Geschichtliche Entwicklung

Im Gegensatz zu Umformverfahren wie dem Schmieden, werden bei allen Gussverfahren Gussformen benötigt. Diese waren im Altertum aus Ton oder Holz, sofern sie nicht sogar in den Boden der Gießerei gegraben wurden. Später wurden Modelle des gewünschten Objekts geformt und als "verlorene Formen" in Sand eingebracht. Diese waren meist aus Wachs, welches beim Gießprozess durch das flüssige Metall ausgetrieben wurde.

Im Zuge der Serienfertigung entstanden produktivere Verfahren. Zum einen die Verwendung von Modellen aus Holz, deren Konturen in teilbare Form (-Sand)kästen (durch Einpressen mit hohem Druck) übertragen wurden, zum anderen durch Dauerformen aus Formstahl. Diese im Formenbau hergestellten Stahlformen werden vor allem beim Spritzguss (Kunststoffverarbeitung), Kokillenguss und Druckguss (Leichtmetall wie Aluminium, Magnesium und Zink) verwendet.

Entsprechend dem Aufbau der Druckgussmaschinen unterscheidet man bei diesen zwischen Warmkammer- und Kaltkammermaschinen. Die Warmkammermaschinen sind meist größer und erreichen heutzutage (2002) eine Presskraft bis 50.000 kN.

Beim Kokillenguss wird das flüssige Metall in der Regel nur durch Schwerkrafteinwirkung in die Form eingebracht.

Der Kokillenguss ist ein Hohlkörperguss, bei dem das flüssige Metall in eine zusammengebaute Form gegossen wird. Diese Form ist mit einer Saug- und einer Steigleitung ausgestattet.

Über die Saugleitung wird das flüssige Metall in die Form gegossen und wenn genug Metall in der Form ist, dann läuft es an der Steigleitung wieder aus. Jetzt ist es wichtig die Form richtig abzukühlen um Gießfehler zu vermeiden. Die Form wird zum Einguss hin abgekühlt und es ist wichtig, dass immer genügend Metall zum Nachlaufen, am Einguss, vorhanden ist.

Eine Ausnahme stellt das Niederdruck-Kokillengießverfahren dar, bei dem das Metall aus einem geschlossenen Warmhalteofen mittels Überdruck direkt in die darüber befindliche Kokille gedrückt wird. Das Verfahren ist für automatisches Gießen qualitativ hochwertiger Gussstücke in Serienfertigung geeignet. Im Kokillenguss werden nahezu alle gießbaren Metalle verarbeitet.

Das Erwärmen der Formen kann mit verschiedenen Verfahren erfolgen. Teilweise werden sie in einem heißen Metallbad erwärmt, teilweise mit Hilfe von Wärmeöfen. Der Vorteil der Wärmeöfen liegt in der Tatsache, dass die Formen nicht mehr gesäubert werden müssen, wie es bei dem Metallbad der Fall ist. Auch ist die Unfallgefahr (spritzen von flüssigen Metall durch Wasserblasen) nicht vorhanden. Nachteilig wirken sich die hohen Energiekosten des Stroms aus.

Gießen:

Gießen ist das vermutlich älteste Verfahren der Urformung. Dabei entsteht aus flüssigem metallischem Werkstoff nach dem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form. Werkstücke werden gegossen, wenn ihre Herstellung durch andere Fertigungsverfahren unwirtschaftlich ist, nicht möglich ist oder besondere Eigenschaften des Gusswerkstoffs genutzt werden sollen.

Der Vorteil der Gießverfahren ergibt sich vor allem bei Großserien von Bauteilen, die einerseits eine vielfältige oder komplizierte Oberflächenstruktur aufweisen, so dass die Nachbearbeitung sich auf wenige passgenaue Flächen, wie beispielsweise (Gewinde-) Bohrungen beschränkt. Die Kosten für Modell- und Formenbau sind vergleichsweise hoch, die Herstellung der Bauteile (der Abguss) selbst dagegen niedrig.

Gusswerkstoffe

Gusswerkstoffe sind im Wesentlichen Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen, Nichteisenmetalle wie Blei, Zinn, Zink, Nickel und ihren Legierungen und Leichtmetalle wie Aluminium, Magnesium, Titan und ihren Legierungen. Des Weiteren können auch Formteile aus anderen gießbaren Werkstoffen bzw. Materialien, wie z.B. aus Kunststoffen und Keramiken, durch Gießen hergestellt werden.

Schmelztechnik

Zur Herstellung des flüssigen Zustandes werden verschiedene Schmelzaggregate verwendet, z.B. Kupolöfen, Siemens-Martin-Öfen, Flamm- und Elektroöfen usw., die mit Gas, Öl oder elektrisch beheizt werden.

Form- und Gießtechnik

Beim Gießen werden die Gussformen thermisch und mechanisch so stark beansprucht, dass Gestalt- und Maßänderungen auftreten können, die bei der Form- und Gießtechnik vorausschauend zu berücksichtigen sind. Des Weiteren ist bei Herstellung von Gießmodellen und metallischen Gussformen die spezifische Schwindung des vorgesehenen Gusswerkstoffes zu berücksichtigen, die bei der Gusskörperbildung beim Übergang von der flüssigen in die feste Werkstoffphase eintritt.

Die Werkstoffeigenschaften der Gussstücke sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung einerseits und des Gefüges im festen Zustand andererseits.

Das entstehende Gefüge hängt ab von der Abkühlungsgeschwindigkeit und den während des Erstarrens herrschenden Bedingungen für Keimbildung und Kristallwachstum. Unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten in einem Werkstück sind abhängig von der Gestalt, insbesondere den Wanddicken. Um unerwünschte Abweichungen von den gewünschten Eigenschaften zu vermeiden, ergreift man besondere Maßnahmen wie partielle Wandverstärkung, Heizen von Formteilen, Verwendung von Kühlkokillen oder Kühleisen.

Die Fertigungsverfahren des Gießens werden unterschieden nach der Modelleinrichtung, den Formstoffen, der Formherstellung und der Gießmethode.

Hier wird das Gießen in zwei Gruppen unterteilt:

Guss in verlorener Form

Verlorene Formen werden meist aus Sand mit geeigneten Bindemitteln hergestellt.

Zur Formgebung ist ein Modell erforderlich, ein Muster des herzustellenden Gussstücks, das zur Kompensation der Schwindung des Gusswerkstoffes bei Erstarrung und Abkühlung mit einem Aufmass (Schwindmaß) hergestellt sein muss.

Wie bei Formen unterscheidet man auch in Dauermodelle und verlorene Modelle.

Dauermodelle werden je nach Anforderung aus Kunststoff, Holz oder Metall hergestellt. Sie enthalten nicht nur das Abbild des Gussstücks, das abgegossen werden soll, sondern auch den sog. "Anschnitt", das sind die Kanäle, durch die der Gusswerkstoff in die Form gefüllt und verteilt sowie durch die in der Form enthaltene Luft und beim Abguss entstehenden Gase abgeführt werden. Dauermodelle werden vom Formsand umgeben, der dann durch Rütteln und Pressen so verdichtet wird, dass er eigenstabil ist. In der Regel werden Gussstücke beidseitig geformt. Deshalb ist die Form geteilt in Unter- und Oberkasten, damit das Modell vor dem Abguss wieder entnommen werden kann. Das Modell darf deshalb keine Hinterschneidungen und muss sog. "Aushebeschrägen" haben, damit die Form bei der Entnahme des Modells nicht verletzt wird. Danach werden Ober- und Unterkasten wieder passgenau zusammengefügt und der flüssige Gusswerkstoff wird in die so entstandene Form gegossen.

Die Bindemittel des Formsandes sind so ausgewählt, dass sie nach Möglichkeit durch die "Gießhitze" zerstört werden und die Form dadurch von selbst zerfällt, andernfalls muss die Form mechanisch zerstört werden, um das Gussstück entnehmen zu können.

Formstoffe mit ihren Bindemitteln sind heute so weit entwickelt, dass sie auch für höherschmelzende Metalle eingesetzt und wieder verwendet werden können.

Verlorene Modelle dagegen werden vor dem Abguss der Form nicht entnommen, sie kann deshalb einteilig sein. Auch können hier Hinterschneidungen eingearbeitet sein und Aushebeschrägen sind nicht erforderlich. Die Modelle werden nach dem Eingießen des Gusswerkstoffs zerstört, indem sie entweder verdampfen, ausschmelzen oder sich anderweitig zersetzen (z. B. Polystyrol, Wachs etc.). Sie benötigen allerdings ein Vormodell oder einen Bearbeitungsschritt, da sie ebenfalls durch ein Formgebungsverfahren hergestellt werden.

Nach der Art der Modelle wird das Gießen in verlorene Formen unterteilt in:

- Gießen mit Dauermodellen

- Handformen

- Maschinenformen

- Maskenformen

- Vakuumformen

- Gießen mit verlorenen Modellen

- Feingießen

- Vollformgießen

- Sondertechnologie mit verlorenen Modellen

- Bildgießerei

Gießen in Dauerformen

Mit den Dauerformen kann eine größere Anzahl an Gussteilen gefertigt werden, d.h. es wird nicht für jeden einzelnen Abguss eine Form erzeugt. Diese Formen bestehen meist aus metallischen, selten aus nichtmetallischen Werkstoffen. Hier unterteilt man nicht in die Art der Formen und deren Herstellungsvarianten, sondern in die Art der Formfüllung, wobei diese durch das Einwirken unterschiedlicher Kräfte (z.B. Schwerkraft, Druckkraft, Zentrifugalkraft, o.ä.) realisiert werden kann.

gängige Werkzeuge

- Formpresse: Die Formpresse bewirkt eine formschlüssige, kompakte Verbindung, wodurch das Auslaufen der Form verhindert wird.

- Gießlöffel: Der Gießlöffel ist eine Schöpfkelle aus Eisen (meist verschiedene Größen), der zum Eingießen des flüssigen Zinns in die Gussform benötigt wird.

- Messer: Da sich das Volumen des Zinns beim Erstarren verringert, muss flüssiges Zinn nachgegossen werden, um die Form vollständig zu füllen und um damit Gießfehler zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird das, am Einguss bereits erstarrte Zinn, mit dem Messer entfernt.

- Zange: Die Zange wird zum festhalten und zum herausheben der Formteile aus dem Zinn-Blei-Bad benötigt.

- Pinsel: Wenn die Formteile aus dem Zinn-Blei-Bad entnommen werden, müssen sie vor dem Eingießen gereinigt werden. Dazu verwendet man den nassen Pinsel; mit ihm kann man das anhaftende Blei entfernen.

- Kühllappen: Um die Form nach dem Eingießen abzukühlen verwendet man nasse Lappen, die um die Form gewickelt werden.

- Gummihammer: Der Gummihammer wird verwendet um das Gussstück aus der Form heraus zu schlagen.