Einteilung der Hauptgruppe Urformen. Urformen. Hauptgruppe: Untergruppen: Vorlesung Fertigungstechnik 1, Gießen 1

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1 2 Einteilung der Hauptgruppe Urformen Quelle: DIN 8580 Hauptgruppe: Gruppen: Urformen Untergruppen:

2 Der Weg zum fertigen Gussstück (Verfahrensablauf f beim Sandformguss) Quelle: Spur, Stöferle 4 h e b a d f g i k l c o n m a Modell, b Handformerei, c Maschinenformerei, d Einlegen der Kerne, e Kernmacherei, f Oberkasten aufsetzen, g Gießen, h Schmelzbetrieb, i Ausschlagen, k Gussputzerei, l Gussbearbeitung, m Versand, n Sandbunker, o Sandaufbereitung

3 Metallische Gusswerkstoffe Metallische Gusswerkstoffe Vorlesung Quelle: Stahl-Eisen-Werkstoffblätter (vereinfachte Darstellung) 5 Eisen- Gusswerkstoffe Nichteisen- Gusswerkstoffe Gusseisen Temperguss Stahlguss Leichtmetall- Gusswerkstoffe Aluminium- Basis Magnesium- Basis Titan-Basis Kupfer-Basis Zink-Basis Blei-Basis Schwermetall- Werkstoffe Sondergusseisen Zinn-Basis Nickel-Basis

4 Zustandsschaubild des Eisen-Kohlenstoff-Systems 8 Quelle: Ambos Eisen-Graphit Masse-% C

5 Merkmale von Stahlguss Vorlesung 10 Quelle: Pries Stahlguss hat einen Kohlenstoffgehalt von C < 2,06 % enthält nach der Erstarrung keine spröden Bestandteile (Ledeburit) ist schweißbar und ohne eine thermische Nachbehandlung schmiedbar enthält (prozentual) nur wenig Begleitelemente C, Si, Mn, P, S besitzt eine hohe Festigkeit und eine sehr gute Bruchdehnung kann für alle Belastungsarten eingesetzt werden ist problematisch zu vergießen aufgrund: der hohen Gießtemperatur von ca C der relativ großen festen Schwindung von ca. 2,0 % der Empfindlichkeit auf Lunkerbildung und Warmrisse der erforderlichen aufwendigen konstruktiven Werkstückgestaltung einem nach der Erstarrung erforderlichen Spannungsarm-Glühen Anwendung: Hochbeanspruchte ht Bauteile mit allen Belastungsarten t Schweißkonstruktionen Schmiedeteile

6 11 Merkmale von Gusseisen Quelle: Pries Gusseisen hat einen Kohlenstoffgehalt von C > 2,06 % (meistens 2,5 4,5 %) enthält nach der Erstarrung spröde Bestandteile (Ledeburit) ist nicht schweißbar und nicht schmiedbar besitzt t eine hoheh Härte bei einer sehr geringen Bruchdehnung h ist nicht verwendbar für Bauteile mit hohen Zug-, Biege-, oder Scherbelastungen ist problemlos zu vergießen aufgrund: der relativ niedrigen Gießtemperatur von ca C der relativ niedrigen festen Schwindung von ca. 1.0 % der Unempfindlichkeit gegen Lunkerbildung und Warmrisse

7 12 Merkmale von grauem und weißem Gusseisen Quelle: Pries graues Gusseisen: (wird überwiegend verwendet) Ausbildung des Graphits in Lamellenform schlagempfindlich infolge der Kerbwirkung durch Unterbrechung der Grundmasse gute spanende Bearbeitbarkeit sehr gute Gleit- und Dämpfungseigenschaften Anwendung: Gehäuse (z.b. Getriebemotoren) Werkzeugmaschinengestelle Führungsbahnen (z.b. Werkzeug-, Spinnereimaschinen) schwingungsempfindliche Bauteile weißes Gusseisen: (nur für spezielle Anwendungen) sehr hart (verschleißfest, sehr spröde (extrem schlagempfindlich) Anwendung: Als Ausgangsmaterial g zur Herstellung von Temperguss Verschleißteile (z.b. Walzen, Mahlwerke, Sandstrahldüsen usw.)

8 Graphitausscheidungen Vorlesung 13 Quelle: CLAAS GUSS Lamellengraphit Vermiculargraphit Kugelgraphit

9 Schematische Darstellung der Volumenkontraktion metallischer Werkstoffe beim Abkühlen aus dem schmelzflüssigen Zustand 14 Quelle: Spur, Stöferle A bei reinen Metallen und eutektischen Legierungen A B bei nichteutektischen Legierungen B

10 Gießverfahren Vorlesung 15 Quelle: Dilger, IfS, TUBS

11 Anforderungen an Formstoffe für verlorene Formen und Kerne (1/4) Vorlesung 17 Quelle: Pries Rieselfähigkeit Für die automatisierte ti i t Beschickung eines Form- oder Kernkastens mit Formstoff aus einem Sandbunker muss der Formstoff möglichst locker und trocken, d.h. rieselfähig sein. Aushärtung Mit der Wahl des Bindemittels wird festgelegt, ob die Aushärtung des Formstoffes warm, kalt oder chemisch, also z.b. bei der Kernherstellung nach dem Hot-Box-, Cold-Box- oder nach dem CO 2 -Verfahren erfolgen soll. Dadurch wird weitestgehend der Aufwand (Kosten) und die Zeitdauer bis zur Fertigstellung der Form oder des Kernes festgelegt. Beispielhaft ist beim Vollformgießen eine Warmaushärtung wegen des Styropormodells nicht möglich. Eine CO 2 -Aushärtung wäre wegen der üblicherweise großen Werkstückgewichte zu teuer. Ebenso ist Ton als Bindemittel nicht möglich, da der Formstoff nicht verdichtet werden kann, so dass nur ein kalt aushärtender Binder (Harz + Härter) in Frage kommt.

12 18 Anforderungen an Formstoffe für verlorene Formen und Kerne (2/4) Quelle: Pries Bildsamkeit Der Formstoff soll sich durch das Modell detailgetreu formen lassen und soll den entstandenen Abdruck auch nach dem Entfernen des Modells sicher halten können. Für eine hohe Abbildungsgenauigkeit ist ein kleiner Korndurchmesser erforderlich, was einer evtl. benötigten Gasdurchlässigkeit widerspricht. Belastbarkeit Der Formstoff muss während des Gießens der einströmenden Schmelze soviel Widerstand entgegen setzen, dass besonders in den Gießkanälen keine Sandkörner ausgewaschen und zum Werkstück transportiert werden. Der Formsand und das gewählte Bindemittel müssen dabei besonders den Thermoschock aushalten können. Nach dem Gießen darf sich die Form unter der Last der Schmelze nicht verändern. Alle auftretenden Gewichts- und Auftriebskräfte müssen ohne Deformation (Bruch) der Form oder eines Kernes ausgehalten werden. Formen werden überwiegend auf Druck beansprucht, wofür sich als Bindemittel Ton anbieten. Kerne werden überwiegend auf Biegung und Scherung beansprucht, weshalb meistens harzige Binder verwendet werden.

13 19 Anforderungen an Formstoffe für verlorene Formen und Kerne (3/4) Quelle: Pries Feuerfestigkeit Der Formstoff muss hohe Temperaturen aushalten können. Das Aufschmelzen des Formsandes oder chemische Reaktionen des Sandes mit der Schmelze müssen vermieden werden. Ebenso muss beim Einbringen der Schmelze der Thermoschock ertragen werden, ohne dass die Sandkörner aufplatzen oder das Bindemittel versagt, wodurch die Form sogar brechen kann. Als Formsande, die mit zunehmendem Schmelzpunkt teurer werden, werden verwendet: Quarzsand SiO 2 T Schmelz = 1750 C Chromsand Cr +FeO 2 O 3 T Schmelz = 1850 C Zirkonsand ZrO 2 + SiO 2 T Schmelz = 2250 C

14 20 Anforderungen an Formstoffe für verlorene Formen und Kerne (4/4) Quelle: Pries Gasdurchlässigkeit Der Formstoff muss in der Lage sein, das Gas, welches beim Abkühlen (nicht beim Eingießen!) von der Schmelze freigesetzt wird, aus der Form abzuführen. Dafür sind Sande mit einem gleichmäßigen großen Korndurchmesser (z.b. 0,30 mm) erforderlich, damit die Struktur der Form großporig wird. Besonders ist darauf zu achten, dass der Feinsandanteil gering ist, da dieser die freien Querschnitte verstopft. Da dieser Feinsandanteil beim Wiederaufarbeiten von Formsand ansteigt, darf für eine Form mit geforderter hoher Gasdurchlässigkeit nur Neusand verwendet werden (teurer). Die Verwendung von Sanden mit großem Korndurchmesser widerspricht evtl. der Forderung nach einer hohen Bildsamkeit. Werkstückausformbarkeit Die Form soll, nachdem das Werkstück erstarrt ist, leicht zerfallen, damit das Ausformen erleichtert wird. Im Idealfall soll das Bindemittel die Sandform solange zusammenhalten bis die Schmelze die Solidus-Linie unterschritten hat. Danach soll die Bindung unter der andauernden Wärmeeinwirkung zerfallen und das Werkstück beim Ausformen unter geringer Krafteinwirkung freigeben.

15 21 Fertigen eines Gussstücks mit zweiteiligem Modell Quelle: Spur, Stöferle A B A Fertigungszeichnung B Unterkasten aufstampfen (mechanische h Verfestigung C D bei tongebundenen Formstoffen) C Oberkasten aufstampfen D Modell ausheben E F E Kern einlegen F Zulegen und abgießen der verlorenen Form G G Rohgussstück mit Gießsystem und Luftpfeifen

16 Werkstoffe für Metallmodelle Vorlesung 22 Quelle: Spur, Stöferle Bezeichnung DIN EN-Kurzzeichen DIN EN Werkstoff-Nr. (alt DIN-Kurzzeichen) (alt DIN) Rotguss EN-CuSn7ZnPb-C (GB-CuSn7ZnPb) (17656) Messing EN-CuZn15-C C (G-CuZn15) (1709) Aluminium- EN-AC-AlSi8Cu Legierungen (G-AlSi8Cu3) (1725) Gusseisen mit EN-GJL-200 (GG-20) Lamellengraphit EN-GJL-250 (GG-25) (1691) Gusseisen mit EN-GJS-400 (GGG-40) Kugelgraphit EN-GJS-500 (GGG-50) (1693) Stahl 55NiCrMoV Hartblei Zusammensetzung: 92% Pb, 8% Sb Modellmetall Zusammensetzung: 83% Sn, 17% Sb

17 Anhaltsangaben für Schwindmaße Vorlesung 23 Quelle: DIN 1511 Gusswerkstoff Schwindmaß [%] Gusseisen mit Lamellengraphit DIN mit Kugelgraphit, ungeglüht DIN 1693 Teil 1 1,2 mit Kugelgraphit, geglüht 0,5 Austenitisches Gusseisen DIN ,5 Stahlguss DIN Manganhartstahlguss 23 2,3 Temperguss GTW DIN ,6 Temperguss GTS 0,5 Aluminium-Gusslegierungen i l i DIN 1725 Teil ,2 Magnesium-Gusslegierungen DIN 1729 Teil 2 1,2 Kupfergusswerkstoffe DIN ,9 Kupfer-Zinn-Gusslegierungen (Gussbronzen) DIN ,5 Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Rotguss) 1,3 Kupfer-Zink-Gusslegierurigen (Gussmessing) DIN ,2 Kupfer-Zink-(Mn,Fe,Al)-Gusslegierungen (Guss-Sondermessinge) DIN ,9 Kupfer-Aluminium-(Ni,Fe,Mn)-Gusslegierungen (Guss-Aluminiumbronzen) DIN ,9 Feinzink-Gusslegierungen DIN 1743 Teil 2 1,3 Gleitlager-Gusslegierungen (Weißmetall) DIN ,5

18 24 Gestaltung und Funktion von Kernmarken Quelle: Ambos A Kernmarken an einem Modell Modellteilung 2 Kernmarken 2 B stabile Lagerung des Kerns durch Kernmarken in der Form 3 Aussparung in der Form zur Aufnahme des Kerns 4 Formkasten 5 Kern 6 Formhohlraum 7 Formstoff

19 Übungsaufgabe: Vorlesung 25 Quelle: Gussrohteil Modell Kern Form a) Bestimmen Sie die Teilungsebene und begründen Sie Ihre Wahl b) Vervollständigen Sie die Zeichnungen um Ausformschrägen und Kernmarken