Was ist Metallguss?

Metallguss, ein Metallbearbeitungsprozess mit flüssigem Metall und einer Form, gibt es schon seit Tausenden von Jahren.

Im Laufe seiner Geschichte wurde Metallguss zur Herstellung von Schwertern und Windkraftanlagen eingesetzt und ist heute eine der wertvollsten und vielseitigsten Methoden zur Herstellung hochwertiger Metallteile.

Dieser Leitfaden befasst sich mit den Grundlagen des Metallgusses, einschließlich seiner vielen Varianten – Druckguss, Feinguss usw. – und den gängigsten Gussmetallen.

Was ist Metallguss?

Metallguss ist eine Art von Casting -Prozess Dabei wird geschmolzenes flüssiges Metall in eine Form gegossen.

Das Innere der Form ist mit einem Negativabdruck des herzustellenden Teils gestaltet. Wenn das geschmolzene Metall in der Form abkühlt und erstarrt, nimmt es die Form des endgültigen Teils an. Anschließend kann das fertige Teil aus der Form entnommen werden.

Abhängig von den herzustellenden Teilen und den verwendeten Metallen gibt es verschiedene Arten des Metallgusses, die jeweils ihre ganz besonderen Vorteile mit sich bringen. Muster, Formen und Fülltechniken können zwischen diesen Sorten stark variieren.

Obwohl das Gießen von Metall ein vielseitiger Prozess ist, unterliegen Gussteile bestimmten Designbeschränkungen und Ingenieure müssen die Schrumpfung des Metalls während der Abkühlphase berücksichtigen.

Metallguss verstehen

Die Zentrale Metallguss Bei diesem Prozess wird ein Metall erhitzt, in eine Form gegossen, darauf gewartet, dass es abkühlt und erstarrt, und dann das fertige Teil aus der Form entnommen. In Wirklichkeit kann der Prozess viel mehr Phasen umfassen und verschiedene Metallgussverfahren funktionieren auf unterschiedliche Weise.

Im Folgenden finden Sie eine vereinfachte Übersicht über den Metallgussprozess. Beachten Sie, dass einige Schritte je nach Gussvariante variieren, während andere ganz weggelassen werden.

1. Herstellung des Modells: Viele Metallgussverfahren erfordern von Anfang an die Herstellung eines Modells, einer Kopie des endgültigen Teils, das zur Herstellung der Form verwendet wird. Muster können entweder dauerhaft oder entbehrlich sein und aus Materialien wie Wachs, Holz und Kunststoff bestehen.

2. Herstellung des Kerns: Für das Gießen von Hohlteilen kann es erforderlich sein, einen Kern zu entwerfen, ein festes Materialstück, das in den Formhohlraum eingelegt wird und die Innengeometrie eines Gussteils formt. (Zum Beispiel ergibt ein zylindrischer Kern in einer größeren zylindrischen Form ein rohrförmiges Gussteil.)

3. Herstellung der Form: Formen werden je nach Verfahren auf unterschiedliche Weise hergestellt. Permanente Metallformen können beispielsweise mit einer CNC-Maschine hergestellt werden, während Sandformen durch Auftragen einer Sandmischung auf die Außenseite eines Modells hergestellt werden. Die Herstellung von Formen wird als Formenbau bezeichnet und ist eine Spezialdisziplin.

4. Befüllen der Form: Das Metall wird erhitzt, bis es schmilzt, und dann in die Form gegossen oder gepresst. Beim Schwerkraftguss beispielsweise wird das geschmolzene Material nach unten in den Hohlraum gegossen; Beim Hochdruck-Kokillenguss wird es mit hohem Druck in den Hohlraum gedrückt, wobei hohe Schließkräfte erforderlich sind, um die Gussform sicher zu halten.

5. Entnahme des Teils: Sobald das Gussteil abgekühlt und erstarrt ist, wird es aus der Form entnommen. Bei Verfahren wie dem Sandguss bedeutet dies, dass die Form zerstört werden muss, um an das Teil im Inneren zu gelangen. Bei Dauerformen werden die beiden Hälften der Metallform auseinandergezogen und sind wieder einsatzbereit.

6. Nachbearbeitung: Gegossene Metallteile müssen möglicherweise gereinigt werden, um beispielsweise Reste der Gussform zu entfernen, oder es müssen andere Nachbearbeitungsschritte durchgeführt werden, bevor sie einsatzbereit sind.

Vorteile des Metallgusses

Es gibt zahlreiche Gründe, sich für Metallguss gegenüber anderen Metallbearbeitungsoptionen wie Schmieden oder CNC-Bearbeitung zu entscheiden. Zu den wichtigsten Vorteilen des Metallgusses gehören:

• Geeignet für die Massenproduktion
• Kann große und schwere Teile herstellen
• Kann sehr dickwandige Teile herstellen
• Geeignet für große einteilige Teile (statt zusammengebauter Komponenten)
• Hervorragende Lagereigenschaften
• Ideal für einige Leichtmetalllegierungen
• Materialvielfalt

Zu den Einschränkungen des Metallgusses gehören unvermeidbare Fehler, begrenzte Maßhaltigkeit (im Vergleich z. B. zur CNC-Bearbeitung), Arbeitsintensität und typischerweise hohe Mindestbestellmengen.

Die wichtigsten Arten des Metallgusses

Sterben

Eine der wichtigsten Arten des Metallgusses für komplizierte und detaillierte Teile. Druckguss Als Werkzeug werden zwei wiederverwendbare Werkzeugstahlmatrizen verwendet. Der Prozess ähnelt dem Kunststoffspritzguss: Das geschmolzene Material wird mit hohem Druck in die Kavität gedrückt, was es Ingenieuren ermöglicht, Teile mit feinen Details herzustellen.

Die Kosten für die Herstellung kundenspezifischer Matrizen sind hoch, weshalb das Verfahren in der Massenproduktion häufiger vorkommt. Einmal hergestellt, können diese Matrizen jedoch viele Male verwendet werden. Druckgussteile weisen in der Regel eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit auf.

Aluminiumdruckguss und Magnesiumdruckguss werden häufig für hochwertige Teile eingesetzt.

Schwerkraftguss

Wie beim Druckguss handelt es sich beim Schwerkraftguss um eine Methode zum Gießen von Metall mithilfe einer wiederverwendbaren Metallform. Allerdings beruht der Schwerkraftguss nicht auf Druck, sondern auf Gravitationskräften, um flüssiges Metall von oben nach unten durch die Form zu bewegen. Formen müssen vor dem ersten Guss vorgewärmt werden und werden aufgrund der geringen thermischen Ermüdung häufig aus Gusseisen hergestellt.

Der Schwerkraftguss ist älter als alle anderen Metallgusstechniken. Schwerkraftgussteile gibt es schon seit Jahrtausenden. Es handelt sich um eine Form des Dauerformgusses; Alternativen zum Schwerkraftgussverfahren sind Gasdruck und Vakuum.

Feinguss (Wachsausschmelzguss)

Beim Feinguss oder Wachsausschmelzverfahren handelt es sich um eine Methode zum Gießen von Metall unter Verwendung eines entbehrlichen Musters und einer Form: Beide Teile werden während des Gussprozesses zerstört (obwohl das geschmolzene Wachs häufig wiederverwendet werden kann).

Feinguss ist wie Schwerkraftguss Jahrtausende alt. Beim Wachsausschmelzverfahren wird ein Modell aus Wachs oder einem gleichwertigen Material hergestellt – manchmal von Hand, manchmal mit einem Harz-3D-Drucker –, bevor ein feuerfestes Material um das Modell gegossen wird, um die Form herzustellen.

Bei der Einbettmasse handelt es sich um die Keramikschicht, die rund um das Modell aufgetragen wird und dann als Form für das geschmolzene Metall dient. Diese Keramikschicht wird in einem Prozess namens Ausbetten entfernt.

Sandguss

Sandguss ist eine einfache, jahrhundertealte Methode zum Gießen von Metall und kostengünstiger als alternative Techniken. Als Formmaterial wird Sand (gemischt mit einem Bindemittel wie Ton) verwendet und die Formen sind in der Lage, hoher Hitze standzuhalten.

Beim Sandgussverfahren wird ein Modell in Sand getaucht, der sich in einer speziellen Box, einem sogenannten Kolben, befindet. Durch Verdichten des Sandes um das Muster herum kann eine Form hergestellt werden, in die geschmolzenes Metall gegossen werden kann.

Der im Metallgussverfahren verwendete Sand kann entweder grüner Sand (nasser Ton) oder luftgehärteter Sand (trockener Sand mit Klebstoff) sein.

Andere Gießverfahren

Es gibt Dutzende weitere Metallgussverfahren, die in der Fertigung zum Einsatz kommen, darunter Lehmformen und Schalenformen – beides Verbrauchsformverfahren – und Dauerformverfahren wie Schleuderguss und Strangguss.

Gießdruck: hoch oder niedrig?

Metalldruckguss ist ein wertvolles Metallbearbeitungsverfahren und kann in zwei weitere Kategorien unterteilt werden: Hochdruck-Kokillenguss und Niederdruck-Kokillenguss. Die Wahl des richtigen Drucks hängt von Faktoren wie Material, Wandstärke und Teilegröße ab.

Hochdruck-Kokillenguss ist eine weiter verbreitete Technik als Niederdruck-Kokillenguss und wird mehr als doppelt so häufig eingesetzt.

Beim Hochdruck-Druckguss wird das flüssige Metall mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Form gepresst, was eine starke Presse erfordert, um die Form geschlossen zu halten. Ideal für weiche Legierungen wie Aluminium und Zink. Das Verfahren ist daher teurer als Niederdruck-Kokillenguss.

Vorteile des Druckgusses:

• Schnelle Produktion
• Dünne Wände möglich
• Glatte Oberfläche
• Minimale Schrumpfung

Niederdruck-Druckguss ist eine langsamere Form des Druckgusses, bei der geschmolzenes Metall sanfter in die Form gedrückt wird. Es eignet sich für Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten. Der Prozess des Metallgießens bei niedrigem Druck ist zwar langsamer als der Hochdruck-Kokillenguss, eignet sich jedoch für komplexe Geometrien und kann sehr stabile Teile herstellen.

Vorteile des Niederdruck-Kokillengusses:

• Starke Teile
• Komplexe Geometrien

Gießbare Metalle

Für das Gießverfahren eignen sich verschiedene Metalle. Die drei am häufigsten von Kbear Metal akzeptierten Gussmaterialien sind jedoch Aluminium, Zink und Magnesium.

Aluminiumguss

Aluminiumguss ist das am weitesten verbreitete Verfahren zur Umformung von Aluminium. Es wird zur Herstellung von Industrie- und Automobilteilen wie Getrieben und Motoren aus Legierungen wie A380 und A383 verwendet.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Aluminiumguss durchzuführen. Aluminium-Druckguss eignet sich aufgrund seiner Geschwindigkeit und hervorragenden Oberflächengüte hervorragend für die Massenproduktion; Kokillenguss eignet sich für extrafeste Aluminiumteile; und Sandguss eignet sich für den Aluminiumguss kleiner Mengen und komplizierter Geometrien.

Unabhängig vom Gussverfahren stellt Aluminiumguss stabile und leichte Teile her und ist daher äußerst vielseitig.

Zinkguss

Zinklegierungen sind beliebte, erschwingliche und weit verbreitete Metalle, die sich zum Gießen eignen. Beim Zinkguss handelt es sich typischerweise um Hochdruck-Druckguss, was hohe Produktionsraten und minimale Nachbearbeitungsanforderungen ermöglicht.

Aufgrund der hohen Fließfähigkeit von Zink können beim Zinkguss Teile mit sehr dünnen Wänden und feinen Details entstehen. Für eine bessere Verbindung kann Zink auch kaltverformt werden.

Hersteller können zwischen ZAMAK-Zinklegierungen oder Zink-Aluminium-Legierungen (ZA) wählen. Zu den Zinkgussteilen gehören Automobilkomponenten, Klimaanlagenteile und elektronische Komponenten.

Magnesiumguss

Gießen – insbesondere Hochdruckguss – ist mit Abstand das häufigste Metallbearbeitungsverfahren zur Herstellung von Magnesiumteilen und macht etwa 98 % der Magnesiumteileproduktion aus.

Da Magnesium das leichteste aller Strukturmetalle ist, eignet es sich ideal für Leichtbauanwendungen. Weitere Vorteile des Magnesiumgusses sind sehr dünne Wände, hervorragende Details und ein gutes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht.

In kleinen Mengen können Magnesiumteile auch im Gipsguss hergestellt werden, für professionelle Anwendungen eignet sich jedoch Magnesiumdruckguss.

Abschluss

Abschließend, Metallguss ist ein altehrwürdiger Herstellungsprozess, der sich im Laufe der Jahrhunderte erheblich weiterentwickelt hat und die Herstellung einer breiten Palette von Produkten ermöglicht, von komplizierten Maschinenkomponenten bis hin zu großformatigen Industriekonstruktionen. Seine Vielseitigkeit und Effizienz machen es zur bevorzugten Wahl in zahlreichen Branchen, darunter Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Konsumgüter.

Die verschiedenen Gusstechniken – vom Druckguss bis zum Sandguss – bieten deutliche Vorteile, die auf unterschiedliche Anwendungen zugeschnitten sind und es Ingenieuren ermöglichen, spezifische Designs, Toleranzen und Materialeigenschaften zu erreichen. Trotz einiger inhärenter Einschränkungen, wie potenzielle Mängel und hoher Arbeitsaufwand, festigen die Vorteile des Metallgusses, einschließlich der Kosteneffizienz für die Massenproduktion und der Materialvielfalt, weiterhin seine wesentliche Rolle in der modernen Fertigung.

Da Hersteller einer steigenden Nachfrage nach komplexen Geometrien und leichten Komponenten gegenüberstehen, werden die Innovationen bei Metallgussverfahren wahrscheinlich den Weg für weitere Verbesserungen der Präzision und Effizienz ebnen. Durch das Verständnis der Grundlagen und Feinheiten des Metallgusses können Branchenexperten diese wertvolle Fertigungstechnik besser nutzen, um hochwertige Metallteile herzustellen, die den heutigen strengen Leistungsstandards entsprechen.

Referenzen

• Enzyklopädie Britannica. “Metallguss.” Britannica
• ASM International. “Gießprozesse.” ASM.org
• Schmid, H. (2019). Herstellungsprozesse für technische Materialien. Pearson-Ausbildung.
• D. F. Pritchett. (2012). Gießereitechnik. Woodhead Publishing.
• Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2018). Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Eine Einführung. Wiley.