Gießen -Casting

Gießen ist ein Herstellungsverfahren , bei dem ein flüssiges Material normalerweise in eine Form gegossen wird , die einen Hohlraum der gewünschten Form enthält, und dann erstarren gelassen wird. Das erstarrte Teil wird auch als Gussteil bezeichnet, das zum Abschluss des Prozesses aus der Form ausgeworfen oder herausgebrochen wird. Gießmaterialien sind normalerweise Metalle oder verschiedene zeithärtende Materialien, die nach dem Mischen von zwei oder mehr Komponenten miteinander aushärten ; Beispiele sind Epoxid , Beton , Gips und Lehm. Gießen wird am häufigsten verwendet, um komplexe Formen herzustellen, die ansonsten mit anderen Verfahren schwierig oder unwirtschaftlich herzustellen wären. Schweres Gerät wie Werkzeugmaschinenbetten, Schiffspropeller usw. können problemlos in der erforderlichen Größe gegossen werden, anstatt durch Zusammenfügen mehrerer kleiner Teile zu fertigen.

Gießen ist ein 7.000 Jahre alter Prozess. Der älteste erhaltene Guss ist ein Kupferfrosch aus dem Jahr 3200 v.

Geschichte

Im Laufe der Geschichte wurde Metallguss zur Herstellung von Werkzeugen, Waffen und religiösen Gegenständen verwendet. Die Geschichte und Entwicklung des Metallgusses lässt sich bis nach Südasien (China, Indien, Pakistan usw.) zurückverfolgen. Südasiatische Traditionen und Religionen stützten sich stark auf Statuen- und Reliquiengüsse. Diese Gegenstände wurden häufig aus einer mit Blei versetzten Kupferlegierung hergestellt . Seit Beginn der Metallurgie waren die meisten Gussteile einfache ein- bis zweiteilige Formen, die entweder aus Stein oder Keramik hergestellt wurden. Es gibt jedoch Hinweise auf Wachsausschmelzverfahren in zahlreichen alten Zivilisationen.

Tanzendes Mädchen von Mohenjo-daro

Das Wachsausschmelzverfahren hat seinen Ursprung im alten Mesopotamien . Die früheste bekannte Aufzeichnung des Wachsausschmelzverfahrens ist eine in Keilschrift geschriebene Tontafel in der antiken Stadt Sparta, Babylon, die speziell aufzeichnet, wie viel Wachs benötigt wird, um einen Schlüssel zu gießen. Die frühesten bekannten Abgüsse in den globalen archäologischen Aufzeichnungen wurden in offenen Steinformen hergestellt. Es gibt zwei Arten von Wachsausschmelzverfahren, das direkte Wachsausschmelzverfahren und das indirekte Wachsausschmelzverfahren. Das direkte Formverfahren besteht darin, das Wachsmaterial in die gleiche Wachsform wie das Gießen von Hand oder mit anderen Werkzeugen zu bringen; Bei der indirekten Formmethode wird die Wachsform durch die Form hergestellt. Das Direktgussverfahren erfordert ein hohes technisches Niveau der Handwerker, da sonst die Qualität der Gussteile nicht garantiert werden kann. Die Einschränkung des manuellen Direktformens besteht jedoch darin, dass seine Effizienz zu gering ist, um eine Massenproduktion zu erreichen. In dieser Hinsicht hat das indirekte Formen Vorteile. Beim indirekten Formen stellen Handwerker normalerweise Formen aus Stein, Holz, Ton oder anderen Kunststoffmaterialien her.

Frühe Zivilisationen entdeckten, dass Blei die Fließfähigkeit von geschmolzenem Kupfer unterstützte und es ihnen ermöglichte, kompliziertere Designs zu gießen. Zum Beispiel ist das tanzende Mädchen von Mohenjo-daro ein Kupferlegierungsguss, der höchstwahrscheinlich das Wachsausschmelzverfahren verwendet. Das Wachsausschmelzverfahren kann auf 4000 v. Chr. oder die Kupferzeit zurückdatiert werden. Eines der ältesten untersuchten Beispiele dieser Technik ist ein 6.000 Jahre altes Amulett aus der Industal-Zivilisation .

Indien gilt als eine der ersten Zivilisationen, die Gießmethoden zur Massenproduktion von Münzen einsetzte. Um die Mitte des ersten Jahrtausends v. Chr. (1000 v. Chr. - 1 v. Chr.) wurden Münzen aus Silber hergestellt, aber im Laufe des Jahrtausends wechselten die Münzen zu einer gegossenen Kupferlegierung. Für die Massenproduktion der neuen Kupfermünzen wurde eine neue Technologie entwickelt. Eingeführt wurde eine mehrteilige stapelbare Münzschablonenform. Mehrere Formen wurden übereinander in einen Tonzylinder gestellt, damit geschmolzenes Metall in die Mitte gegossen werden konnte, um die offenen Räume zu füllen und zu verfestigen. Dieser Prozess ermöglichte die gleichzeitige Herstellung von einhundert Münzen.

Im Nahen Osten und in Westafrika wurde das Wachsausschmelzverfahren sehr früh in der Metallurgie verwendet, während China es viel später übernahm. In Westeuropa gelten Wachsausschmelztechniken als kaum angewandt, besonders im Vergleich zu denen der Industal-Zivilisation. Während der Shane-Dynastie (1600-1040 v. Chr.) Wurden in der Hauptstadt Anyang keine Stücke von verlorenem Wachs gefunden, während eine große Menge (100.000 Stück) von Stückformfragmenten gefunden wurde. Dies führte zu dem Schluss, dass Wachsausschmelzverfahren während dieser Dynastie in der Hauptstadt nicht durchgeführt wurden. Die Entdeckung einer Maske, die unter Verwendung des Feingussverfahrens um 1300 v. Chr. Datiert wurde, deutete jedoch darauf hin, dass das Wachsausschmelzverfahren andere Regionen in China beeinflusst haben könnte.

Historiker diskutieren den Ursprung der Entwicklung der Kanone, aber die meisten Beweise deuten auf die Türkei und Zentralasien im 18. und 19. Jahrhundert hin. Der Gießprozess einer Kanone ist etwas komplexer mit der Verwendung eines Tonkerns, einer Schablone, die mit Ton geformt und dann ausgebrochen wird, gefolgt von einer Montage in einer Gießgrube, bei der der Guss mit Eisenbändern gebunden wird.

Typen

Metall

Holocaust-Mahnmal Judenplatz (Namenlose Bibliothek), von Rachel Whiteread . Betonguss von Büchern in Bibliotheksregalen, die auf den Kopf gestellt wurden.

Bei der Metallbearbeitung wird Metall erhitzt, bis es flüssig wird, und dann in eine Form gegossen. Die Form ist ein hohler Hohlraum, der die gewünschte Form enthält, aber die Form enthält auch Rinnen und Steigrohre , die es dem Metall ermöglichen, die Form zu füllen. Die Form und das Metall werden dann gekühlt, bis das Metall erstarrt. Der erstarrte Teil (das Gussteil) wird dann aus der Form gewonnen. Nachfolgende Operationen entfernen überschüssiges Material, das durch den Gießprozess verursacht wurde (wie z. B. die Kanäle und Speiser).

Gips, Beton oder Kunstharz

Gips und andere chemisch härtende Materialien wie Beton und Kunstharz können unter Verwendung von Einweg- Abfallformen wie oben erwähnt, Mehrweg-Stückformen oder Formen aus kleinen starren Stücken oder aus flexiblem Material wie Latexkautschuk (das wird wiederum von einer Außenform getragen). Beim Gießen von Gips oder Beton ist die Materialoberfläche flach und undurchsichtig. Oft werden topische Behandlungen auf die Oberfläche aufgetragen. Malen und Ätzen können beispielsweise so verwendet werden, dass sie das Aussehen von Metall oder Stein erzeugen. Alternativ wird das Material in seinem anfänglichen Gießverfahren verändert und kann farbigen Sand enthalten, um ihm ein steinernes Aussehen zu verleihen. Durch das Gießen von Beton anstelle von Gips ist es möglich, Skulpturen, Springbrunnen oder Sitzgelegenheiten für den Außenbereich zu schaffen. Eine Simulation von hochwertigem Marmor kann unter Verwendung bestimmter chemisch gehärteter Kunststoffharze (z. B. Epoxid oder Polyester , bei denen es sich um duroplastische Polymere handelt ) hergestellt werden, wobei Steinpulver zur Färbung hinzugefügt wird, oft mit mehreren eingearbeiteten Farben. Letzteres ist ein übliches Herstellungsverfahren Waschtische, Waschtischplatten und Duschkabinen, wobei die geschickte Verarbeitung mehrerer Farben zu simulierten Fleckenmustern führt, wie sie häufig in natürlichem Marmor oder Travertin zu finden sind .

Putzen

Rohgussteile enthalten oft Unregelmäßigkeiten, die durch Nähte und Unvollkommenheiten in den Formen verursacht werden, sowie Zugangsöffnungen zum Gießen von Material in die Formen. Der Vorgang des Schneidens, Schleifens, Rasierens oder Abschleifens dieser unerwünschten Bits wird als "Gußputzen" bezeichnet. In der Neuzeit wurden Roboterverfahren entwickelt, um einige der sich wiederholenderen Teile des Putzprozesses auszuführen, aber historisch gesehen führten Putzer diese mühsame Arbeit manuell und oft unter gesundheitsgefährdenden Bedingungen durch.

Das Putzen kann die Kosten des resultierenden Produkts erheblich erhöhen, und Designer von Formen versuchen, sie durch die Form der Form, das zu gießende Material und manchmal durch das Einbeziehen dekorativer Elemente zu minimieren.

Gießprozess-Simulation

Die Gießprozesssimulation berechnet mit numerischen Methoden die Gussteilqualität unter Berücksichtigung von Formfüllung, Erstarrung und Abkühlung und liefert eine quantitative Vorhersage von gussmechanischen Eigenschaften, thermischen Spannungen und Verzug. Die Simulation beschreibt die Qualität eines gegossenen Bauteils im Voraus genau, bevor die Produktion beginnt. Das Gießequipment kann hinsichtlich der geforderten Bauteileigenschaften ausgelegt werden. Dies hat Vorteile, die über eine Verringerung der Bemusterung vor der Produktion hinausgehen, da die präzise Auslegung des gesamten Gießsystems auch zu Energie-, Material- und Werkzeugeinsparungen führt.

Die Software unterstützt den Anwender bei der Bauteilkonstruktion, der Bestimmung des Schmelzverhaltens und des Gießverfahrens bis hin zum Modell- und Formenbau, der Wärmebehandlung und der Veredelung. Das spart Kosten entlang der gesamten Fertigungsstrecke des Gussteils.

Die Gießprozesssimulation wurde ab Anfang der 70er Jahre zunächst an Universitäten vor allem in Europa und den USA entwickelt und gilt als die wichtigste Innovation in der Gießtechnik der letzten 50 Jahre. Seit Ende der 80er Jahre sind kommerzielle Programme (wie AutoCAST und MAGMA ) erhältlich, die es Gießereien ermöglichen, neue Einblicke in das zu gewinnen, was während des Gießprozesses in der Form oder im Gesenk passiert.

Siehe auch

  • Schleuderguss (industriell)  – Gießtechnik, die typischerweise zum Gießen von dünnwandigen Zylindern verwendet wird
  • Kernstopfen  – Verschluss für Sandguss-Kernlöcher an wassergekühlten Verbrennungsmotorblöcken
  • Druckguss  – Metallgussverfahren
  • Glasguss  – Prozess, bei dem Glasgegenstände gegossen werden, indem geschmolzenes Glas in eine Form geleitet wird, wo es erstarrt
  • Feinguss  – Industrielles Verfahren auf Basis des Wachsausschmelzverfahrens
  • Lost-Foam-Gießen  – Art des Verdampfungsmuster-Gießverfahrens
  • Wachsausschmelzverfahren  – Verfahren, bei dem eine Duplikat-Metallskulptur aus einer Originalskulptur gegossen wird
  • Formen (Prozess)  – Formen eines flüssigen oder plastischen Materials, indem es an eine starrere Form angepasst wird
  • Gipsguss (Prozess) - Sandgussverfahren mit Verwendung von Gips zum Füllen von Lücken
  • Dauerformguss  – Metallgussverfahren, das wiederverwendbare Formen verwendet
  • Schnelles Gießen  – Verwendung von 3D-Druck zur Erstellung von Einwegmodellen
  • Sandguss  – Metallgussverfahren mit Sand als Formmaterial
  • Slipcasting

Verweise

Weiterlesen

  • Campbell, John (2003), Casting (2. Aufl.), Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-4790-6.