Metallguss: Verfahren, Methoden, Methoden

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Metall ist die Grundlage aller modernen Zivilisation. In einem Jahr extrahiert und verarbeitet die moderne Menschheit allein eine solche Menge Eisen, dass die ganze Welt es mindestens ein paar Jahrhunderte lang pflücken würde. Und dieser Bedarf ist durchaus gerechtfertigt, denn allein die Konstruktion benötigt unglaublich viel Stahl. Es überrascht nicht, dass der Metallguss unter solchen Bedingungen ständig verbessert wird.

Ein bisschen Geschichte

Die wichtigste Eigenschaft des Eisens, das Verfestigen, die ihm "vorgeschlagene" Form anzunehmen, bemerkte ein Mensch schon in der Antike. Heute gehen fast alle Wissenschaftler davon aus, dass die erste Bekanntschaft des Menschen mit Metall durch Meteoriten erfolgte. Meteoritisches Eisen war schmelzbar und leicht zu verarbeiten, daher wurden die Grundlagen des Gießens vor langer Zeit von einigen aufstrebenden Zivilisationen studiert.

Der Metallguss ist bei uns seit Jahrhunderten ein angesehenes und ehrenwertes Geschäft, die Menschen haben diesem Handwerk seit jeher großen Respekt entgegengebracht. Die "Zarenkanone" und die "Zarenglocke" sind weithin bekannt, Meisterwerke der Gießkunst russischer Meister, auch wenn einer von ihnen nie geklingelt hat und der zweite nicht geschossen hat. Uralgießer in der Regierungszeit von Peter dem Großenerlangte besondere Berühmtheit als Lieferant zuverlässiger Waffen für das Heer. Diesen Titel tragen sie aber auch heute noch zu Recht. Bevor wir uns die Haupttypen des Metallgusses ansehen, müssen einige Worte zu den erforderlichen Eigenschaften der Rohstoffe gesagt werden.

Was sollte das Metall zum Gießen sein

Die wichtigste Eigenschaft des zum Gießen verwendeten Metalls ist seine Fließfähigkeit. Die Legierung in geschmolzener Form soll möglichst leicht von einem Tiegel zum anderen fließen und dabei die kleinsten Vertiefungen ausfüllen. Je höher die Fließfähigkeit, desto dünner können die Wände im Endprodukt hergestellt werden. Bei Metall, das sich schlecht verteilt, ist es viel schwieriger. Unter normalen Bedingungen schafft er es viel früher zu greifen, als er alle Lücken im Formular füllt. Dies ist die Schwierigkeit, mit der Industrielle beim Gießen von Metalllegierungen konfrontiert sind.

Es ist keine Überraschung, dass Gusseisen zum Lieblingsmaterial der Gießerei geworden ist. Dies liegt daran, dass diese Legierung eine hervorragende Fließfähigkeit aufweist, wodurch sie relativ einfach zu verarbeiten ist. Stahl ist bei weitem nicht so flüssig, und um die Form vollständig zu füllen (damit keine Hohlräume und Hohlräume entstehen), muss man zu verschiedenen Tricks greifen.

Im einfachsten Fall, wenn es um den Metallguss zu Hause geht, werden die Rohstoffe geschmolzen und in kleinen Portionen in Wasser gegossen: So lassen sich insbesondere Angelplatinen herstellen. Aber selbst in der Rüstungsindustrie ist diese Methode relativ weit verbreitet! Von der Spitze eines speziellen Turms, der im Umriss einem Kühlturm ähnelt, geschmolzenMetall. Die Höhe der Struktur ist so, dass ein perfekt geformter Tropfen bereits abgekühlt den Boden erreicht. So entsteht Schrot im industriellen Maßstab.

Erdgussverfahren

Die einfachste und älteste Methode ist das Gießen von Metall in den Boden. Aber seine „Einfachheit“ist ein relativ bedingter Begriff, da diese Arbeit eine äußerst sorgfältige Vorbereitung erfordert. Was bedeutet das?

Zunächst wird im Modellbau ein lebensgroßes und möglichst detailliertes Modell des zukünftigen Castings angefertigt. Außerdem sollte seine Größe etwas größer sein als das zu erh altende Produkt, da sich das Metall beim Abkühlen absetzt. In der Regel wird das Modell zerlegbar aus zwei Hälften gefertigt.

Sobald dies geschehen ist, wird der spezielle Formsand vorbereitet. Wenn das zukünftige Produkt innere Hohlräume und Hohlräume aufweisen soll, müssen auch die Stäbe sowie eine zusätzliche Formmasse vorbereitet werden. Sie müssen die Bereiche, die im Fertigteil „leer“sind, vorübergehend füllen. Wenn Sie sich für das Gießen von Metallen zu Hause interessieren, sollten Sie diesen Umstand unbedingt im Hinterkopf beh alten, da sonst ein bereits gefüllter Kolben durch Druck einfach auseinandergerissen werden kann, was die traurigsten Folgen haben kann.

Woraus bestehen Formsande?

Grundlage sind verschiedene Sande und Tone sowie Bindemittel. Ihre Rolle können natürliche und synthetische Öle, Trockenöl, Harz, Kolophonium und sogar Teer spielen.

Als nächstes kommt die Zeit der Former, deren Aufgabe es ist, Formen herzustellen. Wenn Sie erklärenEinfacher geht es so: Man nimmt eine Holzkiste, legt eine Hälfte der Form hinein (sie ist auch abnehmbar) und die Lücken zwischen den Wänden des Modells und der Form werden mit einer Formmasse verstopft.

Dasselbe machst du mit der zweiten Hälfte und befestigst beide Teile mit Stecknadeln. Es ist wichtig zu beachten, dass zwei spezielle Kegel in den Teil der Form eingesetzt werden, der beim Gießen oben ist. Einer von ihnen wird verwendet, um geschmolzenes Metall zu gießen, der zweite - um expandierende Gase zu verlassen.

Ende der Vorbereitungsphase

Und jetzt ist es Zeit für den vielleicht wichtigsten Teil der Operation. Die Kolben werden sehr sorgfältig getrennt, um eine Verletzung der Integrität des Sandes zu verhindern. Danach bleiben zwei klare und detaillierte Abdrücke des zukünftigen Teils im Boden. Danach werden sie mit einer speziellen Farbe überzogen. Dies geschieht, damit das geschmolzene Metall nicht in direkten Kontakt mit dem Sandboden kommt. Die Metallgusstechnik sollte dies nicht zulassen, da sich sonst die Qualität des Endprodukts erheblich verschlechtern kann.

Falls dies erforderlich ist, wird gleichzeitig ein zusätzlicher Angusskanal geschnitten, der zum Ausgießen der Schmelze notwendig ist. Die Kolben werden wieder gef altet und so fest wie möglich verbunden. Sobald der Sand leicht trocken ist, können Sie mit dem Gießen beginnen.

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Zunächst werden in Kupolöfen, also Spezialöfen, Rohlinge aus Gusseisen erschmolzen. Wenn es erforderlich ist, Stahl zu gießen, werden die Rohstoffe in Hochöfen, Herdöfen, Inverteröfen und anderen Öfen geschmolzen. EinzubringenSchmelzzustand von Nichteisenmetallen, spezielle Schmelzgeräte verwenden.

Alles, du kannst mit dem Casting beginnen. Wenn es nur eine Form gibt, wird die Schmelze einzeln mit einer Kelle hineingegossen. In anderen Fällen wird in der Regel ein Förderband organisiert: Entweder geht ein Band mit Zuschnitten unter die Pfanne oder die Pfanne bewegt sich über die Kolbenreihen. Es hängt alles nur von der Organisation der Produktion ab. Wenn die Zeit gekommen ist und das Metall abgekühlt ist, wird es aus der Form entfernt. Grundsätzlich ist diese Methode ideal, wenn zu Hause Metallguss benötigt wird (z. B. für eine Schmiede). Etwas Perfekteres geht unter solchen Bedingungen sowieso nicht.

Sandstrahl- oder Schleifmaschinen entfernen Zunder und anhaftenden Formsand vom fertigen Produkt. Übrigens wurde diese Methode während des Großen Vaterländischen Krieges aktiv bei der Herstellung von Panzern eingesetzt. Auf diese Weise wurden gegossene Türme hergestellt, und die Einfachheit und Herstellbarkeit dieses Verfahrens ermöglichte die Herstellung einer großen Anzahl von Militärfahrzeugen, die die Front so sehr benötigte. Welche anderen Arten von Metallguss gibt es?

Druckguss

Aber jetzt verwenden sie viel fortschrittlichere und technologisch fortschrittlichere Methoden zur Herstellung von Gussprodukten. Zum Beispiel Metallguss in einer Kokille. Prinzipiell ähnelt dieses Verfahren in vielerlei Hinsicht dem oben beschriebenen, da auch hier Gießformen verwendet werden. Nur sind sie gleichzeitig Metall, was den Prozess der Großserienfertigung stark vereinfacht.

Also werden Kegel und Stäbe in zwei Hälften eingesetzt (um Metall zu gießen und Hohlräume zu bilden) unddann fest aneinander befestigen. Alles, Sie können sich an die Arbeit machen. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, dass hier die Metallschmelze extrem schnell erstarrt, die Möglichkeit einer Zwangskühlung der Formen besteht und somit der Entformungsvorgang wesentlich schneller abläuft. Mit nur einer Form können Sie Hunderte, wenn nicht Tausende von Gussteilen erh alten, ohne viel Zeit mit der individuellen Vorbereitung von Formen und Sanden zu verbringen.

Einige Nachteile der Methode

Der Nachteil dieses Gießverfahrens besteht darin, dass nur solche Metalle dafür geeignet sind, die sich durch eine erhöhte Fließfähigkeit in geschmolzener Form auszeichnen. Für Stahl ist beispielsweise nur Druckguss geeignet (dazu weiter unten), da dieses Material überhaupt keine gute Fließfähigkeit hat. Unter Einwirkung von Druckluft nehmen selbst die „duktilsten“Stahlsorten viel besser die gewünschte Form an. Das Schlimme ist, dass eine gewöhnliche Kokille solchen extremen Produktionsbedingungen einfach nicht standh alten kann und auseinanderfällt. Daher müssen Sie ein spezielles Produktionsverfahren anwenden, auf das wir weiter unten eingehen werden.

Spritzgießen

Wie erfolgt der Druckguss von Metallen unter Druck? Wir haben oben bereits einige Aspekte betrachtet, aber es ist noch notwendig, dieses Thema detaillierter offenzulegen. Alles ist ganz einfach. Zum einen wird eine Gussform aus Qualitätsstählen benötigt, die eine mehrstufige, komplexe Innenform aufweisen kann. Zweitens brauchen wir eine Pumpausrüstung, die sieben- bis siebenhundert MP liefern kann.

HauptvorteilDieses Schmelzverfahren ist eine hohe Produktivität. Was bietet Spritzguss noch? In diesem Fall wird viel weniger Metall verwendet und die Oberflächenqualität des Endprodukts ist sehr gut. Letzterer Umstand impliziert den Verzicht auf einen aufwendigen und eher öden Reinigungs- und Schleifvorgang. Welche Materialien sind die besten Materialien für diese Produktionsmethode, um fertige Produkte und Teile herzustellen?

Die am häufigsten verwendeten Legierungen basieren auf Aluminium, Zink, Kupfer und Zinn-Blei (Nichteisenmetallguss). Ihre Schmelztemperatur ist relativ niedrig, wodurch eine sehr hohe Herstellbarkeit des gesamten Verfahrens erreicht wird. Außerdem hat dieses Rohmaterial beim Abkühlen ein relativ geringes Sediment. Dadurch ist es möglich, Teile mit sehr geringen Toleranzen zu fertigen, was in der Produktion moderner Technik äußerst wichtig ist.

Die Komplexität dieser Methode besteht darin, dass die fertigen Produkte beschädigt werden können, wenn sie von den Formen getrennt werden. Außerdem ist dieses Verfahren nur für die Herstellung von Teilen mit relativ geringer Wandstärke geeignet. Tatsache ist, dass eine dicke Metallschicht extrem ungleichmäßig aushärtet, was die Bildung von Schalen und Hohlräumen vorbestimmt.

Varianten von Druckgussanlagen

Alle Maschinen, die bei dieser Methode zum Gießen von Metallprodukten verwendet werden, sind in zwei große Gruppen unterteilt: mit einer heißen und einer k alten Gießkammer. Die „heiße“Sorte ist meist nur für Zinkbasislegierungen einsetzbar. Dabei wird die Gießkammer selbst in heißes Metall getaucht. Unter DruckLuft oder einem speziellen Kolben, strömt es in die Gießkavität.

In der Regel ist keine starke Injektionskraft erforderlich, ein Druck von 35-70 MPa ist ausreichend. In diesem Fall können Formen für den Metallguss viel einfacher und billiger sein, was sich am günstigsten auf die Endkosten des Produkts auswirkt. In K altgussformen muss die Metallschmelze unter besonders hohem Druck tief in die Gießkammer „getrieben“werden. Gleichzeitig kann es 700 MPa erreichen.

Wo werden Spritzgussteile eingesetzt?

Sie sind überall. In Telefonen, Computern, Kameras und Waschmaschinen, überall gibt es Details, die mit dieser speziellen Methode gewonnen werden. Es wird besonders häufig im Maschinenbau eingesetzt, einschließlich solcher, die in direktem Zusammenhang mit der Luft- und sogar der Raumfahrtindustrie stehen. Die Masse von Gussteilen kann von wenigen Gramm bis zu 50 Kilogramm (und noch mehr) variieren. Kann eine andere "Verarbeitung" von Metallen durch Gießen verwendet werden? Ja, und es gibt noch viele weitere Möglichkeiten.

Wachsausschmelzverfahren

Wie im allerersten Fall, den wir betrachteten, ist der Menschheit seit Urzeiten die Methode bekannt, geschmolzenes Metall in ein vorgefertigtes Modell aus Paraffin oder Wachs zu gießen. Es wird einfach in die Küvette gestellt und die Zwischenräume mit Formsand gefüllt. Die Schmelze löst das Wachs und füllt idealerweise das gesamte Volumen des Ausgangswerkstücks aus. Diese Methode ist gut, da das Modell nicht aus der Küvette genommen werden muss. Außerdem ist es durch dieses Gießverfahren möglich, Teile von einfach perfekter Qualität zu erh altenMetalle sind relativ einfach zu automatisieren.

Muschelguss

Wenn das Gießen relativ einfach ist und keine "Raumfestigkeit" des fertigen Produkts erforderlich ist, kann das Gießverfahren in Schalenformen verwendet werden. Sie werden seit Menschengedenken hergestellt und als Basis dienen feiner Quarzsand und Harz. Als letztere werden heute natürlich verschiedene synthetische Verbindungen verwendet.

Dann werden zusammenklappbare Metallmodelle genommen, die aus zwei Hälften bestehen, und auf eine auf etwa 300 Grad Celsius erhitzte Oberfläche gelegt. Dann wird die Formmasse (aus Sand und trockenem Harz) an die gleiche Stelle gegossen, so dass sie die Oberfläche der Metallmodelle vollständig bedeckt. Unter Hitzeeinwirkung schmilzt das Harz und in der Dicke des Sandes erscheint ein ziemlich starker „Kolben“.

Sobald alles etwas abgekühlt ist, können die Metallbarren entfernt und der Sand zum „Rösten“in den Ofen geschickt werden. Danach werden ausreichend starke Formen erh alten: Durch Verbinden ihrer beiden Hälften kann geschmolzenes Metall in sie gegossen werden. Welche anderen Metallgussverfahren gibt es?

Schleuderguss

Hierbei wird die Schmelze in eine spezielle Form gegossen, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit in horizontaler oder vertikaler Projektion dreht. Durch die Wirkung starker, gleichmäßig aufgebrachter Zentrifugalkräfte fließt das Metall gleichmäßig in alle Sp alten der Form, wodurch eine hohe Qualität des Endprodukts erreicht wird. Dieses Gießverfahren ist ideal für die Herstellung verschiedener Arten von Rohren. Es ermöglicht die Bildung einer viel gleichmäßigeren DickeWände, was mit "statischen" Methoden äußerst schwierig zu erreichen ist.

Elektroschlackenguss

Gibt es Möglichkeiten, Metalle zu gießen, die man mit Recht als modern bezeichnen kann? Gießen von Elektroschlacke. Dabei wird das flüssige Metall zunächst durch Einwirkung starker Lichtbogenentladungen auf das zuvor aufbereitete Rohmaterial gewonnen. Das lichtbogenfreie Verfahren kann auch verwendet werden, wenn Eisen aus der in der Schlacke gespeicherten Wärme geschmolzen wird. Aber der letzte ist von starken Entladungen betroffen.

Danach gelangt das flüssige Metall, das während des gesamten Prozesses nie mit Luft in Berührung gekommen ist, in die Kristallisationskammer, die "in Kombination" auch eine Gießform ist. Dieses Verfahren wird für relativ einfache und massive Gussteile verwendet, bei deren Herstellung viele Bedingungen nicht eingeh alten werden müssen.

Vakuumfüllung

Gilt nur für "High-End"-Materialien wie Gold, Titan, Edelstahl. In diesem Fall wird das Metall unter Vakuumbedingungen geschmolzen und dann schnell (unter den gleichen Bedingungen) in Formen verteilt. Das Verfahren hat den Vorteil, dass bei seiner Anwendung die Bildung von Lufteinschlüssen und Hohlräumen im Produkt praktisch ausgeschlossen ist, da die dort vorhandene Menge an Gasen minimal ist. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass das Gewicht der Gussstücke in diesem Fall einhundert oder zwei Kilogramm nicht überschreiten darf.

Ist es möglich größere Teile zu bekommen?

Ja, eine solche Technologie existiert. Aber es kann nur dort eingesetzt werden, wo hundert Tonnen Stahl gleichzeitig verarbeitet werden.und mehr. Zuerst wird das Metall unter Vakuumbedingungen geschmolzen und dann nicht in Formen, sondern in spezielle Gießpfannen gegossen, die ebenfalls vor dem Eindringen von Luft in ihren Hohlraum geschützt sind.

Danach kann die fertige Schmelze in Formen verteilt werden, aus denen zuvor ebenfalls mit einer Pumpe die Luft abgepumpt wurde. Der als Ergebnis eines solchen technologischen Prozesses erh altene Stahl ist ziemlich teuer. Es wird zum Schmieden sowie für einige Arten des gleichen Gusses verwendet, wenn es erforderlich ist, Rohlinge und Teile von höchster Qualität zu erh alten.

Gießen auf vergaste (ausgebrannte) Muster

In Bezug auf Gussqualität und Einfachheit ist dieses Verfahren eines der rentabelsten und wird daher in der modernen Industrie immer häufiger eingesetzt. Ein solcher Metallguss, dessen Produktion von Jahr zu Jahr zunimmt, ist in der VR China und den USA besonders beliebt, da sich die industriellen Grundlagen dieser beiden Länder durch den größten Bedarf an hochwertigem Stahl auszeichnen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es die Herstellung von Gussteilen ohne Gewichts- und Größeneinschränkungen erlaubt.

In vielerlei Hinsicht ähnelt diese Methode den oben beschriebenen: Beispielsweise wird in diesem Fall das Primärmodell nicht aus Wachs oder Plastilin verwendet, sondern aus dem inzwischen weit verbreiteten Schaumstoff. Da dieses Material seine eigenen Besonderheiten hat, wird die Binder-Sand-Mischung unter einem Druck von etwa 50 kPa in den Kolben gefüllt. Am häufigsten wird diese Methode in Fällen praktiziert, in denen Teile mit einem Gewicht von 100 Gramm bis zu zwei Tonnen hergestellt werden müssen.

Wir haben jedoch bereits gesagt, dass einige strenge Einschränkungen geltenGrößenangaben Nr. So lassen sich mit diesem Gießverfahren auch Komponenten für Schiffsmotoren herstellen, die noch nie „bescheiden“waren. Für jede Tonne Metallrohstoffe wird folgende Menge an zusätzlichen Materialien verbraucht:

• Sandquarz fein - 50 kg.
• Spezielle Antihaftbeschichtung - 25 kg.
• Granulierter Polystyrolschaum - 6 kg.
• Dichter Polyethylenfilm - 10 qm m.

Alle Formsande sind reine Quarzsande ohne weitere Zusatz- und Zusatzstoffe. Es kann zu etwa 95-97 % wiederverwendbar sein, was die Wirtschaftlichkeit erheblich verbessert und die Prozesskosten senkt.

Daher ist der Metallguss (die Physik des Prozesses wurde von uns teilweise berücksichtigt) ein „vielschichtiges“Phänomen, da es heute viele neue Methoden gibt. Gleichzeitig wendet die moderne Industrie Methoden an, die seit mehreren tausend Jahren verwendet werden, und passt sie etwas an die aktuellen Realitäten an.