Kokillenguss - Permanent mold casting

Dauerformguss

Der Dauerformguss ist ein Metallgussverfahren , bei dem wiederverwendbare Formen ("dauerhafte Formen") verwendet werden, die normalerweise aus Metall bestehen . Das gebräuchlichste Verfahren verwendet die Schwerkraft zum Füllen der Form, es werden jedoch auch Gasdruck oder Vakuum verwendet. Eine Variation des typischen Schwerkraftgussverfahrens, genannt Slush-Casting , erzeugt Hohlgussteile. Gemeinsame Gussmetalle sind Aluminium , Magnesium und Kupfer - Legierungen. Andere Materialien schließen Zinn , Zink und Blei - Legierungen und Eisen und Stahl werden auch in Gussgraphitformen.

Typische Produkte sind Komponenten wie Zahnräder , Keilverzahnungen , Räder , Getriebegehäuse , Rohrverschraubungen , Kraftstoffeinspritzgehäuse und Kolben für Automobilmotoren .

Verfahren

Es gibt vier Hauptarten des Kokillengusses: Schwerkraft, Matsch, Niederdruck und Vakuum.

Schwerkraft-Prozess.

Der Schwerkraftprozess beginnt mit dem Vorwärmen der Form auf 150–200 °C (300–400 °F). um das Fließen zu erleichtern und thermische Schäden am Gussstück zu reduzieren. Der Formhohlraum wird dann mit einem feuerfesten Material oder einer Formschlichte beschichtet , die ein Ankleben des Gussstücks an der Form verhindert und die Lebensdauer der Form verlängert. Jegliche Sand oder Metallkerne werden dann installiert und die Form wird geschlossen geklemmten. Dann wird geschmolzenes Metall in die Form gegossen. Kurz nach dem Erstarren wird die Form geöffnet und das Gussstück entfernt, um die Gefahr von Heißrissen zu verringern . Anschließend wird der Prozess von vorne begonnen, aber ein Vorwärmen ist nicht erforderlich, da die Wärme des vorherigen Gusses ausreichend ist und die feuerfeste Beschichtung mehrere Gussteile halten sollte. Da dieser Prozess in der Regel an Werkstücken in großen Stückzahlen durchgeführt wird, werden automatisierte Anlagen verwendet, um die Form zu beschichten, das Metall zu gießen und den Guss zu entfernen.

Das Metall wird bei der niedrigsten praktischen Temperatur gegossen, um Risse und Porosität zu minimieren. Die Gießtemperatur kann je nach Gussmaterial stark schwanken; Zinklegierungen werden beispielsweise bei etwa 370 °C (698 °F) gegossen, während Grauguss bei etwa 1.370 °C (2.500 °F) gegossen wird.

Schimmel

Formen für den Gießprozess bestehen aus zwei Hälften. Gießformen werden normalerweise aus Grauguss hergestellt, da dieser die beste Beständigkeit gegen thermische Ermüdung aufweist, aber andere Materialien umfassen Stahl, Bronze und Graphit. Diese Metalle werden aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Erosion und thermische Ermüdung ausgewählt. Sie sind in der Regel nicht sehr komplex, da die Form keine Kollabierbarkeit bietet, um die Schrumpfung auszugleichen. Stattdessen wird die Form geöffnet, sobald das Gussstück erstarrt ist, was heiße Risse verhindert. Kerne können verwendet werden und bestehen in der Regel aus Sand oder Metall.

Wie oben erwähnt, wird die Form vor dem ersten Gießzyklus erhitzt und dann kontinuierlich verwendet, um während der Zyklen eine möglichst gleichmäßige Temperatur aufrechtzuerhalten. Dies verringert die thermische Ermüdung, erleichtert den Metallfluss und hilft, die Abkühlgeschwindigkeit des Gussmetalls zu kontrollieren.

Die Entlüftung erfolgt normalerweise durch den leichten Riss zwischen den beiden Formhälften, reicht dies jedoch nicht aus, werden sehr kleine Entlüftungslöcher verwendet. Sie sind klein genug, um die Luft entweichen zu lassen, aber nicht das geschmolzene Metall. Eine Steigleitung muss auch enthalten sein, um die Schrumpfung auszugleichen. Dies begrenzt die Ausbeute in der Regel auf weniger als 60 %.

Mechanische Auswerfer in Form von Stiften werden eingesetzt, wenn Beschichtungen nicht ausreichen, um Gussteile aus den Formen zu entfernen. Diese Stifte werden überall in der Form platziert und hinterlassen normalerweise kleine runde Eindrücke auf dem Gussstück.

Matsch

Slush Casting ist eine Variante des Dauerformgusses zur Herstellung eines Hohlgusses oder Hohlgusses . Dabei wird das Material in die Form gegossen und abkühlen gelassen, bis sich in der Form eine Materialschale bildet. Die restliche Flüssigkeit wird dann ausgegossen, um eine hohle Schale zu hinterlassen. Der resultierende Guss hat gute Oberflächendetails, aber die Wandstärke kann variieren. Das Verfahren wird normalerweise verwendet, um Zierprodukte wie Kerzenleuchter , Lampensockel und Statuen aus Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt zu gießen . Eine ähnliche Technik wird verwendet, um hohle Schokoladenfiguren für Ostern und Weihnachten herzustellen .

Das Verfahren wurde 1893 von William Britain zur Herstellung von Bleispielzeugsoldaten entwickelt . Es verwendet weniger Material als massiver Guss und führt zu einem leichteren und kostengünstigeren Produkt. Hohlgussfiguren haben in der Regel ein kleines Loch, durch das die überschüssige Flüssigkeit ausgegossen wurde.

In ähnlicher Weise wird ein Slush-Moulding- Verfahren bei der Herstellung von Automobil-Armaturenbrettern für Softpanel-Innenräume mit Kunstleder verwendet, bei dem eine rieselfähige (die sich wie eine Flüssigkeit verhalten) pulverförmige Kunststoffmasse, entweder PVC oder TPU, in eine heiße, Hohlform und es bildet sich eine zähflüssige Haut. Anschließend wird überschüssiger Matsch abgelassen, die Form abgekühlt und das Formprodukt ausgestrippt.

Niedriger Druck

Schema des Niederdruck-Kokillengussverfahrens

Beim Niederdruck-Dauerformguss ( LPPM ) wird ein Gas mit niedrigem Druck verwendet, normalerweise zwischen 3 und 15 psi (20 bis 100 kPa), um das geschmolzene Metall in den Formhohlraum zu drücken. Der Druck wird auf die Oberseite des Flüssigkeitsbeckens ausgeübt, wodurch das geschmolzene Metall durch ein feuerfestes Gießrohr und schließlich in den Boden der Form gedrückt wird. Das Gießrohr reicht bis zum Pfannenboden, so dass das Material, das in die Form geschoben wird, besonders sauber ist. Es sind keine Steigrohre erforderlich, da der aufgebrachte Druck geschmolzenes Metall eindrückt, um die Schrumpfung auszugleichen. Die Ausbeuten liegen in der Regel über 85 %, da kein Steigrohr vorhanden ist und jegliches Metall im Gießrohr zur Wiederverwendung einfach in die Pfanne zurückfällt.

Die überwiegende Mehrheit der LPPM-Gussteile besteht aus Aluminium und Magnesium, einige sind jedoch auch Kupferlegierungen. Vorteile sind die sehr geringe Turbulenz beim Füllen der Form durch den konstanten Druck, wodurch Gasporosität und Krätzebildung minimiert werden . Die mechanischen Eigenschaften sind etwa 5% besser als bei Schwerkraft-Kokillenguss. Der Nachteil ist, dass die Zykluszeiten länger sind als bei Schwerkraft-Kokillenguss.

Vakuum

Beim Vakuum-Kokillenguss bleiben alle Vorteile des LPPM-Gießens erhalten, zudem werden die gelösten Gase in der Metallschmelze minimiert und die Reinheit der Metallschmelze noch verbessert. Das Verfahren kann dünnwandige Profile verarbeiten und bietet eine hervorragende Oberflächengüte . Die mechanischen Eigenschaften sind in der Regel 10 bis 15 % besser als bei Schwerkraft-Kokillenguss. Das Gewicht des Verfahrens ist auf 0,2 bis 5 kg (0,44 bis 11,02 lb) begrenzt.

Vorteile und Nachteile

Die Hauptvorteile sind die wiederverwendbare Form, gute Oberflächengüte, gute Maßhaltigkeit und hohe Produktionsraten. Typische Toleranzen sind 0,4 mm für die ersten 25 mm (0,015 Zoll für den ersten Zoll) und 0,02 mm für jeden weiteren Zentimeter (0,002 Zoll pro Zoll); Wenn die Bemaßung die Trennlinie kreuzt, addieren Sie zusätzliche 0,25 mm (0,0098 in). Typische Oberflächengüten sind 2,5 bis 7,5 µm (100–250 µin) RMS . Ein Tiefgang von 2 bis 3° ist erforderlich. Wandstärken sind auf 3 bis 50 mm (0,12 bis 1,97 in) begrenzt. Typische Teilegrößen reichen von 100 g bis 75 kg (mehrere Unzen bis 150 lb). Andere Vorteile umfassen die Leichtigkeit, eine gerichtete Erstarrung durch Ändern der Formwanddicke oder durch Erwärmen oder Kühlen von Teilen der Form herbeizuführen. Die schnellen Abkühlraten, die durch die Verwendung einer Metallform erzeugt werden, führen zu einer feineren Kornstruktur als beim Sandguss. Einziehbare Metallkerne können verwendet werden, um Hinterschneidungen zu erzeugen, während eine schnell wirkende Form erhalten bleibt.

Es gibt drei Hauptnachteile: hohe Werkzeugkosten, beschränkt auf Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und kurze Lebensdauer der Form. Die hohen Werkzeugkosten machen dieses Verfahren für Kleinserien unwirtschaftlich. Wenn das Verfahren zum Gießen von Stahl oder Eisen verwendet wird, ist die Lebensdauer der Formen extrem kurz. Bei Metallen mit niedrigerem Schmelzpunkt ist die Formlebensdauer länger, aber thermische Ermüdung und Erosion begrenzen die Lebensdauer normalerweise auf 10.000 bis 120.000 Zyklen. Die Lebensdauer der Form hängt von vier Faktoren ab: dem Formmaterial, der Gießtemperatur, der Formtemperatur und der Formkonfiguration. Formen aus Grauguss können kostengünstiger hergestellt werden, haben aber kurze Standzeiten. Andererseits können Formen aus H13-Werkzeugstahl eine um ein Vielfaches höhere Standzeit aufweisen. Die Gießtemperatur ist abhängig vom Gießmetall, aber je höher die Gießtemperatur, desto kürzer ist die Standzeit der Form. Eine hohe Gießtemperatur kann auch Schrumpfungsprobleme verursachen und zu längeren Zykluszeiten führen. Bei zu niedriger Werkzeugtemperatur kommt es zu Fehlläufen , bei zu hoher Werkzeugtemperatur verlängert sich die Zykluszeit und der Werkzeugabtrag wird erhöht. Große Unterschiede in der Querschnittsdicke in der Form oder im Gussteil können ebenfalls die Lebensdauer der Form verkürzen.

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links