Umfassender Leitfaden zu Gussverfahren: Techniken & Anwendungen

Klassifizierung der Gussverfahren

• Sandguss
• Schalenformguss (Shell Mold Casting)
• Feinguss (Investment Casting)
• Druckguss (Die Casting)
• Niederdruckguss
• Zentrifugalguss
• Schwerkraftguss (Gravity Casting)
• Vakuumguss
• Pressguss (Squeeze Casting)
• Vollformguss / Lost Foam Casting
• Strangguss (Continual Casting)

Sandguss

Gussverfahren zur Herstellung von Gussstücken in Sandformen. Stahl, Eisen und die meisten NE-Legierungen lassen sich im Sandguss fertigen.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

1. Geeignet für Rohlinge mit komplexer Form, insbesondere komplexen Innenräumen;
2. Breite Anpassungsfähigkeit und niedrige Kosten;
3. Für schlecht plastische Werkstoffe wie Gusseisen ist Sandguss oft das einzige Formgebungsverfahren.

Anwendung:

Motorblöcke, Zylinderköpfe, Kurbelwellen im Automobilbau.

Schalenformguss (Shell Mold Casting)

Verbrauchbare Formgussverfahren: Schmelze wird in eine Einwegform gegossen. Harzbeschichteter Sand wird auf eine beheizte, wiederverwendbare Metallform aufgebracht, härtet zu einer dünnen Formschale aus, die anschliessend weiter erhitzt und ausgehärtet wird, um ausreichende Festigkeit zu erreichen. Nach dem Zusammenfügen von Ober- und Unterschale (geklemmt oder harzverklebt) entsteht die Einwegform.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Automatisierte Grossserienfertigung möglich;
2. Gute Oberflächenqualität und Massgenauigkeit reduzieren Nachbearbeitungskosten;
3. Grosse Teile und komplexe Formen realisierbar;
4. Niedrige Formkosten, wenig Abfall.

Nachteile:

1. Das verwendete Harz ist teuer;
2. Die wiederverwendbare Metallform muss präzise bearbeitet werden (hohe Kosten);
3. Reizgase entstehen beim Giessen;
4. Geringe Festigkeit, hohe Porosität der Gussstücke.

Anwendung:

Kleine bis mittlere Legierungsgussteile in Grossserie mit hoher Massgenauigkeit, dünnen Wänden und komplexer Form: Zylinderköpfe, Pleuel, Krümmer etc.

Feinguss (Investment Casting)

Gussverfahren, bei dem ein schmelzbares Modell (Wachs) mit mehreren Schichten feuerfestem Material überzogen wird, um eine Formschale zu bilden. Das Modell wird ausgeschmolzen, sodass eine trennflächenfreie Form entsteht, die nach dem Brennen mit Sand gefüllt und gegossen wird. Auch als „Lost Wax Casting“ bekannt.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Hohe Mass- und Formgenauigkeit;
2. Feine Oberflächenrauheit;
3. Komplexe Gussteile giessbar, Legierung uneingeschränkt.

Nachteile:

Komplexer Prozess, hohe Kosten.

Anwendung:

Kleine, komplexe, hochpräzise Teile oder schwer zerspanbare Bauteile, z. B. Turbinenschaufeln.

Druckguss (Die Casting)

Hochdruck presst die Schmelze mit hoher Geschwindigkeit in eine präzise Metallform (Kokille), wo sie unter Druck abkühlt und erstarrt.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Schmelze unter hohem Druck und hoher Fliessgeschwindigkeit;
2. Hohe Produktqualität, stabile Masse, gute Austauschbarkeit;
3. Hohe Produktionseffizienz, lange Standzeit der Druckgussform;
4. Wirtschaftlich bei Grossserie.

Nachteile:

1. Neigung zu Mikroporositäten und Schwindlunkern;
2. Nicht für Schlag- und Vibrationsbelastung geeignet (geringe Duktilität);
3. Hochschmelzende Legierungen verkürzen Formenstandzeit und begrenzen Druckgussausweitung.

Anwendung:

Ursprünglich Automobil- und Instrumentenindustrie, heute auch Landmaschinen, Werkzeugmaschinen, Elektronik, Verteidigung, Computer, Medizintechnik, Uhren, Kameras, Beschläge etc.

Niederdruckguss (Low Pressure Casting)

Formfüllung mit Schmelze unter niedrigem Druck (0,02–0,06 MPa) und Kristallisation unter Druck.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

1. Druck und Geschwindigkeit einstellbar, anwendbar auf verschiedene Formen (Metall, Sand) und Legierungen;
2. Bodenfüllung: ruhiges Füllen ohne Spritzer, vermeidet Gaseinschlüsse und Formanspülung, erhöht Ausbeute;
3. Kristallisation unter Druck: dichtes Gefüge, klare Konturen, glatte Oberfläche, hohe Festigkeit – vorteilhaft für grossflächige Dünnwandteile;
4. Kein Speiser nötig, Metallausnutzung 90–98 %;
5. Geringe körperliche Belastung, gute Arbeitsbedingungen, einfache Ausrüstung, leicht automatisierbar.

Anwendung:

Traditionelle Produkte: Zylinderköpfe, Radnaben, Zylinderrahmen etc.

Zentrifugalguss (Centrifugal Casting)

Schmelze wird in eine rotierende Form gegossen und füllt diese durch Zentrifugalkraft; Erstarrung unter Rotation.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Kaum Metallverlust durch Anguss- und Speisersystem, hohe Ausbeute;
2. Kein Kern bei Hohlguss nötig, stark verbesserte Metallfüllung bei langen Rohrgüssen;
3. Weniger Poren, Schlackeneinschlüsse, hohe Dichte und Festigkeit;
4. Einfache Herstellung von Zweistoff-Gussrohren und -büchsen.

Nachteile:

1. Einschränkungen bei Sonderformen;
2. Ungenaue Innendurchmesser, raue Innenoberfläche, grosser Bearbeitungszuschlag;
3. Dichtesegregation möglich.

Anwendung:

Ursprünglich Gussrohre. In Metallurgie, Bergbau, Transport, Entwässerung/Bewässerung, Luftfahrt, Verteidigung, Automobil: Gussrohre, Zylinderlaufbuchsen, Wellenbuchsen.

Schwerkraftguss (Gravity Casting)

Formfüllung durch Schwerkraft in eine Metallkokille, Abkühlung und Erstarrung in der Form.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Hohe Wärmeleitfähigkeit und -kapazität der Kokille, schnelle Abkühlung, dichtes Gefüge, mechanische Eigenschaften ~15 % über Sandguss;
2. Hohe Massgenauigkeit, niedrige Rauheit, stabile Qualität;
3. Keine/kaum Sandkerne nötig: Umweltschonung, weniger Staub/Schadgase, geringere Belastung.

Nachteile:

1. Kokille nicht gasdurchlässig: Entlüftungsmassnahmen für Kavitätengas und Kern-Gas nötig;
2. Kokille nicht verformbar: Rissgefahr bei Erstarrung;
3. Lange Formherstellung, hohe Kosten – wirtschaftlich nur bei Grossserie.

Anwendung:

Nicht nur NE-Legierungen (Al, Mg) in Grossserie mit komplexer Form, auch Eisen/Stahl-Gussteile und Barren.

Vakuumguss (Vacuum Casting)

Fortschrittliches Verfahren: Entgasung der Formhöhle während des Gusses reduziert Poren und Gelöstgase, verbessert mechanische Eigenschaften und Oberflächenqualität.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

Vorteile:

1. Poren eliminieren/reduzieren, mechanische Eigenschaften, Oberfläche und Beschichtbarkeit verbessern;
2. Geringerer Gegendruck: Legierungen mit niedrigem Spezifischdruck und schlechter Giessbarkeit giessbar, grosse Teile mit kleinen Maschinen;
3. Verbesserte Füllbedingungen ermöglichen dünnwandigere Gussteile.

Nachteile:

1. Höhere Kosten durch komplexe Formabdichtung, schwierige Herstellung/Montage;
2. Bei unsachgemässer Steuerung kaum Wirkung.

Pressguss (Squeeze Casting)

Erstarrung und Formgebung von flüssigem oder halbflüssigem Metall unter hohem Druck direkt zu Teilen/Rohlingen. Hohe Metallausnutzung, vereinfachter Prozess, stabile Qualität – energiesparende Umformtechnik mit Potenzial.

Prozessablauf:

Direktes Pressgiessen:

Beschichten, Giessen, Formschliessen, Pressen, Nachdruck, Entlasten, Formtrennen, Entnehmen, Zurücksetzen.

Indirektes Pressgiessen:

Beschichten, Formschliessen, Zudosieren, Füllen, Pressen, Nachdruck, Entlasten, Formtrennen, Entnehmen, Zurücksetzen.

Technische Merkmale:

1. Beseitigt innere Fehler (Porosität, Lunker, Schwindporosität);
2. Niedrige Rauheit, hohe Massgenauigkeit;
3. Verhindert Gussrisse;
4. Leicht mechanisier- und automatisierbar.

Anwendung:

Verschiedene Legierungen: Al, Zn, Cu, Gusseisen mit Kugelgrafit etc.

Vollformguss / Lost Foam Casting

Lost Foam Casting (Vollformguss):

Neuartiges Verfahren: Paraffin- oder Schaummodelle (konturnah zum Gussteil) werden zu Modellclustern verklebt. Nach Beschichten und Trocknen in trockenen Quarzsand eingebettet (Vibrationsformen), Giessen unter Unterdruck – Modell vergasert, Metall nimmt dessen Platz ein, erstarrt zum Gussteil.

Prozessablauf:

Vorschäumen → Schaumformen → Beschichten → Trocknen → Formen → Giessen → Sandabfall → Reinigen

Technische Merkmale:

1. Hohe Präzision, keine Sandkerne nötig, Bearbeitungszeit gespart;
2. Keine Trennfläche, flexibles Design, hohe Gestaltungsfreiheit;
3. Saubere Produktion ohne Verschmutzung;
4. Reduzierte Investitions- und Produktionskosten.

Anwendung:

Präzisionsgussteile aller Grössen mit komplexer Struktur, uneingeschränkte Legierungen und Losgrössen. Z. B. Grauguss-Motorblock, Hochmanganstahl-Bogen.

Strangguss (Continual Casting)

Fortschrittliches Verfahren: Schmelze wird kontinuierlich in eine spezielle Metallkokille (Kristallisator) gegossen. Der erstarrte Strang wird kontinuierlich am anderen Ende gezogen. Beliebige Längen oder feste Längen sind realisierbar.

Prozessablauf:

Technische Merkmale:

1. Feinkörniges, homogenes Gefüge, gute mechanische Eigenschaften durch rasche Abkühlung;
2. Metalleinsparung, hohe Ausbeute;
3. Vereinfachter Prozess: keine Formherstellung, geringere Arbeitsintensität, stark reduzierter Platzbedarf;
4. Leicht automatisierbar, hohe Produktionseffizienz.

Anwendung:

Stahl, Eisen, Cu-, Al-, Mg-Legierungen zu langen, querschnittskonstanten Profilen: Blöcke, Brammen, Stangen, Rohre etc.