Sandformen verstehen: Definitionen, Typen und Guss-Grundlagen

Definition von Sandformen

Eine Sandform ist ein vorgeformter Sandbehälter, in den flüssiges Metall gegossen wird und erstarrt. Nach dem Erstarren wird das Gussstück entnommen, die Form dabei zerstört. Befüllung erfolgt durch Angussöffnung oben, Schwerkraftguss durch Angusskanäle zu allen Formbereichen.

Kleine/mittlere Gussstücke in Flaschen (Flasks) – quaderförmige, offene Rahmen (2- oder 3-teilig, passbolzenausgerichtet). Vor dem Gießen muss die Flasche gespannt werden (Auftrieb der Schmelze verhindert Kopenanheben).

Klassifikation der Sandformen

Grünsand-Formverfahren

• Offenes Sandverfahren: Ganze Form in Foundry-Boden oder Sandbett. Für einfache, flachobenige Massivgussstücke. Kein Kasten, offene Oberseite.
• Eingebettetes Verfahren (Bedded-in): Kope nötig, wenn Oberseite nicht flach. Modell in Drag eingehämmert, Kope aufgesetzt/gerammt, dann entformt.
• Umdrehverfahren (Turn-Over): Standard für ein- und mehrteilige Modelle. Eine Modellhälfte auf Formbrett, Drag rammen, umdrehen; Cope auf andere Hälfte, rammen, umdrehen; beide Hälften entformen, zusammenfügen.

Speisung in Sandformen (Feeding)

Kritisch für fehlerfreie Gussstücke, besonders bei komplexen Geometrien. Langsame Wärmeabfuhr aus großen Massen → geringe Temperaturgradienten → Schwierigkeiten bei gerichteter Erstarrung zum Speiser hin.

• Kurzes Erstarrungsintervall (Legierungen) → einfache gerichtete Erstarrung.
• Weites Erstarrungsintervall → schwierig.
• Speiser/Riser an dicken, isolierten Zonen platzieren, Temperaturgradienten künstlich erzeugen (Chills, Isolierpads, Verjüngungen).
• Schwindlunker drohen an T-/Kreuzungen (großes Volumen, kleine Wärmeabfuhrfläche). Lösungen: Rippen versetzen, Kernloch in Kreuzmitte, kreisförmige Stege statt gerader Rippen.
• Letzte erstarrende Zone muss vom Speiser gespeist werden.

Wissenschaftliche/empirische Regeln

Wärmeübergangsansatz (√t-Gesetz)

Dicke der erstarrten Schale δ ∝ √t.

Chvorinov-Regel

Erstarrzeit tₛ = C · (V/A)². Für gleiche Randbedingungen: tₛ ∝ (V/A)². → Speiser muss größeres (V/A) als Gussstück haben.

Bei gleichem Volumen steigt Erstarrzeit mit abnehmender Oberfläche: Platte < Stab < Quader < Kurzzylinder < Kugel. Kugel theoretisch optimal, aber formtechnisch unpraktisch → Kurzzylinder (konisch für Entformung) als Speiserform.