K04: WSG 1 - Gießen

Nachteile der Schweißbaukonstruktion:

• Geringere Dämpfungseigenschaft

• Spannungsarmglühen

• Verringerung der Stabilität und Steifigkeit

Lösung: Gusswerkstück

• + Weitere Teile angießbar

• + Hoher Integrationsgrad der Konstruktion

• + Kostenvorteil bei höheren Stückzahlen

=> Gussstück löst geschweißte Ausführung ab

Urformen:

Fertigen eines festen Körpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts

• Komplizierte Geometrien herstellbar

• Endkonturnah -> geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung

• Wirtschaftlichkeit bei hohen Stückzahlen

• Werkstoffvielfalt -> maßgeschneiderte Eigenschaften

• 100% recyclebar -> Umweltverträglichkeit

• Hohe Maßhaltigkeit

• Sehr gute Oberflächenbeschaffenheit

• Geringer Putzaufwand

• Aluminium

• Magnesium

• Kupfer

• Zink

• Blei

• Hinterschneidungen durch einfache Formgebung vermeiden

• Lange, durchgehende Bohrungen vermeiden

• Rippengestaltung: Konstante Wandstärken unzweckmäßig -> Abrundung der Außenkonturen

• Umgießen von Stahlgussteilen mit Druckgussmetall

• Lokale Erhöhung der Festigkeit durch Einlegeteile (z.B. Gewindebuchsen, Gewindestifte…)

1. Modellherstellung

2. Montieren der Modelltraube

3. Tauchen in keramische Masse

4. Besanden

5. Mehrmals Eintauchen und Besanden -> Schale

6. Brennen und ausschmelzen

7. Gießen in die heiße Form

8. Ausklopfen

9. Abtrennen der Gussstücke

• Sehr hohe Gestaltungsfreiheit

• Hohe Maßgenauigkeit

• Hohe Oberflächengüte

• Geringe Nachbearbeitung

• Hohe Werkstoffvielfalt

• Positive Energiebilanz

Benefit: Deutliche Verkürzung der Entwicklungszeit

• Scharfkantige Ecken vermeiden

• Sacklöcher vermeiden (zusätzliche Bohrung vorsehen)

1. Formstoff verdichten

2. Kästen schließen

3. Gießen

4. Auspacken

• Versetzter Guss

• Schülpe/ Sandeinschluss

• Schlackeneinschlüsse

• Werkstoffgerecht

• Beanspruchungsgerecht

• Modell- & formgerecht

• Gieß- & erstarrungsgerecht

• Putzgerecht

• Bearbeitungsgerecht

• Eisengusswerkstoffe

  • Gusseisen

  • Temperguss

  • Stahlguss

  • Sonderguss

• NE-Gusswerkstoffe

  • Leichtmetalle (Al, Mg, Si)

  • Schwermetalle (Cu, Zn, Pb, Sn)

• Saubere Oberfläche

• Geringe Lunker und Rissneigung

• Geringe Schwindung

• Hohe Maßgenauigkeit

• Dämpfungsfähigkeit

• …

• Spröde

• Geringe Zähigkeit

• Geringe Zugfestigkeit

• Schlechte Verformbarkeit

• Gute Gießbarkeit

• Gute Festigkeit

• Hohe Zugfestigkeit

• Gute Zähigkeit

• Geringe Rissempfindlichkeit

• …

• Motorenbau

• Turbinenbau

• Schiffsbau

• Maschinenbau

• …

Je größer die Wanddicke, umso geringer die Zugfestigkeit des Werkstoffs

-> Geringe Wanddicke anstreben!

-> Jedoch: Mindestwanddicke beachten

• Möglichst einfachen Kraftfluss anstreben

• Werkstoff möglichst in Richtung der Kraftlinien legen

• Durch geschickte Formgebung eine gleichmäßige Spannungsverteilung anstreben

• Bevorzugte Beanspruchungsart des Gusswerkstoffs berücksichtigen

-> Bei Grauguss sollte druckbeanspruchte Konstruktion angestrebt werden

• Aushebeschrägen

  verhindern, dass Formsand beim Ausheben am Modell hängen bleibt

• Ausreichende Fixierung der Kerne vorsehen (Kerne erfahren beim Gießen einen Auftrieb)

• Nicht nur einfache Kernform, sondern auch einfache Kernherstellung anstreben

• Möglichst gerade Teilfuge anstreben

• Zweckmäßige Lage der Teilfuge zwischen Ober- und Unterkasten wählen

• Vermeiden von Hinterschneidungen und Einschnürungen

Aufgabe von Kernen:

• Kerne formen die Innenkonturen eines Bauteils, die nicht durch die Formhälften dargestellt werden können

Anforderungen an Kerne:

• Maßgenauigkeit und Temperaturbeständigkeit

• Widerstand gegen Erosion beim Gießen durch die Schmelze

• Formbeständigkeit gegen den Druck der Schmelze

• Entfernbarkeit (Kernzerfall) muss gewährleistet sein

Dauerkern:

Stahlkern, der herausgezogen und mehrfach verwendet werden kann.

Schieber und Kernzüge werden meist mechanisch angetrieben.

Verlorener Sandkern:

Kern kann nicht herausgezogen werden und muss beim Entleeren des Formkastens zerstört werden -> Sandkern verwenden

• Flüssigkeitsschwindung

  Diese Phase beschreibt das Abkühlen des flüssigen Metalls von der eingestellten Schmelztemperatur bis zur Liquidustemperatur

• Erstarrungsschwindung

  Diese Phase beschreibt den Beginn der Erstarrung von den Primärbestandteilen der Schmelze ab der Liquidustemperatur und endet bei der Solidustemperatur

• Festkörperschwindung

  Unterhalb der Solidustemperatur ist die gesamte Schmelze zu einem Gussteil erstarrt und zieht sich bis zur Raumtemperatur zusammen.

  Diese Festkörperschwindung muss bei der Herstellung des Modells berücksichtigt werden.

• Im Bereich der Erstarrungsschwindung liegen sowohl flüssiges als auch erstarrtes Metall vor -> es liegt ein Erstarrungsbereich vor

• Eutektische Legierungen haben einen festen Schmelzpunkt und keinen Erstarrungsbereich

Prozentuale Schwindung muss bei Modellerstellung berücksichtigt werden

-> Gleiche Modelle sind nicht für verschiedene Werkstoffe einsetzbar

Kontrollierte Abkühlung durch:

• Sanfte Querschnittsübergänge

• Vermeiden von Materialanhäufungen

• Vermeiden von Einschnürungen

• Vorsehen passender Rundungen

Heuver-Kreise sind ein Hilfsmittel bei der Erstarrung

= Im Gussteilquerschnitt liegende Kreise, die zum Speiser hin größer werden.

• Vermeiden von Materialanhäufungen!

• Bevorzugen von Wellen- und Rippenprofilen

  • Geringe Wanddicke

  • Hohe Steifigkeit

  • Verbesserte Stabilität

• Sackbohrungen sind generell zu vermeiden und beim Sandguss nicht möglich

• Reduktion auftretender Schrumpfkräfte durch:

  • Ausreichendes Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser der Bohrung

  • Verwendung von “Stützflächen” bei großen Lochabständen und gleichzeitig geringem Durchmesser

    -> Stützflächen fangen Schrumpfkräfte ab

• Sind erhebliche Querschnittsunterschiede erforderlich -> Vermeiden schroffer Wanddickenübergänge

(Angleichen der Übergänge vermindert die auftretenden Spannungen und ergibt dichtes Gefüge)

Richtige Ausbildung von Radien wichtig, da:

• Scharfe Innenecken sind Ausgangspunkt für Risse

• Lunkergefahr durch große Innenradien

• Entstehung eines harten Gefüges an scharfen Außenecken und -kanten (durch den kalten umgebenden Sand und die resultierende, rasche Abkühlung)

• Vermeiden von starren, rissanfälligen Konstruktionen

• Vermeiden großer, ebener Flächen

An großen, waagrecht liegenden Gussteilflächen verliert die Schmelze den Zusammenhang -> Bildung von Luftblasen

Abhilfe: Schräge Anordnung der Flächen

zudem: Spannungsgünstige Konstruktion

Geneigte Flächen oder Stege führen zu einer besseren Entlüftung der Gießform und Spannungsausgleich beim Erstarren

• Oberstes Ziel: Putzaufwand so weit wie möglich reduzieren

• Zugänglichkeit der zu putzenden Flächen vorsehen

• Spannmöglichkeit schaffen

• Zusammenfassung kleinerer, dicht nebeneinander liegender Flächen zu einer Bearbeitungsfläche (Arbeitsleiste)

• Ausreichend Bearbeitungszugaben vorsehen (wegen Bauteilverzug)

• Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Flächen sicherstellen

• Vermeiden nicht rechtwinklig zur Bohrung verlaufender Flächen

  (Problem: Verlaufen des Bohrers am Eintritt, Bohrerbruch am Austritt)

• Vorsehen ausreichender Verstärkungen bei Bohrungen und Gewindelöchern

• Vermeiden schräg liegender Bearbeitungsflächen (senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkzeugs ist günstiger)

• Vereinheitlichen der Bearbeitungsniveaus zur Kostenersparnis