Sandguss

Von A. Frericks, M. Reining Sandguss 26. August 2009
Sandguss
Inhaltsverzeichnis
Sandguss .................................................................................................................................................. 1
Modellbau ................................................................................................................................................ 3
Modellteilung .......................................................................................................................................... 3
Kerne ....................................................................................................................................................... 3
Kernstützen .......................................................................................................................................... 4
Kühleisen ................................................................................................................................................. 4
Kernsand .................................................................................................................................................. 4
Formschrägen .......................................................................................................................................... 4
Schwindung ............................................................................................................................................. 5
Anstrich und Farbkennzeichnungen der Modelle .................................................................................... 5
Bearbeitungszugabe ................................................................................................................................. 5
Formherstellung....................................................................................................................................... 5
Kastenformung von Hand ....................................................................................................................... 6
Auftriebskraft Berechnung ...................................................................................................................... 7
Formsand ................................................................................................................................................. 7
Nass- und Trockenguss ....................................................................................................................... 7
CO2 –Verfahren/Hot-Coldbox ............................................................................................................. 7
Herdformerei ........................................................................................................................................... 8
Offene Herdformerei: .......................................................................................................................... 8
Geschlossene Herdformerei: ............................................................................................................... 8
Maschinenformung .................................................................................................................................. 8
Speisertechnik ......................................................................................................................................... 8
Art der Speiser ..................................................................................................................................... 9
Einguss Einlaufsystem ............................................................................................................................ 9
Lauf ....................................................................................................................................................... 10
Toleranzen ............................................................................................................................................. 10
Anschnitt ............................................................................................................................................... 10
Konstruktionsregeln .............................................................................................................................. 11
Fragenkatalog ........................................................................................................................................ 12
Quellen .................................................................................................................................................. 13
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Ablauf beim Sandgießen
Beim Sandgießen ist der Arbeitsablauf wie folgt unterteilt:
- Modellbau
- Formherstellung
- Gießen
- Entformen
- Nacharbeiten
a Modell
b Handformerei
c Maschinenformerei
d Einlegen der Kerne
e Kernmacherei
f Oberkasten aufsetzen
g Gießen
o Sandaufbereitung
h Schmelzbetrieb
i Ausschlagen
k Gußputzerei
l Gußbearbeitung
m Versand
n Sandbunker
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Modellbau
Das Modell wird erstellt nach der Fertigungszeichnung des Gussteils bzw. es wird extra eine
Modellzeichnung herausgegeben. Modelle werden aus leicht bearbeitbaren Werkstoffen
hergestellt. Sie sollen glatte Oberflächen mit Aushebeschrägen haben und müssen als Modell
erkennbar sein. DIN EN 12890
Es unterteilt sich in zwei Modellarten in Dauermodellen und Verlorenen Modellen.
Modellteilung
Das Modell wird so geteilt, das nach dem Einformen das Modell entnommen werden kann,
ohne die Form zu beschädigen. Das Modell wird einmal oder mehrmals geteilt, dies ist
abhängig von dem zu fertigen Werkstück.
Kernmarken sind Markierungen an dem Modell, welche zu Positionierung der Kerne dienen,
die zu Herstellung von Hohlräumen benötigt werden.
Kerne
Siehe Fertigungtechnik 2,Hrsg. Schal S. 15f
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Kernstützen
Um die sichere Lage der Kerne im Formkasten zu gewährleisten, sind u.U. Kernstützen aus
Metall erforderlich, wenn der Kern nicht ohne Kernstützen einwandfrei gelagert werden kann.
Diese müssen so lange standfest bleiben, bis die Schmelze erstarrt, andererseits aber müssen
sie sich auch voll mit dem Gusswerkstoff verbinden. Kernstützen sind jedoch nicht überall
verwendbar. Dies kann Schwierigkeiten bei Druckbeanspruchten Gussteilen erzeugen.
Kühleisen
Der Zweck von Kühleisen ist es, durch eine gezielte Wärmeabfuhr in Bereichen mit dem
größten Modul eine gerichtete Erstarrung mit guter Durchspeisung über die gesamte Bereich
zu erreichen, um eine Lunkerbildung zu vermeiden. Kühleisen wirken also wie eine
Vergrößerung der zu Kühlenden Oberfläche. Auch das Entfernen der mit Kühleisen
versehenen Kerne ist aufwändig.
Kernsand
Siehe Fertigungtechnik 2,Hrsg. Schal S. 14
Formschrägen
Formschrägen werden Benötigt, damit das Modell aus dem Formsand leichter herausgehoben
werden kann, zudem würde sonst die Form zerstört werden. Bei Kleinteilen liegt die
Formschrage bei ca. 2°, die Formschräge von Gussteilen ist nach DIN 12890 zu wählen.
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Schwindung
Aufmaße der Schwindung nach DIN 12890 (Tab Aufl.44 162 ff)
(Tab Aufl.42 120 ff)
Anstrich und Farbkennzeichnungen der Modelle
Die Farben an Modellflächen deuten an:
- Ob sie bearbeitet werden müssen
- Ob es Sitzstellen für Losteile sind
- Ob es Stellen für Abschreckplatten sind
- Ob Kernmarken verwendet werden müssen
Nachzuschlagen im (Tab Aufl.44 162)
(Tab Aufl.42 121)
Bearbeitungszugabe
Die Bearbeitungszugabe ist abhängig von der Position im Gießkasten, diese sollte mind. 2mm
betragen, damit die Werkzeugschneide unter der harten Gusshaut eingreifen kann. Im
Oberkasten ist die Bearbeitungszugabe größer, da Verunreinigungen im Gusswerkstoff nach
oben geschwemmt werden.
Werkstoff
Formherstellung
Schleifen
Zugabe in mm zum
Drehen, Fräsen an Gusswerkstücken in der
Größe
bis 800mm über 800mm
GG 0,1…1 2…5 6…20
GT 0,3…1 2…3 -
GS - 3…8 3…30
Metallguss 0,3 2…3 4…10
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Kastenformung von Hand
In der Formerei fertigt man mit Hilfe des Modells die verlorene Sandform an.
Schritt 1:
Die Modelhälfte wird auf eine Platte gelegt
und mit Trennmittel eingepudert. Ein
Formrahmen aus Metall wird darüber
gesetzt, Formsand in den Kasten gefüllt
und festgestampft. Der aufgestampfte
Unterkasten wird umgedreht.
Schritt 2:
Die zweite Modellhälfte wird auf die erste,
bereits eingeformte Hälfte gelegt und ist
gegen seitliches verschieben mit Dübeln
gesichert. Ein zweiter Formrahmen wird
mit Führungen auf den ersten gestellt. Die
Form muss eine Eingussöffnung und einen
Steiger erhalten. Dazu werden Modelle für
den Einguss und den Steiger aufgesetzt.
Nun wird der Oberkasten ebenso mit
Sandgefüllt wie der Unterkasten.
Schritt 3:
Ober- und Unterkasten werden
voneinander getrennt. Zwischen dem
Einguss und dem Formhohlraum des
Modells wird in den Sand ein
Verbindungskanal, der sogenannte Lauf,
geschnitten. Alle Modellteile werden aus
dem Formsand herausgehoben.
Schritt 4:
Der Kern für die durchgehende Bohrung
wird in die Kernmarken des Unterkastens
eingelegt. Der Oberkasten wird auf den
Unterkasten gesetzt. Die Führung zwischen
den beiden Kästen verhindern ein seitliches
verschieben. Zum Schluss beschwert man
den Oberkasten, damit er durch das
Gießmaterial nicht hochgedrückt werden
kann.
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Auftriebskraft Berechnung
Bei der Ermittlung der Auftriebskraft für das Beschwergewicht eines eingeformten Kasten
bleibt die Dicke eines Gussteils unberücksichtigt, während die Höhe h von der jeweiligen
Gussteiloberkante, im Allgemeinen von der untersten Trennfuge des Kastens, bis Oberkante
Eingusstrichter bzw. Steiger eingesetzt wird. Für die Berechnung ist die
Gussteilquerschnittsfläche A in Höhe der Trennfuge maßgebend.
Formsand
Nass- und Trockenguss
Siehe Fertigungtechnik 2,Hrsg. Schal S. 14
CO2 –Verfahren/Hot-Coldbox
Siehe Fertigungtechnik 2,Hrsg. Schal S. 15
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Herdformerei
Wird verwendet für einteilige Modelle für Gusstücke mit untergeordnetem
Verwendungszweck z.B. Maschinenfundamentplatten, Glocken.
Offene Herdformerei:
Das Modell formt man in der Formsandaufschüttung (bis 1,5m hoch) auf dem Fußboden der
Gießerei, dem Herd ein. Danach formt man von Hand einen Einguss und einen Überlauf und
gießt. Die Oberfläche des Gussstückes kühlt an der Luft schnell ab, wird dabei hart, blasig
und uneben.
Geschlossene Herdformerei:
Die im Herd eingedrückte Form wird mit einem sandgefüllten Kasten abgedeckt. Das
Gussstück kühlt gleichmäßig ab, die Gussstückoberfläche wird brauchbar eben, enthält aber
Blasen.
Der Vorteil der Verfahren ist das sie Kostengünstig sind.
Maschinenformung
Bei der Maschinenformung laufen die gleichen Arbeitsgänge wie bei der Kastenformung von
Hand teilmechanisiert ab. Gegenüber der Handformung wird hier eine gleichmäßige
Sandverdichtung (Einheitssand) und damit ein stets gleicher und genauer Abguss erreicht.
Dabei werden auch die Kosten der Formherstellung gesenkt.
Speisertechnik
Bei praktisch allen technischen Legierungen nimmt das Volumen bei der Abkühlung von
flüssig → fest ab. Die Schwindung der Schmelze, vom flüssigen zum festen Zustand, wird
kontinuierlich durch flüssige Schmelze aus dem Speiser ausgeglichen. Der Speiser wird dort
angebracht (angeschnitten), wo die Schmelze als letztes erstarrt. Dies sind meist Stellen wo
dass Problem einer dichten Speisung besteht. Der Speiser soll zudem den Zweck erfüllen,
dass der Lunker nicht im Werkstück sondern in den Speiser hinein verlegt wird. Das heißt,
das der Modul des Speisers beim Speisungsvorgang immer Größer sein muss, als der Modul
bei dem zu Gießenden Teil.
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Art der Speiser
Es gibt drei Arten von Speiser: offene Speiser
abgedeckter Speiser
geschlossener Speiser
Offene Speiser sind Kopfspeiser die direkt aufs
Gusssteil gesetzt oder seitlich angeschnitten
werden. Sie werden steigend mit der Schmelze bei
der Formfüllung gefüllt.
Abgedeckter Speiser ist gleich dem offenen Speiser.
Hierbei wird mit Formsand oder Lunkerpulver die
obere Öffnung abgedeckt, um zu vermeiden das die
Schmelze Wärme an die Umgebungsluft abgibt.
Geschlossene Speiser werden nur bei kleinen
Schwindungsvolumen eingesetzt. Sie befinden sich im
Inneren der Form und haben somit keine Öffnung an
der Oberfläche des Gießkastens (vollständig von Formstoff
umgeben), in unmittelbarer Nähe des zu speisenden
Querschnittes. Es gibt zwei Arten von Innenspeisern,
heiße und kalte Speiser. Die heißen werden zum Schluss
gefüllt dadurch bleibt die Schmelze länger flüssig als bei
den kalten Speisern bei gleicher Abmessung.
Da öfter das Problem besteht, dass die Schmelze in den Speisern zu schnell abkühlt, wird mit
exothermen Speisern (exotherme Speiserheizungen) gearbeitet. Das Material aus dem die
Speisereinsätze abgeformt sind, enthält Zusätze, z.B. Magnesiumspäne, die bei Formfüllung
zeitverzögert zünden und dann Wärme an die Schmelze abgeben. Die Erstarrungszeit wird
dadurch verlängert. Hierzu gehören beispielsweise, die Verwendung exothermer Stoffe, die
als wärmeabgebende Aufstreupulver, auf die in einem offenen Speiser, befindliche Schmelze
gegeben werden; sehr wirksam ist auch die Verwendung von Trichtereinsätzen, die als
Speiserumhüllungen aus exothermen Formstoffen hergestellt werden. Eine Kombination aus
beiden Verfahren d.h. Verwendung exothermer Trichtereinsätze und exothermer
Speiserabdeckung, gewährleisten eine optimale Warmhaltung, der im Speiser befindlichen
Schmelze.
exotherm = unter Freisetzung von Wärme
von griech. exo = außen, von draußen
therme = Wärme
Einguss Einlaufsystem
Durch das Eingusssystem wird die Form mit Schmelze gefüllt. Insbesondere beim
Leichtmetallguss, hat sich die sogenannte steigende Gießweise in der Praxis durchgesetzt.
Dabei wird das Metall durch einen Eingießkanal bis auf das Niveau der untersten
Formhohlraumpartien hin abgeführt und dann durch ein Lauf- und Anschnittsystem von
unten, bzw. seitlich in die Form gegossen. Um dabei einen konstanten Volumenstrom im
Einguss zu erzielen, muss der Querschnitt Abschnittsweise verjüngt werden. Dadurch wird
verhindert, dass der Gießstrahl während des Gießens abreißt oder sich Schaum beim Gießen
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bildet. Würde der Gießstrahl abreißen, wirkt das Eingusssystem während des Gießens, wie
eine Wasserstrahlpumpe. Durch den Pumpvorgang werden Gase in die Schmelze gesaugt und
dabei kommt es zu Oxidationen, die Schlacke erzeugen. Der Schlackenlauf sollte, um
Wärmeverluste zu vermeiden, möglichst kompakt und trapezförmig ausgebildet sein. Das
Ende des Schlackenlaufes sollte weit über den letzten Anschnitt hinausgeführt nach unten
abgeschrägt sein. Der Schlackenfang nimmt die erste, verunreinigte Schmelze auf und
vermeidet ein zurückschlagen von Schlacke und Schmelze.
Sind im Lauf Filter eingebaut, wird der Laufquerschnitt hinter dem Filter größer. Der Filter
darf auf keinen Fall die Strömung regulieren.
Lauf
Auf der anderen Seite sollten die Läufe eine möglichst geringe Oberfläche aufweisen, um den
Wärmeverlust auf dem Weg vom Eingießtrichter bis zu den Anschnitten zu minimieren. Aus
dieser Sicht betrachtet stellen eigentlich runde Laufquerschnitte das Optimum dar, denn die
Module (Quotient aus Volumen / Oberfläche) einer kreisrunden, einer quadratischen und
einer rechteckigen Stange mit gleichem Querschnitt von 100 mm² sind unterschiedlich und es
gilt je größer das Modul, umso langsamer die Abkühlung
Toleranzen
Toleranzen nach Din ISO 8062 (Tab Aufl.44 163)
(Tab Aufl. 42 121)
Anschnitt
Der Anschnitt ist die Verbindung zwischen Formhohlraum und Einguss bzw. Speiser.
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Konstruktionsregeln
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Fragenkatalog
1. Wie lassen sich die Gießverfahren einteilen?
2. Was ist Hinterschneidung?
3. Welche Zugaben können für das Modell notwendig sein?
4. Was ist ein Anschnitt?
5. Wie stellt man Hohlteile im Gussteil her?
6. Welche (mind. Vier) Eigenschaften muss Formsand besitzen?
7. Nennen Sie vier Typische Gießfehler!
8. Berechnen Sie die Druckkraft des Gießmetalles auf den Oberkasten.
9. Welche Kraft wirkt unmittelbar nach Formfüllung auf den skizzierten Kern?
Wo müssten die notwendigen Kernstützen eingelegt werden?
10. Welche Bedeutung hat die Formschräge?
11. Warum soll die Bearbeitungszugabe 2mm nicht unterschreiten?
12. Welche Bedeutung hat der Erstarrungsmodul für die Anschnitt- und Speisertechnik?
13. Das skizzierte Teil durch spanende Bearbeitung hergestellt. Da größere Stückzahlen
erforderlich werden, soll es gegossen werden?
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Quellen
Beitz, W. (1997). Dubbel. Augsburg: Springer.
Böge, A. (1992). Das Techniker Handbuch. Braunschweig: Vieweg.
Borken, F. Filtertecnik.
Dillinger, J. (2007). Fachkunde Metall. Haan- Gruiten: Europa.
Hengesbach, K. (2003). Berufsfeld Metall Industriemechanik. Troisdorf: E1ns.
Institut, F. Herstellung von Gussstücken.
Koch, P. L. (2004). Einführung in die Technologie. Troisdorf: E1ns.
Nielsen, F. Gieß und Antriebtechnik.
Schal. (2006). Fertigungstechnik 2. Hamburg: Handwerk und Technik GmbH.
Thoms, P. D. Fertigungstechnik 1.
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