Gießen mit verlorenem Schaum

 1.1 Übersicht

1958 erfand HF Shroyer die Technologie zur Herstellung von Metallgussteilen mit Modellen aus expandierbarem Schaumkunststoff und erhielt ein Patent. Das anfangs verwendete Modell wurde aus Polystyrol (EPS)-Platten hergestellt und mit bindemittelhaltigem Sand geformt. Die deutschen Firmen Grünzweig und Harrtmann haben dieses Patent erworben, entwickelt und angewendet. Die Technologie der Verwendung von bindemittelfreiem Trockensand zur Herstellung von Gussteilen wurde später von TRSmith im Jahr 1964 patentiert. Vor 1980 musste die Verwendung des bindemittelfreien Trockensandverfahrens von Full Mould Process (Inc) genehmigt werden. Danach war das Patent ungültig.

Die gebräuchlichste und praktischste Methode besteht darin, das mit feuerfestem Material beschichtete Modell in den Sandkasten zu legen, das Modell mit trockenem Sand fest zu füllen und flüssiges Metall zu gießen, um das Schaummodell zu ersetzen. Dieses Gießverfahren heißt: Lost Foam Casting (EPC), Vergasungsformguss und Massivformguss usw. Das Lost Foam Casting Committee der American Foundry Association hat das Verfahren als „Lost Foam Casting“ bezeichnet.

Lost Foam Casting ist ein innovatives Gießverfahren, das zur Herstellung von Nichteisen- und Eisenmetallteilen für Antriebssysteme verwendet werden kann, darunter: Zylinderblöcke, Zylinderköpfe, Kurbelwellen, Getriebe, Ansaugrohre, Auspuffrohre und Bremsnaben. Der Prozessablauf beim Lost Foam Casting ist wie folgt:

1) Vorschäumen
Die Modellherstellung ist der erste Schritt des Lost Foam Gießverfahrens. Für komplexe Gussteile wie Zylinderköpfe müssen mehrere Schaumstoffmodelle separat angefertigt und anschließend zu einem Gesamtmodell verklebt werden. Jedes Blockmodell benötigt für die Produktion einen Satz Formen. Außerdem kann beim Klebevorgang ein Satz von Formen erforderlich sein, um die genaue Positionierung jedes Blocks beizubehalten. Der Abformprozess des Modells gliedert sich in zwei Schritte. Der erste Schritt besteht darin, Die Polystyrolkugeln werden auf eine geeignete Dichte vorgeschäumt, was in der Regel durch schnelles Erhitzen mit Wasserdampf erfolgt. Diese Phase wird als Vorexpansion bezeichnet.

2) Modellbildung
Die vorgeschäumten Perlen sollten zuerst stabilisiert und dann in den Trichter der Formmaschine geschickt und durch das Zuführungsloch zugeführt werden. Nachdem der Formhohlraum mit den vorgeschäumten Perlen gefüllt ist, wird Dampf eingeleitet, um die Perlen zu erweichen. Expansion, Füllen aller Lücken und Verkleben zu einem Körper, wodurch der Herstellungsprozess des Schaummodells abgeschlossen wird, dieser Schritt wird als Autoklavenguss bezeichnet.

Nach dem Formen wird die Form durch einen großen Wasserstrom im wassergekühlten Hohlraum der Form gekühlt, und dann wird die Form geöffnet, um die Form herauszunehmen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur der Form erhöht und die Festigkeit ist gering. Daher ist beim Entformen und Lagern darauf zu achten, dass Verformungen und Beschädigungen vermieden werden.

3) Modell-Cluster-Kombination
Bevor das Modell verwendet wird, muss es für eine angemessene Zeit gelagert werden, damit es reif und stabil wird. Die typische Lagerdauer des Modells beträgt bis zu 30 Tage. Für ein Modell, das aus einer einzigartig gestalteten Form geformt wurde, muss es nur 2 Stunden lang gelagert werden. Nachdem das Modell ausgereift und stabilisiert ist, kann es in zwei Teile geteilt werden. Die Blockmodelle werden zusammengeklebt.
Die Blockmodellverleimung erfolgt auf einem Klebeautomaten mit Schmelzkleber. Die Fugen der Klebefläche sollten dicht verschlossen werden, um Gussfehler zu vermeiden.

4) Modell-Cluster-Tauchbeschichtung
Um mehr Gussteile pro Karton zu produzieren, werden manchmal viele Modelle zu Clustern geklebt, und die Modellcluster werden in feuerfeste Farbe getaucht und dann in einem Umluftofen bei etwa 30-60 ° C (86-140 ° F) 2 bis 3 Tage lang getrocknet Stunden trocknen, Modellcluster in den Sandkasten stellen, mit trockenem Sand befüllen und kräftig vibrieren. Alle inneren Hohlräume und der äußere trockene Sand des Modellclusters müssen verdichtet und gestützt werden.

5) Gießen
Nachdem die Modelltraube im Sandkasten mit trockenem Sand fest gefüllt ist, kann die Form gegossen werden. Nachdem das geschmolzene Metall in die Form gegossen wurde (die Gießtemperatur beträgt etwa 760 °C / 1400 °F für Aluminiumguss und etwa 1425 °C / 2600 °F für Gusseisen), wird das Modell verdampft. Das Metall wird ersetzt, um einen Guss zu bilden. Abbildung 1 ist ein schematisches Diagramm des Sandkastens und des Gießens des verlorenen Schaumverfahrens.

Beim Lost Foam Gießverfahren ist die Gießgeschwindigkeit kritischer als beim traditionellen Hohlgießen. Wird der Gießvorgang unterbrochen, kann die Sandform zusammenbrechen und Abfall verursachen. Um den Unterschied zwischen den einzelnen Gießvorgängen zu verringern, ist es daher am besten, eine automatische Gießmaschine zu verwenden.

 Abbildung 1 Schematische Darstellung des Sandkastens und des Gießens des verlorenen Schaumverfahrens
6) Fallende Sandreinigung
Nach dem Gießen erstarrt und kühlt das Gussstück im Sandkasten ab und fällt dann aus dem Sand. Der Sandfall des Gussteils ist recht einfach, und die Gussteile fallen beim Umkippen des Sandkastens aus dem losen trockenen Sand heraus. Anschließend werden die Gussteile automatisch vereinzelt, gereinigt, inspiziert und in der Gussbox abtransportiert.

Trockener Sand kann nach dem Abkühlen wiederverwendet werden, andere zusätzliche Verfahren werden selten verwendet. Metallschrott kann eingeschmolzen und in der Produktion verwendet werden.

1.2 Vorteile des Lost Foam Gießverfahrens

Das Lost Foam Gießverfahren hat Vorteile in drei Hauptaspekten: Technologie, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz.

1.2.1 Technische Aspekte

1) Erhöhte Freiheit bei der Modellgestaltung
Es ist möglich, dass das neue Verfahren ein Styling-Design durchführt, und es ist durchaus möglich, dem Modell ab der ersten Stufe einige zusätzliche Funktionen hinzuzufügen. So verfügt beispielsweise der Dieselvorwärmer über ein spezielles Funktionsteil, das anstelle des traditionellen Gießverfahrens im Lost Foam-Gießverfahren hergestellt werden kann.
 
2) Eliminieren Sie den Sandkern, der bei der Herstellung von Gussteilen verwendet wird

3) Viele Gussteile können ohne das Steigrohr zugeführt werden

4) Verbessern Sie die Gussgenauigkeit
Es kann eine komplexe Form und Struktur erhalten und wiederholt hochpräzise Gussteile mit einer Wiederholbarkeit von 100% herstellen, und die Wanddickenabweichung der Gussteile kann zwischen -0.15 bis +0.15 mm kontrolliert werden.

5) Es gibt keinen Grat auf der Gelenkfläche des Modells

6) Es hat den Vorteil, das Gewicht der Gussteile um etwa 1/3 . zu reduzieren

7) Bearbeitungszugabe reduzieren
Das Bearbeitungsaufmaß kann reduziert werden und manche Teile werden eventuell gar nicht bearbeitet. Dies reduziert die Investition in Bearbeitung und Werkzeugmaschinen erheblich (z. B. kann die Investition für verschiedene Situationen um die Hälfte reduziert werden).

8) Im Vergleich zum traditionellen Hohlraumguss wird die Forminvestition reduziert.
 
9) Eliminieren Sie vollständig den traditionellen Prozess des Herabfallens von Sand und des Kerns

Gießen mit verlorenem Schaum
1.2.2 Wirtschaftliche Aspekte

1) Es kann als Ganzes komplexe Gussteile herstellen
In Anlehnung an das neue Prozessdesign kann das Blockmodell zu einem Gesamtmodell verklebt und zu einem komplexen Integralteil gegossen werden. Im Vergleich zu den ursprünglichen Mehrfachguss-Montageteilen (wie Dieselvorwärmer) kann es 1 bis 10 Mal profitieren.

2) Werkstattpersonal reduzieren
Um eine Lost Foam Gießerei aufzubauen, ist die Mitarbeiterzahl geringer als die einer traditionellen Gießerei, daher sollte dieser Faktor berücksichtigt werden.

3) Flexibles Gießverfahren
Die Flexibilität des Gießverfahrens ist sehr wichtig, da mit dem neuen Verfahren gleichzeitig eine Vielzahl ähnlicher oder unterschiedlicher Gussteile in der Küvette hergestellt werden können und das Angusssystem daher sehr flexibel ist. Zusammenfassend können wir sagen, dass jeder Vorteil den wirtschaftlichen Interessen entspricht und gleichzeitig die Arbeitsbedingungen verbessert.

1.2.3 Umweltschutz

Polystyrol und PMMA produzieren bei ihrer Verbrennung Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und andere Kohlenwasserstoffgase, und ihr Gehalt liegt unter den in Europa zugelassenen Standards. Trockensand kann natürlichen Quarzsand verwenden, der zu 100 % recycelbar ist und kein Bindemittel enthält. Die im Modell verwendete Farbe besteht aus einem Bindemittel und anderen dem Wasser zugesetzten Hilfsstoffen, die keine Verschmutzung verursachen.


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