Was ist Casting?

Gießen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein flüssiges Material, in der Regel ein Metall oder eine Legierung, in eine Form gegossen wird, die einen Hohlraum der gewünschten Form enthält. Anschließend wird das Material aushärten lassen. Das ausgehärtete Teil, das als Gussteil bezeichnet wird, wird dann aus der Form ausgestoßen oder zerbrochen, um den Prozess abzuschließen.

Ihr zentraler Zweck in mechanischen Anlagen ist die Herstellung komplexer, hochfester und langlebiger Metallteile, die mit anderen Verfahren wie beispielsweise Bearbeitung oder Schmieden schwer oder wirtschaftlich nicht machbar sind.

Warum ist Gießen in mechanischen Anlagen so verbreitet?

Casting bietet eine ganze Reihe von einzigartigen Vorteilen, die es unverzichtbar machen:

Komplexe Geometrien: Es ermöglicht die Fertigung von Teilen mit komplexen Innenkanälen (z.B. Kühlmittelmanteln im Motorblock), komplexen Kurven und Hinterschneidungen in einem Stück.

Serienproduktion: Sobald die Form erstellt ist, kann eine große Anzahl identischer Teile sehr effizient und kostengünstig hergestellt werden.

Materialvielseitigkeit: Fast jedes Metall oder jede Legierung, die geschmolzen werden kann, kann gegossen werden, einschließlich Eisen, Stahl, Aluminium, Bronze und Zink.

Kosteneffizienz für komplexe Teile: Bei großen oder komplexen Teilen ist das Gießen in der Regel deutlich billiger als die Bearbeitung mit massiven Metallblöcken (die viel Abfall erzeugen) oder die Montage mit vielen kleineren Teilen.

Hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis (bei einigen Prozessen): Verfahren wie Investmentgießen können sehr robuste, leichte Teile herstellen.

Fähigkeit, große Teile herzustellen: Das Gießen ist eine der wenigen Methoden, die die Herstellung großer Bauteile wie Turbinengehäuse oder Pressenrahmen ermöglicht.

Schlüsselmaterialien für Maschinen und Anlagen zum Gießen

Die Wahl des Materials ist für die Funktionalität des Teils entscheidend.

Stahl: Hohe Festigkeit und Zähigkeit für anspruchsvolle Anwendungen. Für Turbinengehäuse, Bergbauausrüstung und Strukturbauteile.

Kupferlegierungen (Bronze, Messing): ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, gute Tragfähigkeit und hohe thermische/elektrische Leitfähigkeit. Für Ventile, Pumpen, Zahnräder, Lager und Marinekomponenten.

Konkrete Anwendungsbeispiele in mechanischen Anlagen

Verbrennungsmotor:

Motorblock: Das Fundament des Motors mit komplexen Kühlmittel- und Ölkanälen. Fast ausschließlich durch Sandguss (aus Eisen oder Aluminium) hergestellt.

Zylinderkopf: Unterbringung der Ventile und der Brennkammer. Auch hauptsächlich Sandguss.

Kolben: Hergestellt in der Regel durch Dauerdruckguss mit feiner Kornstruktur und guter Festigkeit.

Pumpen, Kompressoren und Ventile:

Pumpen-/Verdichtergehäuse (Spirale): mit komplexer Innengeometrie zur Führung der Fluidströmung. Abhängig von Maß und Genauigkeit werden sie durch Sandguss oder Investitionsguss hergestellt.

Impeller: Die komplexe Schaufelgeometrie eignet sich hervorragend zum Investmentgießen.

Ventilkörper: müssen hohen Drücken standhalten und haben oft komplexe innere Anschlüsse. Hergestellt durch Sandguss oder Investitionsguss.

Kraftübertragung:

Getriebe und Gehäuse: Gehäuse für Zahnräder und Lager, die üblicherweise durch Druckguss (für kleine Anlagen) oder Sandguss (für große industrielle Anlagen) hergestellt werden.

Großzahnräder: Kann vor der Bearbeitung der Zähne zu nahezu netten Rohlingen sandgegossen werden.

Schwere Maschinen und Werkzeugmaschinen:

Rahmen und Basis: Hohe Steifigkeit und Schwingungsdämpfung sind erforderlich. Sandguss ist das bevorzugte Material für viele Werkzeugmaschinen, Pressen und landwirtschaftliche Geräte.

Luft- und Raumfahrt und Turbomaschinen:

Turbinenschaufel/Leitschaufeln: mit äußerst komplexen internen Kühlkanälen, die extremen Temperaturen standhalten müssen. Hergestellt aus einer Superlegierung durch Präzisionsinvestitionsguss.

Einschränkungen und Designüberlegungen

Oberflächenbeschaffenheit und Toleranzen: Normalerweise weniger als bei bearbeiteten oder geschmiedeten Teilen, obwohl Prozesse wie Investmentgießen nahe kommen.

Defekte: Wenn der Prozess nicht sorgfältig kontrolliert wird, können interne Defekte wie Porosität, Schrumpfporen und Einschlüsse auftreten.

Geringere mechanische Eigenschaften: Während die mechanischen Eigenschaften (insbesondere die Schlagzähigkeit) von Standardgussteilen gut sind, sind sie aufgrund der gröberen Kornstruktur in der Regel niedriger als Schmiedeteile aus dem gleichen Werkstoff.

Lieferzeit: Trotz niedriger Kosten pro Teil kann die anfängliche Lieferzeit für die Herstellung von Formen (insbesondere für Sand- und Investitionsguss) lang sein.

Schlussfolgerungen

Das Gießen ist das Rückgrat der modernen Maschinen- und Geräteherstellung. Es bietet die einzigartige Möglichkeit, robuste, komplexe und oft große Metallteile auf wirtschaftlich tragfähige Weise herzustellen. Vom Auto, das Sie fahren, bis zum Kraftwerk, das Sie mit Strom versorgt, arbeiten die Gussteile hart, oft aus Sicht, um die Funktionen unzähliger mechanischer Systeme zu erfüllen. Die Wahl eines bestimmten Gießverfahrens ist eine entscheidende technische Entscheidung, die Faktoren wie Komplexität, Kosten, Volumen und Materialeigenschaften abwägen muss.