Gliederung der Fertigungsverfahren Nach DIN 8580 unterscheiden wir: Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaftändern

Hochofen

Metallische Gusswerkstoffe Die wichtigsten Eisengusswerkstoffe sind: Gusseisen mit Lamellengraphit Temperguss Gusseisen mit Kugelgraphit Stahlguss Wie können sie unterschieden werden? (Graphitausbildungen, Verlauf mechanischer Spannungen an Graphitausbildungen, Zug- und Druckfestigkeit, Einsatzbeispiele)

Gusswerkstoffe – Gusseisen mit Lamellengraphit GJL Lamellenförmige Graphiteinlagerungen Dünnflüssige Schmelze – gute Gießbarkeit Kerbwirkung der Graphitnadeln – geringe Zugfestigkeit, spröde Schliffbild Graphitform Spannungen

Gusswerkstoffe – Temperguss GJMB, GJMW klümpchenartige Graphiteinlagerungen durch Wärmebehandlung („Tempern“) Geringe Kerbwirkung – gute Zugfestigkeit Stahlähnliche Eigenschaften bei besserer Gießbarkeit Schliffbild Graphitform Spannungen

Gusswerkstoffe – Gusseisen mit Kugelgraphit GJS kugelförmige Graphiteinlagerungen nach „Impfen“ der Schmelze z.B. mit Mg Geringe Kerbwirkung – gute Zugfestigkeit Stahlähnliche Eigenschaften bei besserer Gießbarkeit Schliffbild Graphitform Spannungen

Gusswerkstoffe – Stahlguss G, GX Keine Graphit-einlagerungen – Kohlenstoff liegt als Fe3C vor - hohe Zugfestigkeit Schmelze zähflüssig, Gießtemperatur bei 1600°C Schwindung um 2% Schliffbild Korngrenzen Spannungen

unberuhigter Stahlguss kleiner Blocklunker In der Schmelze gelöstes FeO reagiert mit Kohlenstoff FeO + C Fe + CO CO – Blasen bringen Schmelze in Bewegung. Es entsteht eine glatte Oberfläche. Ideal z.B für Feinblech Draht, Bandstahl. Bläschen verschweißen beim Walzen.

beruhigter Stahlguss Kopflunker Dem in der Schmelze gelösten FeO werden andere Reaktionspartner wie Mn-Si-Al angeboten, die mit FeO flüssige Reaktionsprodukte bilden. Beruhigter Stahlguss ist alterungsbeständig und neigt weniger zu Blockseigerungen. Allerdings entsteht ein großer Kopflunker.

Stahlherstellung

Gittertypen kfz krz hex kfz: kubisch-flächenzentriertes Gitter, z.B. γ-Eisen (911°C bis 1392°C), Aluminium, Nickel, Kupfer, Blei; gute Umformbarkeit krz: kubisch-raumzentriertes Gitter, z.B. α-Eisen (außer o.g. Temperaturbereich), Chrom, Molybdän, Wolfram; weniger gut umformbar hex: hexagonales Gitter, z.B. Magnesium, Zink; schlecht umformbar

Erstarrungsprozess Beim Erstarren einer Schmelze bilden sich durch Anlagerung der Elementarzellen unterschiedlich große Kristallite oder Körner. Bild: Kornbildung beim Erstarrungsprozess einer Schmelze (schematisch) [©Neumann] Zunächst bilden sich einzelne Elementarzellen als Kristallisationskeime mit unregelmäßiger Orientierung. Durch Anlagerung weiterer Elementarzellen kommt es durch Kristallwachstum zur Bildung von Körnern, die beim Aneinanderstoßen Korngrenzen bilden. Die Kristallgitter innerhalb der Körner sind nach dem Erstarren sehr regelmäßig aufgebaut. Daher werden sie auch als Kristallite bezeichnet. Die Korngrenzen können durch metallographische Untersuchungen unter dem Mikroskop sichtbar gemacht werden. Wie sind Vorgänge beim Erstarrung der Schmelze im Eisen- Kohlenstoff- Diagramm (EKD) dargestellt?

Wichtige Gießverfahren Mit verlorenen Formen: Handformverfahren, Maschinenformerei, Maskenformverfahren Mit verlorenen Modellen (und Formen): Feingießverfahren, Vollformgießverfahren Kokillengießverfahren: Schleuderguss, Strangguss Druckgießen: Kalt- und Warmkammerverfahren

Handformverfahren Fertigungszeichnung Unterkasten aufstampfen Oberkasten aufstampfen Modell ausheben Kern einlegen Zulegen, Abgießen, Formstoff entfernen Rohgusssstück mit Gießsystem Modellplatte Unterkastenmodellteil Aufgestampfter Unterkasten Aufgestampfter Oberkasten Einguss mit Gießtümpel Speiser Kernmarken Kern Querlauf k) Anschnitt Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Handformverfahren II Modell entspricht der äußeren Form des Werkstücks. Jedoch: Schwindmaß beachten, 0 – 2% werkstoff- und zustandsabhängig, ( z.B. Gusseisen ca. 1%, Stahlguss und Alu ca. 2%) außerdem Bearbeitungszugaben berücksichtigen. Senkrechte Seiten erfordern Aushebeschrägen (ca. 5°) Hinterschneidung Formelement, das das Ausheben der Modellhälften behindert. Konstruktiv vermeiden oder Losteil vorsehen. Lunker (Schwindungshohlraum) kann unter ungünstigen Erstarrungsbedingungen als Außen- oder Innenlunker entstehen. Formstoffe: Hauptsächlich (synthetischer) Sand SiO2, Korngrößen 0,05...0,5 mm Bindemittel: Phenolharze, Furanharze, Ton, Innenformen erfordern Kerne, Auflagen der Kerne heißen Kernmarken. Auftrieb der Kerne erfordert Armierung des Formstoffes mit Kerneisen. Zerfallseigenschaften vorteilhaft. Schlichte bewirkt glatte Gussteiloberfläche. Aufschlämmung aus Quarzmehl und Ton in Wasser. Formen müssen gegen den allseitigen Druck der Schmelze gesichert werden. (Verschrauben oder Verklemmen der Kastenhälften) Herdformen: Sehr große Werkstücke werden in der Grube eingeformt. Einsatz Handformverfahren: Einzel- und Kleinserienfertigung

Maschinenformverfahren Modellplatten mit Einguss- und Steigermodell. Füll- und Verdichtungsvorgänge maschinell. (unten DISA: Dansk Industrie Syndikat A/S) Rüttelpress– und Luftstrompress- Formmaschinen, vollautomatisiert auch die Kerneinlage, der Abguss und das Ausleeren der Kästen (bzw. kastenloses Formverfahren) Einsatz Maschinenformverfahren: Großserien- und Massenfertigung

Maskenformverfahren nach Croning Metallmodellplatte vorwärmen (ca.250°C) Formstoff (Sand mit Bindemittel z.B. Phenolharz) aufschütten. Nach ca. 10s sind ca. 5mm angebacken Restlicher Formstoff wird abgeschüttet Maskenform wird bei ca. 450°C ausgehärtet. Maske wird abgehoben Zwei Maskenhälften werden, ggf. mit Kern, zu einer Gießform verklebt, große Formen mit Sand hinterfüllt. Vorteile gegenüber dem Hand- und Maschinenformverfahren Maß- und Oberflächengenauigkeit Geringere Abschreckwirkung Geringere Bearbeitungszugaben Weniger Putzarbeit Automatisierbarkeit ist ebenfalls gegeben.

Feinguss (Modellausschmelzverfahren) Prinzip: A: Kompaktform B: Schalenform (häufiger) a: Modellherstellung b: Montage von Gießtrauben c: Tauchen d: Besanden e: Hinterfüllen f: Schalenaufbau g: Ausschmelzen und Brennen der Form h: Abgießen i: Ausklopfen k: Trennen l: Schleifen Einsatz: Für alle Stähle und NE-Metalle Für hohe Form- Maß- und Oberflächen-anforderungen Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Vollformgießverfahren Verfahrensprinzip: Ein Polystyrolschaumstoffmodell wird mit Formsand umgeben und vergast beim Abguss. Der Schaumstoff ist leicht zu bearbeiten. Beliebige Modelle, auch mit Hinterschneidungen, sind formbar. Einsatz: Für große Gussteile in Einzelfertigung oder sehr geringer Stückzahl. (Zum Beispiel für Presswerkzeuge im Automobilbau) Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Kokillengießverfahren Kokillen = Dauerformen Merkmale: Bevorzugt für niedrigschmelzende NE – Metalle Mehrmalige Verwendbarkeit Hohe Maßgenauigkeit Hohe Werkzeug- und Maschinenkosten erfordern größere Serien Zum Kokillenguss zählen: Schleudergießverfahren Stranggießverfahren Druckgießverfahren

Schleudergießverfahren Prinzip: Die Schmelze wird in eine rotierende Form eingegossen. Sie fließt und erstarrt unter Einwirkung der Zentrifugalkraft. Einsatz: Dichteres Gefüge (weniger Poren und Lunker), Niedrigere Ausschussquote Hohe Investitionen erfordern größere Serien Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Stranggießverfahren Prinzip: Schwerkraft erfordert vertikale Anordnung einer gekühlten Ringkokille. Einsatz: für Vormaterialien zum Walzen. Große Anlagen erfordern hohe Investitionen und Nähe zu Walzwerken. Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Druckgießverfahren I Prinzip: Schmelze wird unter hohem Druck in Dauerformen aus Stahl gegossen. Einsatz: Kleine bis mittelgroße Teile aus Al, Mg, Zn, Sn, Cu und Legierungen. Komplizierte Formen sind möglich. Wirtschaftlichkeit erfordert große Stückzahlen. 1 Einfüllen der Schmelze in Druckkammer 2 Eindrücken 50 ... 400 bar 3 Öffnen nach Erstarrung, Rückzug Kern 4 Ausstoßen durch Auswerferstifte Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Druckgießverfahren II Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Pulvermetallurgie Zwei Anwendungsfelder: Nicht legierbare Stoffe Metall+Keramik Hochschmelzende Metalle (Wo, Mo, Ta, Nb) Fe+Bronze für Gleitlager Filter, Dämmelemente Ferrite In der Metallverarbeitung kann es bei komplizierten Formen zur Kosteneinsparung gegenüber herkömmlichem Urformen – Umformen – Trennen kommen:

Formenvielfalt in der Pulvermetallurgie Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag

Formgebung der Metallpulver Die Druckfortpflanzung wird stark durch Reibung behindert. Beidseitige Pressung liefert gleichmäßigere Verdichtung. Die Raumerfüllung mit Metall steigt von 20 – 45% auf 70 bis nahe 100% Festigkeit und Zähigkeit steigen mit der Raumerfüllung. 1. Schritt:Herstellen des „Grünlings“ Quelle: Flimm, Spanlose Formgebung, Hanser Verlag