Optimierung von Modellzugaben für maßgenaue Metallgussstücke

Einleitung

Modellzugaben sichern die Endmaße eines Gussstücks. Sie hängen von Bauteilgeometrie, Formdesign, Schwindverhalten der Legierung und Prozessparametern ab. Exakte mathematische Vorhersage ist schwierig; erfahrungsbasierte Iteration (Versuch und Irrtum) bleibt praxisentscheidend.

1. Schwindzugabe (Shrinkage Allowance)

Metalle kontrahieren beim Abkühlen in drei Stufen:

1. Flüssige Phase: Gießtemperatur → Erstarrungstemperatur
2. Phasenübergang: Flüssig → Fest (Volumenschwindung)
3. Fester Zustand: Erstarrungstemperatur → Raumtemperatur

Nur Stufe 3 wird über die Modellzugabe kompensiert: ΔL = αₗ · L · (θ_f – θ₀). Typische Werte (mm/m): Grauguss 7–10,5, Weißguss 21, Temperguss 15, Stahl 20, Messing 14, Al 18, Al-Leg. 13–16, Bronze 10,5–21, Mg 18. Einflussfaktoren: Bauteildicke, Gießtemperatur, Formwiderstand, Kernausführung, Formmaterial. Bei Metallmodellen (Nachguss von Urmodellen) → doppelte Schwindzugabe.

2. Entformschräge (Draft Allowance)

Konizität an senkrechten Modellflächen (parallel zur Entformrichtung) erleichtert Entformen ohne Formschaden. Höhe: Außenflächen 10–20 mm/m, Innenbohrungen (klein) ~30 mm/m. Bei Grünsandformen benötigen Innenflächen mehr Schräge als Außenflächen. Maschinenformung erfordert minimalere Schrägen.

3. Bearbeitungszugabe (Finishing / Machining Allowance)

Zusatzmaterial für spanende Nachbearbeitung (Drehen, Bohren, Schleifen). Allgemein: 3 mm (Stahl), 1,5 mm (NE-Metalle). Einflussfaktoren: Bearbeitungsverfahren, Werkstoff (härtbar, zäh), Gussverfahren (Zentrifugalguss → mehr Zugabe innen), Bauteilgröße/-form (Verzugsneigung, Oberflächenqualität), geforderte Endgüte. Bearbeitete Flächen möglichst in den Unterkasten (Drag) legen; im Oberkasten (Cope) zusätzliche Zugabe vorsehen.

4. Verzugszugabe (Distortion / Camber Allowance)

Nur bei asymmetrischen Formen (U-Profile, große Platten), die beim Abkühlen durch ungleichmäßige Schwindung verziehen. Beispiel: U-Profil → Schenkel divergieren statt parallel. Modell wird gegensätzlich vorverformt (Schenkel konvergent). Höhe rein erfahrungsbasiert (Modellbauerurteil).

5. Klopfzugabe (Rapping / Shaking Allowance)

Beim Lockern (Klopfen) des Modells vor dem Entnehmen weitet sich die Formhöhle leicht. Bei Normalgrößen vernachlässigbar; bei Großgussstücken oder passgenauen, unbearbeiteten Teilen: Modell leicht kleiner fertigen (negativ zur Schwindzugabe).