Allgemeine Grundlagen des Gießens. Eine Übersicht der Form- und Gießverfahren


Hausarbeit, 2010
32 Seiten, Note: 2,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Urformen durch Gießen
1.2 Anwendungsbereiche des Gießens
1.3 Abgrenzung
1.4 Wirtschaftsdaten zur Gießerei-Industrie

2. Die verschiedenen Form- und Gießverfahren
2.1 Handformen (Sandgießen)
2.2 Maschinenformen
2.3 Maskenformverfahren
2.4 Feingießverfahren
2.5 Vollformgießverfahren
2.6 Kokollengießverfahren
2.7 Druckgießverfahren
2.8 Schleudergießverfahren

3. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

In dieser Hausarbeit geben die Verfasser einen Einblick in die Grundlagen des Gießens und gehen auf die verschiedenen Form- und Gießverfahren ein. Hierbei werden die betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Aspekte nicht außer Acht gelassen und an praxisnahen Beispielen näher erläutert. Werkstücke werden dann durch die Gießverfahren wie z.B. Sandformguss, Kokillen- und Druckguss sowie Feinguss hergestellt, wenn besondere bzw. bessere Werkstückeigenschaften erzielt werden sollen, als durch konkurrierende Formgebungsverfahren. Zu den konkurrierenden Formgebungsverfahren gehören z.B. spangebende Verfahren (Drehen, Fräsen, Hobeln) oder das Schweißverfahren.

1.1 Urformen durch Gießen

Seit vielen Jahren hat sich die Bearbeitung von Gusswerkstoffen enorm weiterentwickelt und ist eines der wenigen Verfahren, aus dem der Werkstoff auf direktem Wege zu einem fertigen Werkstück ohne weitere Bearbeitungsschritte produziert werden kann. Es haben sich hoch technisierte verschiedene Verfahren entwickelt, welche jeder für sich spezielle Vorteile und Anwendungsgebiete aufweist und auf die heutzutage nicht mehr verzichtet werden kann. Durch die Gießverfahren ist den Konstrukteuren und Künstlern eine große Gestaltungsfreiheit gegeben, die mit keinem anderen Verfahren vergleichbar ist.

Es sind viele verschiedene Gusswerkstoffe verarbeitbar von Gussstahl, über Aluminium bis hin zu hohen Legierungswerkstoffe. Aber auch andere Werkstoffe wie Porzellan und Reaktionsharzbeton, Gläser oder Kunststoffe werden durch die verschiedenen Gießverfahren verarbeitet, worauf aber in der folgenden Hausarbeit nicht näher drauf eingegangen wird.

Abbildung 1: Gegenüberstellung Werkstoffausnutzung zu Energieaufwand

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Fritz / Schulze, Fertigungstechnik, 8. Auflage, Berlin Heidelberg 2008, S. 5

Die Werkstoffausnutzung ist, wie in der obigen Abbildung erkennbar, mit 90 % einer der höher angesiedelten Fertigungsverfahren und der geringe Energieaufwand zur Herstellung von Werkstücken rundet die Vorteile dieses Verfahren ab. Das einzige Fertigungsverfahren welches aus diesen beiden Gesichtpunkten einen wirtschaftlichen Vorteil hat, ist das Verfahren Sintern.

1.2 Anwendungsbereiche des Gießens

Die Gießverfahren sind in vielen Branchen vertreten und decken eine Vielfalt der Produktpalette der heutigen Industrie- und Handelsgüter ab. Es werden allerdings 70% der Gusswerkstücke für den Maschinenbau, den Fahrzeugbau und die Bauindustrie. Mit den Gießverfahren sind Massenfertigungen, Serienfertigungen, aber auch Einzelfertigungen möglich und in den verschiedensten Größen möglich. Es können Werkstücke von 0,01 kg bis zu mehrere Tausend Tonnen je Werkstück hergestellt werden.

1.3 Abgrenzung

In dieser Ausarbeitung gehen die Verfasser bewusst nicht auf die Gießverfahren mit den Werkstoffen Porzellan und Reaktionsharzbeton, Gläser und Kunststoffe ein, sondern beschränken sich auf die Erstellung von Gussstücke aus Metallen und Legierungen. Es werden aus den einzelnen Untergruppen der verschiedenen Gießverfahren nur die wichtigsten und gängigsten Verfahren erläutert. Es ist teilweise gegeben, dass zusätzliche Verfahren den Gruppen zugeteilt sind, die hier aber außer Acht gelassen werden. Des Weiteren wird auf die Gussfehler nicht eingegangen.

1.4 Wirtschaftsdaten zur Gießerei-Industrie

Die Bandbreite der praktischen Anwendungsmöglichkeiten des Form- und Gießverfahrens ist grundsätzlich sehr groß. Die Gießerei-Industrie, dazu zählen vor allem die Eisen-, Stahl- und Tempergießereien, ist ein wichtiger Partner des Fahrzeugbaus (Automobilindustrie, dem Schienenfahrzeug- und Flugzeugbau), Maschinenbaus und der Bauindustrie. In der folgenden Übersicht der Wirtschaftsdaten des Bundesverbands der deutschen Gießerei-Industrie wird das bestätigt.

BDG-Wirtschaftsdaten- und Branchendaten 2009 für Deutschland und Europa zur Gießerei-Industrie [1]:

- Deutschlandweit 268 überwiegend mittelständisch strukturiert Unternehmen
- Schwerpunkte der Gussproduktion – NRW (25 %), Hessen (18 %) und BW (17 %)
- Beschäftigung deutschlandweit ca. 46.000 Mitarbeiter
- Produktionsvolumen 2009 3,2 Mio. t Guss / Produktionswert 5,6 Mrd. €
- Deutschland ist sechstgrößter Produzent weltweit und der größte Europas
- Gussabsatz in Höhe von 3,3 t ging an die wichtigen Industriepartner
- Fahrzeugbau
- Maschinenbau
- Bauindustrie
- 34 % der Absatzmenge wurden an ausländischen Abnehmer ausgeliefert

2. Die verschiedenen Form- und Gießverfahren

Das Form- und Gießverfahren gehört zu den Urformverfahren. Bei diesen Verfahren ist die Entwicklung und Forschung darauf ausgerichtet, die Werkstücke möglichst verlustärmer, maßgenauer und massengleicher herzustellen. Das Verfahren eignet sich dann besonders gut, wenn andere Fertigungsverfahren unwirtschaftlich sind bzw. eine Fertigung mit anderen Methoden nicht möglich ist.

Die verschiedenen Form- und Gießverfahren werden grundsätzlich in zwei Formen charakterisiert. Wie in der Abb. 2 dargestellt, unterscheidet man zwischen dem „Gießen in verlorenen Formen“ und „Gießen in Dauerformen“. Dabei wird bei dem „Gießen in verlorenen Formen“ noch zusätzlich zwischen „Dauermodellen“ und „Verlorenen Modellen“ unterschieden [2]. In diesem Kapitel werden acht der wichtigsten Verfahren aus der theoretischen Sicht erläutert. Dazu werden jeweils im Anschluss einzelne Praxisbeispiele geliefert.

Abbildung 2: Form- und Gießverfahren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Fritz / Schulze, Fertigungstechnik, 8. Auflage, Berlin Heidelberg 2008, S. 51

Bevor auf die einzelnen Verfahren eingegangen werden kann ist eine Erläuterung der folgenden Bezeichnungen notwendig:

- Kerne

- Verlorene Formen (einmal verwendbar)

- Verlorene Modelle

- Dauermodelle

- Dauerformen

Kerne

Wie in den Abb. 3 und 4 dargestellt wird ein sog. Kern anhand eines Kernkastens hergestellt. Dabei wird bspw. Quarzsand in einen Kernkasten eingefüllt und mit Hilfe von Bindemittel verfestigt. Der Zweck des Kerns ist bei der endgültigen Fertigung des Gussteils, notwendige Hohlräume einzuhalten bzw. auszusparen und / oder komplexe Außenkonturen (Hinterschneidungen) abzuformen.

Abbildung 3: Kernherstellung (Theorie) Abbildung 4: Kernherstellung (Praxis)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Witt / Kessler / Löblich, Taschenbuch der
Fertigungstechnik, München Wien 2006, S. 27

Quelle: Berufsschule Biedenkopf
http://www.berufsschule-biedenkopf.de/
uploads/RTEmagicC_7748ef4f62.jpg.jpg, 02.11.2010

Verlorene Formen (einmal verwendbar)

Grundsätzlich kann die Form lediglich einmalig verwendet werden. D. h. in der Branche wird ein Verfahren mit verlorenen Formen dann bezeichnet, wenn die in der Gießerei als integraler Bestandteil der Gussfertigung gefertigten Gießformen bei der Entnahme des erstarrten Gussteils zerstört werden.

Verlorene Modelle

Zur Herstellung einer Form werden Modelle (Muster des Gussstücks) aus verschiedenen Werkstoffen (Holz, Kunststoff oder Schaumstoff) verwendet. Dabei werden Formstoffe (z. B. Quarzsand) in Verbindung mit einem Bindemittel (z. B. Kunstharze) in das Modell eingelassen und ausgehärtet. Damit die Form für die Produktion eines Gussteils verwendet werden kann muss das Modell zerstört werden. Dieser Vorgang wird als Verfahren mit verlorenen Modellen bezeichnet. Mit einem Modell kann nur eine Gießform und ein Gussteil hergestellt werden.

Dauermodelle

Ein Dauermodell kann durch Hand- bzw. Maschinenformen eingeformt werden. Im Gegensatz zu den verlorenen Modellen werden Dauermodelle wiederholt zur Herstellung von Formen verwendet.

Dauerformen

Die Dauerformen (auch Kokillen genannt) werden überwiegend aus metallischen Werkstoffen gefertigt. Die Kokillen werden beim Gießvorgang nicht zerstört und werden daher für den Bereich der größeren Serienfertigung angewandt. Die für die Herstellung zumeist verwendeten Werkstoffe sind bspw. verschleißfeste, hitze- und zunderbeständige Stähle, niedrig- oder hochlegiertes Gusseisen oder Kupfer und Kupferlegierungen. Auf die Anwendungsmöglichkeiten wird im Kapitel 2.6 Kokillengießverfahren näher eingegangen.

2.1 Handformen (Sandgießen)

Das Sandgießen gehört zu den ältesten und bekanntesten Gießverfahren. Verbunden mit dem Handformen eignet es sich sehr gut für die Herstellung von Formen (Sandformen) um damit Kleinserien, Einzelgussstücke und Prototypen herstellen zu können. Für die vorerwähnten Anwendungsgebiete (wenige Teile, große Stücke) ist der Einsatz von Formmaschinen unwirtschaftlich, daher werden die Formen per Hand gefertigt.

Bedingt durch die große Konstruktionsfreiheit können vielseitigen Formen, komplexe Geometrien und Hinterschneidungen qualitativ hochwertig hergestellt werden [3]. Die Maßgenauigkeit liegt im Vergleich zu den weiteren Verfahren bei 2,5 – 5 % und ist verhältnismäßig schlechter, dennoch bewegt sich diese in einem akzeptablen Rahmen.

Zur Herstellung der Formen mit den Sandgießverfahren werden mind. zwei Komponenten verwendet.

- Formgrundstoff = Quarzsand (Besteht zu 99 % aus Siliciumdioxid SiO2)
- Bindemittel = Kunstharz (z. B Polyurethan-Kunstharz-Bindern)

Um die Eigenschaften dieser gebundenen Stoffe zu optimieren bzw. zu verbessern kann noch eine weitere Komponente, der Zuschlagstoff beigemischt werden. Die Kombination der zwei bzw. drei Komponenten wird als Formstoff bezeichnet.

Der Verlauf des Sandgießens beim Handformen besteht grundsätzlich aus folgenden Einzelschritten:

- Konstruktion des Werkstücks
- Erstellung eines zweiteiligen Modells (Ober- und Unterteil), bspw. aus Holz, Verwendung als Dauermodell ist gegeben
- Erstellung eines Kerns für evtl. Hohlräume im Gussteil
- Modell wird jeweils im Unter- und Oberkasten eingeformt.
- Vorher muss bei Bedarf ein Kern eingelegt werden
- Freiräume zwischen dem Modell und dem Kasten werden mit Quarzsand ausgefüllt und verdichtet.
- Einarbeitung des Einguss-Trichters
- Einarbeitung der Speiser, damit die Luft entweichen kann
- Form wird mit Gusseisen abgegossen
- Abkühlung und Entleerung des Kastens bzw. Gussteil wird ausgeformt. Die Ausformung geschieht mit Hilfe einer Rüttelmaschine, damit der Formsand vom Gussteil getrennt wird
- Gussteil wird vom Restsand, Kernen befreit und geputzt

Des Weiteren muss angemerkt werden, dass dieses Formverfahren in zwei Varianten, das tongebundene und chemischgebundene, unterteilt wird.

Das Sandgießverfahren mit tongebundenen Formstoff, auch Nassgussformverfahren genannt, wird in der Praxis am häufigsten eingesetzt. Der zum Einsatz kommende Formstoff besteht aus 83 – 95 % Quarzsand, 5 – 12 % Bindeton (meisten Bentonit), 3 – 5 % Wasser und bis zu 7 % Zusatzstoff, welche für die Optimierung der Formstoffeigenschaft gedacht ist. In der Praxis wird Bentonit als Bindemittel wegen seiner hohen Quellfähigkeit (d. h. durch anfeuchten mit Wasser wird die Bindefähigkeit immer wieder aktiviert und gleichzeitig jedoch die Feuerbeständigkeit verringert) sehr oft verwendet.

Zur Herstellung der Formen selbst werden Verdichtungsverfahren, wie z. B. Rütteln, Pressen, Vibrationsverdichten, Vakuumsverdichten und weitere moderne optimierte Verfahren wie das Hochdruckpressen bei einem Pressdruck von 0,7 – 2,0 MPa oder Luftstrompressen mit kurzzeitigen Druckbeaufschlagung von 0,2 – 0,5 s angewandt.

Bei dem chemischgebunden Verfahren wird ein chemischer Binder eingesetzt. Dabei entfällt hierbei die Verdichtung des Formstoffes, weil die Formfestigkeit durch das Aushärten des chemischen Binders erfolgt. Zu den bekanntesten Anwendungsbereichen dieses Verfahrens zählt der Fahrzeugbau.

Das Handformen wird in der Praxis für nahe zu alle stahlverarbeiteten Branchen, wie z. B. Fahrzeugbau, Maschinenbau, Elektrotechnik, etc. verwendet. Gerade für kleinere, mittlere und große Einzelstücke in kleineren Stückzahlen ist es sehr gut geeignet. D. h. diese Methode ist für die Produktion von komplizierten Gussteilen, bei denen eine maschinelle Produktion unwirtschaftlich erscheint, sinnvoll. Als Produktbeispiele gelten bspw. Motorblock-Prototypen, Einzelanfertigungen für den Sondermaschinenbau, Abgüsse für den Modellbau, etc.

Das Stückgewicht reicht in der Industrie von 0,001 bis mithin 400 kg und durchaus bis 1500 kg. Die tatsächliche obere Gewichtsgrenze wird hierbei von möglichen Transportgrenzen und Schmelzkapazitäten bestimmt und kann daher die erwähnten 1500 kg übersteigen [4]. Des Weiteren sind die Ausführungsmöglichkeiten abhängig von den Rahmenbedingungen des jeweiligen Unternehmens. Beispielhaft „realisiert die Metallguss Herpers GmbH durch die Handformtechnik Produkte in Abmessungen 2000 x 1500 mm und bis zu einem Stückgewicht von 400 kg in wirtschaftlicher Präzision.“[1]

Die Nutzung dieser Verfahrensart bietet insgesamt folgende Vorteile:

- Hohe Wirtschaftlichkeit
- Geringe Modellkosten
- Schnelle und kostengünstige Herstellung seriennaher Gussteile
- Konstruktionsfreiheit

2.2 Maschinenformen

Diese Verfahrensart zählt, wie das Handformen auch, zu den Verfahren mit verlorenen Formen. Grundsätzlich eignet sich dieses Verfahren, bedingt durch die Automatisierungsmöglichkeiten, für die Herstellung von serienbasierten klein- und mittelgroßen Gussstücken. Wie aus der Bezeichnung bereits abgeleitet werden kann, werden zur Fertigung Maschinen verwendet.

Des Weiteren wird dieses Formverfahren noch in zwei weitere Kategorien, die Kastenformerei und das kastenlose Formen, unterteilt.

[...]


[1] Metallguss Herpers GmbH, http://www.metallguss-herpers.de/prozesse/sandguss/, 27.11.2010

Ende der Leseprobe aus 32 Seiten

Details

Titel
Allgemeine Grundlagen des Gießens. Eine Übersicht der Form- und Gießverfahren
Hochschule
Fachhochschule Münster  (ITB (Steinfurt))
Note
2,0
Autor
Jahr
2010
Seiten
32
Katalognummer
V201946
ISBN (eBook)
9783656282013
ISBN (Buch)
9783656451495
Dateigröße
1795 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
allgemeine, grundlagen, gießens, übersicht, form-, gießverfahren
Arbeit zitieren
Dipl.-Wirt.Ing Alexander Muras (Autor), 2010, Allgemeine Grundlagen des Gießens. Eine Übersicht der Form- und Gießverfahren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/201946

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