Metallguss: Definition, Typen, Metalle, Vor- und Nachteile

„Casting hat sich darauf konzentriert, Teile mit bemerkenswerter Festigkeit zu einem erschwinglichen Preis zu entwickeln. Es hat aufgrund seiner konsequenten Stärkung und wirtschaftlichen Rentabilität große Aufmerksamkeit erregt.“

Der Gussprozess funktioniert effizient bei komplizierten Metallkonfigurationen für eine Vielzahl von Fertigungsindustrien. Er ist benutzerfreundlich und erleichtert Ingenieuren die Arbeit bei großen Produktionsmengen. Die Effizienz und Verarbeitbarkeit der Matrize wirken sich auf das endgültige Produktdesign aus. Die Vernachlässigung kleiner Gussfehler in Matrizen kann die Qualität der Fertigungskomponenten beeinträchtigen.

Daher besteht bei der Arbeit mit der durch CNC-Bearbeitung hergestellten Matrize eine größere Chance, Perfektion zu erreichen. Die Kompatibilität verschiedener Materialien und die Flexibilität bei der Gestaltung haben den gesamten Gussprozess neu gestaltet.

Dieser umfassende Blog enthält wichtige Informationen zum Gussherstellungsprozess, seinen Arten und den in Metallgussformen verwendeten Gussmaterialien. Darüber hinaus werden Auswahltechniken sowie Vor- und Nachteile berücksichtigt.

Was ist Casting? Ein Überblick

Gießen ist ein grundlegender Herstellungsprozess. Dabei werden geschmolzene Metalle in einen Formhohlraum gegossen, der dann aushärtet und beim Erstarren das gewünschte Produkt bildet. Werkzeuge und Formen spielen im Gussherstellungsprozess eine zentrale Rolle. Casting verwendet verschiedene Druckgussmaterialien einschließlich Aluminium, Eisen, Kupfer, Zink, Chrom und Magnesium. Darüber hinaus erleichtert es die Herstellung mehrerer Produkte in einer einzigen Einheit.

Verschiedene Arten von Gießverfahren?

Es gibt verschiedene Verfahren zum Gießen von Metallen zur Formung gewünschter Produkte. Diese sind;

Sandguss

Beim Sandguss oder Sandformguss werden nicht wiederverwendbare Formen auf Silikatbasis verwendet, um komplexe Funktionskomponenten zu entwerfen. Die Technik wird seit der Antike in der Industrie eingesetzt und dient den Herstellern als kostengünstige und wiederverwertbare Lösung. Beispielsweise werden für den Guss billige Materialien verwendet; Beton, Epoxidharz und Putze sowie zur Herstellung von Aggregaten, um Formen zu formen. 

Die Wirksamkeit des Sandgusses liegt in seiner Fähigkeit, selbst Profilmetalle mit hoher Temperatur zu gießen, wie z. Eisen, Nichteisen, Aluminium, Kupfer und Stahl. 

Metalldruckguss

Maßhaltigkeit und Präzision sind wesentliche Merkmale des Druckgusses. Bei diesem anspruchsvollen und präzisionsgefertigten Prozess werden Nichteisenmetalle unter hohem Druck in wiederverwendbare Formen oder Matrizen (mit Schmiermitteln beschichtet) eingefüllt, um das letztendlich gewünschte Produkt zu formen. 

Der Prozess wird auf zwei Arten durchgeführt; Hochdruckguss und Niederdruck-Druckguss abhängig vom verwendeten Metall. ob es hohe oder niedrige Schmelzpunkte hat. Im Allgemeinen funktioniert Niederdruckguss unter Niederdruckbedingungen und eignet sich für Teile, die einfache Merkmale erfordern. Der Hochdruck-Kokillenguss hingegen wird für die Massenfertigung komplexer, detaillierter Bauteile eingesetzt.

Diese Matrizen bestehen typischerweise aus Stahl und Karbiden, um hohen thermischen Bedingungen standzuhalten. Darüber hinaus gewährleisten diese eine hohe Dimensionsstabilität des vorgesehenen Produkts. Daher ist beim Gießvorgang Vorsicht geboten. 

Druckgussanwendungen erstrecken sich über mehrere Sektoren, von der Automobil- bis zur Teilefertigung in der Luft- und Raumfahrt, und weisen komplizierte Geometrien auf. Darüber hinaus geben Druckgussprodukte häufig nahe an der fertigen Oberfläche nach, sodass keine weitere Bearbeitung erforderlich ist.

Schwerkraft-Druckguss

Schwerkraft-Druckguss

Der Kokillenguss wird auch als Kokillenguss bezeichnet. Wie der Name schon sagt, betont Schwerkraft die Abhängigkeit des Gießens von der Schwerkraft, mit der geschmolzene Legierungen in eine bestimmte Form oder Matrize gegossen werden. 

Der Schwerkraftguss ermöglicht beispielsweise die Formung verschiedener Teile; Gehäuse, Gehäuse, Rohrverbindungen, Motorkolben, Autofelgen usw. Schwerkraftguss ist für mehrere Metalle anwendbar, einige erwähnenswert sind: Zink, Blei, Magnesiumlegierungen und Aluminium.

Vakuumgießen

Unter den oben genannten Techniken ist das Vakuumgießen faszinierend, da dabei Standardvakuumbedingungen zum Einsatz kommen. Zur Beseitigung bzw. Absaugung von Gasen wird ein Vakuum mit einem Druck von 100 bar erzeugt. Anschließend wird ein glühendes Metall in einen Formhohlraum in einer Vakuumkammer gegossen, um Lufteinschlüsse und Blasen zu entfernen.

Vakuumguss hat eine Ähnlichkeit mit dem Spritzgießen Prozess, da beide Methoden für das Rapid Prototyping geeignet sind und blasenfreie Komponenten mit geringer Porosität und geringer Porosität aufweisen glätten Oberflächenfinish. Darüber hinaus ist es effizient für Kleinserienproduktionen. Darüber hinaus ermöglicht es zahlreiche Gießharze und eignet sich zur Herstellung struktureller Fahrwerkskomponenten für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

Feinguss

Feinguss

Feinguss wird überwiegend zur Herstellung komplexer Strukturbauteile eingesetzt. Bei diesem Vorgang wird ein Wachsmodell der Form geformt und mit einem feuerfesten Material umgeben, das als Ummantelung für geschmolzene Metalle wie Aluminium und Edelstahl dient. 

Obwohl es sich beim Feinguss um eine technische Präzisionsformung zur Formung sehr detaillierter Merkmalsgeometrien handelt, ist dieser Prozess oft mit hohen Kosten verbunden, da es sich um einen arbeitsintensiven Prozess handelt. Es zeichnet sich durch Hinterschnitte, dünne Wände, Fahrradkoffer, Motorradscheiben mit hoher Qualität und nahezu perfektem Finish aus. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden unter Feinguss.

Niederdruck-Druckguss

Beim Niederdruck-Kokillenguss wird, wie der Name schon sagt, das geschmolzene rote Metall bei einem niedrigeren Druck von bis zu 100 °C in einen Formhohlraum gegossen 0.8 Barsoder 100 kPa, je nach Material. Das Verfahren verbessert die Qualität erheblich, indem der Formhohlraum kontinuierlich kontrolliert gefüllt wird und so die Gefahr von Schrumpfung und Schlackenbildung ausgeschlossen wird. 

LPDC Formt Konturen in dünnwandigen Bauteilen sorgfältig und sorgt so für eine glatte Oberfläche in kurzen Bearbeitungszeiten. Einige häufige Beispiele sind: Bremssättel, Aufhängungsgehäuse, Motorblöcke und Zylinderköpfe.

Squeeze-Casting

Squeeze Casting-Produkte

Beim Squeeze Casting handelt es sich um einen kombinierten Prozess aus Druckguss und Metallschmieden. Dabei wird geschmolzenes Metall in eine geschlossene Form eingespeist, ähnlich wie bei Niederdruck- oder Schwerkraftgusstechniken. 

Nach dem Einspritzen übt die hydraulische Presse hohen Druck aus, um ein Metallschmiedeteil zu formen. Squeeze Casting bietet Herstellern Vorteile durch die Herstellung poren- und rissfreier Metallgussprodukte. Im Automobilbereich wird es zur Herstellung von Sicherheitsprodukten genutzt, beispielsweise für Fahrgestellrahmen, Konsolen, Knoten und Gitterrohrverbindungen. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden unter Squeeze-Casting.

Schleuderguss

Schleuderguss, auch Rotationsguss genannt. Es trägt dazu bei, Metallgussteile mit minimalen Hohlräumen zu formen. Im Betrieb wird geschmolzenes Metall wie Magnesium, Aluminium, Zink oder Blei unter hohem Druck in eine wiederverwendbare Form oder eine Spinnmatrize gespritzt, um zylindrische oder asymmetrische Komponenten herzustellen. Zum Beispiel; Motorkolben, Zahnräder, Rohrverbindungen und Getriebegehäuse.

Verlorener Schaumguss

Der verlorene Schaumguss weist einige Ähnlichkeiten auf. Der einzige Unterschied besteht darin, dass beim Schaumguss Schaum verwendet wird, während beim Feinguss Wachs zum Einsatz kommt. 

Dabei wird der Schaum in eine mit Styrol als feuerfestem Material beschichtete Form eingespritzt. Verschiedene Metalle sind mit dieser Technik kompatibel, beispielsweise Eisenlegierungen, Gusseisen und Kohlenstoffstahl. Zusätzlich zu den Anwendungen spielt dieses Verfahren eine wichtige Rolle in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Kunst, um eine breite Palette von Metallgussteilen zu formen. Zum Beispiel; Hydranten, Wände und Pumpengehäuse werden normalerweise mit dieser Gusstechnik hergestellt.

Gipsabguss

Beim Gipsguss- oder Gipsformgussverfahren wird eine Mischung aus verstärkenden Verbindungen wie Gips und Zusatzstoffen zur Herstellung einer Form verwendet. Die Zusatzstoffe dienen als Adhäsionen, die eine Klebrigkeit gegenüber dem Schimmel hervorrufen. Anstelle eines feuerfesten Materials wird Gips zum Gießen einer Form verwendet. Nach dem Gießen und Aushärten des Gipses wird dieser schließlich entfernt, sodass das geschmolzene Metall in den Formhohlraum fließen kann. Der Gipsabguss kommt verschiedenen Branchen wie Schmuck, Automobil, Kunst, Bildhauerei und Luft- und Raumfahrt zugute. 

Kompatible Metalle für den Gießprozess

Hier sind die gängigen Metalle aufgeführt, die beim Gießen für verschiedene industrielle Anwendungen verwendet werden. 

Aluminium

Aufgrund seiner hohen mechanischen Eigenschaften, seiner Fließfähigkeit und seines Reflexionsindex kann Aluminium im Feinguss, Druckguss, Dauerformguss und Sandguss hergestellt werden. Von der Automobil- bis zur Luft- und Raumfahrtbranche sind Aluminiumgussprodukte überall verbreitet. Zum Beispiel; Aluminium wird aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Haltbarkeit häufig für Autoräder und -innenräume, Fenster und Türen verwendet. Darüber hinaus können Produktdesigner von der einfachen Verarbeitung von Aluminium profitieren Herstellbarkeit.

Magnesium

Gussprodukte erfordern ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und geringes Gewicht. Hier kommt Magnesium ins Spiel. Magnesium ist stark, steif und hat EMI- und RFI-Abschirmeigenschaften. Das gilt für elektrische Steckverbinder, Gehäuse und Gehäuse. Darüber hinaus ist es eine ideale Wahl zum Gießen, wenn Haltbarkeit für das Produkt von entscheidender Bedeutung ist. Zu den gängigsten Gusslegierungen gehören: AZ91D. Weitere Informationen finden Sie in unserem umfassenden Leitfaden zum Thema Magnesium-Druckguss.

Zink

Zink wird aufgrund seiner einfachen Bearbeitbarkeit, guten Dimensionsstabilität und Fließeigenschaften häufig im Metallguss verwendet. Darüber hinaus bietet es eine hohe Präzision bei geringeren Werkzeugkosten als andere Gussmetalle. Eines der herausragenden Merkmale von Zink ist die hohe Oberflächengüte seiner Gussprodukte. Zink wird zum Gießen kompliziert geformter und dünnwandiger Bauteile verwendet. Seine Anwendungen sind in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie bei Konsumgütern weit verbreitet.

Kupfer

Dieses Material bietet zahlreiche Eigenschaften, darunter Korrosionsbeständigkeit sowie eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit. Zwei der besten Kupferlegierungen, Bronze und Messing, haben ein enormes Einsatzpotenzial im Sandguss, Hochdruck-Druckguss und CO2-Guss. Dadurch werden verschiedene Musikinstrumente wie Posaunen, Trompeten und Hörner hergestellt.  

Eisen

Motorblock aus Gusseisen

Eisen besitzt eine gute Gießbarkeit. Es verfügt über eine hohe Verschleiß- und Einkerbungsbeständigkeit sowie ein hervorragendes Dämpfungsvermögen. Eisengussprodukte werden durch die Kombination von Eisen und Kohlenstoff gewonnen. Zahlreiche Formen von Eisen sind beispielsweise für Gussprodukte von großem Nutzen; Gusseisen, Grauguss, Temperguss und Sphäroguss. Zu den häufig verwendeten Anwendungen gehören: Motorblöcke, Rohre und Autoteile.

Stahl

Stahl ist eine häufig verwendete Legierung für Gussanwendungen. Unter den Stahllegierungen wird vor allem Edelstahl zum Gießen verwendet. Es bringt oft verschiedene Vorteile in Form von hoher Festigkeit, Verschleiß- und Schlagfestigkeit mit sich. Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Stahl beim Gießen liegt in seiner Fähigkeit, rauen Umweltbedingungen standzuhalten. Aus diesem Grund wird es in hochbeanspruchten Bauteilen eingesetzt, z. Baumaschinen, Schmiedepressen, Bergbaumaschinen, Turboladerturbinen und Motorzylinderblöcke.

Blei

Blei wird üblicherweise mit seinen Antimonlegierungen zum Gießen verwendet. Am häufigsten werden Antimon 1 %, 2 %, 3 %, 6 % verwendet. Bleilegierungen zeichnen sich beim Gießen durch besondere Eigenschaften aus, beispielsweise niedrige Schmelzpunkte bei inkompatibler Formbarkeit. Bleigeformte Produkte werden beispielsweise in bestimmten industriellen Anwendungen verwendet; Batterieherstellung und Strahlenschutz.

Messing

Messing ist eine gute Option für den Druckguss von Metallen. Messingdruckguss erzeugt wiederholbare Produkte in komplexen Formen, die für verschiedene Produkte wiederholbar sind. 

• Messing; Eine Legierung aus Zink und Kupfer.
• Ideal zum Leiten von Elektrizität und dennoch funkenfest.
• Es weist eine angemessene Maßhaltigkeit und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf.
• Messing bietet zahlreiche Veredelungsoptionen wie Verchromung und mechanische Veredelung mit Polieren und Polieren.

Vergleichstabelle für Gussmetalle

Jede Metallart hat ihre einzigartigen Eigenschaften, die sie von den anderen unterscheiden. Werfen wir einen Blick auf diese Metalle im Hinblick darauf, wie leicht sie sich formen lassen, wie gut sie sich dehnen lassen, ohne zu brechen, wie widerstandsfähig sie gegen Rost sind und nach weiteren Faktoren:

Tisch: Vergleichstabelle für Gussmetalle

Was sind die Vorteile des Casting-Prozesses?

Der Einsatz des Gussverfahrens in Ihren Projekten bietet gewisse Vorteile. Wenn beispielsweise Kosteneffizienz, Zeitaufwand, die Gestaltung komplizierter Funktionskomponenten und Recyclingfähigkeit wichtige Aspekte sind, die es zu berücksichtigen gilt. Hier sind einige der häufigsten Vorteile des Einsatzes von Casting in Ihren Projekten.

• Metallguss ist ein äußerst schneller Metallumformprozess.
• Das Casting ist ein wirtschaftlicher Prozess und bringt Wirtschaftlichkeit beim Einsatz für verschiedene Materialien.
• Der Einsatz der CNC-Bearbeitung beim Gießen zeigt die Vielseitigkeit des Gießprozesses verschiedener Materialien.
•  Es bietet erschwingliche Werkzeuge zu konventionellen Gießverfahren.
• Die aus Metallguss hergestellten Produkte sind dekorativen, was eine wichtige Anforderung der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie darstellt.
• Metallguss ist ein effektiver Weg, dies zu erreichen komplexe Produktgeometrien wie zum Beispiel die Schaffung von Motor- und zylindrischen Hohlräumen. 

Was sind die Nachteile des Castings?

Darüber hinaus weist der Prozess einige im Folgenden aufgeführte Einschränkungen auf:

• Die Gussprodukte erfordern oft eine zusätzliche Bearbeitung, um das Produkt zu verfeinern, was zusätzliche Kosten für den Prozess mit sich bringt.
• Die Vermeidung von Porosität, Schrumpfung und Verzug sowie die Aufrechterhaltung der Dimensionsstabilität von Gussprodukten bringt bestimmte Herausforderungen mit sich.
• Die Gussherstellung ist ein arbeitsintensiver Prozess.
• Die Werkzeuge, Vorrichtungen und Formen sind etwas teuer und belasten das Budget zusätzlich.
• Der Guss ist auf Metalle mit niedrigerem Schmelzpunkt beschränkt.
• Die Herstellung von Wachs und das Entwerfen von Formen für die Gussherstellung ist zeitaufwändig und führt zu hohen Anfangsinvestitionen.

Wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines Gussherstellungsprozesses

Zunächst müssen wir die Bedeutung des Entscheidungsprozesses verstehen. Die technische Forschung hat gezeigt, dass eine ungenaue Materialauswahl bei der Gussherstellung erhebliche Auswirkungen auf die 70 bis 80 Prozent der Kosten des hergestellten Produkts haben kann.  

Daher sollte großer Wert auf kritische Komponenten gelegt werden, einschließlich Materialauswahl, Toleranzniveau, Größen, Formen, kompatible Legierungen und nicht zuletzt auf den Gussprozess.  

 Materialauswahl

Die Materialauswahl hängt von der endgültigen Produktspezifikation und den Anforderungen ab. Jedes beim Gießen verarbeitbare Material hat seinen Nutzen und seine Vorteile. Bei der Anpassung des Gussprozesses müssen die wichtigsten Materialeigenschaften wie Festigkeit, Toleranz, Energieverbrauch und Modifikationen nach der Herstellung berücksichtigt werden.

Benötigte Menge

Bei großen Produktionsmengen gilt das Gießen als wirtschaftliches Verfahren. Kürzere Durchlaufzeiten bei gleichzeitig hohem Chargenvolumen und komplexen geometrischen Ausführungen sind die Hauptmerkmale dieses Prozesses.

Gussoberflächenfinish

Auch der gewünschte Glanz und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen die Auswahlkriterien. Feinguss bietet faszinierende Oberflächenveredelungen unter Beibehaltung der Materialintegrität. Druckguss hingegen ermöglicht hohe Maßgenauigkeiten bei geringem Oberflächenglanz. Daher war eine Nachbearbeitung erforderlich, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern.

Toleranzanforderungen

Während des Gussprozesses sind die Nennmaße entscheidend und nicht die normale Toleranz. Diese Toleranzen werden im Allgemeinen genannt "als Besetzung" Toleranzen. Typischerweise hängen diese von den Spezifikationen oder der Geometrie des Teils und der zum Gießen verwendeten Metallart ab. 

Kosten

Vom ersten Entwurf über die Endbearbeitung bis hin zum Versand bleiben die Kosten das Hauptanliegen bei der Gussherstellung. Daher kann eine tiefe Kenntnis des Prozesses helfen, den Gießprozess zu optimieren. Diese Kosten hängen hauptsächlich mit Legierungen, Werkzeugen, der Komplexität der Teile und dem geplanten Fertigungsvolumen zusammen. 

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Summieren

Das Gießen ist für verschiedene Branchen zu einer unverzichtbaren Wahl geworden und ermöglicht die Herstellung anspruchsvoller Formen, Prototypen, dünnwandiger Komponenten und Gehäuse für Motorteile bis hin zu Produkten für medizinische Zwecke. 

Darüber hinaus haben Designhersteller die Flexibilität, Metalle aus einem vielfältigen Spektrum für ihre jeweiligen Prozesse auszuwählen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ist das technische Verständnis wichtiger Variablen wie Druck, Temperatur und Vorbereitung der Druckgussform von entscheidender Bedeutung.

Die Gussindustrie erlebt einen Aufschwung fortschrittlicher innovativer Techniken. Beispielsweise revolutionierte der ATOS 3D Digitizer die Gussindustrie, indem er die aufwändige Durchführung des Gussprozesses überflüssig machte. 

Häufig gestellte Fragen

Q1. Unterscheidet sich Gießen vom Spritzgießen?

Ja, Gießen und Spritzgießen sind deutlich unterschiedliche Verfahren. Beim Gießverfahren werden insbesondere geschmolzene Metalle in metallische Gussformen gegossen. Im Gegensatz dazu werden beim Spritzgießen thermoplastische oder duroplastische Polymere eingespritzt, um detaillierte, komplizierte Formen zu formen.

Q2. Was sind die häufigsten Probleme, die beim Metallgussprozess auftreten?

Die häufigsten Probleme, die beim Gussprozess auftreten, sind:

• Porosität
• Unvollständige Füllungen
• Kaltverschlüsse
• Schrumpfung
• Oberflächenfehler (Risse, Grübchen, unebene Texturen)

Q3. Wie wählt man die richtige Gießtechnik?

Die richtige Auswahl führt zu einem geeigneten Material, spezifiziert die Menge, rechtfertigt die erforderliche Toleranz und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit. Diese Faktoren tragen zum Auswahlprozess der Gießmethode bei.

Q4. In welchen Branchen wird Metallguss in großem Umfang genutzt?

Die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Mode- und Energiebranche nutzen hauptsächlich Metallgussverfahren für Komponenten mit unterschiedlichem Verwendungszweck. Einige häufige Beispiele sind: Hydranten, Kupplungen, Armaturen, Anschlüsse, Ventile, Halterungen, Motorteile usw.

F5. Welche Maßtoleranzen werden durch das Gussverfahren erreicht?

Die durch das Gießverfahren maximal erreichbare flexible Toleranz reicht von:  ±0.15 bis 25 mm und ±0.3 bis 150 mm.

Ressource

KG Swift, JD Booker, (2013), Manufacturing Process Selection Book: Product Development (Zweite Auflage): Abgerufen von: Science Direct