Sandgussverfahren
Einführung in den Sandguss
Der Sandguss ist eines der am häufigsten verwendeten Gussverfahren und macht über 70% der weltweiten Gussproduktion aus. Das Kernprinzip besteht darin, eine Form aus Formsand (einer Mischung aus Quarzsand, Bentonit usw.) herzustellen, geschmolzenes Metall in den Formhohlraum zu gießen und anschließend die Form aufzubrechen, um das Gussteil zu entnehmen, nachdem das Metall abgekühlt und erstarrt ist.
Dieses Verfahren ist flexibel, kostengünstig und ermöglicht die Herstellung verschiedener Metallteile mit einem Gewicht von wenigen Gramm bis zu Hunderten von Tonnen. Es findet breite Anwendung im Maschinenbau, in der Automobilindustrie, bei Baumaschinen, Landmaschinen und in der Eisenwarenindustrie.
Sandgussverfahren
Der Sandgussprozess lässt sich in sieben Kernschritte zusammenfassen: “Formvorbereitung → Aufbereitung des Formsandes → Form- und Kernherstellung → Formaufbau → Gießen → Abkühlen und Entformen → Reinigung und Nachbearbeitung.” Jeder Schritt ist mit den anderen verbunden und wirkt sich unmittelbar auf die Qualität des Gussteils aus.
Schritt 1: Vorbereitung der Form
Zur Herstellung der Form, mit der der Sandformhohlraum und der Sandkern geformt werden und die als “Vorlage” für die äußere Form bzw. den inneren Hohlraum des Gussteils dient.
“Modell”: Entspricht der Außenform des Gussteils und dient zum Auspressen des Sandformhohlraums (beim Gießen eines Motorblocks ist das Modell beispielsweise eine “vergrößerte Version” des Blocks);
“Kernkasten”: Bezeichnet den inneren Hohlraum und die Kanäle des Gussteils (wie beispielsweise die Öl- und Luftkanäle des Blocks) und dient zur Herstellung des “Sandkerns” (nachdem der Sandkern in den Formhohlraum eingelegt wurde, füllt geschmolzenes Metall den Spalt zwischen Sandkern und Formhohlraum aus und bildet nach dem Abkühlen den inneren Hohlraum).
Die Abmessungen der Form und der Kernkasten müssen die Schrumpfung berücksichtigen (Metall schrumpft beim Abkühlen; bei Gusseisen ist 1%–2%, 2%–3% bei Stahlguss und 3%–5% bei Aluminiumlegierungen), um zu vermeiden, dass die Gussteile zu klein ausfallen.
Schritt 2: Vorbereitung des Formsandes
Zur Herstellung von Formsand mit den Funktionen “Formgebung + Stützung + Entlüftung”, der das “Gerüst” der Sandform bildet.
Zuschlagstoff (85%-95%): Quarzsand (weit verbreitet, hochtemperaturbeständig, der wichtigste Rohstoff);
Bindemittel (3%-10%): Bentonit + Wasser (herkömmlicher Nasssand), Harz (Harzsand), Wasserglas (Wasserglassand), dient dazu, den Quarzsand in Form zu binden;
Zusatzstoffe (1%-3%): Kohlepulver (um ein Verkleben mit Sand zu verhindern), Sägemehl (zur Verbesserung der Durchlässigkeit), Zersetzungsmittel (zerfällt nach dem Abkühlen leicht und erleichtert so die Reinigung).
Schritt 3: Formbau + Kernherstellung
Die Herstellung des “Formhohlraums” (der Außenform des Gussteils) und des “Sandkerns” (des inneren Hohlraums des Gussteils) mithilfe von Formsand und Formen ist der zentrale Schritt beim Sandguss.
Das Modell in der Sandform befestigen, den Formsand einfüllen und verdichten und anschließend das Modell vorsichtig entfernen. Im Inneren der Sandform entsteht ein “Hohlraum”, der der Außenform des Gussteils entspricht.
Die Kernkasten werden mit Formsand (oft mit Harzzusatz zur Festigkeitserhöhung) befüllt, verdichtet und anschließend entfernt, um einen “Sandkern” herzustellen (z. B. den Ölkanalkern für einen Zylinder).
Der Sandkern muss mit “Kernverstärkungen” (Eisendraht/Stahlstäbe) verstärkt werden, um seine Festigkeit zu erhöhen. Auf die Oberfläche sollte eine “Beschichtung” aufgetragen werden (um ein Anhaften des Sandes zu verhindern und die Glätte des Innenhohlraums zu verbessern). Außerdem sollte ein “Kernkopf” vorgesehen werden (um den Sandkern im Formhohlraum zu fixieren und eine Verschiebung während des Gießvorgangs zu verhindern).
Schritt 4: Zusammenbau der Form
Die oberen und unteren Sandkästen sowie den Sandkern so zusammenzusetzen, dass ein dichter Formhohlraum gewährleistet ist und ein Austreten oder Verdrängen der Metallschmelze während des Gießvorgangs verhindert wird.
1. Setzen Sie den Sandkern in den Positionierungsschlitz der unteren Formkammer ein (Kernkopf fixiert) und achten Sie dabei auf die exakte Positionierung des Sandkerns (Festlegung der Innenabmessungen der Formkammer);
2. Richten Sie die obere und die untere Form (mithilfe von Positionierstiften) aus und klemmen Sie sie fest zusammen (damit das geschmolzene Metall die Sandform beim Gießen nicht aufsprengt);
3. Das “Gating- und Angusssystem” anbringen:
4. Anguss: Umfasst den Gießbecher (zur Aufnahme der Schmelze), den Angussstutzen, den Angusskanal und den Einlauf (zur gleichmäßigen Führung der Schmelze in den Formhohlraum);
5. Anguss: Wird über dickeren Bereichen des Gussteils angebracht (um überschüssige Schmelze aufzunehmen), um den Schwund während der Erstarrung auszugleichen (und so Schwundhohlräume und Porosität zu verhindern);
6. Dichtheit prüfen: Verschließen Sie alle Lücken im Sandkasten, um ein Auslaufen oder das Eindringen von Sand beim Einfüllen zu verhindern.
Schritt 5: Einfüllen
Das geschmolzene Metall in den Formhohlraum einspritzen, um diesen zu füllen und die Form zu gestalten.
Metallschmelzen:Rohstoffe wie Gusseisen, Stahlguss und Aluminiumlegierungen werden in den Ofen (Kugelofen, Lichtbogenofen oder Induktionsofen) gegeben und bis zum Schmelzpunkt erhitzt (Gusseisen 1300–1400 ℃, Stahlguss 1500–1600 ℃, Aluminiumlegierung 650–700 °C).
Temperatur: Erfordert Stabilität (eine zu hohe Temperatur kann zu Schrumpfhohlräumen führen, eine zu niedrige Temperatur kann zu unvollständigem Gießen führen).
Geschwindigkeit: Halten Sie eine gleichmäßige Geschwindigkeit ein (eine zu hohe Geschwindigkeit kann zu Sandabtrag und Porosität führen, eine zu niedrige Geschwindigkeit kann zu Kaltverschweißungen führen).
Vorgehensweise: Gießen Sie die Schmelze langsam durch den Gießbecher und achten Sie dabei darauf, dass die Schmelze jeden Winkel des Formhohlraums ausfüllt.
Schritt 6: Abkühlen + Sandentfernung
Damit das geschmolzene Metall im Formhohlraum abkühlen und erstarren kann, wird anschließend die Sandform aufgebrochen, um das Gussteil zu entnehmen.
Abkühlung: Nachdem die Metallschmelze eingegossen wurde, muss sie in der Sandform auf natürliche Weise abkühlen (kleine Teile: Minuten bis Stunden; große Teile wie Werkzeugmaschinenbetten: mehrtägige Wärmespeicherung und Abkühlung), um eine schnelle Abkühlung zu vermeiden, die zu Rissen führen könnte.
Sandentfernung: Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Sandform aufgebrochen und der Formsand durch manuelles Abklopfen oder mit einer Vibrationsent沙maschine entfernt. Anschließend wird das Gussteil entnommen (zu diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche des Gussteils mit anhaftendem Sand bedeckt und weist zudem Angusskanäle, Steigrohre und Grate auf).
Schritt 7: Reinigung + Nachbearbeitung
Zur Entfernung von Verunreinigungen und zur Qualitätsprüfung, um sicherzustellen, dass das Gussteil den Einsatzanforderungen entspricht.
Entfernen von Verunreinigungen:
- Entfernen von festsitzendem Sand: Sandstrahlen, Kugelstrahlen (Aufprall von Sand oder Stahlkugeln unter hohem Druck auf die Oberfläche);
- Entfernen von überschüssigem Material: Schleifen (Entfernen von Angüssen, Graten und Unebenheiten);
-
Entfernen von Oxidkruste: Säurebeizen, alkalisches Waschen (für Stahlguss und Aluminiumlegierungen);
Qualitätsprüfung:
- Sichtprüfung: Auf Sandlöcher, Porosität und Risse prüfen;
- Maßprüfung: Überprüfung der Maßgenauigkeit mit Messschiebern und einer Koordinatenmessmaschine (die Genauigkeit bei Sandguss liegt in der Regel bei CT10–CT13);
-
Innenprüfung: Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung (zur Feststellung von inneren Schrumpfhohlräumen und Sand Einschlüssen);
Weiterverarbeitung (falls erforderlich):
-
Bearbeitung: Drehen, Fräsen und Schleifen von Oberflächen, die eine hohe Präzision erfordern (z. B. Lagerbohrungen);
- Wärmebehandlung: Glühen (zum Abbau innerer Spannungen), Abschrecken (zur Erhöhung der Härte) usw., um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Suijin Gießerei-Prinzip
Zusammenfassung des Sandguss-Prozessablaufs:
Formvorbereitung → Formsandvorbereitung → Formbau (Herstellung der Formhöhle) + Kernbau (Herstellung des Innenraums) → Formaufbau (Einbau des Sandkerns + Verschließen der Sandform) → Gießen (Einfüllen der Metallschmelze) → Abkühlen → Ausschütteln (Entnehmen des Gussteils) → Reinigen (Entfernen von Verunreinigungen) → Prüfung + Nachbearbeitung → Fertiges Gussteil
Die Grundprinzipien jedes Schritts lauten: “Präzise Formgebung der Gussform, gleichmäßige Befüllung mit geschmolzenem Metall, gleichmäßige Abkühlung und Schrumpfung sowie gründliche Reinigung und Prüfung”, um qualifizierte Gussteile herzustellen.