10 wesentliche Gussmodell-Typen für optimale Metallproduktion

Gießen ist ein sehr gängiger Fertigungsprozess zur Herstellung von Metallteilen. Es werden Formen (Gussmodelle) erstellt, in die der Hersteller das flüssige Metall gießt, und die Metallteile sind nach dem Abkühlen des geformten Metalls fertig.

Während des Gießprozesses ist das Gussmodell entscheidend wegen seiner Auswirkung auf die Endprodukte. Gießereien sollten das Gussmodell-Design vollständig nach den Endprodukten ausrichten. Nach dem Gießen fallen hohe Änderungs kosten an.

Was ist ein Modell im Gießen?

Im Gießen ist ein Modell ein Abbild des zu gießenden Objekts, das zur Vorbereitung der Kavität dient, in die das flüssige Material während des Gießprozesses gegossen wird.

Modelle für Sandguss können aus Holz, Metall, Kunststoff oder anderen Materialien bestehen. Modelle werden nach strengen Konstruktionsstandards gefertigt, damit sie je nach Qualitätsgrad eine angemessene Lebensdauer haben und wiederholbar maßhaltige Gussteile liefern.

Die Modellherstellung (Patternmaking) ist ein Handwerksberuf, verwandt mit Werkzeug- und Formenbau, aber auch Elemente feiner Holzbearbeitung einbeziehend.

Modellbauer erlernen ihre Fähigkeiten durch Lehrjahre und Fachschulen über viele Jahre Erfahrung. Obwohl ein Ingenieur beim Design helfen mag, führt meist der Modellbauer das Design aus.

Materialien für Gussmodelle

Ihre Gussmodellmaterialien sollten diese Eigenschaften haben:

• Niedrige Kosten und geringes Gewicht: Erleichtert die Balance zwischen Kosten und Ertrag.
• Wasserbeständigkeit: Schützt das Gussmodell vor Rost. Modelle mit solchen Materialien haben lange Lebensdauer und produzieren hochwertige Modelle.
• Langlebigkeit: Langlebiges Material bietet lange Lebensdauer des Gussmodells. Die Haltbarkeit des Materials sollte vor der Wahl berücksichtigt werden.
• Vielseitigkeit: Verschiedene Industrien benötigen Gussmodelle, daher ist Vielseitigkeit des Materials wichtig. Stellt sicher, dass das Modell in vielen Branchen einsetzbar und leichter reparierbar ist.

Gussmodell-Zuschläge (Allowances)

Weitere Faktoren wie Modelltyp und Gussmetalleigenschaften müssen berücksichtigt werden. Daher gibt es einige Gussmodell-Zuschläge, auf die Sie bei der Modellherstellung achten sollten.

• Entformschräge (Draft Allowances): Erzeugen einen Konus für das Entfernen des Modells ohne Verzug. Der genaue Winkel hängt von Formtyp, Oberfläche und Modellkomplexität ab.
• Schwindungszuschlag (Shrinkage Allowance): Meist ist das Modell größer als die Form, da die meisten Metalle beim Abkühlen schrumpfen. Der Schwindungszuschlag kompensiert das Abkühlschwindungsmaß des Metalls; der genaue Parameter hängt vom Metall ab.
• Verzugszuschlag (Distortion Allowance): Modelle haben ein spezielles Design zur Vermeidung erwarteter Abkühlverzüge. Dies nennen wir Verzugszuschlag.
• Bearbeitungszuschlag (Machining Allowance): Übermaß in der Endbearbeitung zur Kompensation von Materialverlust.

Guss vs. Modell

Der Hauptunterschied: Ein Modell ist ein Werkzeug, Gießen ist ein Prozess.

• Gießen: Prozess, bei dem Hersteller flüssiges Metall in eine Form gießen, wo es abkühlt und erstarrt. Die endgültige Produktform wird durch die Formhöhle bestimmt, während die Formform berücksichtigt werden muss – hier kommt das Modell ins Spiel.
• Modell: Bevor Sie eine Form herstellen, müssen Sie zuerst ein Modell entwerfen. Das Modell ist die Primärform der Form und schließlich formt sich das Produkt nach dem Modell.

Modelltypen im Gießen

Wie besprochen, hängen Gussobjekte stark vom Modell ab. Je nach Form und Größe des Gusses und Kavitätsherstellungsmethode kann das Modell wie folgt klassifiziert werden:

• Einstückmodell (Single piece pattern)
• Teilmodell (Split pattern)
• Angussmodell (Gated pattern)
• Mehrteilmodell (Multi piece pattern)
• Gegenplattenmodell (Match plate pattern)
• Skelettmodell (Skeleton pattern)
• Schwenkmodell (Sweep pattern)
• Lose-Teile-Modell (Loose piece pattern)
• Ober- und Unterkastenmodell (Cope and drag pattern)
• Schalenmodell (Shell pattern)

1. Einstückmodell (Single Piece Pattern)

Auch Massivmodell (Solid Pattern) genannt, ist das kostengünstigste Gussmodell. Sehr geeignet für einfache Prozesse, Kleinserienfertigung und große Gießereien, da dieser Modelltyp den Gussprozess auf einfache Formen, flache Oberflächen wie einfache Quader beschränkt. Eine flache Ebene dient als Trennebene.

Simplster Modelltyp, exakt wie der gewünschte Guss. Für die Formherstellung wird das Modell entweder in Ober- oder Unterkasten untergebracht. Für wenige große Gussteile verwendet, z. B. Stopfbuchse einer Dampfmaschine.

2. Teilmodell (Split Pattern)

Zweiteiliges Modell (Two-piece pattern) ist ein gängiges Gussmodell für komplexe Güsse. Hat Trennebenen, die flach oder unregelmäßig sein können; die genaue Position der Ebene wird durch die Gussform bestimmt.

Es gibt zwei Teilmodell-Hälften. Ein Teil wird im Unterkasten (Drag) geformt, das andere im Oberkasten (Cope). Der Oberkastenteil hat immer Passstifte (Dowel Pins), mit denen die beiden Hälften ausgerichtet werden.

3. Mehrteilmodell (Multi Piece Pattern)

Gute Lösung für komplexe Designs, die schwer herstellbar sind. Umfasst 3 oder mehr Modelle, die beim Formenbau helfen.

Beispiel Dreiteilmodell: Aus Oberteil (Cope), Unterteil (Drag) und Mittelteilen (Cheeks/Checkboxes) bestehend.

4. Gegenplattenmodell (Match Plate Pattern)

Ein Teilmodell mit Ober- und Unterkastenanteilen, die auf gegenüberliegenden Seiten einer Platte (meist metallisch) montiert sind, der „Gegenplatte“, die der Trennflächenkontur entspricht.

Angusskanäle und -verteiler sind ebenfalls auf der Gegenplatte montiert, sodass kaum Handarbeit nötig ist. Dies ergibt höhere Produktivität. Für große Stückzahlen verwendet.

5. Angussmodell (Gate Pattern)

Ein oder mehrere Losmodelle mit angebrachten Angusskanälen und -verteilern. Wegen höherer Kosten für Kleingussteile in Massenfertigung und Formmaschinen verwendet.

Angussmodell kann aus einem oder mehreren Modellen zu einem Formmodell bestehen. Für Formen konzipiert, die mehrere Komponenten in einem Gussprozess herstellen. Angüsse verbinden die verschiedenen Modelle, Verteiler schaffen Flusswege für das flüssige Material. Sind Angüsse und Verteiler bereits angebracht, sind die Modelle lose. Teurer Modelltyp, meist für Kleinguss verwendet.

6. Skelettmodell (Skeleton Pattern)

Für große Güsse mit einfachen geometrischen Formen verwendet. Wie Schwenkmodelle sind dies einfache Holzrahmen, die die Form des zu gießenden Teils umreißen und dem Formenbauer als Leitfaden beim manuellen Formen der Form dienen. Auch in Gruben- oder Bodenformprozessen verwendet.

Dieser Modelltyp ist teuer und nicht vielseitig. Nicht die beste ökonomische Wahl, aber sehr effizient bei der Entfernung von Überschuss-Sand. Wenn Sie dieses Modell nutzen, sollten Sie die Holzrahmen beim Gießen hervorheben. Weit verbreitet in Gruben- oder Bodenschweißindustrie.

7. Schwenkmodell (Sweep Pattern)

Ein Schwenk (Sweep) ist ein Querschnitt oder Brett (Holz) mit passendem Kontur, das um eine Kante rotiert, um Formhöhlen mit Rotationssymmetrie zu formen. Verwendet, wenn ein großer Guss in kurzer Zeit produziert werden soll. Große Gusseisenkessel werden mit Schwenkmodellen hergestellt.

Dieser Modelltyp schafft eine Kavität in vertikaler Richtung, Basis mit Sand befestigt, und erzeugt Guss in sehr kurzer Zeit. Besteht aus drei Teilen: Spindel, Basis und Schwenk (Holzbrett).

8. Lose-Teile-Modell (Loose Piece Pattern)

Wenn ein einteiliges Massivmodell Vorsprünge oder Hinterschnitte hat, die über oder unter der Trennebene liegen, ist ein Entformen unmöglich. Bei solchen Modellen werden die Vorsprünge mit losen Stücken hergestellt. Nachteil: Verschiebung der losen Stücke während des Verdichtens (Ramming) möglich.

Dieser Modelltyp erfordert zusätzliche qualifizierte Handarbeit, daher teuer im Guss.

9. Ober- und Unterkastenmodell (Cope and Drag Pattern)

Ein Teilmodell mit Ober- und Unterkastenanteilen, jeweils auf separaten Gegenplatten montiert. Verwendet, wenn bei der Produktion großer Güsse die vollständigen Formen zu schwer und unhandlich für einen einzelnen Arbeiter sind.

Dieser Modelltyp ähnelt dem zweiteiligen Modell und wird meist für große Güsse verwendet.

10. Schalenmodell (Shell Pattern)

Gute Wahl für hohlgeformte Strukturen. Teilt sich entlang der Mitte und dowelt die resultierenden Hälften.

Fazit

Während des Gießprozesses sind Gussmodelle entscheidend, da sie die Gussformen und die Gussqualität bestimmen. Vor der Modellwahl sollten Sie Faktoren wie Größe, Form Ihrer Gussprodukte berücksichtigen und das beste Modell für Ihr Gussgeschäft wählen.