Gießen
Herstellen von Formteilen
Zur Herstellung der Formen werden Modelle aus Holz, Metall oder Kunststoff verwendet, welche äußerlich der Gestalt des Werkstückes gleichen. Die Modellmaße sind größer als das Gußstück, da sich das eingegossene Metall beim Abkühlen zusammenzieht. Diesen Vorgang bezeichnet man als Schwinden. Grauguß schwindet um 1%, Stahlguß um 2%, Kupferlegierungen um 1,51,6%, Aluminium um 1,25%. Der Modellmacher verwendet beim Messen den Schwindmaßstab (rot gestrichen). Dieser zeigt die gleichen Ziffern wie ein Normalmaßstab (gelb gestrichen), hat aber um das Schwindmaß größere Strichabstände. Ein Schwindmaßstab für Gußeisen, der 1000 mm zeigt, ist tatsächlich (1000:99)x 100 = 1010,1 mm lang; ein solcher Stahlguß ist 1020,4 mm lang.
Die Modelle sind in der Regel in ihrer Symmetrieebene in Hälften geteilt, die durch Stifte (Dübel) gegen Verrutschen gesichert sind. Die senkrecht zur Teilungsebene liegenden Modellflächen erhalten eine schwache Neigung, damit sich jede der Modellhälften leicht aus der Sandform herausheben läßt. An den zu bearbeitenden Werkstückflächen erhält das Modell eine Bearbeitungszugabe von 110 mm, je nach Werkstückgröße.
Der zur Herstellung der Sandform verwendete Formsand muß gut bildsam, gasdurchlässig, hitzebeständig und standfest sein. Er darf am Gußstück nicht festbrennen und am Modell nicht kleben. Der unmittelbar am Modell anliegende "Modellsand" ist ein sorgfältig zusammengesetztes Gemisch aus Ton, Quarzsand, Steinkohle, Bindemittel und Wasser. Gebrauchter Formsand wird nach Zerschlagen der Form gesiebt und zum Auffüllen einer neuen Form verwendet.
In der Graugießerei unterscheidet man zwischen Naßguß und Trockenguß.
Beim Naßguß wird das flüssige Gußeisen in die noch naturfeuchte Form gegossen (grüne Form). Dieser einfache Vorgang ist nur bei dünnwandigen, kleineren Formen möglich, bei denen die Gase rasch durch den Sand entweichen können. Größere Formen erfordern einen besonders porösen Spezialformsand. Damit sich der Sand nicht am Gußstück einbrennt, werden die Formflächen mit Holzkohlenpulver eingestaubt. Beim Naßguß entsteht am Gußstück eine rauhe, harte Gußhaut.
Beim Trockenguß werden die Formflächen mit Graphitbrei bestrichen und die ganze Form in heißen Kammern oder mit transportablen Öfen durchgehend getrocknet. Beim Trockenguß entsteht eine glatte, nicht harte Gußhaut. Große Formen werden immer getrocknet.
Kerne sind aus besonderem Kernsand hergestellte Körper, die in die Form eingelegt werden, um im Gußstück einen gewünschten Hohlraum zu erzeugen. Da der Kern vom flüssigen Metall ganz umspült wird, muß er besonders hitzebeständig sein und noch außen durch Luftlöcher entlüftet werden.
Alle Kerne müssen vor dem Einlegen in die Form, auch beim Naßguß, gut getrocknet werden.
Der Kernsand wird in geteilten Kernkästen eingestampft (Bild 1c). Die Kerne erhalten im Inneren ein "Kerneisen" zur Stütze. Bei Serienfertigungen werden Kerne in Kernblasmaschinen geformt, getrocknet und gehärtet.
Formkästen sind eckige oder runde, oben und unten offene Rahmen aus Gußeisen, Stahl oder Leichtmetall. Außen befinden sich Handhaben zum Heben und Führungsstifte zur gegenseitigen Fixierung von zwei übereinander gestellten Kästen (Unter- Oberkasten). In besonderen Fällen sind 3 Kästen notwendig.
Untere Modellhälfte auf ein Aufstampfbrett legen, mit Modellpuder bestäuben (Bild 1e). Den leeren Unterkasten aufsetzen. Modellsand auf das Modell sieben, mit der Hand andrücken; Schichtstärke etwa 2 cm. Altsand nachfüllen, mit Stampfer feststampfen, bis der Kasten voll ist. (Nicht an das Modell klopfen!!!) Sand oben eben streichen, mit Nadel bis in Modellnähe Luft stechen. Den fertig gestampften Unterkasten umwenden; auf die nun oben liegende Kastentrennfläche etwas Streusand aufstreuen; obere Modellhälfte auf die noch im Unterkasten liegende untere Modellhälfte auflegen; Schlackenlauf-, Einguß und Steigermodell aufsetzen. Modellsand aufsieben, aufdrücken, Kasten mit Altsand füllen, stampfen, oben eben streichen und Luft stechen (Bild 1e,f). Einguß- und Steigermodell lockern, herausziehen, Oberkasten samt eingeformter Modellhälfte hochziehen, wenden und neben Unterkasten stellen. Empfindliche Kanten der Form mit eingesteckten Formstiften festigen, die Kanten befeuchten. Die Modellhälften vorsichtig aus Ober- und Unterkasten herausheben. Formflächen ausbessern, polieren, ausblasen und mit Kohlenstaub einstauben. Kern in Unterkasten einlegen. Oberkasten aufsetzen, Beschwerungsgewichte auflegen (Bild 1g, h). Die Form ist jetzt als Naßguß gießfertig.
In den meisten Gießereien wird zum Schmelzen des Gußeisens der Kupolofen benutzt, ein Schachtofen von etwa 68m Höhe, 0,5.1,5m Durchmesser, mit feuerfester Ausmauerung. Der Schacht wird von oben schichtweise mit Roheisen, Gußeisen- und Stahlschrott, Koks und Kalkstein beschickt. Der Kalk bildet eine schützende Schlakenschicht und bindet den schädlichen Schwefel. Durch einen Düsenkranz wird in der Schmelzzone kalte Luft eingeblasen. Das geschmolzene Gußeisen sammelt sich im Vorherd und wird nach Bedarf unten in die Gießpfanne abgelassen (Bild 2). Man verwendet auch elektrisch-, öl- oder gasbeheizte Schmelzöfen.
Werkzeuge des Formers sind: Schaufeln, Stampfer, Siebe, Polierlöffel, Sandhaken, Streichblech, Luftspieß u.a.. Stampfwerkzeuge werden meist mit Druckluft betrieben.
In den meisten Fällen läßt man das flüssige Metall vom Eingußtrichter aus zwischen Ober- und Unterkasten in den waagrechten "Schlackenlauf" einfließen, in dem die mitgerissene Schlacke zurückgehalten wird. Von dort aus leiten die "Anschnitte" das Metall in das Innere der Form. Die Querschnitte im Einguß, Schlackenlauf und Anschnitt verkleinern sich im Verhältnis 4:3:2, damit alle Kanäle beim Eingießen gut gefüllt bleiben und die leichtere Schlacke nach oben steigen kann. An den obersten Stellen der Form werden "Steiger" gesetzt, durch welche die Luft während des Eingießens entweicht und die Füllung der Form erkannt werden kann. Auch an verdeckten Wandstellen werden, durch eingesetzte "Speiser", Kanäle nach oben geschaffen, durch die Flüssiges Metall nachströmt und den beim Erstarren entstehenden Volumsschwund ausgleicht.
Die Konstruktion sollte nicht zu kompliziert sein, möglichst einfache Linienführung ohne unnötige Vorsprünge.
Über eines muß sich der Konstrukteur im klaren sein:
Es ist für den Gießereitechniker unmöglich, in allen Teilen eines Gußstückes und bei allen Wanddicken unter gleichen Abkühlungsbedingungen die gleich Festigkeit zu garantieren. Es ist daher für jedes Werkstück die maßgebliche Wanddicke festzulegen und für diese die Festigkeit zu fordern.
Alle geringeren Wanddicken weisen eine höhere Festigkeit, alle größeren Wanddicken eine geringere Festigkeit auf.
Das kann unter Umständen dazu führen, daß bei geringeren Wanddicken in Werkstücken gewisse Bearbeitungsschwierigkeiten auftreten, daher sollten hinsichtlich der Festigkeit nicht zu überspitzte Forderungen gestellt werden.
Toleranzen und Bearbeitungszugaben hängen von der jeweiligen Formmethode ab, nach der das Werkstück gefertigt wird. Daher muß das Modell der Formmethode angepaßt werden.
Modelle für Serienfertigungen sollten keine Losteile aufweisen, und die Teilung sollte möglichst in einer Ebene liegen und Hinterschneidungen sind zu vermeiden.
Nach Möglichkeit sind Kerne zu vermeiden, da sie die Fertigungszeiten und somit auch die Kosten der Herstellung erhöhen.
Sollten Kerne unumgänglich sein, sollte man sie so anbringen, daß sie nach dem Gießen leicht zu entfernen sind.
Nach dem Abguß müssen bei jedem Werkstück die anhaftenden Formstoffresten und Grate entfernt werden. Der Konstrukteur sollte diesen Umstand schon bei der Planung und Konstruktion des Werkstückes berücksichtigen.
Was bereits bei der Konstruktion zu beachten ist:
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