Überblick über Druckgussverfahren
Was ist Gießen?
Beim Gießen wird ein flüssiges Material, üblicherweise Metall, in eine Form gegossen, die der Form des gewünschten Teils entspricht. Die Flüssigkeit kühlt ab und härtet aus und nimmt dabei die Form der Form an.
Es gibt viele Gussverfahren, wie zum Beispiel Sandguss, Druckguss und Feinguss. Jedes Verfahren verwendet eine andere Methode, um das Material zu formen und zu fixieren. Diese Verfahren eignen sich für Metalle wie Aluminium, Eisen, Stahl und sogar einige Kunststoffe.
Das Gießen ist wichtig, weil es die Herstellung von kleinen oder großen Teilen mit Formen ermöglicht, die mit anderen Methoden schwer zu erreichen wären.
Anwendungen des Gießens
Gussteile finden sich in Autos, Gebäuden, Maschinen und Werkzeugen. Automotoren, Rohre, Statuen und schwere Maschinen enthalten oft im Gussverfahren hergestellte Teile.
Hersteller entscheiden sich für Gussverfahren, wenn sie robuste Teile benötigen, die auch anspruchsvollen Belastungen standhalten. Beispielsweise werden Motorblöcke und Pumpengehäuse häufig gegossen, da sie sowohl stabil sein als auch detaillierte Formen aufweisen müssen.
Das Gießverfahren eignet sich auch zur Herstellung von Kunstgegenständen wie Metallskulpturen und individuellen Designs für die Inneneinrichtung. Es ermöglicht die Massenproduktion und ist daher ideal für die gleichzeitige Herstellung vieler Teile.
Hauptvorteile des Gießens
Gießen wird für seine Fähigkeit geschätzt, komplexe und große Formen in einem Arbeitsgang herzustellen. Auch schwer zu bearbeitende Materialien lassen sich damit formen. So erhält man Teile, die der Konstruktionsvorgabe sehr genau entsprechen.
Wichtige Vorteile sind:
- Kosteneinsparungen für Großserien
- Reduzierte Bearbeitung da man die endgültige Form aus der Gussform erhält.
- Materialflexibilität, da viele Metalle und sogar Kunststoffe gegossen werden können.
Man kann damit auch dünne, detaillierte und hohle Teile herstellen, deren Fertigung mit anderen Techniken kostspielig oder unmöglich wäre. Gießen ist eine gute Lösung, wenn man ein individuelles oder detailliertes Metallteil effizient benötigen.
Sandgussverfahren
Beim Sandguss werden verschiedene Sandarten und Bindemittel verwendet, um Formen für die Herstellung von Metallteilen zu fertigen. Die Wahl des Sandgussverfahrens beeinflusst Oberflächenbeschaffenheit, Festigkeit und Kosten.
Grüner Sandguss
Grünsandguss ist das gebräuchlichste Sandgussverfahren. Dabei wird eine Mischung aus Quarzsand, Ton (oft Bentonit), Wasser und gegebenenfalls weiteren Zusätzen verwendet. Die Bezeichnung „grün“ bedeutet, dass der Sand nicht getrocknet wird, sondern leicht feucht bleibt.
Diese Methode ist beliebt, weil sie flexibel, schnell und kostengünstig ist. Sie eignet sich sowohl für kleine als auch für große Metallteile. Die meisten Eisen-, Stahl- und Aluminiumteile werden auf diese Weise hergestellt.
Vorteile:
- Kostengünstig
- Wiederverwendbarer Sand
- Einfach zu formen
Nachteile:
- Geringere Oberflächengüte
- Weniger präzise Toleranzen
Grünsandformen sind nicht sehr stabil, daher eignen sie sich am besten für einfachere Teile.
Harzsandguss
Beim Harzsandguss wird Sand mit chemischen Bindemitteln wie Harz vermischt. Diese Bindemittel sorgen dafür, dass die Sandkörner zusammenhalten und stärker aushärten als Frischsand. Die Form härtet anschließend aus und erhält so ein festes und formstabiles Gebilde.
Dieses Verfahren ermöglicht eine bessere Oberflächengüte und präzisere Formen. Es wird häufig für komplexe Teile oder bei höheren Qualitätsanforderungen eingesetzt. Harzsandformen eignen sich für detailliertere Designs als Grünsandformen.
Vorteile:
- Gute Maßgenauigkeit
- Bessere Oberflächenbeschaffenheit
- Kann komplexe Formen erzeugen
Nachteile:
- Höhere Kosten als Grünsand
- Formsand ist in der Regel nicht wiederverwendbar.
Sie sollten den Harzsandguss in Betracht ziehen, wenn Qualität und Detailgenauigkeit wichtiger sind als die Kosten.
Trockensandguss
Das Trockensandgussverfahren ähnelt dem Grünsandguss, jedoch wird die Sandform vor dem Eingießen des Metalls im Ofen getrocknet. Durch das Trocknen der Form wird deren Festigkeit erhöht und Fehler wie Lufteinschlüsse vermieden. Daher eignet sich das Verfahren besser für größere oder schwerere Gussteile.
Das Verfahren dauert aufgrund des Trocknungsschritts länger, die Form ist jedoch stabiler und rissbeständiger. Trockensandguss wird üblicherweise für sehr große Teile wie schwere Maschinen oder große Industriekomponenten gewählt.
Vorteile:
- Stärkere Formen
- Gut geeignet für große Gussteile
- Weniger Gussfehler
Nachteile:
- Längere Produktionszeit
- Teurer als Grünsand
Diese Methode eignet sich am besten, wenn Sie robuste und stabile Formen für groß angelegte Projekte benötigen.
Dauerformgussverfahren
Beim Dauerformguss werden langlebige Metallformen anstelle von Einweg-Sandformen verwendet. Mit diesem Verfahren lassen sich viele Teile mit gleicher Form, glatten Oberflächen und hoher Festigkeit herstellen.
Schwerkraft-Druckguss
Beim Schwerkraft-Kokillenguss wird flüssiges Metall von Hand oder mit einer Gießkelle in eine Metallform gegossen. Die Schwerkraft sorgt dafür, dass das Metall alle Hohlräume in der Form ausfüllt. Bei diesem Verfahren wird kein zusätzlicher Druck oder Vakuum benötigt.
Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung mittlerer bis großer Stückzahlen von Metallteilen. Das Kokillengussverfahren ist sehr verbreitet für die Fertigung von Produkten aus Aluminium, Magnesium oder Kupferlegierungen. Sie erhalten stabile Teile mit einer besseren Oberflächengüte als beim Sandguss.
Vorteile :
- Gute Maßgenauigkeit
- Wiederverwendbare Formen
- Weniger Abfall im Vergleich zum Sandguss
Gängige Produkte:
- Autoteile
- Maschinenkomponenten
- Rohrverbindungsstücke
Niederdruck-Druckguss
Beim Niederdruck-Druckgießen wird eine spezielle Kammer unter der Form verwendet, die mit flüssigem Metall gefüllt ist. Das flüssige Metall wird mit niedrigem Luftdruck, üblicherweise unter 1 bar, in die Form gepresst.
Durch den zusätzlichen Druck werden dünne Stellen in der Form besser ausgefüllt als beim Schwerkraftgießen. Das Verfahren ist zwar langsamer, liefert aber stabilere und detailreichere Teile. Es eignet sich besonders gut für Aluminium- und Magnesiumlegierungen.
Hauptvorteile:
- Präzise Kontrolle über die Befüllung
- Geringere Porosität
- Gut geeignet für dünnwandige Teile
Diese Methode wird häufig in der Automobilindustrie für Räder, Motorteile und Gehäuse verwendet.
Vakuum-Druckguss
Beim Vakuum-Druckgießen wird mithilfe einer Vakuumpumpe die Luft aus dem Formhohlraum entfernt. Dadurch wird das flüssige Metall in jede Ecke der Form gesogen.
Man erhält Bauteile mit sehr geringem Gaseinschluss und minimaler Porosität, wodurch sie sowohl fest als auch luftdicht sind. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend für die Fertigung dünner oder detailreicher Bauteile mit hohen Präzisionsanforderungen. Es ist die erste Wahl in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Elektronik.
Die wichtigsten Punkte:
- Sehr glatte Oberflächen
- Hohe Dichte, niedrige Defektraten
- Ideal für Leichtmetalle und kleine bis mittelgroße Teile
Das Vakuum-Druckgussverfahren wird häufig für elektrische Gehäuse, Zahnräder und hochpräzise Bauteile eingesetzt.
Investitions- und Feinguss
Feinguss und Schmelzguss verwenden beide Modelle zur Formherstellung, unterscheiden sich jedoch in Material und Verfahrensschritten. Beide Verfahren eignen sich zur Fertigung von Teilen mit spezifischen Formen, Größen oder Details.
Feinguss
Beim Feinguss wird ein Wachs- oder Kunststoffmodell zur Herstellung einer Gussform verwendet. Zuerst wird das Modell mit einer speziellen Keramikmasse überzogen und anschließend mit feinem Sand bedeckt. Sobald die Keramikform ausgehärtet ist, wird das Wachs ausgeschmolzen, sodass ein Hohlraum entsteht.
Man gießt flüssiges Metall in diesen Raum, um das fertige Bauteil herzustellen. Mit dieser Methode lassen sich komplexe Formen mit glatten Oberflächen und engen Toleranzen realisieren.
Hauptanwendungen:
- Kleine oder detaillierte Metallteile
- Hochpräzise Komponenten
- Schmuck, medizinische Instrumente und Luft- und Raumfahrtteile
Vorteile:
- Gut geeignet für feine Details
- Funktioniert mit vielen Metallen
Nachteile:
- Mehr Schritte und Zeitaufwand als bei anderen Methoden
- Bei großen Teilen teuer
Guss mit verlorenem Schaum
Das Prinzip des Schaumgusses ist ähnlich, nur dass das Modell aus Polystyrolschaum statt aus Wachs besteht. Man legt das Schaummodell in eine mit Sand gefüllte Box. Beim Eingießen des flüssigen Metalls verdampft der Schaum, und das Metall füllt exakt den entstandenen Hohlraum.
Dadurch lassen sich Formen leicht herstellen, die mit anderen Gussverfahren schwer zu realisieren sind. Das Feingussverfahren eignet sich gut für große oder komplexe Teile, da keine Kerne benötigt werden.
| Merkmal | Feinguss | Guss mit verlorenem Schaum |
|---|---|---|
| Schnittmuster | Wachs/Kunststoff | Foam |
| Musterentfernung | Ausgeschmolzen | Verdampft |
Durch die geringere Anzahl an Formnähten verkürzt sich der Zeitaufwand für die Nachbearbeitung der fertigen Teile. Dieses Verfahren ist besonders hilfreich, wenn Prototypen oder Einzelstücke ohne teure Werkzeuge hergestellt werden sollen.
Spezielle und moderne Gießtechniken
Bei einigen Gießverfahren werden spezielle Techniken eingesetzt, um stabile, präzise oder einzigartige Metallteile herzustellen. Diese Verfahren helfen bei der Fertigung von Gegenständen wie Rohren, Zahnrädern und langen Metallstangen.
Schleuderguss
Das Schleudergussverfahren dient zur Herstellung hohler, runder Objekte wie Rohre und Ringe. Dabei wird flüssiges Metall in eine rotierende Form gegossen. Durch die Rotation wird das Metall gegen die Formwände gepresst, wodurch Luftblasen und Verunreinigungen entfernt werden.
Mit diesem Verfahren lassen sich dichte, feste und gleichmäßige Bauteile ohne Nähte herstellen. Die Innenfläche ist in der Regel glatter, und Verunreinigungen wandern zum Kern, wo sie entfernt werden können. Es eignet sich gut für Metalle wie Eisen und Stahl sowie für Bronze und Aluminium.
Typische Produkte:
- Wasserrohre
- Buchsen
- Schwungräder
Aufgrund der zuverlässigen Ergebnisse ist das Schleudergussverfahren weit verbreitet bei der Herstellung von Teilen, die starker Beanspruchung oder hohem Druck standhalten müssen.
Schalenformguss
Beim Schalenguss wird eine dünne Schicht aus Sand und Spezialharz als Form verwendet. Zunächst wird ein Metallmodell erhitzt und anschließend mit dem Gemisch aus Sand und Harz überzogen. Durch die Hitze härtet die Schicht aus und bildet eine stabile, dünne Form.
Sobald die Schale abgekühlt ist, wird sie von der Form gelöst und mit einer zweiten Schalenhälfte zusammengefügt. Anschließend wird das flüssige Metall eingegossen, um das fertige Teil zu formen. Diese Methode ermöglicht glatte Oberflächen und scharfe Kanten, was besonders vorteilhaft ist, wenn detaillierte oder filigrane Formen gewünscht sind.
Hauptmerkmale des Schalenformgusses:
- Gute Oberflächenbeschaffenheit
- Hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit
- Geeignet für kleine bis mittelgroße Teile
Zu den gängigen Produkten gehören Ventilkörper, Getriebegehäuse und Zylinderköpfe.
Fortlaufendes Casting
Das Stranggießen dient zur Herstellung länglicher Profile wie Stangen, Stäbe und Bleche. Dabei wird flüssiges Metall in eine an beiden Enden offene Form gegossen. Während das Metall abkühlt, fließt es langsam als durchgehendes Stück aus der Form.
Der Hauptvorteil besteht darin, dass sich Produkte nahezu beliebiger Länge mit geringem Verschnitt herstellen lassen. Das Verfahren ist hochautomatisiert und wird daher häufig in großen Fabriken eingesetzt. Es eignet sich gut für Metalle wie Stahl, Kupfer und Aluminium.
Vorteile des Stranggießens:
- Gleichbleibende Qualität
- Hohe Effizienz
- Geringere Produktionskosten
Diese Methode sieht man oft bei der Herstellung von Schienen, Trägern und anderen Konstruktionsmetallprodukten, die einheitlich und stabil sein müssen.
Druckgussverfahren
Beim Druckgießen wird flüssiges Metall unter hohem Druck in Stahlformen, auch Gießformen genannt, gepresst. Es ist ein schnelles und präzises Verfahren und daher beliebt für die Herstellung von Metallteilen mit glatten Oberflächen und engen Abmessungen.
Es gibt zwei Haupttypen: Heißkammer- und Kaltkammerverfahren. Jedes Verfahren eignet sich für bestimmte Metalle und Produktionsanforderungen.
Heißkammerdruckguss
Das Warmkammer-Druckgießen eignet sich am besten für Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten wie Zink, Magnesium und einige Bleilegierungen. Bei diesem Verfahren steht das Einspritzsystem stets in Kontakt mit dem flüssigen Metall. Das Metall fließt direkt aus der Gießkammer in die Form.
Dieses Verfahren ist schnell und ermöglicht kurze Zykluszeiten, wodurch Sie in kürzerer Zeit große Stückzahlen produzieren können. Der automatische Betrieb reduziert zudem den Arbeitsaufwand. Allerdings ist das Warmkammergießen für Aluminium oder Metalle mit hohen Schmelzpunkten ungeeignet, da diese die Maschine beschädigen würden.
Das Warmkammer-Druckgussverfahren ist weit verbreitet zur Herstellung kleiner bis mittelgroßer Teile. Es findet häufig Anwendung bei Automobilkomponenten, Spielzeugteilen und Eisenwaren. Das Verfahren ermöglicht präzise Formen und glatte Oberflächen und erfordert nur wenig Nachbearbeitung.
| Wichtigste Vorteile | Haupteinschränkungen |
|---|---|
| Schnelle Produktionsgeschwindigkeit | Nicht geeignet für Aluminium |
| Hohe Genauigkeit | Beschränkt auf niedrigschmelzende Metalle |
Kaltkammerdruckguss
Das Kaltkammer-Druckgießen eignet sich für Metalle mit höheren Schmelzpunkten wie Aluminium, Kupfer und Messing. Dabei wird das Metall in einem separaten Ofen geschmolzen und anschließend in das Einspritzsystem gegossen. Mithilfe eines Kolbens wird das Metall in die Form gepresst.
Dieses Verfahren schützt die Maschinenteile vor Hitzeschäden, was insbesondere bei der Verarbeitung heißer Metalle wichtig ist. Allerdings sind die Zykluszeiten im Vergleich zum Warmkammerguss etwas länger.
Das Kaltkammer-Druckgießen eignet sich gut für größere oder schwerere Bauteile wie Motorblöcke oder Gehäuse. Das Verfahren liefert stabile und detailreiche Teile, erfordert jedoch unter Umständen mehr Wartung für die beweglichen Teile, die dem flüssigen Metall ausgesetzt sind.