K01: Fertigungsverfahren Grundlagen

Hauptgruppe 1 -> Kokillenguss, Spritzgießen

Hauptgruppe 2 -> Presswerk (Tiefziehen)

Hauptgruppe 3 -> Presswerk (Werkzeugbau)

Hauptgruppe 4 -> Rohbau (Punkt- und Laserstrahl-schweißen)

Hauptgruppe 5 -> Lackierstraße

Definition Urformen: Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts

Vorteile:

• gute Rohstoffausnutzung

• Einstellbare mechanische Eigenschaften des Werkstücks

• Wirtschaftlichkeit bei hohen Stückzahlen

• Einsatz teilweise ohne aufwändige Nachbearbeitung möglich

Definition Gießen: Füllen einer Form mit schmelzflüssigem Metall und die Erstarrung zum Gussstück mit der durch die Form vorgegebene Geometrie

-> Grundlage der Erstarrung:

Abhängig vom Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit

-> je schneller, desto feiner das Gefüge

Erstarrungsvorgang wird in Keimbildung und Keimwachstum aufgegliedert

• Feinkörnige Randzone: starke Unterkühlung an der Formwand -> viele Keime, feinkörniges Gefüge

• Transkristallisationszone: Stengelförmige gröbere Kristallite wachsen entlang des Temperaturgradienten von außen nach innen

• Globulistisches Gefüge im Gussstückinneren: Verunreinigungen haben höhere Schmelztemperatur -> im Kern des Gussstücks -> erhöhen die Keimzahl -> mehr oder weniger feinkörniges, globulistisches Gefüge

Modell: Abbildung des Gusswerkstückes unter Berücksichtigung von Schwindmaß

• Dauermodelle: Entnahme aus der Form vor dem Gießen (Holz, Metall, Kunststoff, Gips)

• Verlorene Modelle: ein Modell je Gussteil für komplexe Gussteile (Feinguss), aufgeschmolzen/herausgelöst

Form: Hohlraum zur Aufnahme der Schmelze

• Dauerform: wiederholt verwendbar für das Gießen von Nichteisenmetallwerkstoffen (Bsp.: Druckguss einer Heckklappe)

• Verlorene Formen: Zerstörung beim Entformen, mineralischer, feuerfester Formstoff und Bindemittel

Kern: Abblidung eines Hohlraums des Gusswerkstücks (Bsp.: Sandkern bei Zylinderkopf)

1) Einlauf: senkrecht oder schräg zur Verringerung der Einlaufgeschwindigkeit

2) Zulauf: Verunreinigungen zurückhalten, oben schwimmende Schlacke aufhalten

3) Auslauf: Liegt tiefer, damit reines Material ohne Schlacke zugeführt wird

4) Steiger: Kanäle für überschüssiges Material, gleichzeitig Reservoir zum Ausgleich des Schwundes und Aufnahme von Verunreinigungen

5) Windpfeifen: Druckausgleich durch Gasentweichung

-> Einteilung nach Rohstoff, Gussart, Art der Form und Modelle

Beispiele: Getriebegehäuse, Bremsscheiben, Abgaskrümmer

Vorteile: Gestaltungsfreiheit, hohe Genauigkeit, hohe Oberflächengüte

Nachteile: hoher Aufwand, Schmelz- und Brennöfen

Beispiele: Felge, Turbinenschaufel, Getriebeteile

Schmelzflüssiger Werkstoff (v.a. Nichteisen-Legierung) mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in geteilte metallische Dauerformen pressen

-> Nicht mit Schwerkraft, sondern mit Druck -> auch in enge Querschnitte -> dünnwandig möglich

Maschine muss Form öffnen, schließen und geschlossen halten (Formschließeinheit) und Metall in Form pressen (Gießeinheit)

Vorteile:

• Engste Querschnitte möglich

• Dünnwandige und maßgenaue Gussstücke mit hoher Oberflächenqualität möglich

• Hohe Produktivität

Nachteile:

• Nicht alle metallischen Werkstoffe möglich

Beispiele: Querträger, Ölwanne, Kupplungsgehäuse

1) Nichteisenmetallgusswerkstoffe: Aluminium, Megnesium, Titanlegierungen

2) Gusseisenwerkstoffe (2% < C-Gehalt < 4%)

Unterteilung:

• Weißes Gusseisen: hohe Abkühlgeschwindigkeit, hart, spröde, verschleißfest, Kohlenstoff als Zementit

• Graues Gusseisen (mit Silizium legiert) -> Kohlenstoff als Graphit, entweder mit Lamellengraphit (EN-GJL) oder mit Kugelgraphit (EN-GJS)

  • gutes Urformen, schlechtes Umformen

  • dämpft gut -> Zylinder- und Motorblöcke

Formgerechtigkeit -> keine spitzen Innenkanten

Beanspruchungsgerechtigkeit -> Zug-Druckbelastung beachten

Erstarrungsgerechtigkeit -> Materialanhäufungen und Wanddickensprünge vermeiden

Bearbeitungsgerechtigkeit -> Nacharbeit vermeiden, Zugang für Werkzeuge beachten

Definition: Herstellung von Bauteilen aus Metallpulvern durch einen Formgebungsprozess (Verdichten) und anschließender Wärmebehandlung. Kommt zum Einsatz, wenn Aufschmelzen vermieden werden soll oder nicht möglich ist.

Vorteile:

• Einstellbare mechanische Eigenschaften

• Werkstoffe mit sehr hohem Schmelzpunkt verarbeitbar

• Kein Faserverlauf -> isotrope Festigkeitseigenschaften

• Enge Toleranzen möglich (Masse, Form und Maß)

Nachteile:

• Hinterschneidungen mit axialem Pressen nicht herstellbar

• Poren verschlechtern die mechanischen Eigenschaften und unterschiedliche Schwindung bei inhomogener Verteilung

Beispiele: Ventilführungen, Pleuel, Staubkappe für PKW-Schloss

-> Anwendung aus werkstoffspezifischen Gründen (Materialeigenschaften) oder aufgrund spezieller Anforderungen (Oberflächenqualität, Maßtoleranzen)

Je höher die geforderte Dichte, desto teurer das Bauteil

Pulver = Haufwerk von Teilchen.

• größer als 1mm Durchmesser -> Granulate

• kleiner als 1mm Durchmesser -> Formteile

• kleiner als 1μm Durchmesser -> Kolloide

Unregelmäßig geformte Pulver: gutes Press- & Sinterverhalten, ungünstige Fließeigenschaften (langsames Füllen der Form)

<-> Kugelige Pulver: Bessere Fließeigenschaften, geringere Dichte beim Sintern

• Mechanische Verfahren: Durch das Mahlaggregat erzeugte Bewegungsenergie wird in mechanische Spannung umgesetzt -> Sprödbruch oder Bruch infolge zu starker Kaltverfestigung

  • -> für spröde Metalle

• Verdüsungsverfahren: Schmelze oder lokal aufgeschmolzener Werkstoff durch Gase, Flüssigkeiten oder Ultraschall in Tröpfchen verteilt -> Erstarren rasch

  • -> für duktile Metalle

  • -> Druckluft und Druckwasser häufigste genutzte Variante