Sand-, Druck- und Feinguss:Auswahl des richtigen Verfahrens für Ihre Metallteile

Aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit, Leistung und vergleichsweise günstigeren Kosten werden einige Gussverfahren häufig in der Fertigung mit vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise sind Sandguss, Druckguss und Feinguss weltweit weit verbreitete Gussverfahren zur Herstellung von Metallteilen für die Konsumgüter-, Automobil-, Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

Obwohl mit allen drei Herstellungsverfahren qualitativ hochwertige Metallteile hergestellt werden können, ist eines für Ihre Anwendung besser geeignet als das andere, da jedes Verfahren seine Vorteile und Einschränkungen hat. Der ideale Ansatz hängt von Ihren Anforderungen, der Designkomplexität, den Materialeigenschaften und anderen wichtigen Elementen Ihres Teiledesigns ab.

Sand-Kokillen-Feinguss-Vergleich

Metallguss

Was sind Metallgussteile? Einfach ausgedrückt besteht der Gießprozess darin, Metall zu schmelzen und das geschmolzene Material in eine vorbereitete Form zu gießen, um ihm eine Form zu geben. Heutzutage unterscheiden sich die meisten Gusstechniken darin, wie das geschmolzene Metall gehandhabt und in die Form gegeben wird. Je nach Teiledesign können durch Gussverfahren netzförmige Teile hergestellt werden. Daher sind keine zusätzlichen Bearbeitungsvorgänge erforderlich, um die endgültige erforderliche Form und Passung des Teils zu erreichen.

Ein Produktdesigner muss wissen, wie die einzelnen Prozesse funktionieren und wie sie sich voneinander unterscheiden, um zu entscheiden, was für die Komponente besser ist – Sandguss, Druckguss oder Feinguss. Der Designer kann nur dann den für die Anwendung am besten geeigneten Prozess auswählen, wenn er sich seiner Komplexität, Anforderungen und Ergebnisse bewusst ist.

Schauen wir uns also kurz drei Gussverfahren an.

Was ist Druckguss?

Druckguss ist ein beliebtes Dauerform-Metallgussverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter Druck in die Form gedrückt wird und es zu einem Metallguss verfestigt. Druckgussteile oder Druckgussteile werden häufig in Automobilgehäusen, Gerätekomponenten und Spielzeugen verwendet.

Druckguss

Vollständiger Leitfaden zum Druckguss

Was ist Sandguss?

Sandguss unterscheidet sich geringfügig vom Druckguss. Zunächst wird das geschmolzene Metall manuell in eine austauschbare Sandform gegossen, die in einer 3D-Form abkühlt.

Vollständiger Leitfaden zum Sandguss

Was ist Feinguss?

Beim Feinguss wird geschmolzenes Material in eine Form aus feuerfestem Material gegossen. Sobald das Metall in der Form erstarrt ist, wird der Guss durch Zerbrechen der feuerfesten Form entfernt. Zur Herstellung einer Form aus feuerfestem Material wird ein Wachsmodell verwendet.

Feingussform und Cluster

Vollständiger Leitfaden zum Feinguss

Was sind die Unterschiede zwischen Sandguss, Druckguss und Feinguss?

Was sind die Unterschiede zwischen Sandguss, Druckguss und Feinguss?

Sand-, Fein- und Druckguss eignen sich hervorragend für verschiedene Anwendungen. Sie sind effizient, haben eine vergleichbare Qualität und können ähnliches Material gießen. Daher kann es schwierig sein, bei der Beurteilung der Unterschiede zwischen Sandguss, Druckguss und Feinguss einen klaren Gewinner zu ermitteln.

Bei der Entscheidung zwischen den Herstellungsverfahren Feinguss, Druckguss und Sandguss bestehen jedoch einige wesentliche Unterschiede. Daher kann das Wissen darüber für den Produktdesigner von Vorteil sein, da es dabei hilft, eine fundierte Entscheidung zu treffen.

Hier sind die acht wichtigsten Unterschiede zwischen den Sand-, Einbett- und Druckgussverfahren.

Vergleich von Sandguss, Druckguss und Feinguss

Formdesign und Material

Der Hauptunterschied zwischen Sand-, Feinguss- und Druckgussverfahren besteht im Material, das zur Herstellung der Form verwendet wird.

Druckgussformen bestehen aus permanentem Metall, während Sandgussformen aus entbehrlichem Sand bestehen. Für den Feinguss ist eine spezielle feuerfeste Beschichtung um das Wachsmodell herum erforderlich, um eine Form herzustellen.

Beispiel für eine Gussform (Quelle:indiamart.com)

Aufgrund der Dauerform ist die Produktionsrate beim Druckguss höher als beim Sandguss und beim Feinguss, bei denen der Hersteller die Form jedes Mal neu herstellen muss. Feinguss hat den Vorteil, dass es mehr Teile pro Form gibt, da mehrere Teile in einem Baum gegossen werden.

Die Qualität des verwendeten Sandes hat erheblichen Einfluss auf die Qualität der Gussoberfläche. Im Gegensatz dazu würden die Druckgussform aus Metall und die Gussform aus feinem, schlammigem feuerfestem Material beim Feinguss eine glattere Oberfläche ergeben als beim Sandguss.

Sandguss- und Feingussformen werden jedes Mal zerstört, während die Druckgussform sofort nach einem Gusslauf fertig ist. Diese Qualität und die fantastische Verarbeitungsgeschwindigkeit der Methoden gehören zu den wichtigsten Aspekten. Aus diesem Grund wird Druckguss im Allgemeinen in Hochgeschwindigkeitsproduktionsumgebungen bevorzugt.

Aufgrund dieser Ungleichheit ist Sandguss für Anwendungen, bei denen es auf Geschwindigkeit ankommt, weniger geeignet. Andererseits ist das Verfahren relativ kostengünstig und vielseitig und eignet sich daher ideal für Legierungen und ungewöhnliche Formen. Darüber hinaus haben Konstrukteure mehr Freiheiten, da der Herstellungsprozess einfach ist und eine große Auswahl an Legierungen problemlos verarbeitet werden kann.

Metallgussarten Formmaterial und Produktion SandgussVerbrauchsform
Das Formmaterial ist Sand 1 – 2 WochenDruckgussDauerform
Das Formmaterial ist Metall. 4 – 10 WochenFeingussVerbrauchsform
Das Formmaterial ist ein feuerfestes Material. 7 – 10 Tage vom Wachsmodell bis zum vollständigen Guss. Formmaterial und Produktionszeiten

Material

Feinguss und Sandguss können jedes Material gießen. Im Druckguss werden jedoch im Allgemeinen Teile aus Nichteisenmetallen mit niedrigem Schmelzpunkt gegossen. Daher werden Zink, Aluminium, Magnesium und Messing häufig im Druckguss verwendet, während Aluminiumlegierungen, Messinglegierungen, Gusseisen und Stahlguss beliebte Sandgussmaterialien sind.

Feinguss ist dem Sandguss sehr ähnlich, mit dem jedes Material gegossen werden kann.

Metallgussarten Sandguss Druckguss Feinguss Gießbare MetalleUnbegrenztMetalle mit niedrigem SchmelzpunktUnbegrenztSand-, Druck- und Feingussmaterialien

Teileigenschaften

Druckgussteile sind im Allgemeinen langlebiger als Sand- und Feingussteile, da bei diesem Verfahren hohe Drücke auftreten. Darüber hinaus sorgt der hohe Druck auch dafür, dass keine inneren Lücken entstehen und das gesamte Produkt weitgehend frei von inneren Mängeln ist.

Druckguss kühlt schneller ab als Sandguss und verleiht Druckgussteilen eine feinere, gleichmäßigere Mikrostruktur. Typischerweise verbessert diese Mikrostruktur die mechanischen Eigenschaften um bis zu 20 %.

• Sandguss – Die Materialeigenschaften sind vergleichsweise schlecht
• Druckguss – Gute mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur durch hohen Druck
• Feinguss – Mechanik und Mikrostruktur hängen von der Gussmethode ab, liegen jedoch typischerweise zwischen Sandguss und Druckguss.

Casting-Funktionen und -Eigenschaften Sandguss Druckguss Feinguss Teilegröße – Gewicht (kg) – Min0,01<0,010,001Teilegröße – Gewicht (kg) – MaxKeine Begrenzung50100Porosität (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)3 – 51 – 35Formkomplexität (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)1 – 23 – 41Sand-, Druck- und Feingussteileigenschaften

Teilekomplexität

Ein weiterer Unterschied zwischen Druck-, Fein- und Sandgussergebnissen ist die Gesamtkomplexität der Teile. Mit Fein- und Sandguss lassen sich weitaus komplexere und umfangreichere Designs realisieren als mit Druckguss. Druckguss bietet eine viel höhere Maßgenauigkeit und Geschwindigkeit, ist jedoch nur begrenzt in der Lage, komplexe Formen herzustellen.

Fein- und Druckguss sind ebenfalls begrenzt und eignen sich im Vergleich zum Sandguss für kleine bis mittelgroße Teile.

Casting-Funktionen und -Eigenschaften Sandguss Druckguss Feinguss Teilegröße – Gewicht (kg) – Min. 0,01<0,010,001Teilegröße – Gewicht (kg) – MaxKeine Begrenzung50100Formkomplexität (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)1 – 23 – 41Sand-, Druck- und Feingussteilkomplexität

Wandstärke

Sandguss führt im Allgemeinen zu dickeren Wänden. Dicke Wände bieten mehr Spielraum für die Korrektur von Fehlern durch Bearbeitung und andere Nachbearbeitung, sind aber auch schwerer.

GussverfahrenAbschnittsdicke MinimumAbschnittsdicke MaximumSandguss3,00 mmKeine BegrenzungDruckguss0,50 mm12,00Feinguss1,00 mm75,00Wandstärke aus Sand-, Druck- und Feinguss

Beim Druckguss hingegen entstehen dünnere Wandstärken bei gleichzeitig höherer Maßhaltigkeit. Daher ist Sandguss für kleine Objekte mit engen Toleranzen ungeeignet und es wird äußerst schwierig, die Konsistenz beizubehalten und die besten Ergebnisse zu liefern. Feinguss kann auch dünne Wände erzeugen und ist eine gute Wahl für komplexe Formen und Merkmale.

Produktionsvolumen

Einer der Vorteile des Sandgusses besteht darin, dass weniger Werkzeuge erforderlich sind. Dadurch dauert der Prozess vergleichsweise schneller und es können sofort gute Ergebnisse erzielt werden. Druckguss hingegen eignet sich aufgrund der komplexeren und zeitaufwändigeren Erstausrüstung am besten für die Massenproduktion.

Produktionsvolumen für Sand-, Druck- und Feinguss

Beim Feinguss lassen sich mehr Teile pro Charge herstellen, da pro Baum mehrere Teile gegossen werden können. Die anfängliche Rüstzeit ist jedoch ähnlich wie beim Druckguss.

Casting-Funktionen und -Eigenschaften Sandguss Druckguss Feinguss Typische Produktionsrate (Teile/Formstunde)1 – 202 – 2001 – 1000Mindestmenge1        10.00010Sand-, Druck- und Feinguss-Produktionszeit

Bedenken Sie jedoch, dass Druckguss bei großen Mengen ein schnellerer Prozess ist. Eine schnelle Produktion bedeutet, dass Sie mit Druckguss tausende Teile in kürzerer Zeit als mit der alternativen Methode produzieren können. Die für den Druckguss erforderliche anfängliche Werkzeugzeit macht den anderen Prozess jedoch besser, wenn Sie nur 100 – 150 oder weniger Produkte benötigen.

Toleranz und Genauigkeit

Druckguss bietet von allen drei Gussarten die beste Toleranzgenauigkeit. Diese sind typisch für Aluminium, da die Genauigkeit und Toleranz des Gussprozesses von Faktoren wie den folgenden abhängt.

• Designkomplexität
• Art der Modellausrüstung und Matrizenausrüstung
• Metall und erlaubt gebrauchtes
• Muster und Matrizenzustand
• Arbeitsmethoden der Gießerei

DimensionDruckgussSandgussFeingussBis zu 25mm+/- 0,050mm+/- 2,00mm+/- 0,250mmBis zu 50mm+/- 0,075mm+/- 2,00mm+/- 0,350mmBis zu 75mm+/- 0,100mm+/- 2,00m+/- 0,400mmUp bis 100 mm+/- 0,125 mm+/- 3,00 mm+/- 0,500 mmSand-, Druck- und Feingusstoleranz und Genauigkeit

Die Diagramme und Tabellen zu Gusstoleranzen und -genauigkeiten finden Sie in den folgenden Normen.

• ISO 8062 – Gussmaßtoleranz und Bearbeitungszugaben

Oberflächenbeschaffenheit

Ein weiterer entscheidender Faktor ist die Oberflächenbeschaffenheit des Endprodukts. Durch das Sandgussverfahren entsteht eine grobe und raue Oberfläche, die nach dem Abkühlen möglicherweise einer weiteren Behandlung oder Bearbeitung bedarf. Druckguss weist jedoch eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit auf, die selten einer zusätzlichen Behandlung bedarf.

Sand-, Druck- und Feinguss-Oberflächenveredelung

Feinguss erzeugt aufgrund des feinen Schlickermaterials in der Regel eine hervorragende Oberflächengüte.

Kosten

Wie bei allen Herstellungsprozessen hängen die Stückkosten von verschiedenen Faktoren ab, darunter Material, Arbeit und Ausrüstung. Sandguss erfordert beispielsweise mehr Arbeit als andere, Druckguss erfordert teure Formen und Maschinen und Feinguss erfordert lange Produktionszeiten.

Kostenvergleich für Sand-, Druck- und Feinguss

Verglichen mit der Einfachheit von Sand ist die Herstellung einer Metallform für den Druckgussprozess teurer. Darüber hinaus erfordern Metallformen mehr Zeit und Fachwissen, was die Gesamtkosten des Prozesses erhöht.

Casting-Prozess Die Kosten Ausrüstungskosten Arbeitskosten Produktpreis (Stück/h) SandgussNiedrigNiedrig – Mittel<20DruckgussHochHochNiedrig – Mittel<200FeingussMittel bis HochNiedrig bis MittelHoch <1000Sand-, Druck- und Feingusskostenvergleich

Auch die Entwicklungszeit variiert zwischen den Gießverfahren und erhöht die Gesamtkosten.

• Sandguss – 2–10 Wochen Entwicklungszeit
• Druckguss – 12 – 20 Wochen
• Feinguss – 5 – 16 Wochen

Das Bild unten zeigt, dass die Kosten von der Produktionsmenge und -rate abhängen.

Produktionskosten für Sand-, Druck- und Feinguss (Quelle:Chegg)

Vor- und Nachteile von Sand-, Druck- und Feinguss

Casting-Typ Vorteile Nachteile SandgussFast jedes Metall kann gegossen werden
Es gibt keine Begrenzung hinsichtlich der Teilegröße, -form oder -gewicht.
Geringe Werkzeugkosten. Nachbearbeitung erforderlich
Grobe Oberflächenbeschaffenheit
Große Toleranz. Druckguss. Hervorragende Maßgenauigkeit
Hervorragende Oberflächenbeschaffenheit
Geringe Porosität
Hohe Produktionsrate. Hohe Werkzeugkosten
Begrenzte Teilegröße
Im Allgemeinen auf Nichteisenmetalle beschränkt
Lange Vorlaufzeit. Feinguss. Komplizierte Teileformen
Hervorragende Oberflächengüte und Genauigkeit
Fast jedes Metall kann gegossen werden. Die Teilegröße ist begrenzt
Teure Muster und Schimmel
Teure ArbeitskräfteVor- und Nachteile von Sand-, Druck- und Feinguss

Eigenschaften von Sand-, Druck- und Feinguss

Casting-Funktionen und -Eigenschaften Sandguss Druckguss Feinguss Teilegröße – Gewicht (kg) – Min. 0,01<0,010,001Teilgröße – Gewicht (kg) – MaxKeine Begrenzung50100Typische Oberflächenbeschaffenheit (Ra-um)5 – 2501-Feb0,3 – 2Porosität (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)3 – 51 – 35Formkomplexität (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)1 – 23 – 41Maßgenauigkeit (1 – am besten bis 5 – am schlechtesten)311Abschnitt – Wandstärke – Min.30,51Abschnitt – Wandstärke – MaxKeine Begrenzung1275Typische Maßtoleranz (mm)1,6 – 4,00+/- 0,001 – 0,005+/- 0,005Typische Produktionsrate (Teile/Formstunde)1 – 202 – 2001 – 1000Minimum Menge1                           10.00010Eigenschaften von Sand-, Druck- und Feinguss