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Metallguss ist eines der ältesten und am weitesten verbreiteten Fertigungsverfahren, das es ermöglicht, geschmolzenes Metall in komplexe und präzise Teile zu formen. Im Zentrum jedes erfolgreichen Metallgussprozesses steht eine richtig hergestellte Form.

Dieser Leitfaden erklärt, wie Formen für den Metallguss hergestellt werden, und behandelt die gebräuchlichsten Formherstellungsmethoden, Materialien und Arbeitsabläufe, die in modernen Gießereien, der Schmuckherstellung und der Kleinserienfertigung verwendet werden.

1. Was ist eine Form im Metallguss?

Im Metallguss ist eine Form eine präzise geformte Hohlkammer, die die äußere Form und die wichtigsten Merkmale eines Metallteils definiert. Während des Gießprozesses wird geschmolzenes Metall in diese Kammer eingeführt, wo es die Form ausfüllt, abkühlt und erstarrt. Nach Abschluss der Erstarrung wird die Form geöffnet oder zerstört, und das fertige Metallgussstück wird entnommen.

Metallguss selbst ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Metall erhitzt wird, bis es flüssig wird, und dann in eine Form gegossen oder gepresst wird. Das Metall fließt in die Formhohlkammer, nimmt beim Erstarren genau die Form der Kammer an und bildet ein nahezu fertig geformtes Bauteil. Nach dem Abkühlen wird das feste Metallteil aus der Form ausgeworfen oder entnommen, womit der Gießzyklus abgeschlossen ist.

Obwohl dieses Grundprinzip für alle Gießverfahren gilt, gibt es viele Variationen. Die wichtigsten Variablen sind das Formmaterial (wie Sand, Keramik, wachsbasierte Schalen oder Metallformen) und die Methode zur Zuführung des geschmolzenen Metalls, die Schwerkraftgießen, Druckkokillengießen, Vakuumunterstütztes Gießen oder Schleudergießen umfassen kann. Jede Variation beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit, Maßgenauigkeit, das Abkühlverhalten und die Produktionseffizienz.

Unabhängig von der verwendeten Gießmethode müssen Formen mehrere wichtige technische Anforderungen erfüllen:

• Hohe Temperaturen aushalten, ohne sich zu zersetzen oder zu verformen, wenn sie geschmolzenem Metall ausgesetzt sind
• Maßgenauigkeit beibehalten, um sicherzustellen, dass das fertige Gussteil den Konstruktionsvorgaben entspricht
• Kontrollierten Metallfluss und Abkühlung ermöglichen, um Fehler wie Porosität, Schrumpfung oder unvollständige Füllung zu minimieren
• Das Gussteil ohne Beschädigung freigeben, entweder durch Formtrennung oder Formzerstörung

Folglich hängt die Gestaltung und Herstellung einer Form von der Gießmethode, der Metallart, der Bauteilgeometrie und dem erforderlichen Produktionsvolumen ab.

2. Gängige Formenarten im Metallguss

Bevor man lernt, wie man Formen herstellt, ist es wichtig, die Hauptkategorien von Formen im Metallguss zu verstehen.

Sandformen

• Hergestellt aus Silikatsand gemischt mit Bindemitteln
• Typischerweise Einwegformen
• Weit verbreitet für Eisen-, Aluminium- und Stahlgussteile
• Kostengünstig für kleine bis mittlere Stückzahlen

Feingussformen (Verlorene-Wachs-Guss)

• Erstellt mit Wachsmodellen und Keramikschalen
• Sehr hohe Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität
• Verbreitet in Schmuck, Luft- und Raumfahrt sowie Präzisionsteilen

Dauerhafte Metallformen

• Hergestellt aus Stahl oder Gusseisen
• Wiederverwendbar für die Serienproduktion
• Häufig für Aluminium- und Magnesiumguss

3D-gedruckte Formen und Modelle

• Verwendung von Wachs-3D-Druck zur Herstellung von Modellen oder opferbaren Formen
• Ermöglichen komplexe Geometrien und schnelle Iterationen
• Zunehmend eingesetzt in Prototyping und kundenspezifischem Guss

3. Wie man eine Sandform für den Metallguss herstellt

Sandformen sind eine der zugänglichsten und am weitesten verbreiteten Gießmethoden.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung einer Sandform

1. Ein Modell erstellen
   Das Modell ist eine feste Nachbildung des Endteils, typischerweise aus Holz, Kunststoff oder 3D-gedrucktem Harz gefertigt.
2. Die Sandmischung vorbereiten
   Gießereisand wird mit Ton oder chemischen Bindemitteln gemischt, um die richtige Festigkeit und Durchlässigkeit zu erreichen.
3. Den Sand um das Modell verdichten
   Das Modell wird in eine Formkiste (Flasche) gelegt und der Sand darum verdichtet.
4. Das Modell entfernen
   Das Modell wird vorsichtig entfernt, sodass eine Hohlkammer entsteht, die der gewünschten Bauteilform entspricht.
5. Gießkanäle und Steiger hinzufügen
   Kanäle werden geschaffen, um das geschmolzene Metall in die Form fließen zu lassen und Gase entweichen zu lassen.
6. Die Form schließen
   Die Formhälften werden ausgerichtet und zusammengeklemmt, bereit zum Gießen.

Sandformen eignen sich ideal für große Teile und kurze Produktionsläufe, obwohl die Oberflächenqualität im Vergleich zu anderen Methoden relativ rau ist.

4. Wie man Feingussformen herstellt (Verlorene-Wachs-Guss)

Feinguss ist eine der präzisesten Methoden für den Metallguss.

Schritt-für-Schritt-Prozess zur Herstellung einer Feingussform

1. Ein Wachsmodell erstellen
2. Den Wachsstamm zusammenbauen
3. Die Keramikschale aufbauen
4. Das Wachs aus der Form entfernen
5. Die Form brennen
6. Das geschmolzene Metall eingießen
7. Die Schale zerstören

Feinguss erzeugt ausgezeichnete Oberflächenqualität, enge Toleranzen und komplexe Geometrien, was es ideal für Schmuck, medizinische und Luftfahrtteile macht.

5. Wie man dauerhafte Metallformen herstellt

Dauerhafte Formen werden für die Serienfertigung mit hohen Stückzahlen verwendet.

Grundlegender Herstellungsprozess für dauerhafte Formen

1. Die Form entwerfen
2. Die Form mit CNC bearbeiten
3. Formbeschichtungen auftragen
4. Die Form vorheizen

Dauerhafte Formen bieten hervorragende Konsistenz, erfordern jedoch hohe Anfangsinvestitionen.

6. Verwendung von Wachs-3D-Druck zur Herstellung von Formen für den Metallguss

Der 3D-Druck hat die Herstellung von Formen und Modellen revolutioniert.

Gängige 3D-Druckverfahren

• 3D-gedruckte Modelle für Sandguss
• Wachs-3D-gedruckte Modelle für Feinguss
• Direkt 3D-gedruckte Sandformen mittels Binder Jetting

Vorteile des 3D-Drucks bei der Formherstellung

• Schnelle Designiteration
• Komplexe innere Geometrien
• Reduzierte Werkzeugkosten
• Ideal für Prototypen und Kleinserien

7. Vergleich der Formherstellungsmethoden für den Metallguss

Fazit: Die richtige Form ist der Schlüssel zum erfolgreichen Metallguss

Das Verständnis, wie man Formen für den Metallguss herstellt, ist entscheidend für die Produktion hochwertiger Gussteile. Ob Sandformen, Feinguss, dauerhafte Formen oder moderne 3D-Drucktechniken – der Formherstellungsprozess bestimmt die Genauigkeit, Festigkeit und Oberflächenqualität des Endteils.

Durch die Wahl des geeigneten Formtyps und die Anwendung bewährter technischer Praktiken können Hersteller zuverlässige und reproduzierbare Gießergebnisse erzielen.