Modellherstellung in der Gießerei

Wachs- oder Holzmodelle für den Metallguss

Beim Metallguss sind Muster die Objekte, die zur Herstellung von Einwegformen verwendet werden. Ein einziges Muster kann Tausende von Formen ergeben.

Es gibt verschiedene Arten von Mustern, aber sie fallen in zwei Hauptuntertypen:wiederverwendbare Muster für Sand- oder Gipsguss, die Abdrücke in viele Formen machen, oder verbrauchbare Muster für Feinguss, die vor dem Gießen während des Herstellungsprozesses der Form zerstört werden. Bei beiden Arten von Mustern geht es dem Mustermacher nicht nur darum, das gewünschte Objekt zu replizieren, sondern auch dabei zu helfen, das Metall mit der richtigen Rate und an der richtigen Stelle in die Form zu leiten. Metallkühlung ist ein Kristallisationsprozess, und wie die Formfüllungen die Richtung des Gefrierens beeinflussen können, was für die Festigkeit des Endobjekts wichtig sein kann.

Jedes Wurfmuster braucht Unterstützung

Das Kanalsystem zur Zuführung von Metall zu allen Teilen des Gussstücks ist eine unterstützende Infrastruktur, die, wenn sie gut ausgelegt ist, Gussfehler verringert. Zu diesen Elementen gehören:

• Der Gießbecher ist ein konischer Eingang in die Form. Es hilft, den Metallfluss zu kontrollieren und Schlacke während des Gießens einzufangen.
• Der Anguss, manchmal auch „Down-Anguß“ genannt, ist der Hauptkanal vom Gießbecher in die Form. Es ist der Fluss aus Metall, der den Guss füllt.
• Rinnen sind Kanäle, die flüssiges Metall von einem Bereich der Form zum anderen fließen lassen.
• Gates oder „In-Gates“ sind die Eingangsbereiche zum Casting selbst. Große Angüsse sind für schnell abkühlende Metalle notwendig, und kleinere Angüsse werden für langsam abkühlende verwendet.
• Speiser sind großvolumige Behälter mit flüssigem Metall, die Teil der Form sind, aber nicht Teil des Gussstücks. Sie können „blinde Steiger“ sein, die vollständig in der Form vergraben sind, um schwierige Bereiche des Gussstücks zu versorgen, oder offene Steiger, die sich mit Metall füllen – und dem Gießereiarbeiter helfen können, anzuzeigen, dass die Form voll ist. Riser haben ein größeres Metallvolumen als jeder Teil des Gussteils, sodass sie am längsten heiß bleiben. Mithilfe der Schwerkraft leiten Steigrohre kontinuierlich flüssiges Metall in das abkühlende Gussteil, um Löcher oder Schrumpfung zu verhindern.

Feingussmuster

Feingussmodelle werden oft in einem einzigen Stück geliefert, das dem endgültigen Metallprodukt sehr ähnlich ist – obwohl Angusskanäle eingebaut sein können, die nach dem Gießen entfernt werden können.

Diese Muster sind zweifach geformt. Ein Replikatmuster wird verwendet, um eine Form aus Gummi, Metall oder Harz herzustellen. Aus dieser Form wird ein Modell aus einem Material gegossen, das schmelzen oder verdampfen kann – typischerweise Wachs. Diese Gussmodelle sind mit einem Harz- oder Keramikaggregat aus Sand und einem Bindemittel beschichtet, das zu einer Schale aushärtet.

Nachdem die Schalenform vollständig ausgehärtet ist, wird das Gussmodell durch Schmelzen oder Verdampfen entfernt. Die nun leere Form kann mit flüssigem Metall gefüllt werden. Es wird weggebrochen, sobald der Guss abkühlt.

Sandgussmuster

Es gibt ein paar Variationen für Sandgussmodelle, aber sie haben alle gemeinsam, dass sie alle aus einem harten Material bestehen, das verwendet werden kann, um Hunderte von Formen herzustellen, wenn es in Gießereisand gepresst wird. Holz ist die Grundlage der meisten Sandgussmodelle, normalerweise aus einem Hartholz, das der Hitze und Feuchtigkeit der Gießerei standhalten kann. Diese können für Hunderte von Gussteilen verwendet werden, beginnen sich aber irgendwann zu verformen oder zu spalten. Sie sind jedoch relativ kostengünstig herzustellen und können sehr große Gussteile herstellen.

Wenn sich ein Holzmuster selbst zu schnell verformt, kann es stattdessen verwendet werden, um eine Form für ein stärkeres Muster herzustellen, das sich mit der Zeit weniger wahrscheinlich verzieht. Aus dem ursprünglichen Holzmuster können faserverstärkte Harze oder gegossene Metallmuster hergestellt werden. Metallmuster können auch durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden. Diese Verfahren sind teurer und die Gussstückgröße kann eingeschränkt sein, sodass sie nur in einigen Situationen verwendet werden.

Ob Holz, Harz oder Metall, Sandgussmuster schmelzen nach dem Erstellen der Form nicht weg. Modellbauer müssen wissen, wie sie sie extrahieren können, ohne die von ihnen erstellte hohle Form zu beschädigen.

Muster mit flacher Rückseite können in den Schlepp- oder Bodenteil einer Sandform gepresst werden. Oft wird ein nicht geformter Deckel oder eine obere Hälfte der Form auf den Widerstand geklemmt, wodurch die „flache Rückseite“ des Gussstücks bereitgestellt wird, um das Gießen und Abkühlen zu unterstützen. es enthält den Anguss, um das Metall zu kanalisieren.

Muster, die keine flache Rückseite haben, werden oft „gespalten“. Dadurch kann jeder Teil des Musters in den oberen und unteren Teil der Sandform eingedrückt und dann intakt entfernt werden, ohne die Form zu beschädigen. Die verschiedenen Teile der Form werden zusammengebracht und fest eingespannt, um die hohle Form zu schaffen, aus der der Guss entsteht.

Lose Muster sehen dem Objekt am ähnlichsten, das sie erstellen werden, selbst wenn sie geteilt sind:Sie erfassen die Details des Objekts, das sie gießen, aber sie enthalten kein Metallzufuhrsystem für die Form. Wenn dies der Fall ist, schneidet der Former Riser, Anschnitte und Angüsse von Hand in den Sand. Wenn das Muster diese Kanäle enthält, wird es als Gate-Muster bezeichnet.

Die Teile des Modells können auch mit beiden Seiten einer Platte verbunden werden, um das gleichzeitige Drücken beider Seiten der Form zu erleichtern. Dies wird als Match-Plate-Muster bezeichnet und ist sehr hilfreich für Fabriken mit einer hohen Produktionsrate. Manchmal montieren automatisierte Fabriken jeden Teil des Musters auf einer eigenen Platte, so dass es individuelle Coping-Muster- und Drag-Musterplatten gibt.

Sandgussmuster können auch verwendet werden, um den Sand zu schnitzen, anstatt ihm eine Form einzuprägen. Ein Schwungmuster dreht eine Klinge mit einem geformten Profil um eine Achse und höhlt eine Form aus. Es ist hilfreich, sich Sweep-Muster wie eine Drehbank vorzustellen, die den Negativraum formt:Die gegossenen Objekte, die sie herstellen, haben Symmetrie um eine Mittelachse.

Das sorgfältige Handwerk der Zulagen

Muster sind nicht dasselbe wie anfängliche Modelle eines Designs. Sie sind ein Produktionsprototyp, der die Dynamik der Metallherstellung widerspiegelt.

Schreiner und Schreiner sind oft diejenigen, die in einer Gießerei arbeiten und Holzmuster herstellen. Obwohl sie hauptsächlich Holzarbeiter sind, müssen sie das Verhalten von Metallen verstehen. Ein guter Modellbauer weiß, wie er sein Modell anpassen muss, um zu kompensieren, wie Metall abkühlt und welche Art von Endbearbeitungsschritten für das Teil erforderlich sein könnten.

Die Schwindungszugabe ist eine Korrektur, um die Erstarrungsschrumpfung des Metalls und seine Kontraktion während des Abkühlens auszugleichen. Diese Toleranzen variieren mit der Art des Metalls und der Größe des Gussstücks. Typische Toleranzen für Gusseisen sind 1/10 bis 5/32 Zoll/Fuß; für Stahl 1/8 bis 1,4 Zoll/Fuß; und für Aluminium 1/16 bis 5/32 Zoll/Fuß. Diese Toleranzen beinhalten auch eine Größentoleranz für den Prozess, damit das Gussstück maßhaltig ist.

Wachsmodellbauer müssen sich außerdem darüber im Klaren sein, dass der Wachsformprozess auch eine Schwindungszugabe erfordert. Modell-, Anguss- und Maschinenwachse haben alle unterschiedliche Schrumpfungsraten bei Standardgießtemperaturen. Daher muss der Wachsmodellbauer eine Form erstellen, die sich sowohl an Wachs- als auch an Metallschrumpfung anpasst, während sich der Holzmodellhersteller für den Sandguss nur um das Metall kümmern muss.

Eine maschinelle Feinzugabe („Bearbeitungszugabe“) ist erforderlich, wenn das Gussobjekt nach dem Ausschütteln veredelt werden soll. Die Zugabe muss genügend Material bereitstellen, damit die Bearbeitung das Objekt nicht zu klein macht. Manchmal hilft das Wissen, dass es eine maschinelle Endbearbeitung geben wird, einem Holzmusterdesigner bei der Entscheidung, wo die Riser platziert werden sollen:Das Rohmaterial kann festgeklemmt werden, während das Gussteil bearbeitet wird.

Die Verzerrungstoleranz ist eine kunstvolle Anpassung, die an einem Muster vorgenommen wird, wenn sich das verwendete Metall beim Abkühlen verzerrt. Wenn die Verschiebungswinkel bekannt sind, kann das Muster kompensiert werden. Diese Modifikation wird als „Wölbung“ bezeichnet und kann dazu führen, dass das ursprüngliche Muster verzogen aussieht.

Die Formschrägezugabe ist eine Modifikation, die nur für Sandgussmodelle benötigt wird, nicht für Einbettmodelle. Musterhersteller müssen sicherstellen, dass ihre Muster aus dem Sand entfernt werden können, ohne die Form zu zerstören, die sie hinterlassen haben. Dies geschieht, indem die Wände der Form verjüngt werden, so wie die Eimer für Sandburgen normalerweise verjüngt sind. Scharfe Ecken und gerade Kanten bröckeln eher, wenn das Muster aus der Formmasse entfernt wird.

Malen des Holzmusters

Holzmuster werden oft gemalt. Temporäre Muster erhalten möglicherweise nur einen Anstrich, aber dauerhafte Muster erhalten im Allgemeinen drei Farbschichten. Ein Schellack oder Lack hilft dem Muster, aus der Form zu gleiten, weshalb es auch bei einem Muster hilfreich ist, das nur einmal verwendet werden soll. Moderne Lacke mit Graphit machen diesen Prozess noch reibungsloser.

Farbe hilft auch, das Muster vor Hitze und Feuchtigkeit zu schützen, besonders wenn es gelagert werden soll. Die Farbe auf einem Modell muss tropfen- und rissfrei sein:Unebenheiten in der Oberfläche des Modells werden im Guss erfasst. Ein Farbtropfen an der falschen Stelle könnte ein Abbröckeln in der Form verursachen.

Traditionell war die Farbe auf Gussmustern farbcodiert, wobei die Farben die Endbearbeitungsschritte bezeichneten, die für das Gießen erforderlich wären. Obwohl die Normen nicht mehr allgemein gültig sind, gibt es immer noch Gießereien, die dieses grundlegende Farbsystem verwenden.

Rot – Zeigt an, dass auf dieser Oberfläche des endgültigen Gussstücks keine Bearbeitung erforderlich ist.
Gelb – Zeigt an, dass diese Oberfläche beim endgültigen Gussstück bearbeitet werden muss.
Schwarz – Zeigt an, dass die Oberfläche einen Kern benötigt und wo die Position des Kerns liegen könnte .
Klarer Lack oder unbemalt – Zeigt die Trennlinie oder Verbindung am Gussteil an.

Muster speichern und wiederverwenden

Ein Modell kann in einer Gießerei ein langes Leben haben, da es zur Herstellung von Hunderten oder Tausenden von Gussteilen verwendet wird. Oft werden diese Muster zwischen Produktionsläufen gespeichert, und die Notwendigkeit und Organisation, die zum Führen einer „Bibliothek“ von Mustern erforderlich ist, ist eines der Anliegen einer Gießerei. Die Muster müssen an einem trockenen Ort mit guter Luftzirkulation gelagert werden, aber die Kosten für Lagerung und Versicherung bedeuten, dass es bei kleinen und seltenen Produktionsläufen einfacher sein kann, die Muster zu zerstören und neu zu erstellen – oder sie an das Original zu senden Designer. Ein Modell, das außerhalb der Gießerei gelagert wurde, wurde möglicherweise nicht richtig gepflegt und kann daher nie wieder einen soliden Guss ergeben. In der Vergangenheit war das Zerstören von Mustern ein riskanter Prozess, da das Muster möglicherweise die getreueste Erfassung eines Designs ist.

Die Frage der Musterspeicherung war daher ein Ausgleich von Bedenken. Größe und Häufigkeit der Produktionsläufe müssen gegen die Konsistenz eines Teils über die Zeit abgewogen werden. Der Aufstieg von Rapid Prototyping und Computerdesign hat diese Dynamik verändert. Muster werden digital entworfen und gespeichert, und Prototypen können 3D-gedruckt werden, sodass das Risiko einer Zerstörung geringer ist. Daher entscheiden eine Gießerei und ihr Kunde, nachdem sie festgestellt haben, was wirtschaftlicher ist:das Muster langfristig zu speichern oder es bei Bedarf neu zu erstellen.

Eine unangekündigte Kunst

Modellbauer sind Techniker und Handwerker, die Prototypen nehmen und diese sorgfältig an die Anforderungen der Produktion und die Eigenschaften von Metall anpassen. Mit spezieller Erfahrung sind sie in der Lage, Optimierungen vorzuschlagen, um das Design effizienter zu gestalten. Die Verwendung von CAD-Programmen und prädiktiven Algorithmen ist für den modernen Modellbauer hilfreich bei der Bestimmung möglicher Fehler beim Metallguss, was zu niedrigeren Fehlerquoten beiträgt, aber Modellhersteller bringen immer noch ein menschliches Auge und eine ruhige Hand in den Prozess ein.

Ob ein Projekt Sand- oder Feinguss ist, es begann sein Leben als Muster.

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