das Äußere des Gussstücks beim Durchlauf gefriert. Wenn das Metall die Form verlässt, verfestigt es sich, ist aber immer noch biegsam. Dadurch kann die Stranggießmaschine es so biegen, dass das fertige Produkt horizontal herauskommt. Eine Reihe von Rädern führt die Bramme zu einem Förderband, während Kühlsprays die Oberfläche verfestigen. Gasdüsen auf der horizontalen Oberfläche schneiden das durchgehende Metallstück in handhabbare Längen, damit sie angehoben und gestapelt werden können.

Einwegformen

Einwegformverfahren sind die klaren Gewinner beim Gießen von Eisenmetallen. Sie sind kostengünstig, da sie für die hohen Temperaturen nicht robust sein müssen.

Sandguss

Sandguss ist das am häufigsten verwendete Verfahren für den Metallguss. Der Herstellungsprozess ist mindestens dreitausend Jahre alt:Die ersten Beweise für Tonguss stammen aus China, während der Shang-Dynastie (ca. 1600 bis 1046 v. Chr.).

Es ist kein Wunder, dass dieses Verfahren immer noch so beliebt ist:Sand ist billig, reichlich vorhanden, biegsam und in der Lage, die Hitze zu ertragen.

Aus Sand hergestellte Kerne lassen sich leicht entfernen:Sie können mit einem Rütteltisch ausgeschüttelt werden. Angusskanäle und Anschnitte, die verwendet werden, um das Metall in den Formhohlraum zu leiten, werden entweder von einem erfahrenen Former von Hand geschnitten oder als Teil des Modells erstellt.

Die Oberflächenbeschaffenheit von Sandgussartikeln ist oft rau und die Maßtoleranz nicht präzise, ​​daher eignet sich Sandguss hervorragend für die Herstellung großer, robuster Teile, von dekorativen Zäunen über Gusseisenpfannen bis hin zu Automotorteilen.

Lesen Sie mehr über Sandguss in unserem vorherigen Artikel dieser Serie.

Formschalen

Schalenformen ist eine Form des Sandgusses, die engere Maßtoleranzen bietet. Es ist dem Sandformen sehr ähnlich, nur dass der Sand mit einem Harz vermischt wird. Eine Mischung aus Sand und Harz wird über jede Hälfte des Gussformmodells aus heißem Metall gegossen. Diese Mischung schmilzt und kühlt zu einer Schale ab. Die „Schalen“ der Form werden zusammengebracht und normalerweise von einem mit Sand gefüllten Kolben getragen. Da das Harz die Innenflächen zusätzlich unterstützt, bilden diese Schalen eine sehr präzise Form.

Häufig wird das Formpressen verwendet, um Kerne für den traditionellen Sandguss herzustellen. Das Harz verleiht den Sandkernen Festigkeit, um ihre Form zu behalten, selbst wenn sie über dem Hohlraum positioniert werden, der zu einem Guss wird. Diese Schalenkerne können hohl sein und in einer heißen Metallform in einem Verfahren wie Slush-Casting hergestellt werden. Die beiden Hälften der Kernform werden eingespannt und erhitzt und dann mit harzbeschichtetem Sand gefüllt. Die Form brennt, bis die Schalenwand dick genug ist, um die Größe des Kerns zu tragen, und dann wird der überschüssige, ungehärtete Harzsand wieder herausgegossen. Wenn die beiden Hälften der Form geteilt werden, geben sie den stabilen Kern frei, der jetzt bereit ist, in die Sandgussform eingesetzt zu werden, um Platz im Guss zu schaffen.

Nach dem Abkühlen der Gussteile wird die Schale um das Feingussteil gebrochen und mit einem Rütteltisch abgeschüttelt.

Feinguss bietet eine hervorragende Oberflächengüte und eine hohe Maßgenauigkeit. Es gibt keine Trennlinien wie beim Sandguss.

Vollform- oder Schaumgussverfahren

Das Vollform- oder Schaumgussverfahren ist eine Kombination aus Sand- und Feingussverfahren. Es wird ein geschäumtes Polystyrolmuster verwendet. Tatsächlich kann das geschäumte Muster mit einem Anschnitt- und Kanalsystem komplettiert werden, und es kann die Eliminierung der Zugluftzugabe einbeziehen. Manchmal wird das Muster vor dem Füllen entfernt, aber bei einigen Schäumen kann das Muster in der Form belassen werden, um sofort zu verdampfen, wenn heißes Metall hineingegossen wird.

Dieses Verfahren ist ideal für Gussserien von einem oder wenigen Stücken, aber manchmal produzieren Gießereien Schaummodelle in Massenproduktion, um Produktionsmengen zu schaffen. Es gibt zusätzliche Kosten für die Ausrüstung zur Herstellung der zerstörbaren Schaummuster, aber oft kann die Wirtschaftlichkeit des gesamten Gießprozesses günstig sein, wenn das Muster sehr komplex ist.

Gießverfahren im Vergleich

Die Beratung mit Herstellern ist hilfreich, um den kostengünstigsten Weg zu finden, ein Projekt zu gießen. Im Allgemeinen werden Eisenmetalle mit Einwegformen gegossen, während Nichteisenmetalle eine breitere Palette von Möglichkeiten haben, aber selbst von dieser einfachen Regel gibt es Ausnahmen.

Wenn Sie mit einem klaren Verständnis der Anforderungen des Projekts in den Prozess einsteigen, können Sie den besten Prozess für das Casting auswählen. Muss das Design eine genaue Größe haben? Wie dünn müssen die Wände sein? Welche Größe und welches Gewicht wird das Casting am Ende haben? Was ist mit der Oberflächenbeschaffenheit? Die Antworten auf all diese Fragen im Voraus zu kennen, wird einem versierten Designer helfen, sein Produkt zu verstehen und durch den Gießprozess zu führen, um das beste und kostengünstigste Verfahren für seine Arbeit zu finden.



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