Lohnt es sich? Die Vorteile des Feingusses

Wachsausschmelzverfahren, Einmalformen schaffen Präzisionsprodukte mit feineren Oberflächen

Was ist Feinguss?

Feinguss, oft als „Wachsausschmelzverfahren“ bezeichnet, verwendet ein Verfahren mit verbrauchbaren Formen, um komplexe Produkte mit außergewöhnlich feinen Oberflächen herzustellen. Aufgrund der Vielseitigkeit, die beim Formenbau geschaffen werden kann, handelt es sich um eine Präzisionstechnik. Sandgussmuster müssen in zwei Teile geteilt werden und haben innere Kerne, die in einer geschlossenen geteilten Form getragen werden können. Einbettformen können in fast jeder Form hergestellt werden, die in Wachs geschnitzt und beschichtet werden kann. Der Prozess und das Formen sind teurer, aber die hergestellten Produkte können komplexer und präziser sein. Die Oberfläche aller Metallgussteile spiegelt die Materialien wider, in die sie gegossen werden. Sandgüsse haben daher eine unebene Textur. Feingussteile können mit einer glatteren Oberfläche aus der Form kommen.

Was sind gängige Feingussprodukte?

Feingussprodukte werden oft als funktionsfähige Teile von Präzisionsmaschinen gefunden. Bei einem Automobil beispielsweise kann das Motorgehäuse im Sandgussverfahren hergestellt werden. Lüfter, Nocken und andere Teile mit komplexen Formen, insbesondere solche, die sich bewegen und feine Oberflächen benötigen, werden häufig aus Feinguss hergestellt.

Feinguss ist auch üblich für sehr detaillierte Statuen, Schmuck oder andere dekorative Gegenstände mit sehr feinen Details und glatten Oberflächen.

Feingussverfahren

Das Feingussverfahren erfordert ein verbrauchbares Modell, das normalerweise aus Wachs besteht; ein keramisches Formmaterial; ein Ofen; und ein Gießereiverfahren zum Schmelzen von Metallen und Füllen von Formen.

Verbrauchs- oder Wachsmuster

Ein Muster ist eine exakte Nachbildung des herzustellenden Endprodukts. Humorvollerweise wird ein Muster durch Füllen einer Spritzgussform hergestellt, die oft aus Aluminium oder Stahl besteht. Diese Formen können maschinell bearbeitet, 3D-gedruckt oder sogar von Hand geschnitzt werden. Die Herstellung jedes Teils mit diesen Prozessen wäre teurer als die Herstellung einer Form und der anschließende Übergang zu einem Gießereiprozess. Das Wachsausschmelzverfahren ist zwar teurer als das Sandgießen, lässt sich aber dennoch für eine umsatzstarke Industrieproduktion skalieren. Sobald die Spritzgussform erstellt wurde, können Wachsmodelle schnell und in großen Mengen hergestellt werden, da sie nur eine minimale Zeit zum Abkühlen und Erstarren benötigen.

Musterbaugruppen

Einmal geformt, werden Wachsmodelle zu einem Baum oder Gießsystem zusammengesetzt, das es ermöglicht, mehrere Gegenstände gleichzeitig zu gießen. Die Baumformation besteht aus einer Reihe von Toren und Angüssen, die ebenfalls aus festem Wachs bestehen. Diese festen Wachszweige bilden schließlich die hohlen Kanäle, die geschmolzenes Metall transportieren, um jedes Endprodukt zu bilden. Die Baumstrukturen müssen sorgfältig zusammengestellt werden, um qualitativ hochwertige Produkte und effiziente Arbeitsabläufe zu gewährleisten. Abhängig von den Einrichtungen eines Standorts und der Produktgröße können viele Muster für die Massenproduktion im selben Baum zusammengestellt werden. Größere Gegenstände können auch alleine gegossen werden.

Keramische „Einbettmasse“

Sobald die Baumstruktur zusammengesetzt ist, wird sie in ein flüssiges Keramikbad getaucht. Die Keramik bedeckt den gesamten Baum und wird trocknen gelassen. Diese Bäder werden mehrmals wiederholt, sodass jede Schicht aushärten kann, bis eine dicke Form entsteht. Der Baum wird dann erhitzt, um das Wachs zu schmelzen, das vollständig aus der Form abfließt. Sobald das Wachs entfernt ist, wird die Form auf eine höhere Temperatur erhitzt und geschmolzenes Metall wird hineingegossen, wodurch die Hohlräume gefüllt werden, die einst von dem Wachsmuster eingenommen wurden. Der Prozess des Auftragens der Keramikaufschlämmung wird als „Investment“-Aspekt des Feingusses bezeichnet.

Schimmelentfernung

Sobald das Metall abgekühlt und erstarrt ist, wird die Keramikform weggebrochen, um die gegossenen Produkte freizulegen. Anschnitte und Angüsse werden dann entfernt und alle zusätzlichen Veredelungs- oder Behandlungsverfahren werden dann angewendet.

Vielseitige Anwendung

Wachsmuster können in praktisch jeder Form hergestellt werden, ohne Verjüngungen und ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen.

Feinguss kann für eine Reihe von Produkten und Materialien verwendet werden. Abhängig von den Gießanlagen eines Standorts können Produkte nur den Bruchteil einer Unze und mehr als tausend Pfund wiegen. Keramik-Feingussformen eignen sich auch für das Gießen bei hohen Temperaturen.[rfpullquote]Wachs und keramische Materialien können während des gesamten Feingussverfahrens wiederverwendet werden. Gebrauchtes Wachs wird wieder in Anschnitte und Speiser eingesetzt, und Keramikformen können für die Verwendung in neuen Formen wiederaufbereitet werden – typischerweise die äußeren Keramikschichten, wo weniger Präzision erforderlich ist. [/rfpullquote]

Übliche Materialien, die beim Feinguss verwendet werden, umfassen Stähle und andere Legierungen auf Basis von Eisen, Aluminium, Nickel, Kobalt, Titan und Kupfer. Je nach Anwendung kann Feinguss sowohl für kleine als auch für große Produktionsläufe geeignet sein und mehrere hundert Produkte gleichzeitig herstellen.

Wachs- und Keramikmaterialien können während des Feingussverfahrens wiederverwendet werden. Gebrauchtes Wachs wird wieder in Anschnitte und Speiser eingesetzt, und Keramikformen können für die Verwendung in neuen Formen wiederaufbereitet werden – typischerweise die äußeren Keramikschichten, wo weniger Präzision erforderlich ist.

Vorteile des Feingusses gegenüber dem Sandguss

Alle Gießverfahren bieten viele Konstruktionsvorteile:die Möglichkeit, den Materialeinsatz zu minimieren und Strukturen zu formen, die sonst ohne erhebliche maschinelle Bearbeitung oder Montage nur schwer zu erreichen wären.

Ein entscheidender Vorteil des Feingusses ist jedoch die Vielseitigkeit seiner Form. Da die Form entbehrlich ist und Wachsmodelle unauffällig in flüssiger Form entfernt werden können, haben Hersteller eine außergewöhnliche Freiheit bei der Gestaltung von Feingussprodukten. Feinguss bietet viel komplexere Designmöglichkeiten als die meisten anderen Form- und Gießverfahren.

Feinguss versus Sandguss

Sandguss ist eine weitere effektive Gießmethode, bei der Sand zum Formen von Einwegformen verwendet wird. Es ist die am weitesten verbreitete Casting-Methode in Nordamerika, aber es gibt einige wesentliche Unterschiede.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl der besten Casting-Methode für ein Projekt Folgendes:

• Sandformen müssen vor dem Gießen auseinandergezogen werden, um ein Muster zu entfernen. Um eine ordnungsgemäße Form zu gewährleisten, muss ein Muster mit Verjüngungen oder Formschrägen entworfen werden, um die Reibung zu minimieren – und um zu verhindern, dass die Sandform unterbrochen wird – wenn die Abschnitte getrennt werden. Da Sandformen aus zwei Teilen bestehen, hat das Endprodukt immer eine Trennlinie, die nach dem Abkühlen möglicherweise weggeschliffen werden muss.
• Sandgussformen können leicht an Designänderungen angepasst werden. Dies gibt einem Techniker die Freiheit, Teile schnell und einfach auszutauschen, nachdem sie getestet wurden.
• Innenliegende Hohlräume können auch eine Herausforderung für den Sandguss darstellen, der auf die Verwendung von Kernen angewiesen ist. Ein Kern ist eine vorgeformte Form, die in eine Form eingesetzt wird, um das Innere des Teils zu formen, das nicht mit der Oberfläche der Form in Kontakt kommt. Je nach Form und Komplexität eines Kerns – der eine einzelne Komponente oder eine Baugruppe aus mehreren Kernen sein kann – kann es zeitaufwändig sein, ihn in einer Form zu formen und zu befestigen.
• Im Sandguss werden aufgrund der Wiederverwendbarkeit des Modells neue Gussteile schneller hergestellt als im Feinguss.
• Bemerkenswert ist auch, dass Sandformen selbst mit synthetischen Zusätzen und hoher Verdichtung nicht die Härte von Keramik erreichen können. Infolgedessen haben sandgegossene Oberflächen oft höhere Toleranzen und müssen maschinell geschliffen werden, um eine fertige Oberfläche zu erzielen.
• Bemerkenswert ist auch, dass Sandformen selbst mit synthetischen Zusätzen und hoher Verdichtung nicht die Härte von Keramik erreichen können. Infolgedessen haben sandgegossene Oberflächen oft höhere Toleranzen und müssen maschinell geschliffen werden, um eine fertige Oberfläche zu erzielen.
• Sandguss kann Metallkomponenten aller Größen und Gewichte produzieren, während Feinguss erfordert, dass die Endstücke weniger als 100 Pfund wiegen.
• Mit Feinguss können Wachsmodelle in praktisch jeder Form hergestellt werden.
• Keramikformen sind außerdem sehr hart, wodurch glatte Oberflächen mit geringen Toleranzen entstehen, oft mit sehr dünnen Wänden. Sobald alle Anschnitte und Angüsse entfernt wurden, erfordern viele Produkte keine zusätzliche Arbeit für die Behandlung oder Veredelung.
• Mit Feinguss können Wachsmodelle in praktisch jeder Form hergestellt werden – ohne Verjüngungen und ohne Beeinträchtigung der Qualität des Endprodukts.
• Keramikformen sind außerdem sehr hart, wodurch glatte Oberflächen mit geringen Toleranzen entstehen – oft mit sehr dünnen Wänden. Sobald alle Anschnitte und Angüsse entfernt wurden, erfordern viele Produkte keine zusätzliche Arbeit für die Behandlung oder Veredelung.

Planung eines Feingussprojekts

Die Bestimmung der besten Herstellungsmethode hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Hier sind ein paar Dinge, die Sie mit Ihren Produktionsdesign-Profis bedenken sollten:

• Endprodukttyp: Was ist die gewünschte Größe und Form des Produkts? Unterschiedliche Gießverfahren eignen sich besser für bestimmte Abmessungen und beeinflussen auch den Bearbeitungsaufwand, der erforderlich ist, um die endgültigen Abmessungen zu erreichen.
• Menge: Bei der Berücksichtigung von Mengen sollte man am besten so weit wie möglich vorausschauen. Was kurzfristig wirtschaftlicher ist, kann sich bei langfristiger Planung mehrerer Chargen als kostspieliger erweisen. Eine größere Anfangsinvestition in Werkzeuge und Formen kann später oft Geld sparen. Kleinauflagen oder One-Shot-Produktionen erfordern jedoch nicht die gleiche Investition.
• Toleranzen: Wie genau müssen Ihre Maße sein? Gerade bei sehr dünnwandigen Produkten lassen sich beim Feinguss oft minimale Toleranzen erreichen.
• Mechanische Anwendung: Durch Gießen kann der für mechanische Anwendungen erforderliche Montageaufwand reduziert werden – was später oft Zeit und Arbeit spart.
• Materialanforderungen: Beim Feinguss verwendete Keramikformen eignen sich für eine Vielzahl von Materialien, einschließlich Legierungen auf Stahl- und Eisenbasis, die bei hohen Temperaturen gegossen werden.
• Postproduktion: Wie bei anderen Formen des Gießens können Feingussprodukte je nach ihrer endgültigen Anwendung verschiedenen Wärmebehandlungen oder anderen Oberflächenveredelungen unterzogen werden, falls erforderlich.

Feinguss-Gießereien

Die meisten Gießereien, die Feinguss herstellen, bieten nicht unbedingt andere Gussproduktionsmethoden an, sondern spezialisieren sich lieber auf eine einzige Gießerei-Produktionsmethode. Es bestehen erhebliche Unterschiede zwischen Produktionsmethoden wie Sandguss und Feinguss, was es unwahrscheinlich macht, dass ein einzelnes Unternehmen über die erforderliche Infrastruktur verfügt, um mehr als eine Formproduktionsmethode anzubieten.

Es ist normal, dass Feinguss mehr kostet als Gussteile, die mit anderen, einfacheren Verfahren wie Sandguss hergestellt wurden. Die erzielten Vorteile – einschließlich Kompliziertheit, Zuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit und mehr – machen den Kostenunterschied jedoch mehr als wett.

Es ist wichtig, die Designparameter des Gussteils, das Sie entwerfen oder zu kaufen versuchen, wirklich zu verstehen. Wenn Feingussteile beispielsweise ein Endformteil ohne Bearbeitung bieten können, aber ein Sandgussteil maschinell bearbeitet werden muss, können die zusätzlichen Kosten für Feinguss gerechtfertigt sein.

Quellen

• Grote, Karl-Heinrich und Erik K. Antonsson. Springer Handbuch Maschinenbau, Band 10 . Pasadena, CA:Springer Science &Business Media, 2009.
• Hunt, L.B. „Die lange Geschichte des Wachsausschmelzverfahrens:Über fünftausend Jahre Kunst und Handwerk.“ Goldbulletin . Juni 1980, Band 13, Ausgabe 2, S. 63-79.
• Rundman, Karl B. Metallguss (Referenzbuch für MY4130) . Michigan Tech. Universität:Department of Materials Science and Engineering.