Gießen erklärt: Umfassender Leitfaden zu Gussverfahren in der Metallverarbeitung

Gießen ist ein Fertigungsverfahren, das seit der Antike angewendet wird. Noch heute ist „Gießen“ für viele Hersteller die bevorzugte Methode zur Herstellung vielfältiger Bauteile. Lassen Sie uns zunächst den Begriff definieren.

Allgemeiner Gießprozess

1. Metall wird erhitzt, bis es flüssig ist.
2. Die Schmelze wird in Formen (Kokillen/Sandformen) gegossen, um gewünschte Form und Größe zu erhalten.
3. Das flüssige Metall kühlt in der Form ab und erstarrt.
4. Nach dem Erstarren wird das Bauteil aus der Form entnommen, gereinigt und gegebenenfalls nachbearbeitet (zerspanen, schleifen, wärmebehandeln).

Das aus der Form entnommene, erstarrte Bauteil heißt Gussstück (oder kurz Guss). Die Fertigungsstätte nennt man Gießerei.

Arten von Gießereien

1. Lohngießerei (Jobbing Foundry): Unabhängige Fertigungsbetriebe, die Gussstücke auftragsbasiert für Kunden herstellen.
2. Werkseigene Gießerei (Captive Foundry): Gehört exklusiv einem Unternehmen (meist Großkonzerne), deckt den internen Bedarf an Gussstücken ab. Ist organisatorisch in den Fertigungsprozess des Mutterkonzerns eingebunden.

Detaillierter Gießprozessablauf

1. Modellbau (Modellmaterial: Holz, Metall, Kunststoff)
2. Formenbau und Kernherstellung mit den Modellen
3. Form zusammensetzen, Kerne einlegen, Form schließen und spannen
4. Metall/Legierung schmelzen
5. Schmelze in die Form gießen
6. Abkühlen und Erstarren lassen; Form öffnen und Gussstück entnehmen („Ausschlagen“)
7. Gussstück reinigen und nachbearbeiten
8. Prüfung und Inspektion
9. Fehler beseitigen, falls möglich und wirtschaftlich (Instandsetzen)
10. Spannungsarmglühen (Wärmebehandlung)
11. Endprüfung
12. Gussstück ist einsatzbereit

Modellbau

Der Gießprozess beginnt mit dem Modellbau. Modelle sind Nachbildungen des gewünschten Gussstücks, jedoch mit allen notwendigen Zuschlägen (Zugaben) versehen:

• Schwindungszuschlag: Metalle ziehen beim Erstarren zusammen → Modell muss größer sein.
• Bearbeitungszuschlag: Materialabtrag bei der Nachbearbeitung wird kompensiert.
• Weitere Zuschläge: Formschrägen, Kernmarken, Verformungszuschläge etc.

Modellmaterialien:

• Kleinserien/Einzelfertigung: Holz (Weißkiefer, Mahagoni, Ahorn, Birne, Kirsche) – leicht, günstig, gut bearbeitbar. Alternativ Kunststoffmodelle.
• Großserien: Metalle (Messing, Aluminium, Weißmetall, Gusseisen) – verschleißfest, formstabil, hohe Standzeiten, gute Oberflächen, korrosionsbeständig (außer Eisenwerkstoffe).

Modellarten

1. Einteiliges Modell
2. Geteiltes Modell (Zweiteiliges Modell)
3. Gussystem-Modell (mit Angusskanälen)
4. Ober- und Unterkasten-Modell (Kastenmodell)
5. Schleifmodell (für rotationssymmetrische Teile)
6. Gerüstmodell (für große, hohle Bauteile)

Formenbau (Sandformen)

Das am weitesten verbreitete Verfahren ist das Sandformen. Sandformen sind „verlorene Formen“ – sie werden zum Entnehmen des Gussstücks zerstört. Der Formstoff (Quarzsand) wird mit Bindemitteln (Bentonit, Furanharze, Wasserglas etc.), Zusätzen und Wasser vermischt, um die Formfestigkeit zu gewährleisten.

Der Formkasten besteht aus zwei Teilen:

• Oberkasten (Kope)
• Unterkasten (Drag)

Nach dem Aushärten wird das Modell entnommen → Hohlraum für die Schmelze entsteht.

Sandformarten:

1. Grünsandform (tongebunden, feucht)
2. Trockensandform (getrocknet/gebacken)
3. Lehmsandform
4. CO₂-Form (Wasserglas + CO₂-Härtung) etc.

Formaufbau und Gussystem

Eine funktionsfähige Gussform enthält folgende Elemente:

• Kern: Aus Sand, Holz oder Metall – bildet innere Hohlräume (Bohrungen, Kammern) im Gussstück. Wird vor dem Schließen in die Formhöhle gelegt.
• Anschnitt (Pouring Basin): Auffangbehälter am oberen Ende des Angusses (im Oberkasten), nimmt den Schmelzstrahl aus der Gießpfanne auf.
• Anguss (Sprue): Vertikaler Kanal, verbindet Anschnitt mit Angussverteilern. Leicht konisch nach unten → abnehmender Querschnitt kompensiert Geschwindigkeitszunahme, verhindert Turbulenzen und Lufteinschlüsse.
• Angussboden / Angussbrunnen: Beruhigungszone am unteren Angussende, verhindert Sanderosion, baut Geschwindigkeit ab.
• Angussverteiler (Runner): Horizontaler Kanal, fängt Schlacke ab, verbindet Angussboden mit den Einläufen.
• Einläufe (Gates): Kanäle, durch die die Schmelze direkt in die Formhöhle strömt.
• Speiser (Risers / Feed Heads): Schmelzevorräte, die das Gussstück während der Erstarrung nachspeisen → verhindern Schwindungslunker.