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Werkstofftechnik 2

Sandguss

Der Sandguss ist nach wie vor das am Häufigsten eingesetzte Gießverfahren. Hierzu verwendet man eine kompakte aus Quarzsand modellierte Form. Die Form ensteht durch Einbetten des Werkstückmodells in den Quarzsand.

Kästen für den Sandguss
Kästen für den Sandguss

 

Bindemittel beim Sandguss

Dem Quarzsand werden organische und anorganische Bindemittel zugefügt.

Organische Bindemittel: Öle, Dextrin, Furanharz, Cellulose

Anorganische Bindemittel: Tone, Zement, Wasserglas

Zur Erzeugung von besonders großen und dichtwandigen Werkstücken, setzt man bei Sandguss auf Schamotte. Bei Schamotte handelt es sich um einen feuerfesten gebrannten Ton, der im Gegensatz zu Quarzsand beständiger auf Hitze reagiert.

Direkter Vergleich Form aus Quarz und Form aus Schamotte:

  • Quarz $\rightarrow $ nicht temperaturbeständig ab 600°C 
  • Quarz $\rightarrow $ relativ große Volumenänderungen
  • Quarz $\rightarrow $ in Folge der Volumenänderungen können Formteile abplatzen
  • Quarz $\rightarrow $ Entstehung von Oberflächenfehlern
  • Quarz $\rightarrow $ chemische Reaktion der Form mit Schmelze
  • Schamotte $\rightarrow $ verhältnismäßig teuer
  • Schamotte $\rightarrow $ geringere Gasdurchlässigkeit

Probleme beim Sandguss

Gerade die Gasdurchlässigkeit steht in einem gewissen Widerspruch zur Festigkeit einer Form. Daher sollte immer ein Kompromiss gefunden werden. Ein weiteres Kriterium für einen erfolgreichen Guss stellt die Beständigkeit der Form dar. Diese sollte im Idealfall schon mit Beginn der Erstarrung der Schmelze durch Zersetzung des Bindemittels zerfallen. So können Kontraktionen im Werkstück ungehindert ablaufen. Ferner wird dadurch auch das Entformen und das Putzen des Werkstücks vereinfacht.  

Sandformguss
Sandformguss

Sonderfall Grünsandform

Grünsandformen bestehen aus mit feuchtem Ton gebundenen Sanden und haben gegenüber der üblichen Sandform einen wesentlich höheren Wasseranteil. Daher sind sie viel nachgiebiger und kühlen die Schmelze aufgrund des Wasseranteils schneller. Das dabei entstehende Gussgefüge ist feinkörniger als beim vergleichbaren Gießen mit trockenen Formen. Dennoch eignet es sich aufgrund der geringeren Formbeständigkeit vorzugsweise nur für kleine Gussstücke. 

Problemfall Kern

Der Kern unterliegt besonders hohen Biegebeanspruchungen, weshalb er über eine besonders hohe Festigkeit verfügen muss. Zeitgleich muss er sobald ihn die Schmelze umgibt zerfallen, da es ansonsten infolge der Kontraktionen der Schmelze zu Rissen im Material kommt, wenn der Kern diesen Kontraktionen nicht durch Zerfall nachgibt. Hierzu lassen sich geeignete Bindemittel verwenden, die keine thermische Beständigkeit besitzen.

Merke

Der Zerfall des Kerns führt beinahe immer zu einer zusätzlichen Gasentwicklung, weshalb für eine Abfuhr über Entlüftungskanäle am Kern gesorgt werden muss.   

Neuere Entwicklungen

Magnetformen

Magnetformen kommen ohne Bindemittel aus. Dazu wird ein vergasbares Styropormodell im einem magnetischen Pulver ummantelt und unter dem Einfluss eines starken Magnetfeldes in dieser Form gehalten. Ist die Schmelze dann ausreichend ausgehärtet, wird das Magnetfeld abgeschaltet und das Pulver kann erneut eingesetzt werden. Das Styropormodell ist während dieser Phase bereits rückstandsfrei verdampft. 

Vakuumformen

Beim Vakuumformen wird das Modell mit einer Kunststofffolie abgedeckt. Anschließend wird diese mit Sand hinterschüttet, welcher unter Einfluss eines erzeugten Vakuums auf das Modell gepresst und in dieser Form gehalten wird (Analogie zum Magnetformen). Wie beim Magnetformen, kann auch bei ausreichender Erstarrung der Schmelze, das Vakuum abgeschaltet werden, wodurch die Form zerfällt. 

Vollformgießverfahren

Die Form beim Vollformgießverfahren setzt auf ein Modell aus Styropor, welches in Sand eingeformt wird. Beim Befüllen mit der Schmelze vergast dieses letztlich. Dadurch können auch komplizierte Gussstücke erzeugt werden.

Merke

Gegenüber neueren Verfahren ist der klassische Sandguss gerade bei kleinen Gussstücken hoher Stückzahl relativ unökonomisch.