Feinguss: Verfahren, Vorteile und Anwendungen

Feinguss ist eines der am weitesten verbreiteten Gussverfahren in der Industrie. Hersteller nutzen Feinguss häufig, da es viele Vorteile bietet. Dazu gehören hohe Maßgenauigkeit, glatte Oberflächen, die Möglichkeit, komplexe Designs zu verarbeiten und eine schnelle Produktion.

In diesem Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte zum Feinguss. Wir beschreiben kurz die Geschichte des Feingusses und erläutern das Verfahren im Detail. Dabei gehen wir auf seine Anwendung, Materialeigenschaften sowie Vor- und Nachteile ein.

Was ist Feinguss?

Feinguss wird auch als Wachsausschmelzverfahren bezeichnet. Dabei wird aus einem wachsähnlichen Material ein Verbrauchsmodell hergestellt und anschließend eine exakte Kopie dieses Modells erstellt. Das Verfahren verwendet Keramikformen mit hervorragenden thermischen Eigenschaften. Dadurch ist es möglich, nahezu endkonturnahe Teile mit sehr hoher Oberflächenqualität herzustellen.

Seine vielen Vorteile und seine Anpassungsfähigkeit machen es zu einem starken Konkurrenten für andere Gießverfahren wie Sandguss und Druckguss. Lassen Sie uns zunächst weiter über das Feingießen lernen.

Geschichte von ICHInvestition Casting

Seit über 5.000 Jahren verwenden Menschen ähnliche Methoden zur Herstellung von Objekten. Modelle aus reinem Bienenwachs wurden zum Gießen weicher Metalle wie Gold und Kupfer verwendet. Archäologen haben Schmuck, Statuen und Kunstwerke aus dieser Zeit gefunden, die faszinierend anzusehen sind.

Mit zunehmendem Wissen über die Metallverarbeitung begann man, mit neuen Metallgusstechniken zu experimentieren. Diese Technik wurde Ende des 19. Jahrhunderts weiterentwickelt und zur Herstellung von Zahnspangen eingesetzt.

Der Zweite Weltkrieg machte das Verfahren den meisten Menschen bekannt. Das Militär benötigte eine Möglichkeit, robuste, präzise und wiederverwendbare Teile herzustellen. Infolgedessen begann man, das heute als Feinguss bekannte Verfahren zu verbessern.

Wie funktioniert Feinguss?

Im Laufe der Jahre haben Hersteller hart daran gearbeitet, das Feingussverfahren zu perfektionieren und so die besten Gussteile herzustellen. In diesem Abschnitt werden die sechs Schritte genauer betrachtet.

Erstellen des Mastermodells

Ein Wachsmodell ist eine exakte Nachbildung der fertigen Produktgeometrie. Das „Urmodell“ ist der Standard, der wiederholt für den Guss verwendet werden kann. Wachs, Holz, Metall und Silikonkautschuk sind die gängigsten Materialien zur Herstellung der Urmodellform. Welches Material verwendet wird, hängt von der Lebensdauer des Modells und der Komplexität des Designs ab. Auch der Grad der Ausdehnung oder Kontraktion des Materials beim Erhitzen oder Abkühlen sowie die Oberflächenbeschaffenheit sind zu berücksichtigen. In jedem Gusszyklus erstellt der Bediener ein Wachsmodell basierend auf dem Urdesign.

Heute nutzen Ingenieure modernste Methoden wie den 3D-Druck oder das Feingussverfahren, um Modelle zu erstellen. Früher Druckgussverfahren wurde oft zur Herstellung von Wachsmodellen verwendet. Heutzutage ist der 3D-Druck eine neue Technologie, die immer beliebter wird. Ingenieure schätzen den FDM-3D-Druck, weil er günstig und relativ präzise ist.

Zusammenbau des Wachsmodells

Im nächsten Schritt werden alle im vorherigen Schritt erstellten Modelle in einer Wachsausschmelzform zusammengesetzt. Das zusammengesetzte Modell sieht aus wie ein Baum, daher der Name „Baum“.

Anschließend setzt der Bediener das Modell mithilfe eines Netzwerks aus Angusskanälen, Angusskanälen und Steigrohren zusammen. Dieses Netzwerk aus Angusskanälen ermöglicht dem flüssigen Metall, problemlos in alle Teile der Form zu fließen.

Dieser Montageprozess kann manuell oder automatisiert erfolgen. Hersteller können sich für die manuelle Montage entscheiden, wenn die Produktionsmengen gering sind oder jedes Gussteil eine einzigartige Form hat. Soll der Gussprozess hingegen wiederholt werden, ist die Anschaffung einer automatisierten Produktionszelle sinnvoll.

Aufbringen des Feuerfestmaterials (Imprägnierung)

Anschließend trägt der Bediener eine Schicht feuerfesten Materials auf die Form auf, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Der Beschichtungsprozess umfasst mehrere Imprägnierschritte. Der Baum wird langsam gedreht und immer wieder in eine Mischung aus Keramikschlicker und Sandgips getaucht. Der Ton hilft der Form, hohen Temperaturen standzuhalten, während der Gips sie stabiler macht.

Während des Tauchvorgangs wird die Keramikhülle um das Wachsmodell immer dicker. Seien Sie besonders vorsichtig, wenn Sie die erste Schicht (auch Masterkern genannt) fertigstellen. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und Form des Teils.

Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Schale die richtige Dicke erreicht hat. In den meisten Fällen liegt die Schalendicke zwischen 3/8 Zoll und 1/2 Zoll. Dies hängt vom Gussmaterial, der Größe und dem Gewicht ab. Bei schweren Teilen und Metallen mit hohem Schmelzpunkt sollte die Schale dick genug sein, um den hohen Temperaturen und Drücken standzuhalten.

Entparaffinierung

Beim Entwachsen wird das Wachs durch Schmelzen von der Tonhülle getrennt. Zum Erhitzen und Schmelzen des Wachses verwenden Fabriken üblicherweise einen Dampfautoklaven oder einen Schnellofen.

Anschließend senkt der Bediener die Form ab, damit das geschmolzene Wachs leicht herausfließen kann. Die Form wird 12 Stunden lang im Autoklaven bei Temperaturen von bis zu 90 °C bis 175 °C erhitzt, bis der Großteil des Wachses herausfließt. Anschließend wird die Form mehrere Stunden lang bei höheren Temperaturen (bis zu 1000 °C) gebrannt, um restliches Wachs und Wasser zu entfernen.

Dies ist ein sehr wichtiger Schritt im Gießprozess. Denn bei hohen Temperaturen können Defekte in der Formschale entstehen. Ingenieure versuchen grundsätzlich, Risse zu vermeiden. Daher wird die Form in Feingussanlagen üblicherweise mit Methoden entwachst, die die Form nicht beschädigen.

Ein weiterer Nebeneffekt dieses Prozesses ist die Wärmebehandlung des feuerfesten Materials. Die Schale wird dadurch fester und reagiert daher weniger wahrscheinlich mit dem geschmolzenen Metall.

Vorwärmen und Gießen

Ab diesem Zeitpunkt beginnt der Feingussprozess erst richtig. Die Form wird vorgewärmt, damit sie beim Kontakt mit dem heißen, flüssigen Metall nicht zu schnell reagiert.

Das flüssige Metall wird kontrolliert in die Form gegossen, entweder durch einen Bediener oder eine Maschine. Wichtig ist eine konstante Füllgeschwindigkeit. Dies verhindert Gussfehler durch Turbulenzen. Sollte das geschmolzene Metall mit Luft reagieren, muss zudem sichergestellt werden, dass sich keine Luft um die Form herum befindet. Nach dem Füllen erstarrt das Metall und kühlt in der Form ab.

Nachbearbeitung

Sobald das Metall erstarrt ist, wird die Form mit einem Hammerschlag oder Wasserstrahl zerstört. Nach der Entformung wird das Teil einer Reihe von Vorbearbeitungsschritten unterzogen.

Eine Aufgabe besteht darin, das Gießsystem zu verschließen, da es nicht Teil des Produkts ist. Raue Oberflächen, scharfe Kanten und andere Mängel können auch durch Schleifen oder Sandstrahlen entfernt werden. CNC-Fräsen Bohren ist eine spanende Bearbeitung, die auch zum Bearbeiten von Löchern und Oberflächen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus können Teile verschiedenen Oberflächenbehandlungsverfahren unterzogen werden, um die gewünschte Oberflächengüte zu erzielen.

Nach der Nachbearbeitung werden die Teile einer Qualitätskontrolle unterzogen. Das Prüfteam verwendet Methoden wie die Eindringprüfung, um die Teile auf Defekte wie Risse und Löcher zu prüfen. Darüber hinaus prüft es weitere Qualitätsfaktoren wie Festigkeit, Härte, Geometrie und Maßgrenzen.

Verschiedene Arten von Feingussmaterialien

Einer der großen Vorteile des Feingusses besteht darin, dass er mit einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Eisen- und Nichteisenmetallen, verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass die fertigen Teile unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen können.

• Stahl: Weichstahl, Kohlenstoffstahl und andere spezielle legierte Stähle eignen sich gut für das Feingussverfahren. Im Feingussverfahren hergestellte Stahlteile werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise im Schiffsbau, in der Luftfahrt und beim Militär.
• Edelstahl: Edelstahl ist robust, rostbeständig und hat eine glatte, glänzende Oberfläche. Pumpengehäuse, Ventilteile, Zahnräder und Buchsen sind gängige Teile.
• Aluminium ALloyds: Diese Metalle sind leicht, stark und rostbeständig. Teile aus Aluminiumlegierungen werden hauptsächlich in Flugzeugen und Autoteilen verwendet.
• Nickel ALloydsNickellegierungen sind sehr fest, rosten nicht und bleiben auch bei hohen Temperaturen stabil. Gussteile aus diesen Metallen werden in oxidierenden Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt und halten hohen Belastungen stand.
• Kobalt ALloyds: Diese Legierungen sind sehr robust und unterliegen keinem Verschleiß, keiner Rostbildung, keiner chemischen Reaktion, keiner Überhitzung und keiner Abkühlung. Diese Hochleistungslegierung wird beispielsweise im Schwermaschinenbau, in der Medizin und in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt.
• Gießen ICHRon: Gusseisen ist extrem langlebig und sehr widerstandsfähig. Es wird zur Herstellung von Elektroteilen, Rohrverbindungen, Werkzeuggetrieben usw. verwendet.
• Kupfer ALloydsKupferlegierungen wie Bronze und Messing haben ein attraktives Aussehen, eine mittlere Zugfestigkeit und gute Wärmeleiter. Daher werden diese Metalle für Sanitärteile, Heizkörper, Wärmetauscher und andere Komponenten verwendet.

So stellen Sie Feingussteile fertig

Nach dem Entwachsen ist die Oberfläche eines Feingussteils etwas rau. Dies ist auf die Spuren zurückzuführen, die der Hauptkern der Tonform hinterlassen hat. Die Oberflächenrauheit dieser Teile beträgt üblicherweise 125 Ra, kann jedoch je nach Material und Qualität der Form abweichen.

Es gibt daher viele Oberflächenbehandlungen, um die gewünschte glatte Oberfläche zu erzielen. Einige Verfahren erzeugen eine glatte Oberfläche durch Materialabtrag. Andere Methoden beinhalten das Streichen der Oberfläche, um sie zu glätten und die raue Oberfläche unter einer Farbschicht zu verbergen.

Die Art der Oberflächenbehandlung wird anhand von Faktoren wie dem gewünschten Aussehen, den Maßtoleranzen und den mechanischen Eigenschaften gewählt. Es gibt verschiedene Methoden der Oberflächenbehandlung:

• Eloxieren
• Polieren
• Malerei
• Pulverbeschichtung
• Passivierung

Anwendungen des Feingusses

Das Feingussverfahren kann in vielen Bereichen eingesetzt werden. Hier einige gängige Anwendungsgebiete:

• EnergiewirtschaftDieses Herstellungsverfahren ist in der Energiebranche sehr nützlich. Die Rotorblätter von Windkraftanlagen sind sehr groß und schwer und müssen daher sehr stabil sein und eine glatte Oberfläche aufweisen. Ein Vorteil des Feingussverfahrens besteht darin, dass es all diese Eigenschaften vereint.
• SchiffbauIm Schiffbau werden Metallteile häufig im Feingussverfahren hergestellt. Aus speziellen Legierungen entstehen stabile Metallplatten. Diese rosten nicht und können in Schiffen und U-Booten eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich für die Branche, da es mit vielen Metalllegierungen kompatibel ist.
• Luft- und Raumfahrt: Weil es komplexe Formen und hohe Festigkeiten verarbeiten kann. Daher kann dieses Verfahren zur Herstellung wichtiger Teile von Flugzeugtriebwerken und -rümpfen verwendet werden.
• Medizinbranche: Dieses Verfahren ist im medizinischen Bereich nützlich. Denn es ermöglicht die Herstellung kleiner Teile mit einer besseren Oberflächenbeschaffenheit. Häufige Anwendungsgebiete sind beispielsweise Prothesen, Implantate und chirurgische Instrumente.
• Automobilindustrie: Durch Feinguss können Hochleistungsteile für die Automobilindustrie hergestellt werden. Beispielsweise Getriebeteile, Kipphebel und Antriebsstrangkomponenten.

Vor- und Nachteile des Feingusses

Wie andere Gussverfahren hat auch das Feingießen Vor- und Nachteile. Um eine fundierte Wahl des Gussverfahrens treffen zu können, ist es wichtig, sich über beide Aspekte im Klaren zu sein. Im Folgenden besprechen wir diese genauer.

Vorteile

Der Das Feingussverfahren bietet viele Vorteile, weshalb diese Gussteile so beliebt sind.

• Kompatibilität mit komplexen Geometrien: Es kann komplexe Geometrien verarbeiten. Zum Beispiel Innenstrukturen, scharfe Kurven, dünne Wände und flache Kanäle. All dies kann als Einzelteil gefertigt werden. Sie müssen also keine separat gefertigten Teile zusammenbauen, wie dies bei anderen Gussverfahren der Fall wäre.
• Feine OberflächenbeschaffenheitDieses Gussverfahren ermöglicht eine Oberflächengüte von bis zu 3 Mikrometern. Im Vergleich zum Sandguss erzielt der Feinguss sogar noch bessere Ergebnisse. Darüber hinaus weisen Feingussteile keine Trennlinien auf, was ihnen ein ästhetisch ansprechenderes Aussehen verleiht.
• Große TeileDieses Verfahren eignet sich für Teile unterschiedlicher Größe. Es kann Teile mit einem Gewicht von 100 Gramm bis zu einer Tonne verarbeiten. Darüber hinaus können damit sowohl riesige Turbinenschaufeln als auch winzige medizinische Instrumente hergestellt werden.
• Hervorragende MaßgenauigkeitFeinguss ist ein nahezu endkonturnahes Gussverfahren mit extrem geringen Toleranzen für die Endbearbeitung. Die Teile weisen nach der Endbearbeitung eine erstaunliche Maßtoleranz von +/- 0,075 mm auf.
• Große Auswahl an Materialien: Das Verfahren ist sehr flexibel und für ein breites Spektrum an Materialien einsetzbar. Es eignet sich für und arbeitet präzise mit Materialien wie Stahl, Nickellegierungen und Aluminiumlegierungen.

Nachteile

Andererseits bringt das Feingussverfahren auch einige Nachteile mit sich. Jeder, der sich mit dem Gießen beschäftigt, muss sich dieser bewusst sein.

• Hohe Werkzeug- und Ausrüstungskosten: Ausgangsformen, Master und Maschinen (Öfen, Keramikbeschichtungsanlagen) sind sehr teuer. Dieses Verfahren eignet sich daher nicht für die Kleinserienproduktion. Wenn die Kosten jedoch keine Rolle spielen, kann es für bestimmte Kleinserien geeignet sein. Beispielsweise für die Herstellung von Windturbinenblättern.
• Ein hochtechnischer ProzessWie bereits erwähnt, umfasst der Prozess viele Schritte. Jeder Schritt erfordert unterschiedliche Fähigkeiten und Kenntnisse. Jeder Teil des Prozesses ist fehleranfällig. Dies kann für ein Unternehmen sehr kostspielig sein. Wenn Sie dieses Casting-Verfahren nutzen möchten, kann es schwierig sein, die richtigen Leute zu finden und sie ausreichend zu bezahlen.
• ZeitaufwendigDer Gießprozess kann aufgrund seiner vielen Schritte sehr langwierig sein. Einige dieser Schritte, wie beispielsweise das Abkühlen und die Endbearbeitung, dauern lange. Daher sollten Unternehmen, die Teile schnell benötigen, bei der Suche nach Produktionsdienstleistungen auch andere Gießverfahren in Betracht ziehen.

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Feinguss ist ein sehr komplexer Prozess. Er erfordert viel Geschick und Erfahrung. Benötigen Sie Teile? Yonglihao Machinery bietet Ihnen konkurrenzlose Gussdienstleistungen. Zum Beispiel Feinguss, Warmkammer-Druckguss, Und Druckguss Prozesse.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen 3D-Druck und Feinguss?

Beim Feinguss wird geschmolzenes Metall in eine vorgefertigte Form gegossen und erstarren gelassen. 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren. 3D-Drucktechnologien wie FDM und SLS bauen Teile Schicht für Schicht auf.

Es dauert lange, bis man Feinguss beherrscht. Dieses Gussverfahren eignet sich jedoch für eine Vielzahl von Metallen und erzielt perfekte Oberflächen. Der 3D-Druck steckt noch in den Kinderschuhen und ist bei der Herstellung von Metallteilen nicht so gut wie das Gießen. Oberflächenrauheit, Porosität und Unebenheiten sind einige der Probleme von 3D-gedruckten Teilen im Vergleich zu Gussteilen.

Der Unterschied zwischen Feinguss und Sandguss

Feinguss ermöglicht die Herstellung von Teilen mit sehr komplexen Geometrien und extrem hoher Oberflächengüte. Sandguss hingegen ist überlegen. Denn im Sandgussverfahren lassen sich große Stückzahlen produzieren, was die Kosten senkt. Darüber hinaus können mit diesem Verfahren auch sehr große Teile hergestellt werden.

Ist Feinguss umweltfreundlich?

Ja. Beim Feinguss werden Wachs und Metall regelmäßig zurückgewonnen und in anderen Gussprozessen wiederverwendet, wodurch Materialabfälle vermieden werden. Zwar verbraucht Feinguss Energie und erzeugt umweltschädliche Dämpfe. Diese Probleme lassen sich jedoch durch eine gute Rauchkontrolle und Abfallentsorgung minimieren.