Einführung in den Metallguss

Diese Einführung in das Metallgießen bietet einen kurzen Überblick und die Geschichte des Gießverfahrens sowie einen Überblick über heute gebräuchliche Gießtechniken. Ziel dieses Artikels ist es, neuen Herstellern ein besseres Verständnis dafür zu vermitteln, wie Metallguss funktioniert und welche Schritte zur Herstellung von Gussprodukten erforderlich sind. Am Ende des Artikels sollte der Leser ein klares Bild von den Möglichkeiten haben, die der Metallguss bietet, und ein fundiertes Verständnis für sein Potenzial als moderne Fertigungsmethode.

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Was ist Metallguss?

Das Wort Metallguss bezieht sich auf den Prozess des Formens eines Produkts oder Teils aus geschmolzenem Metall, wobei jede Art von Form verwendet wird, um seine endgültige Form zu bestimmen. Ein Metallguss Andererseits ist es ein Produkt oder Teil, das aus dem Metallgussverfahren hervorgeht. In diesem Artikel und an anderen Stellen auf unserer Website verwenden wir das Wort Casting austauschbar, entweder als Ersatz für den Prozess des Metallguss oder für das Objekt ein Metallguss .

Definition von Metallguss:

Ein Herstellungsprozess, bei dem geschmolzenes Metall in einen Hohlraum (Form) gegossen wird, der das Metall beim Erstarren in einer bestimmten Form hält.

Allgemeine Schritte des Metallgusses

1. Erstellen Sie das Mastermuster und den Kernkasten. Der erste Schritt beim Metallguss besteht darin, ein Objekt mit einer ähnlichen Form wie das gewünschte Produkt zu schaffen, das als Muster bezeichnet wird . Das Modell ist ein Werkzeug, das zur Herstellung der Form verwendet wird, und muss etwas größer sein als das Endprodukt, um die Schrumpfung während der Erstarrung zu berücksichtigen. Im Metallguss werden Muster häufig durch CNC-Bearbeitung hergestellt. Ebenso Kerne , wie in Schritt 2 beschrieben, werden mit einem anderen Werkzeugtyp erstellt:Coreboxes. Gießverfahren, die wiederverwendbare Formen verwenden, wie das Gießen in Dauerform, erfordern normalerweise keine Modelle oder Kernkästen. In diesen Fällen können Werkzeugbauer Form und Kern direkt herstellen.

2. Erstellen Sie die Form und den Kern. Um ein Gussteil erfolgreich herzustellen, muss der Hersteller zunächst einen Formhohlraum schaffen, um das geschmolzene Metall aufzunehmen und zu formen. In vielen Fällen müssen sie auch einen Kern produzieren das in die Form passt und im Endteil Hohlräume bildet. Formen und Kerne können wiederverwendbar sein, wie beim Druckguss oder Dauerformen, oder Einwegartikel, wie beim Grünsandguss oder Maskenformguss.

3. Schmelzen Sie die Legierung. Als nächstes muss der Hersteller das Metall schmelzen. Oft ist das verwendete Metall eine Legierung oder eine Mischung aus Elementen, die zusammen optimale mechanische Eigenschaften bieten. Schmelzprozesse sind unterschiedlich:In ihrer einfachsten Form besteht das Schmelzen darin, eine Legierung in ein Gefäß mit einem höheren Schmelzpunkt zu geben und sie über einem Brenner oder einer offenen Flamme zu erhitzen. Zeitgemäßere Schmelzverfahren, wie das Induktionsschmelzen, verlassen sich auf die physikalischen Eigenschaften von Legierungen, um sie zu schmelzen und effizienter auf Gießtemperatur zu bringen.

4. Gießen Sie das geschmolzene Metall in die Form. Sobald der Hersteller die Legierung schmilzt, muss er das geschmolzene Metall in den Formhohlraum gießen. Normalerweise geschieht dies mit einer Schöpfkelle System, das den Gießprozess unterstützt und es dem Bediener ermöglicht, die Gießgeschwindigkeit entweder manuell oder automatisch zu steuern. Falsche Gießtechniken können zu Defekten führen, da Gase in der Form eingeschlossen werden können, was zu Löchern im resultierenden Gussteil führt.

5. Lassen Sie das Metall erstarren. Nach dem Gießen muss der Hersteller optimale Bedingungen schaffen, damit das Metall in der Form erstarrt. Auch hier müssen die Hersteller das Schrumpfen des geschmolzenen Metalls beim Abkühlen sowie die Freisetzung von Gasen berücksichtigen, die sich während des Gießens in der Form aufbauen.

6. Entfernen Sie das Gussteil aus der Form. Wenn das Metall ausreichend abgekühlt und erstarrt ist, muss der Hersteller das Gussteil aus der Form nehmen. Bei Verfahren, die Einwegformen verwenden, brechen Bediener einfach die Form von dem Gussteil ab. Für wiederverwendbare Formen werden häufig spezielle Beschichtungen verwendet, um ein Anhaften zu verhindern, und Eigenschaften, die das Entfernen des Gussstücks ermöglichen (wie Auswerferstifte). ) müssen in die Form hineinkonstruiert werden.

7. Beenden Sie das Casting. Die meisten Gussteile müssen Endbearbeitungsprozessen wie Reinigung unterzogen werden (Entfernen von überschüssigem Material von dem Teil); Torentfernung (Entfernen der Gießkanäle aus dem Teil); Wärmebehandlung (Erhitzen und Abkühlen der Gussteile in einer kontrollierten Umgebung, um die physikalischen Eigenschaften zu verbessern) und Inspektion zur Qualitätskontrolle. Viele Produkte durchlaufen auch CNC-Bearbeitungsprozesse, um die Maßgenauigkeit und den ästhetischen Wert zu verbessern.

Geschichte des Metallgusses

Vieles von dem, was wir heute über die Ursprünge des Metallgusses wissen, basiert auf archäologischen Funden. Glücklicherweise bedeutet die Haltbarkeit von Gussteilen, dass viele Gussartefakte Tausende und Abertausende von Jahren überlebt haben.

Frühe Gussteile waren oft kunstvolle Statuen, Werkzeuge und Waffen, und die ersten Metalle, die zum Gießen verwendet wurden, waren Kupfer und Zinn oder eine Legierung aus den beiden Metallen namens Bronze Zivilisationen auf dem asiatischen und europäischen Kontinent experimentierten mit anderen Materialien und nutzten das Gießen über Jahrtausende hinweg. Als Prozesse verfeinert und Techniken in präziser Sprache festgehalten wurden, erweiterte sich auch der Umfang der Gussprodukte. Im Mittelalter wurden europäische Gießereien hauptsächlich mit der Herstellung von Kirchenglocken beauftragt.

Rechts abgebildet ist der Kerzenhalter von Gloucester ein aufwendiger Wachsausschmelzguss (Feinguss), der zwischen 1104 und 1113 n. Chr. für die Kathedrale von Gloucester in England hergestellt wurde.

Im 20. Jahrhundert erhöhte die Automobilherstellung – teilweise angeführt von Ford Motors Fließfertigungstechniken – die Nachfrage nach Gussteilen und führte zu weiteren Durchbrüchen im Prozess. Stahl wurde erfunden, und Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Edelstahl häufig zum Gießen verwendet. Sowohl der Erste als auch der Zweite Weltkrieg testeten die Grenzen des Gießens in den Vereinigten Staaten, Europa und Japan. Alte Verfahren wie Feinguss wurden weiter verfeinert, um bessere Gussteile schneller herzustellen. Im 20. Jahrhundert wurden auch neue Verfahren wie Druckguss und Maskenformguss entwickelt.

Metallgussverfahren

Die folgenden Metallgussverfahren stellen einige der gebräuchlichsten und vielseitigsten Techniken im Arsenal der Gießerei dar. Einige Verfahren sind Tausende von Jahren alt, andere weniger als ein Jahrhundert, und jedes dieser Verfahren ist das ideale Gießverfahren für bestimmte Arten von Produkten. Hier bieten wir einen kurzen Überblick über die einzelnen Prozesse. Für ausführlichere Informationen klicken Sie auf die Links in den einzelnen Abschnitten.

Feinguss

Feinguss ist die älteste noch industriell genutzte Metallgusstechnik und ein ausgeklügeltes Verfahren, bei dem ein Wachsmodell, das wie das Endprodukt geformt ist, mit feuerfestem Material bedeckt, dann das Wachs ausgeschmolzen und durch geschmolzenes Metall ersetzt wird.

Erfahren Sie mehr über Feinguss

• Investment-Casting-Leitfaden (Ebook)
• Feingussmöglichkeiten bei Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Fallstudie zum Feinguss:Von der klobigen Fertigung zum eleganten Guss

Grünsandguss

Grünsandguss ist eine vielseitige Metallgusstechnik mit niedrigen Werkzeugkosten, bei der feuchter, tongebundener Sand um ein Modell herum verdichtet wird, um eine Form zu bilden. Die resultierenden Formen können verwendet werden, um fast jede Legierung zu gießen, und der größte Teil des Sandes, der zum Formen der Form verwendet wird, kann zurückgewonnen und recycelt werden.

Erfahren Sie mehr über das Gießen von Grünsand

• Einführung in Greensand Casting (Blogbeitrag)
• Fähigkeiten zum Gießen von Grünsand bei Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Kokillenguss

Auch bekannt als Muschelguss oder Schalenformen , Maskenformguss wurde Mitte des 20. Jahrhunderts von einem deutschen Ingenieur erfunden und anschließend von Herstellern in den USA und Deutschland perfektioniert. Bei diesem Verfahren wird ein Muster mit harzbeschichteten Sandkörnern beschichtet, die sich durch Hitzeeinwirkung miteinander verbinden. Maskenformguss bietet ein hohes Maß an Präzision und hervorragende Wiederholbarkeit.

Erfahren Sie mehr über Schalenformguss

• Leitfaden zum Gießen von Schalenformen (Ebook)
• Einführung in das Schalenformgießen (Blogserie)
• Kapselformfähigkeiten bei Eagle Alloy, Inc.

Dauerformguss

Der Dauerformguss verwendet, wie der Name schon sagt, wiederverwendbare Formen anstelle der Einwegformen, die beim Sandguss verwendet werden. Die Herstellung von Werkzeugen kann kompliziert sein, und die Legierungen sind je nach Schmelztemperatur etwas eingeschränkt, aber bei großen Stückzahlen können niedrige Stückkosten erzielt werden. Wiederholbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Präzision sind bei Dauerformgussteilen hervorragend.

Erfahren Sie mehr über Dauerformguss

• Erste Schritte mit Dauerformguss (Blogbeitrag)
• Fallstudie von Lüfterflügeln aus Aluminiumguss in Dauerform
• Dauerformfähigkeiten bei Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Airset-Casting

Eine weitere Variante des Sandgusses ist der Airset-Guss – auch bekannt als No-Bake-Guss verwendet chemisch gebundenen Sand, der sich bei Raumtemperatur verfestigt. Das Verfahren kann zeitaufwändiger sein als Grünsandguss oder Schalenformen, da die Formen Zeit zum Erstarren benötigen, aber die Werkzeuge sind kostengünstig und eine hervorragende Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit können durch Airset-Gießen erreicht werden.

Erfahren Sie mehr über Airset-Gießen

• Erste Schritte mit Airset Casting (Blogpost)
• Airset-Gießmöglichkeiten bei Eagle Alloy, Inc.

Druckguss

Druckguss ist ein weiteres Gießverfahren, bei dem wiederverwendbare Formen verwendet werden. Im Gegensatz zum Kokillenguss wird beim Druckguss durch Hochdruckinjektion der Formhohlraum schnell und vollständig gefüllt. Der Druckguss kann hervorragende Gussparameter bieten, aber die Anlaufkosten beschränken seine Verwendung oft auf Serien mit hohen Stückzahlen.

Erfahren Sie mehr über Druckguss

• Was ist der Druckgussprozess? (Video)

Metallguss:ein moderner Herstellungsprozess mit alten Wurzeln

Heute ist der Metallguss eine 33-Milliarden-Dollar-Industrie, die allein in den USA fast 200.000 Arbeitsplätze bietet. Gussteile werden in 90 Prozent langlebiger Güter verwendet, von Baumaschinen bis hin zu medizinischen Geräten. Laut der American Foundry Society „sind die meisten Menschen selten mehr als 10 Fuß von einem Guss entfernt.“ Neue Technologien und verbesserte Prozesse machen Metallguss besser und komplexer als je zuvor, was bedeutet, dass Gießereien in neue Märkte expandieren können, was die Verbreitung der Metallgussindustrie weiter erhöht.

Gießereien arbeiten regelmäßig mit der US-Regierung und Universitäten zusammen, um sicherzustellen, dass die Gießereibranche von Spitzenforschung profitiert. Eine solche Partnerschaft mit dem US-Energieministerium hat bereits erfolgreich leichtere Gussteile entwickelt, Gussteile, die weniger Nachbearbeitung erfordern, und Gussteile, die eine breitere Palette von Legierungen verwenden.

Relativ neue Technologien wie der 3D-Druck können zusammen mit dem Metallguss verwendet werden, um Prototypen, Muster und sogar Formen schneller als zuvor zu erstellen. Interessenvertretungen arbeiten daran, diese Art von Technologie und andere, die dazu beitragen können, die Casting-Branche als Ganzes voranzubringen, breiter verfügbar zu machen. Die Steel Founders Society of America (SFSA) entwickelt derzeit eine Roboterzelle, die von Mitgliedsgießereien untersucht und übernommen werden kann. Ihr Ziel ist es, die Automatisierung branchenweit zu verbessern, wodurch es möglich wird, mehr Gießereiaufträge neu zu vergeben.

Unterdessen führt die American Foundry Society (AFS) an der Outreach-Front eine Vielzahl von Programmen durch, die darauf abzielen, sowohl die Öffentlichkeit als auch die US-Gesetzgeber über das Potenzial des Metallgusses aufzuklären. Von ihrer Partnerschaft mit der National Association of Manufacturers bei der Förderung des Manufacturing Day zu ihrem jährlichen Government Affairs Fly-in legt AFS großen Wert darauf, die nächste Generation von Casting-Profis vorzubereiten.

Nach einer langen Geschichte der Innovation steht der Metallguss immer noch an der Spitze der Fertigungstechnologie. Während das grundlegende Verfahren das gleiche bleibt wie das der ersten Metallgießer, hat sich das Gießen über seine bescheidenen Ursprünge hinaus entwickelt, um den Bedürfnissen moderner Verbraucher gerecht zu werden.

Erfahren Sie mehr über den Kauf von rohen und bearbeiteten Gussprodukten