Sandguss, eine uralte und weit verbreitete Gusstechnik, ist das Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall in eine Sandform gegossen wird und anschließend abkühlt und erstarrt, um ein Gussteil mit einer bestimmten Form, Größe und Leistung zu erhalten. Die Geschichte dieser Methode reicht bis ins alte Ägypten im Jahr 3000 v. Chr. zurück, und sie wird auch heute noch auf der ganzen Welt verwendet.
Das Funktionsprinzip des Sandgusses ist relativ einfach. Zunächst wird eine Sandform erstellt, die der gewünschten Form des Gussteils entspricht, und dann wird das geschmolzene Metall in die Form gegossen. Sobald das Metall abgekühlt und erstarrt ist, wird die Form entfernt und das gewünschte Gussteil entsteht. In diesem Artikel werden unter anderem das Verfahren, die Materialien, die Anwendungen und die Vorteile des Sandgusses näher erläutert.
Sandgussform
Beim Sandguss ist die Form ein entscheidender Bestandteil für die geometrische Form des Gussstücks; ihre Zusammensetzung ist komplex und multifunktional. Durch präzises Design und Herstellung sorgt die Form nicht nur für die Größe und Form des Gussteils, sondern verhindert auch effektiv verschiedene Gussfehler.
Im Folgenden stellen wir Ihnen die Komponenten einer Sandgussform vor. Wenn Sie die grundlegenden Komponenten verstehen und beherrschen, können Sie den Prozess des Sandgusses besser verstehen.
Zusammensetzung der Sandgussform
Die Sandgussform besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen:
- Kavität: Die Kavität ist das Kernstück der Form und ihre geometrische Form entspricht der Form des gewünschten Gussteils. Die Kavität muss präzise entworfen und hergestellt werden, um die Größe und Form des Gussteils zu gewährleisten.
- Anschnittsystem: Das Anschnittsystem ist ein Kanal, der das flüssige Metall in die Kavität leitet und umfasst in der Regel den Hauptanschnitt, den Anguss, die Angusskanäle usw. Sein Design ist entscheidend für eine vollständige Füllung und die Vermeidung von Defekten.
- Entlüftungen: Entlüftungsöffnungen werden verwendet, um die während des Gießens entstehenden Gase abzuleiten und Porosität und Gaseinschlüsse zu vermeiden.
- Stützsystem: Das Stützsystem hält die Integrität und Stabilität der Form aufrecht, typischerweise mit Stützsand, Verstärkungsrippen usw.
- Sandkern: Für Gussteile mit inneren Hohlräumen oder komplexen geometrischen Formen wird ein Sandkern benötigt. Der Sandkern wird im Inneren des Hohlraums platziert, um den inneren Hohlraum oder andere komplexe Teile des Gussteils zu formen.
Der Entwurf und die Herstellung einer Sandgussform erfordern Präzision und Liebe zum Detail, insbesondere bei der Gestaltung des Hohlraums und des Anschnittsystems, wobei verschiedene Faktoren des Gießprozesses berücksichtigt werden müssen.
Sandgussform Sand Materialien
Gusssand ist das Kernmaterial für den Sandguss, und seine Auswahl und Verwendung wirkt sich direkt auf die Qualität und die Kosten des Gussstücks aus. Nachfolgend finden Sie gängige Arten von Gusssand.
- Grüner Sand: Einer der am häufigsten verwendeten Gießsande, der aus Ton, Wasser und Sandpartikeln besteht. Er hat die Vorteile niedriger Kosten und hoher Anpassungsfähigkeit, aber eine geringere Festigkeit und feuerfeste Eigenschaften.
- Harzsand: Gusssand mit organischen Harzen als Bindemittel. Harzsand hat eine höhere Festigkeit und Feuerbeständigkeit und ist für den Präzisionsguss geeignet. Allerdings ist er teurer und einige Harze können umweltschädlich sein.
- Wasserglas-Sand: Gusssand mit Wasserglas als Bindemittel. Er hat eine gute Festigkeit und moderate Kosten und eignet sich für die Herstellung großer Gussteile. Der Nachteil ist die hohe Schrumpfung, die zu einer Verformung des Gussteils führen kann.
- Quarzsand: Zu seinen Vorteilen gehören hohe Temperaturbeständigkeit, Dimensionsstabilität, chemische Stabilität, Eignung für verschiedene Metalle und Nicht-Reaktivität mit Metallen. Er hat eine gute Fließfähigkeit und Abriebfestigkeit. Allerdings ist er schwer und energieaufwendig, was zu Umweltproblemen und höheren Kosten führen kann.
- Chemisch gehärteter Sand: Durch chemische Reaktionen gehärteter Gusssand, wie CO2-gehärteter Sand, Phenolharzsand usw. Diese Gusssande haben in der Regel eine hohe Festigkeit und Maßgenauigkeit und eignen sich für die Herstellung komplexer Gussteile, sind aber relativ teuer und umweltbelastend.
- Spezial-Gusssand: Einige spezielle Gusssande, wie Zirkonsand, Chromitsand usw., werden unter besonderen Anforderungen für Hochtemperatur- und Präzisionsguss verwendet.
Die Arten von Gießereisanden sind vielfältig, und verschiedene Gießereisande haben verschiedene Vor- und Nachteile, die für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignet sind. Bei der Wahl des Formsandes für den Sandguss müssen auch die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:
- Der geeignete Gusssand hängt von der Art, Größe, Komplexität und der erforderlichen Produktionsmenge des Gussteils ab. Für große Gussteile können beispielsweise hochfeste Gusssande wie Wasserglassand gewählt werden, während für Präzisionsgussteile Harzsand in Frage kommt.
- Die Handhabung der Materialien, einschließlich der richtigen Sandkornsortierung, Auswahl und Zugabe von Bindemitteln, Trocknung und Aushärtung der Form usw. Unterschiedliche Handhabungsmethoden wirken sich direkt auf die Qualität der Form und den Gusseffekt aus.
Der Prozess des Sandgusses
Der Prozess des Sandgusses umfasst die Vorbereitung der Form, das Schmelzen des Metalls, das Gießen, das Abkühlen und Entformen sowie die Nachbearbeitung. Die Formvorbereitung ist der Prozess der Herstellung der Sandform, die entsprechend der Form und Größe des Gussteils entworfen werden muss.
Beim Schmelzen von Metall wird das ausgewählte Metall bis zu seinem flüssigen Zustand erhitzt. Beim Gießen wird die Sandform mit dem geschmolzenen Metall gefüllt. Beim Abkühlen und Entformen kühlt das Metall ab und erstarrt in der Sandform, die dann entfernt wird. Die Nachbearbeitung umfasst das Reinigen, Schleifen und Prüfen.
Herstellung des Modells
- Erstellen eines Modells des gewünschten Produkts: Bei diesem Prozess wird ein wiederverwendbares Modell verwendet, das die gleichen Details aufweist wie das gewünschte Endprodukt. Das Modell sollte Faktoren wie thermische Schrumpfung oder Kontraktion berücksichtigen.
- Erstellen Sie Modelle für den Anguss und die Tragegurte: Dies ist das Metallzufuhrsystem. Das in Schritt A erstellte Modell umfasst auch die Führung des Metalls zu den entsprechenden Angüssen und Speisern. Dadurch wird die unvermeidliche thermische Schrumpfung in akzeptable Bereiche gelenkt und der Fluss des Metalls sowie die notwendige Entlüftung gesteuert.
Herstellung der Sandform
- Erstellen der Sandform: Ein hochtemperaturbeständiges feuerfestes Material, wie Sand, wird um das Modell herum geformt. Dieses Material muss stark genug sein, um dem Gewicht des geschmolzenen Metalls während des Gießens standzuhalten, und stabil genug, um nicht mit dem Metall zu reagieren, aber auch spröde genug, um sich nach dem Abkühlen leicht vom erstarrten Metall zu lösen.
- Vorbereiten der Sandform: Sandformen werden in der Regel in zwei Hälften hergestellt, die obere Hälfte oder "cope" und die untere Hälfte oder "drag". Sobald der Sand aushärtet (mit traditionellen/nicht maschinellen Methoden), werden die Hälften getrennt und das Modell entfernt. Eine feuerfeste Beschichtung wird aufgetragen, um die Oberfläche zu verbessern und die Form vor den Auswirkungen des gegossenen Metalls zu schützen. Die beiden Hälften werden dann wieder zusammengesetzt, so dass ein Hohlraum in Form des Modells entsteht.
Gießen
Gießen des geschmolzenen Metalls in die Sandform: Das geschmolzene Metall wird direkt in die stationäre Form gegossen. Es füllt die Hohlräume, die das fertige Teil definieren, und die Speiser. Die Speiser versorgen das Gussteil mit flüssigem Metall und sind so konzipiert, dass sie zuletzt abkühlen und erstarren. So wird sichergestellt, dass sich Schrumpfung und mögliche Hohlräume in den Speisern konzentrieren und nicht im gewünschten Teil.
Rüttelndes Entformen
Das Gussteil (einschließlich des gewünschten Teils und des überschüssigen Metalls, das für dessen Herstellung benötigt wird) erstarrt und kühlt ab. Bei der Entformung durch Rütteln wird die Sandform zertrümmert. Der größte Teil des Sandes, der zur Herstellung der Form verwendet wurde, wird aufgefangen, wiederaufbereitet und wiederverwendet.
Letzte Operationen
- Angüsse, Angüsse und Speiser werden aus dem Gussteil geschnitten. Falls erforderlich, werden abschließende Nachbearbeitungen, wie Sandstrahlen oder Schleifen, durchgeführt, um die endgültigen Abmessungen des Gussteils zu erreichen. Sandgegossene Teile erfordern in der Regel eine zusätzliche Bearbeitung, um die endgültigen Abmessungen oder Toleranzen zu erreichen.
- Das Teil kann einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Dimensionsstabilität oder Leistung zu verbessern.
- Möglicherweise ist eine zerstörungsfreie Prüfung erforderlich. Dazu können fluoreszierende Eindringprüfungen, Magnetpulverprüfungen, Röntgenprüfungen oder andere Prüfungen gehören. Endgültige Maßprüfungen, Legierungstestergebnisse und zerstörungsfreie Tests werden vor dem Versand überprüft.
Materialien für den Sandguss
Eisenbasis-Legierungen
Legierungen auf Eisenbasis sind gängige Materialien für den Sandguss, darunter Grauguss, Sphäroguss, weißes Gusseisen und legiertes Eisen. Diese Materialien werden häufig in der Automobil-, Maschinen- und Bauindustrie verwendet.
Graues Eisen: Dies ist die gebräuchlichste Art von Gusseisen und enthält 2-4% Kohlenstoff. Es wird wegen seiner guten Gießbarkeit und niedrigen Kosten bevorzugt, obwohl es eine geringere Festigkeit und Zähigkeit aufweist.
Sphäroguss: Dies ist ein hochfestes Gusseisen, bei dem der Kohlenstoff in Form von kugelförmigem Graphit vorliegt. Es hat eine höhere Festigkeit und Zähigkeit als Grauguss, aber eine schlechtere Gießbarkeit und höhere Kosten.
Weißes Gusseisen: Diese Art von Gusseisen ist hart, aber sehr spröde und enthält Kohlenstoff in Form von Zementit. Es wird in der Regel für Anwendungen verwendet, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern, wie z.B. Schleifplatten und Schneidwerkzeuge.
Legiertes Eisen: Diese Art von Eisen wird mit anderen Elementen wie Nickel, Chrom und Molybdän legiert, um seine Eigenschaften zu verbessern. Es besitzt eine höhere Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit als normales Gusseisen, ist aber auch teurer.
Stahl
Dazu gehören Kohlenstoffstahl, legierter Stahl und rostfreier Stahl. Stahl hat eine höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit, stellt aber größere Anforderungen an das Gießen.
Kohlenstoffstahl: Die häufigste Stahlsorte, die je nach Kohlenstoffgehalt in Stahl mit niedrigem, mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt eingeteilt werden kann. Die Festigkeit und Härte von Kohlenstoffstahl nimmt mit dem Kohlenstoffgehalt zu, aber seine Zähigkeit und Gießbarkeit nimmt ab.
Legierter Stahl: Dieser Stahl wird mit Elementen wie Nickel, Chrom und Molybdän legiert, um seine Eigenschaften zu verbessern. Legierter Stahl bietet eine höhere Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit als Kohlenstoffstahl, allerdings zu höheren Kosten.
Rostfreier Stahl: Mit Chrom oder Nickel legiert, bietet dieser Stahl eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Rostfreier Stahl lässt sich schlechter gießen und ist teurer.
Aluminium und Aluminium-Legierungen
Aluminium und Aluminiumlegierungen haben eine geringe Dichte, ein geringes Gewicht, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute Gießbarkeit. Sie werden häufig in der Luftfahrt-, Automobil- und Elektronikindustrie verwendet. Aluminiumlegierungen können durch die Zugabe von Elementen wie Magnesium, Silizium, Zink und Kupfer in Bezug auf Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit verbessert werden.
Kupfer und Kupferlegierungen
Dazu gehören Bronze, Messing und Kupfer-Nickel-Legierungen. Kupfer und seine Legierungen haben eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und sind korrosionsbeständig, wodurch sie sich für die Elektro-, Schifffahrts- und Chemieindustrie eignen.
Bronze: Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn und zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und Gießbarkeit aus. Sie wird häufig für Skulpturen und Kunstwerke verwendet.
Messing: Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, ist bekannt für seine elektrische und thermische Leitfähigkeit. Es wird normalerweise für elektrische Komponenten und Dekorationen verwendet.
Kupfer-Nickel-Legierung: Diese Legierung ist für ihre Korrosions- und Hitzebeständigkeit bekannt und wird häufig in der Schifffahrt und in der chemischen Industrie verwendet.
Magnesium und Magnesiumlegierungen
Magnesium und Magnesiumlegierungen haben eine noch geringere Dichte und ein geringeres Gewicht und lassen sich gut gießen. Sie werden häufig in der Luftfahrt- und Automobilbranche eingesetzt, um Gewicht zu sparen.
Zink und Zinklegierungen
Zink und seine Legierungen haben eine gute Fließfähigkeit, die es ermöglicht, komplizierte Formen zu gießen, aber sie besitzen eine geringere Festigkeit und Hitzebeständigkeit. Sie werden häufig für den Druckguss von Spielzeug, Dekorationen und elektrischen Komponenten verwendet.
Hochtemperatur-Legierungen
Diese Legierungen, die hauptsächlich in Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen eingesetzt werden, die bei hohen Temperaturen arbeiten, enthalten in der Regel Elemente wie Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän. Sie werden wegen ihrer hervorragenden Hitzebeständigkeit und Antioxidationseigenschaften geschätzt.
Anwendungen des Sandgusses
Sandguss wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, das Bauwesen, die mechanische Fertigung und viele mehr. Nachfolgend finden Sie die Anwendungen des Sandgusses in verschiedenen Bereichen:
Autoindustrie
Sandguss wird in der Automobilindustrie in großem Umfang eingesetzt, z.B. für Motorenteile (wie Zylindergehäuse, Zylinderköpfe, Kurbelwellen, Schwungräder usw.), Fahrwerkskomponenten, Bremssysteme usw. Da im Sandgussverfahren große und komplex geformte Gussteile hergestellt werden können, eignet es sich hervorragend für die Herstellung von Automobilteilen.
Mechanische Fertigung
Sandguss ist auch bei der Herstellung verschiedener mechanischer Geräte wie Pumpen, Ventile, Zahnräder, Lager, Turbinen usw. weit verbreitet. Diese Komponenten müssen in der Regel hohem Druck und hohen Temperaturen standhalten und erfordern daher hochfeste, verschleißfeste Gussmaterialien.
Luft- und Raumfahrtindustrie
In der Luft- und Raumfahrt wird Sandguss für die Herstellung von Triebwerkskomponenten, Strukturteilen, Raketenkomponenten usw. verwendet. Diese Komponenten müssen in der Regel unter extremen Bedingungen funktionieren und erfordern daher hochleistungsfähige Gussmaterialien wie Hochtemperaturlegierungen.
Bauindustrie
In der Bauindustrie wird Sandguss zur Herstellung verschiedener architektonischer Beschläge verwendet, wie z.B. Tür- und Fensterzubehör, Rohrbeschläge, Dekorationen usw. Diese Komponenten benötigen in der Regel eine gute Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik, wobei häufig Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminiumlegierungen verwendet werden.
Energiewirtschaft
In der Energiewirtschaft wird Sandguss für die Herstellung verschiedener Komponenten von Energieerzeugungsanlagen verwendet, wie z.B. Windturbinenblätter, Gasturbinen, Druckbehälter für Kernkraftwerke usw. Diese Komponenten müssen in der Regel hohem Druck und hohen Temperaturen standhalten und erfordern daher hochfeste, hitzebeständige Gussmaterialien.
Eisenbahnen und Schiffe
Im Eisenbahn- und Schiffsbau wird Sandguss für die Herstellung verschiedener Komponenten der Transportausrüstung verwendet, wie z.B. Räder, Lager, Kurbelwellen, Propeller, usw. Diese Komponenten müssen in der Regel hohem Druck und hohen Stoßbelastungen standhalten und erfordern daher hochfeste, zähe Gussmaterialien.
Sandguss VS Feinguss
Sandguss und Feinguss haben viele Gemeinsamkeiten, und die folgende Tabelle fasst die Anpassungsfähigkeit von Sandguss und Feinguss in verschiedenen Aspekten zusammen.
Sandguss | Feinguss | |
Gussgröße | Geeignet für große Gussteile | Geeignet für kleine und mittlere Gussteile |
Form & Komplexität | Geeignet für einfache Formen | Geeignet für komplexe Formen und feine Details |
Anforderung an die Präzision | Geringere Genauigkeit und Oberflächenqualität | Höhere Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität |
Menge | Höhere Produktionseffizienz bei großen Mengen | Geeignet für kleine Mengen oder einzelne Stücke |
Material | Geeignet für verschiedene Metalle | Geeignet für Edelstahl, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, etc. |
Berücksichtigung von Kosten und Zeit | Geringere Kosten für Ausrüstung und Material, kürzere Produktionszyklen | Höhere Ausrüstungs- und Materialkosten, längerer Produktionszyklus |
Vorteile und Nachteile des Sandgusses
Als gängiges Gießverfahren hat Sandguss viele Vorteile und eignet sich für verschiedene industrielle Anwendungen. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:
- Hohe Flexibilität: Sandguss kann für verschiedene Größen und Formen von Gussteilen verwendet werden, von wenigen Gramm bis zu mehreren Tonnen, ob für kleine oder große Produktionen.
- Kostengünstig: Im Vergleich zu anderen Gießverfahren sind die Kosten für die Ausrüstung und die Gussform beim Sandguss relativ gering, was ihn für kundenspezifische Teile und die Produktion von Kleinserien wirtschaftlicher macht.
- Breite Materialkompatibilität: Fast alle Legierungen können mit dem Sandgussverfahren gegossen werden, einschließlich Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer usw.
- Große Gestaltungsfreiheit: Mit Sandguss lassen sich komplexe geometrische Formen erzielen, einschließlich interner Kanäle und externer Strukturen, was bei anderen Gussverfahren schwierig sein kann.
- Starke Anpassungsfähigkeit: Der Sandgussprozess kann je nach Produktanforderungen angepasst und optimiert werden und bietet eine hervorragende Anpassungsfähigkeit.
- Produktionseffizienz: Im Vergleich zu einigen anderen Gießverfahren ist Sandguss in der Regel einfacher zu implementieren, besser zu automatisieren und dadurch die Produktionseffizienz zu verbessern.
- Wiederverwendbarkeit: Die beim Gießen verwendeten Sandformen können recycelt und wiederverwendet werden, wodurch die Materialkosten und die Umweltbelastung reduziert werden.
- Technologische Reife: Sandguss hat eine lange Geschichte und eine weit verbreitete industrielle Anwendung, so dass eine Fülle von Erfahrungen und Fachwissen als Referenz und zum Lernen zur Verfügung steht.
Der Sandguss hat jedoch auch einige Nachteile, wie mögliche Porosität, Einschlüsse, Oberflächenrauhigkeit usw. Aber mit einer angemessenen Prozesskontrolle und Qualitätsprüfung können diese Probleme in der Regel gelöst werden.
