1 Urformverfahren. 1.1 Gießen Verwendete Formelzeichen. α [ ] Formschrägenwinkel ρ G [kg/dm 3 ] Werkstoffdichte ρ K [kg/dm 3 ] Dichte des Kerns

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Elly Bachmeier
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1 1 1 Urformverfahren 1.1 Gießen Verwendete Formelzeichen α [ ] Formschrägenwinkel ρ G [kg/dm 3 ] Werkstoffdichte ρ K [kg/dm 3 ] Dichte des Kerns A B [mm 2 ] Bodenfläche (projiziert) A o [dm 2 ] Oberfläche des Teilkörpers b Fs [mm] Formschrägenbreite F A [N] Kernauftriebskraft F B [N] Bodendruckkraft F D [N] Druckkraft F Ges [N] Gesamtauftriebskraft F K [N] Kerngewicht (Gewichtskraft des Kerns) g [m/s 2 ] Fallbeschleunigung H [mm] Oberkastenhöhe h B [mm] Druckhöhe, Eingusshöhe, Füllhöhe h M [mm] Modellhöhe h W [mm] Werkstückhöhe l G [mm] Gussstücklänge l K [mm] Länge des Kerns l M [mm] Modellänge l m [mm] Modellmaß p B [N/mm 2 ] Bodendruck s [%] Schwindmaß V [dm 3 ] Volumen des Teilkörpers V 0 [mm 3 ] Volumen des Oberkastens V G [mm 3 ] verdrängtes Metallvolumen V K [mm 3 ] Kernvolumen V W [mm 3 ] Volumen des Gussstücks

2 2 1 Urformverfahren Auswahl verwendeter Formeln Bodendruckkraft Kernauftriebskraft Kerngewicht FB = AB hb ρ G g FA = VG ρ G g FK = VK ρ K g Oberkastenauftriebskraft Gesamtauftriebskraft Bodendruck FOK = VG ρ G g FG = FA+ FOK F K p= hb g ρ G Kernvolumen Druckkraft Modellmaß l VK = A l FD = pb A G 100% B lm = 100% s Formschrägenwinkel Erstarrungsmodul bfs = tan α hm me = V Ao Berechnungsbeispiele 1. Das skizzierte Gussstück aus G-CuZn30, Dichte 7,8 kg/dm 3, wird mit einem liegenden Kern gegossen. Die Dichte des Kernsandes beträgt 1,2 kg/dm 3. Berechnen Sie: a) die Bodenkraft b) die Kernauftriebskraft c) das Kerngewicht d) die Oberkastenauftriebskraft e) die Gesamtauftriebskraft. 2. In einem Formkasten ist eine mit Flanschen versehene Buchse eingeformt (s. Skizze). Die Buchse hat eine Länge von 540 mm, einen Innendurchmesser von 160 mm und eine Wandstärke von 50 mm. Die Flansche haben einen Außendurchmesser von 420 mm, die Flanschdicke beträgt 60 mm. Der Oberkasten ist 300 mm hoch. Der Kern wiegt 240 N, Dichte des Gusseisens 7,2 kg/dm 3. Berechnen Sie die Gesamtauftriebskraft.

3 1.1 Gießen 3 3. Das skizzierte Distanzstück aus E 360 (St 70-2) soll durch Schwerkraftgießen hergestellt werden. a) Skizzieren Sie das eingeformte Werkstück im Formkasten, die Oberkastenhöhe beträgt 400 mm. b) Berechnen Sie den Bodendruck. c) Ermitteln Sie die Auftriebskraft beim Gießen, wenn die Dichte von Stahl 7,8 kg/dm 3 und die Dichte des Kernwerkstoffs 3,6 kg/dm 3 beträgt. 4. Die abgebildete Walze aus EN-GJL-300 soll durch Gießen hergestellt werden. a) Welches Gießverfahren ist anzuwenden, wenn 20 Walzen benötigt werden? b) Skizzieren Sie für das Gussstück die Gießform mit allen wesentlichen Merkmalen. c) Berechnen Sie die Auftriebskraft gegen den Oberkasten bei vollständig gefüllter Gießform. Höhe des Oberkastens 280 mm, Dichte des Gusseisens 7,2 kg/dm In einem Formkasten ist die skizzierte Scheibe mit einem Durchmesser von 550 mm zum Gießen eingeformt. Höhe des Oberkastens 130 mm, Dichte des Gusswerkstoffs 6,9 kg/dm 3. a) Skizzieren Sie die Gussform. b) Berechnen Sie die Auftriebskraft gegen den Oberkasten bei vollständig gefüllter Gießform. 6. Ermitteln Sie: a) den Bodendruck (in bar) in einer Gießform, wenn das Werkstück aus Stahl gegossen wird. b) die Druckkraft. Die Grundfläche beträgt mm 2, die Eingusshöhe wurde mit 0,4 m gewählt, Werkstoffdichte 7,8 kg/dm Ermitteln Sie die Modellmaße des skizzierten Gussstücks aus Temperguss EN- GJMW-350-4, ohne Bearbeitungszugaben und Formschrägen. Das Schwindmaß beträgt 1,6 % (DIN 1511).

4 4 1 Urformverfahren 8. Die Höhe eines Modells beträgt 320 mm. Ermitteln Sie: a) die Formschrägenbreite b) den Formschrägenwinkel. 9. Wie viel Kilogramm Aluminium und Silizium sind in 50 kg der Aluminium-Gusslegierung G-AlSi 9 enthalten? 10. Eine Guss-Kupfer-Zinn-Legierung G-CuSn 20 soll in G-CuSn 10 umlegiert werden. Welches Metall und wie viel davon müssen zugegeben werden, wenn 120 kg G-CuSn 20 vorhanden sind? 11. Ermitteln Sie: a) den Erstarrungsmodul der skizzierten Teile b) erläutern Sie anschließend die Ergebnisse Lösungen Lösung zu Beispiel 1 a) Bodenkraft F B = A B h B ρ G g A B = 3 2,6 = 7,8 dm 2 h B = 2,8 dm ρ G = 7,8 kg/dm 3 F B = 7,8 2,8 7,8 9,81 =1671,2 N b) Kernauftriebskraft F A = V G ρ G g V G = 3 1,7 1,7 = 8,67 dm 3 F A = 8,67 7,8 9,81 = 663,4 N Gussteil hb1 Kern A B1 Bodendruckkraft F KD F Bel F B1 F A F K F B2 F Bel F KD A B2 hb2 projizierte Fläche Einguss Gussteil

5 1.1 Gießen 5 c) Kerngewicht F A = V G ρ G g V K = 4,8 1,7 1,7 = 13,87 dm 3 F K = 13,87 1,2 9,81 =163,3 N hd F D Einguss d) Oberkastenauftriebskraft F OK = VG ρ G g F G = 3 2,6 1,5 = 11,7 dm 3 F OK = 11,7 7,8 9,81 = 895,3 N Gussteil e) Gesamtauftriebskraft F G = F A + F OK F K = 663, ,3 163,3 = 1395,4 N Lösung zu Beispiel 2 a) Oberkastenauftriebskraft π d2 2 1 π d 1 FOK = VG ρ G g = b1 h l b h 2 4 l π 2,62 π 4, 22 V 3 G = 2,6 3 5, , 2 3 0,6 = 34,59 dm F OK = 34,59 7, 2 9,81= 2443 N b) Kernauftriebskraft F A = V G ρ G g 1, 62 π V 3 G = 6,6 = 13,26 dm 4 F A = 13, 26 7, 2 9,81= 936,8 N c) Gesamtauftriebskraft FG = FOK + FA F K = ,8 240 = 3143 N Lösung zu Beispiel 3 a) eingeformtes Distanzstück b) Bodendruck p= hb g ρ G 160 h B = 400+ = 480 mm 2 p = 0, 48 9,81 7,8 = 0,3673 bar 0,37 bar

6 6 1 Urformverfahren c) Auftriebskraft Kernvolumen L = = 520 mm d2 π D2 π 602 π 802 π VK = l+ l 1= = mm 1,972 dm Kerngewicht F K = V K ρ K g = 1,972 3,6 9,81 = 71 N Kernauftriebskraft FA = VG ρ G g = 1,972 7,8 9,81= 151 N Wirksame Auftriebskraft FW = FA F K = = 80 N Oberkastenauftriebskraft FOK = VG ρ G g d2 2 1 π d2 π π h V 2 2 W = l1+ l2+ ( D + d + D d) V K , 22 π 1, 62 π 3,14 2,5 = 2, 4 + 1,3 + (1 2+ 1, , 6) 1, = 0,942+ 1,306+ 1,688 1,972 = 3,936 dm 2 D+ d VO = d1 l1 H + d2 l2 H + h H = 2 1, = 1 2,4 4+ 1,6 1,3 4+ 2,5 4 = 30,92dm3 2 VG = VO V W = 30,92 3,936 = 26,984 dm 3 F OK = 26,984 7,8 9,81= 2064,8 N Gesamtauftriebskraft FG = FOK + F W = 2064,8+ 80 = 2144,8 N 2145 N Lösung zu Beispiel 4 a) gewähltes Gießverfahren: Schwerkraftgießen Gießen mit verlorener Form Herstellung durch Handformen b) Abb: eingeformte Walze, EN-GJL

7 1.1 Gießen 7 c) Oberkastenauftriebskraft F = V ρ g OK G G 1, 82 π 32 π V 3 G = 1,8 2, ,8 0,8 = 22,86 dm F OK = 22,86 7, 2 9,81 = 1614, 4 N Lösung zu Beispiel 5 a) Abbildung eingeformte Scheibe, EN-GJL-300 b) Oberkastenauftriebskraft F = V ρ g OK G G 2 2 π 2 2 π V 3 G = ( D d ) h = (5, 5 1,8 ) 1, 3 = 27,58 dm 4 4 F OK = 27, 58 6, 9 9,81 = 1867 N Lösung zu Beispiel 6 a) Bodendruck kg m N pb = hb ρ G g = 0, 4 7,8 9,81 = 0, 31 bar m ; 10 = 1 bar dm3 s2 cm2 b) Druckkraft FD = pb A B = 0, = 1451 N Lösung zu Beispiel 7 Modellmaß lg 100 % lm = 100 % s lg1 100 % % lm1 = = = 325,2 mm 100 % s 100 % 1,6 % lg2 100 % % lm2 = = = 528,46 mm 100 % s 100 % 1,6 % Lösung zu Beispiel 8 a) Formschrägenbreite b FS = 2,5 mm aus Tabelle 1: Formschrägenbreite bei h M > 315 mm b FS = 2,5 mm

8 8 1 Urformverfahren b) Formschrägenwinkel b FS = tan α h M bfs 2,5 tan α = = = 0, hm 320 α = 0,447 0,45 Lösung zu Beispiel 9 Aus der Normbezeichnung der Legierung G-AlSi9 ergibt sich: 100 kg G-AlSi 9 enthalten 91 kg Al und 9 kg Si 50 kg G-AlSi 9 enthalten = 45,5 kg Al kg G-AlSi 9 enthalten 9 50 = 4,5kgSi 100 Lösung zu Beispiel 10 Aus der Normbezeichnung der Legierung G-CuSn20 ergibt sich: 100 kg G-CuSn 20 enthalten 80 kg Cu und 20 kg Sn 120 kg G-CuSn 20 enthalten = 96 kg Cu kg G-CuSn 20 enthalten = 24 kg Sn 100 in G-CuSn 10 sind 90 % Cu enthalten nach der obigen Rechnung sind in 24 kg 10 % Zinn enthalten, 24 90% somit 90 % = 216 kg Cu 10% 98 kg Cu sind vorhanden, es müssen also: x = 216 kg 96 kg = 120 kg Cu zugegeben werden. oder x= (120 + x) x= ,9x 0,1x = 12 x = 120 kg Cu müssen zugegeben werden. Lösung zu Beispiel 11 a) Erstarrungsmodul beim Würfel m E1 V = A o

9 1.2 Sintern 9 V = a 3 V = 1,2 3 = 1,728 dm 3 A 0 = 6 a 2 = 6 1,2 2 = 8,64 dm 2 1,728 m E1 = = 0,2 dm 8,64 b) Erstarrungsmodul beim Quader V = l b h = 3,6 0,6 0,7 = 1,512 dm 3 A 0 = 2 l b + 2 b h + 2 l h = 2 3,6 0, ,6 0, ,6 0,7 = 10,2 dm 2 m E1 1,512 = = 0,148 = 0,15 dm 10,2 Hinweis: Das Stück mit dem kleinsten Erstarrungsmodul erstarrt zuerst. Dies gilt für jeden einzelnen Teilbereich eines Gussstückes. Liegt nun bei einem Gussstück ein Teil mit größeren m E zwischen Stellen mit niedrigerem m E, so erstarren diese zuerst! 1.2 Sintern Verwendete Formelzeichen h [mm] Füllhöhe h W [mm] gepresste Höhe q Füllfaktor Auswahl verwendeter Formeln h= hw q q = Dichte des gepressten Körpers Scheindichte des Pulvers Berechnungsbeispiel 1. Ein Körper aus Eisenpulver soll auf 20 mm Höhe gepresst werden. Die Dichte im gepressten Zustand beträgt 6,8 g/cm g des Eisenpulvers nehmen 35 cm 3 Füllvolumen ein. Ermitteln Sie: a) den Füllfaktor b) die Füllhöhe Lösung Lösung zu Beispiel 1 a) Füllfaktor Hinweis: Beim Herstellen von Presslingen spielt der Füllfaktor eine wesentliche Rolle. Komplizierte Teile müssen in verschiedene Füllräume aufgeteilt werden. Für jeden Körperquerschnitt ergibt sich der Füllraum durch die Füllhöhe.

10 10 1 Urformverfahren q = Dichte des gepressten Körpers Scheindichte des Pulvers 100 g 35 cm3 2,86 g/ cm3 6,8 q = = 2,38 2,86 oder q = Dichte des gepressten Körpers Füllvolumen 100 % 6,8 35 q = = 2, b) Füllhöhe h= hw q = 20 mm 2,38 = 47,6 mm

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