Feingussverfahren
Feinguss Einführung
Feinguss (Wachsausschmelzverfahren) ist ein Metallformverfahren. Ein hitzebeständiges keramisches Material wird auf ein Wachsmodell aufgetragen, um eine keramische Form zu bilden. Diese Keramikform wird dann getrocknet, geschmolzen und das Wachsmodell wird entfernt, um eine Schale zu bilden. Anschließend wird geschmolzenes Metall in die Keramikschale gegossen, und nachdem das Metall geformt ist, wird die Schale entfernt, um das Gussteil zu erhalten. Einige Feingussteile müssen nach dem Gießen weiter bearbeitet werden. Feinguss wird in der Regel zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität verwendet.
Feingussverfahren
Der Kerngedanke des Feingusses ist die Verwendung von Wachs als Form, die Schale als Modell und das Gießen von Gold im Wachsausschmelzverfahren. Das Verfahren erfordert sowohl Präzision als auch einen systematischen Ansatz, der in jedem Schritt eine strenge Kontrolle der Prozessparameter (wie Temperatur, Feuchtigkeit und Schichtdicke) erfordert, um die Gussqualität zu gewährleisten.
Suijin Machinery bietet Standard-Prozessabläufe für die industrielle Großserienfertigung und gleichzeitig optimierte Lösungen für die kundenspezifische Fertigung in Kleinserien.
Schritt 1: Vorbereitungsphase: Zeichnungen und Prozessdesign
1. Analyse und Optimierung von Teilezeichnungen
Auf der Grundlage des 3D-Modells (STEP/IGES-Format) oder der vom Kunden zur Verfügung gestellten 2D-Zeichnungen analysieren Sie die Struktur des Teils (Wandstärke, Innenhohlraum, Verrundungen), die Maßtoleranzen (z. B. Anforderungen an die Güteklassen CT4-CT7), die Standards für die Oberflächenqualität (Ra1,6-6,3μm) und die Materialanforderungen (z. B. Edelstahl 316L, Titanlegierung TC4);
Prozess-Optimierung:
- Fügen Sie bei dünnwandigen Teilen (≤1mm) einen Prozessdickenzuschlag hinzu, um unvollständiges Gießen zu vermeiden;
- Entwerfen Sie “Entlüftungskanäle” für komplexe innere Hohlräume, um Gasansammlungen in der Formschale zu vermeiden, die zu Porositätsfehlern führen können;
- Markieren Sie Schlüsselmaße (Passflächen, Dichtflächen) zur gezielten Kontrolle bei späteren Prüfungen.
2. Anschnittsystem und Gehäusedesign
- Anschnittsystem: Entwerfen Sie den Anschnitt, die Speiser und den Angusskanal so, dass das geschmolzene Metall den Formhohlraum gleichmäßig füllt und gleichzeitig Gase und Verunreinigungen ausstößt (Speiser sollten am höchsten Punkt oder an der heißesten Stelle des Gussteils angebracht werden, um die Speisung zu gewährleisten);
- Schalenparameter: Bestimmen Sie auf der Grundlage des Gussgewichts (≤50 kg für Standardteile) und des Schmelzpunkts des Materials (Hochtemperaturlegierungen erfordern eine dickere Schale) die Anzahl der Schalenschichten (3-7 Schichten), die Dicke jeder Schalenschicht (0,5-1,5 mm) und die Art des feuerfesten Materials (z. B. Zirkonsand für hochpräzise Oberflächen, Korundsand für hochfeste Anforderungen).
Schritt 2: Wachsmodellbau und Montage
1. Vorbereitung des Wachses
- Gängige Wachse: Paraffin-Steinsäure-Legierung (Verhältnis 7:3), Mitteltemperaturwachs (Schmelzpunkt 60-80℃), Hochtemperaturwachs (Schmelzpunkt 100-130℃, verwendet für Gussstücke aus Hochtemperaturlegierungen);
- Prozessanforderungen: Das Wachs muss bis zur Schmelze erhitzt werden (Temperatur 10-20℃ höher als der Schmelzpunkt), gleichmäßig gerührt und von Luftblasen befreit werden (Vakuumentgasung kann verwendet werden).
2. Wachsmodell-Injektion
- Einspritzen des geschmolzenen Wachses in die Metallform mit einem Einspritzdruck von 0,3-0,8 MPa, Haltezeit 10-30 Sekunden (je nach Größe des Wachsmodells einstellen);
- Kühlungsmethode: Natürliche Kühlung oder Wasserkühlung. Stellen Sie sicher, dass das Wachsmodell vollständig verfestigt ist, bevor Sie die Form öffnen (um Verformungen zu vermeiden).
3. Fertigstellung und Prüfung von Wachsmodellen:
- Entfernen Sie Grate und Grate von der Oberfläche des Wachsmodells von Hand und reparieren Sie kleinere Defekte (wie Nadellöcher oder fehlendes Material);
- Prüfung der Abmessungen: Verwenden Sie eine Koordinatenmessmaschine, um die Hauptabmessungen zu prüfen und sicherzustellen, dass die Toleranzen des Wachsmodells den Anforderungen entsprechen (in der Regel sind 0,5-1,0 mm Schrumpfungstoleranz im Vergleich zur Gusstoleranz zulässig);
- Oberflächenqualität: Führen Sie eine Sichtprüfung durch oder verwenden Sie ein Vergrößerungsglas, um sicherzustellen, dass keine Kratzer, Risse oder Blasen vorhanden sind (Oberflächenrauhigkeit).
4. Wachsmodellbau:
- Verbinden Sie einzelne Wachsmodelle durch Schweißen (Wachsschweißen) mit Anschnitten und Steigleitungen, um eine “Wachsmodellbaugruppe” zu bilden (z. B. können 5-20 Wachsmodelle mit einem Anschnitt verbunden werden, angepasst an die Teilegröße);
- Zweck: Verbesserung der Produktionseffizienz, Verringerung des Metallabfalls beim Gießen und Gewährleistung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über mehrere Gussstücke.
Schritt 3: Vorbereitung der Schale (wichtigster Schritt)
Die Schale ist die “Form” für den Guss und erfordert hohe Präzision, hohe Festigkeit und Atmungsaktivität. Sie besteht aus 5 Teilschritten:
1. Vorbeschichtung (erste Schicht der Beschichtung)
- Formulierung der Beschichtung: Feinteiliges feuerfestes Material (Zirkonpulver, Teilchengröße 10-20μm) + Bindemittel (Kieselsol, SiO₂-Gehalt 30%-35%) + Netzmittel (zur Verhinderung des Ablösens der Beschichtung);
- Arbeitsweise: Die Wachsform in die Beschichtung eintauchen, langsam drehen, um eine gleichmäßige Oberflächenbedeckung zu gewährleisten, dann die überschüssige Beschichtung entfernen und abtropfen lassen;
- Kernfunktion: Sie bildet die endgültige Oberfläche des Gussteils und bestimmt direkt dessen Oberflächenpräzision und -rauhigkeit. Die Schichtdicke (0,1-0,2 mm) muss streng kontrolliert werden.
2. Sandauftrag (erste Schicht)
- Material Sand: Feinkörniger Zirkonsand (40-70 mesh), der mit dem feuerfesten Material der vorbeschichteten Farbe übereinstimmt;
- Arbeitsweise: Legen Sie die beschichtete Wachsschablone in das Sandauftragsgerät (Regen- oder Fließbettsandauftrag), um sicherzustellen, dass die Sandpartikel gleichmäßig auf der Lackoberfläche haften;
- Zweck: Verbesserung der Festigkeit der ersten Beschichtungsschicht und Verhinderung von Rissbildung in nachfolgenden Beschichtungen.
3. Trocknung (erste Schicht)
- Trocknungsbedingungen: Temperatur 20-25℃, Luftfeuchtigkeit 40%-60%, Trocknungszeit 4-8 Stunden (natürliche Trocknung) oder 1-2 Stunden (Trocknung mit Zwangsbelüftung);
- Qualitätsanforderungen: Die Beschichtung sollte vollständig trocken sein, ohne Tropfen oder Blasen, und die Sandpartikel sollten fest mit der Farbe verbunden sein.
4. Wiederholtes Beschichten und Schleifen (nachfolgende Schichten)
- Zweite bis vorletzte Schicht: Grobkörniges feuerfestes Material (Korundsand, 20-40 mesh) + Kieselsol verwenden. Nach der Beschichtung wird Korundsand der entsprechenden Korngröße aufgestreut. Jede Schicht sollte 6-12 Stunden lang trocknen.
- Letzte Schicht (Deckschicht): Tragen Sie nur das Beschichtungsmaterial auf, ohne Sand zu streuen. Dies verbessert die Dichtungseigenschaften der Form und verhindert das Eindringen von geschmolzenem Metall während des Gießens.
- Gesamtzahl der Schichten: 3-7 Schichten (3-4 Schichten für kleine Teile, 5-7 Schichten für große Teile). Gesamtstärke der Form: 3-10 mm (je nach Gewicht und Material des Gussteils angepasst).
5. Abschließende Trocknung und Inspektion der Formschale vor dem Einbrennen
- Endgültige Trocknung: Temperatur 25-30℃, Luftfeuchtigkeit 30%-50%, Trocknungszeit 12-24 Stunden, wobei sicherzustellen ist, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Formschale ≤0,5% ist (übermäßige Feuchtigkeit führt dazu, dass die Formschale beim Gießen reißt);
- Inspektion: Untersuchen Sie die Oberfläche der Formschale visuell auf Risse, fehlenden Sand und Abblättern. Führen Sie bei Bedarf eine zerstörungsfreie Prüfung (z. B. Eindringprüfung) durch.
Schritt 4: Entparaffinierung (Loss-Wax-Verfahren)
1. Auswahl der Wachsausschmelzmethode
- Dampfentparaffinierung (üblich): Legen Sie die Formschale in einen Hochdruck-Dampfautoklaven, leiten Sie gesättigten Dampf mit 0,6-1,0 MPa ein, halten Sie eine Temperatur von 160-180℃ aufrecht, und warten Sie 10-30 Minuten. Das Wachsmodell schmilzt und fließt aus dem Anschnitt, der aufgefangen und wiederverwendet werden kann (Rückgewinnungsrate ≥80%).
- Hochtemperatur-Entparaffinierung (geeignet für Hochtemperaturwachs oder komplexe Formschalen): Legen Sie die Formschale in einen Röstofen, erhöhen Sie die Temperatur langsam auf 400-600℃ und halten Sie sie für 2-4 Stunden. Das Wachsmodell verbrennt und zersetzt sich vollständig, wodurch verhindert wird, dass Wachsreste die Gussqualität beeinträchtigen.
2. Inspektion nach der Entwachsung
- Keine Wachsrückstände im Hohlraum der Formschale (kann mit einem Endoskop überprüft werden), und die Formschale weist keine Risse oder Verformungen auf.
- Werden Wachsrückstände festgestellt, muss die Entparaffinierungszeit verlängert oder die Temperatur erhöht werden, da sonst die Wachsverkokung während des Gießens zu Porosität und Einschlussfehlern im Guss führt.
Schritt 5: Abfeuern der Patronen
1. Einbrenntemperatur:
- 900-1100℃ (Anpassung je nach Gussmaterial: Edelstahl, Kohlenstoffstahl 900-950℃, hochwarmfeste Legierungen, Titanlegierungen 1000-1100℃);
- Brenndauer: 2-4 Stunden, Aufheizgeschwindigkeit 5-10℃/Minute (zur Vermeidung von Rissen in der Schale aufgrund von Temperaturschocks);
2. Kernfunktionen:
- Entfernung von Wachsresten, Feuchtigkeit und organischen Stoffen aus der Schale;
- Verbesserung der Schalenfestigkeit (Schalenfestigkeit bei Raumtemperatur ≥20MPa nach dem Brennen) und der Permeabilität;
- Bildung einer dichten Struktur auf der Oberfläche der Schale, die die chemischen Reaktionen zwischen dem geschmolzenen Metall und der Schale reduziert.
Schritt 6: Metallschmelzen und Gießen
1. Vorbereitung des Metallmaterials
- Auswahl von reinen Metallen oder Legierungen (z. B. Edelstahl 304, Hochtemperaturlegierung Inconel 718) entsprechend den Gussanforderungen, wobei die Materialzusammensetzung den Normen (z. B. ASTM, EN-Normen) entsprechen muss;
- Material-Vorbehandlung: Entfernen von Oberflächenöl und Oxidzunder, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in das geschmolzene Metall gelangen.
2. Schmelzen
- Schmelzausrüstung: Mittelfrequenz-Induktionsofen (allgemein verwendet, geeignet für Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen), Vakuum-Induktionsofen (verwendet für leicht oxidierende Materialien wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen);
- Schmelztemperatur: 50-150℃ höher als der Schmelzpunkt des Metalls (z. B. Schmelzpunkt von Edelstahl 304 1450℃, Schmelztemperatur 1500-1550℃);
- Refining-Behandlung: Zugabe von Desoxidationsmitteln (z. B. Silizium-Calcium-Legierung, Aluminiumdraht) zur Entfernung von Gasen und Verunreinigungen aus der Schmelze, um die Reinheit des geschmolzenen Metalls zu gewährleisten.
Schritt 8: Nachbearbeitung und Qualitätsprüfung
1. Entfernung des Gattersystems
- Verwenden Sie eine Trennscheibe, einen Plasmaschneider oder eine Drahterodiermaschine (für hohe Präzisionsanforderungen), um die Schieber und Steigleitungen zu entfernen;
- Schleifen Sie die Schnittflächen glatt, um einen reibungslosen Übergang zur Gussoberfläche zu gewährleisten.
2. Oberflächenreinigung
- Entfernen Sie Grate und Grat und schleifen Sie den restlichen Sand und Oxidstein von der Gussoberfläche ab;
- Falls erforderlich, Kugelstrahlen (mit Stahl- oder Glaskugeln), um die Oberflächengüte zu verbessern (Ra kann auf unter 1,6μm gesenkt werden).
3. Wärmebehandlung (je nach Bedarf)
- Je nach Anforderungen an die Gussleistung, Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen, Lösungsglühen, etc;
- Beispiel: Lösungsbehandlung von Gussstücken aus rostfreiem Stahl 304 (Halten bei 1050-1100℃ für 1-2 Stunden, Wasserkühlung) zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit; Abschrecken (850-900℃) + Anlassen (200-300℃) von Gussstücken aus Werkzeugstahl zur Verbesserung von Härte und Verschleißfestigkeit.
4. Qualitätsprüfung & Verpackung und Versand
Suijin Gießerei-Prinzip
Übersicht über den Ablauf des Feingussverfahrens:
Die Kernprinzipien des Feingusses drehen sich um “Präzisionsformung, kontrollierbare Qualität und ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Kosten”. Diese Prinzipien bilden die zugrundeliegende Logik, die die Prozessgestaltung, die Parametereinstellungen und die Qualitätskontrolle leitet und die Präzision, Leistung, Ausbeute und Wirtschaftlichkeit der Gussteile direkt bestimmt.