Ein Leitfaden für Anfänger zum Metallgießen

Ein Überblick über den Metallguss in einer Gießerei

Unser Leben ist mit Metallgussprodukten gefüllt. Viele der Metallgegenstände, die wir für selbstverständlich halten – Eisenbahnräder, Anhängerkupplungen, Laternenpfähle, große Industrieanlagen und sogar Skulpturen – werden in einer Gießerei gegossen. Die schiere Anzahl unterschiedlicher Anwendungen für Gussmetall zeigt seine Vielseitigkeit:Metall kann mit minimaler Bearbeitung oder Schweißen zu langlebigen, komplexen Metallkomponenten gegossen werden, wodurch der Bedarf an teurer Arbeit verringert wird. Noch wichtiger ist, dass Metallgießereien zu einem bedeutenden Nutzer von recyceltem Altmetall geworden sind, indem sie veraltete Metallgegenstände nehmen und sie in nützliche Produkte umwandeln.

Was ist Metallguss?

Gießen ist ein Prozess, bei dem feste Metallformen (Gussteile) hergestellt werden, indem Hohlräume in Formen mit flüssigem Metall gefüllt und das Objekt dann abgekühlt werden. Die grundlegenden Schritte bei der Herstellung von Gussteilen sind Modellherstellung, Formen, Schmelzen und Gießen, Kühlen, Ausschütteln und Reinigen, Wärmebehandlung und Inspektion.

Musterherstellung

Gießtechnisch gesehen ist ein „Muster“ eine Nachbildung des zu gießenden Objekts, die zur Formung des Formhohlraums verwendet wird. Sie können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, darunter Holz, Metall oder Kunststoff. Musterherstellung ist der Prozess zur Herstellung dieser Muster. Da das Modell die Gussform bestimmt, kann ein Guss nicht besser sein als das Modell, nach dem es hergestellt wurde. Um einen hochwertigen Guss herzustellen, ist es wichtig, dass das Modell sorgfältig entworfen, konstruiert und fertiggestellt wird.

Die Hauptfunktionen eines Musters sind:

• formen Sie den Formhohlraum
• den Eigenschaften des Metallgusses Rechnung tragen
• Geben Sie genaue Abmessungen an
• bieten ein Mittel zum Zuführen von flüssigem Metall in die Form (das Angusssystem)

Während es sich verfestigt, neigt Metall dazu, zu schrumpfen und/oder sich zu verformen (je nach Metallguss unterschiedlich stark). Das Muster ist mit eingebauten Schrumpfungs- und Verzerrungstoleranzen zum Ausgleich entworfen. Es muss auch mit einer Verjüngung in den vertikalen Wänden gebaut werden, die als Formschräge bezeichnet wird, was notwendig ist, um das Muster zu extrahieren, ohne die Formwände zu stören.

Hohle Gussteile können mithilfe eines Kerns hergestellt werden – ein zusätzliches Stück Sand oder Metall, das die inneren Löcher und Durchgänge eines Gussteils formt. Jeder Kern wird in der Form positioniert, bevor das geschmolzene Metall gegossen wird. Um jeden Kern an Ort und Stelle zu halten, hat das Muster Vertiefungen, sogenannte Kerndrucke, in denen der Kern verankert werden kann.

Formen

Gießen ist der Prozess der Vorbereitung einer Form zur Aufnahme von geschmolzenem Metall. Es gibt zwei verschiedene Arten von Formprozessen:Wiederverwendbare und nicht wiederverwendbare.

Wie der Name schon sagt, können wiederverwendbare Formen wiederholt verwendet werden. Der Gießprozess bricht die Form während des Erstarrungs- und Abkühlprozesses des Metalls nicht auf. Wiederverwendbare Formen werden normalerweise aus Metall hergestellt.

Im Gegensatz dazu sind Einwegformen temporäre Gegenstände, die während des Erstarrungs- und Abkühlprozesses des Metalls zerstört werden. Das am weitesten verbreitete nicht wiederverwendbare Formverfahren ist der Sandguss, ein Verfahren, bei dem speziell behandelter Sand („grüner“ Sand) um das Modell gerammt und in eine Halterung (Kolben) gegeben wird. Das Modell wird dann entfernt, Kerne werden eingesetzt und das Angusssystem wird eingerichtet, um geschmolzenes Metall in die Form zu leiten.

Jede dieser allgemeinen Formenverfahrenskategorien hat viele spezialisierte Untertypen, die für verschiedene Gussmetalle und verschiedene Ebenen der Musterkomplexität optimiert sind. Zu diesen Verfahren gehören Slush-Casting, Druckguss, Maskenformen und Feinguss.

Schmelzen &Gießen

Es gibt zwei Kategorien von Metallen, aus denen Gussteile hergestellt werden:Eisen (Metalle, die Eisen enthalten) und Nichteisen (Metalle, die kein Eisen enthalten). Zu den Eisenlegierungen gehören Stahl, Temperguss und Grauguss. Die beim Gießen am häufigsten verwendeten Nichteisenlegierungen sind Aluminium und Kupfer, jedoch werden manchmal Legierungen auf Magnesium-, Nickel- und Titanbasis für spezielle Anwendungen verwendet.

Die zu schmelzenden und zu gießenden Metalle – normalerweise eine Mischung aus recyceltem Schrott und Legierungsmetallen – werden geladen, um den Ofen zu „füllen“. Im Ofen wird das Metall extrem hohen Temperaturen ausgesetzt, bis der Schmelzpunkt (oft über 1370 °C) erreicht ist. Spezialöfen sind notwendig, um solch hohe Temperaturen zu erreichen.

Die beiden vorherrschenden Arten von Schmelzöfen, die von Gießereien verwendet werden, sind Lichtbogen und Induktion.

Der Elektrolichtbogenofen arbeitet als Chargenschmelzverfahren und erzeugt Chargen von geschmolzenem Metall, die als "Schmelzen" bekannt sind. Das Metall wird geschmolzen, indem dem Ofeninneren über Graphitelektroden elektrische Energie zugeführt wird. Zusätzliche chemische Energie liefern Oxy-Fuel-Brenner und Sauerstofflanzen. Sauerstoff wird eingeblasen, um Verunreinigungen und andere gelöste Gase während des Schmelzprozesses zu entfernen. Wenn das Metall schmilzt, bildet sich Schlacke und schwimmt oben auf dem geschmolzenen Metall; die Schlacke, die oft unerwünschte Verunreinigungen enthält, wird vor dem Abstich entfernt (der Vorgang des Entfernens von Metall aus dem Ofen).

Ein Induktionsofen überträgt elektrische Energie durch Induktion – eine elektrische Hochspannungsquelle von einer Primärspule induziert eine niedrige Spannung, einen hohen Strom in der Stahlcharge oder Sekundärspule. Induktionsöfen sind in der Lage, eine Vielzahl von Metallen mit minimalem Schmelzverlust zu schmelzen und zu legieren, sind jedoch in Bezug auf die Metallveredelung weniger leistungsfähig als Lichtbogenöfen.

Aufgrund ihrer jeweiligen Stärken und Schwächen werden Lichtbogenöfen häufiger zum Schmelzen von Eisenmetallen eingesetzt, während Induktionsöfen bei Nichteisenanwendungen dominieren.

Verfestigung, Auswurf und Reinigung

Schmelztiegel, Roboterarme und schwerkraftinduzierte Gießmaschinen werden verwendet, um geschmolzenes Metall von einem Ort zum anderen zu transportieren. Erfahrene Metallarbeiter gießen auch geschmolzenes Metall mit Pfannen. Geschmolzenes Metall wird durch ein System von Toren und Steigleitungen in die Form gegossen; das Metall kühlt ab und erstarrt, nimmt dauerhaft die Form des Forminneren (Hohlraum) an, es nimmt es ein. Das Gussteil wird dann aus der Form ausgeworfen oder durch Ausschütteln aus einer Sandform entfernt.

Die Anschnitte und Speiser, die geschmolzenes Metall in das Forminnere liefern, füllen sich dabei ebenfalls mit geschmolzenem Metall. Das Metall in der Form verfestigt sich zusammen mit dem Metall im Anguss- und Speisersystem und bildet ein einziges Stück. Unmittelbar nach dem Auswerfen/Ausschütteln ist Metall vom Anschnitt- und Reitersystem immer noch am Hauptgusskörper befestigt. Dieses überschüssige Metall wird im Reinigungsprozess entfernt (üblicherweise werden ein Spanhammer oder eine Bandsäge verwendet). Eine Mischung aus Taumeltrommeln, Luftstrahleinheiten und Hochdruckreinigern wird verwendet, um verbleibenden Sand oder Zunder zu entfernen.

Der resultierende Guss sollte in Form und Proportion mit dem Originalmuster identisch sein, obwohl er aufgrund von Metallschrumpfung etwas kleiner sein kann.

Wärmebehandlung und Inspektion

Einige Gussteile werden in anspruchsvollen industriellen Anwendungen eingesetzt:Sie müssen möglicherweise ihre exakte Form bei Gefriertemperaturen beibehalten, Korrosion in einer feuchten Umgebung widerstehen oder einem immensen Gewicht standhalten. Eine Wärmebehandlung wird verwendet, um die physikalischen Eigenschaften von Metall auf die erforderlichen Spezifikationen zu ändern.

Die Wärmebehandlung beinhaltet die Verwendung von Erhitzen und Abkühlen, oft auf extreme Temperaturen, um Spannungen in einem Gussteil zu reduzieren und/oder die physikalischen Eigenschaften des Metalls zu modifizieren. Die Temperatur muss präzise kontrolliert werden, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erreichen.

Bevor ein Produktionslauf von Gussteilen als abgeschlossen angesehen werden kann, werden seine physikalischen Eigenschaften und seine strukturelle Integrität getestet. Prüfverfahren, die die Zerstörung des zu prüfenden Gussteils erfordern, werden als zerstörende Prüfungen bezeichnet, während solche, die das Gussteil nicht beschädigen, als zerstörungsfrei kategorisiert werden.

Die eingesetzten Prüfmethoden hängen davon ab, wie anspruchsvoll die Vorgaben sind. Bei manchen rein ästhetischen Produkten ist nur eine kurze Sichtprüfung auf Maßhaltigkeit, Risse und Oberflächenbeschaffenheit erforderlich. Wenn das Gussteil andererseits in industrieller Kapazität eingesetzt werden soll, können alle seine physikalischen Eigenschaften (Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, Dehnung, Schlagfestigkeit, Härte usw.) umfassend getestet werden.

Lebensdauer und Recycling

Nachdem ein Gussteil die Inspektion bestanden hat, wird es versandt, verkauft und in Betrieb genommen. Gussmetallprodukte, insbesondere solche, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, sind langlebig. Ihre Lebensdauer kann je nach Metalllegierung und Anwendung einige Monate bis mehrere Jahrzehnte betragen. Ist die Lebensdauer eines Gussteils beendet, beginnt der Kreislauf von neuem. Es wird von einem Schrottplatz gesammelt, recycelt und in ein neues Objekt umgeformt.

Möchten Sie mehr über die kundenspezifische Metallgussproduktion erfahren? Ein tieferes Verständnis des Metallgussverfahrens und wie Sie Ihre Bedürfnisse einer Produktionsgießerei mitteilen können, trägt dazu bei, dass Ihr Gussprojekt erfolgreich ist.

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