Sorelmetal - Vorteile des Gießens

Die Vorteile des Gießens

Das Gießverfahren wird seit über 5000 Jahren sowohl für die Herstellung von Kunst- als auch Gebrauchsgegenständen angewandt, die die verschiedensten Aktivitäten der Menschen entscheidend beeinflussen. Warum spielt das Gießen eine so große Rolle für so viele unterschiedliche Bereiche des menschlichen Lebens? Dem Künstler bietet das Gießen nicht nur eine Ausdrucksmöglichkeit ohne verfahrensbedingte gestalterische Grenzen bei der Formgebung, sondern er kann damit auch jedes Detail seines Kunstwerks, sei es noch so kompliziert, wirklichkeitsgetreu wiedergeben. Die Konstrukteure nutzen eben diese Gestaltungsfreiheit und detailgerechte Wiedergabemöglichkeit für die Erreichung des wesentlichen Ziels industrieller Formgestaltung, die Anpassung der Form eines Bauteiles an seine Funktion, um dessen Leistungsfähigkeit zu optimieren. Neben der Gestaltungsfreiheit bietet das Gießen weitere wichtige Vorteile bezüglich der Kosten, der Werkstoffauswahl und der Leistung.

Gestalterische Flexibilität

Die Gestaltungsfreiheit beim Gießen ist wesentlich größer als die bei jedem anderen Verfahren zur Herstellung technischer Bauteile. Diese Flexibilität ermöglicht dem Konstrukteur die Anpassung der Form eines Bauteils an seine Funktion. Zur Erhöhung der Belastbarkeit einzelner Bereiche kann mehr Material zugegeben und an wenig beanspruchten Stellen kann es reduziert werden, um das Gewicht des Bauteils zu verringern. Querschnittsänderungen können stromlinienförmig gestaltet werden, um Spannungskonzentrationen zu mindern. Und was resultiert daraus? Durch die Leistungssteigerung bei gleichem Material- und Energieverbrauch werden sowohl die Herstellungs- als auch die Nutzungskosten der Bauteile reduziert.

Heute können die Konstrukteure viel schneller und zielgerichteter Gestalt und Leistungsfähigkeit von Gussteilen optimieren. Die jüngsten Entwicklungen auf dem Gebiet von CAD/CAM, das Vollformgießen und die Finite-Elemente-Analyse-Techniken (FEA-Techniken) erlauben eine hochgenaue Bestimmung der Spannungsverteilung und Bauteilverzerrung unter simulierten Arbeitsbedingungen. Neben den verbesserten Möglichkeiten funktionsgerechter Gestaltung haben die analytischen Möglichkeiten von CAD/CAM die Gießereiingenieure in die Lage versetzt, durch die Optimierung des Erstarrungsverhaltens die Gussteilintegrität zu maximieren und die Herstellungskosten zu verringern.

Senkung der Kosten

Gegenüber Konstruktionsbau- und Schmiedeteilen bietet das Gießen große Kostenvorteile, und dies über einen weiten Bereich von Losgrößen, Bauteilgrößen und unterschiedlicher konstruktiver Komplexität hinweg. Die Mechanisierung und Automatisierung der Gießprozesse haben die Herstellungskosten für großvolumige Gussstücke erheblich reduziert. Außerdem haben neue und innovative Technologien wie das Lostfoam-Verfahren oder das Rapid Prototyping sowohl die Entwicklungszeiten als auch die Kosten für den Prototypen- und Kleinserienguss drastisch verringert. Da FEA-Techniken immer häufiger zur Anwendung kommen, wird die Bedeutung von Prototypen, die oft Konstruktionsbauteile sind, die der endgültigen Gestalt des Bauteils nur angenähert sind, abnehmen. Mehr und mehr werden neue Bauteile aus dem Konstruktionsstadium direkt in die Gussfertigung übergehen.

Comparaison Table Between manufacturing Cost per Shape Complexity

Da die Größe und Komplexität von Bauteilen zunimmt, können die Kosten je produzierter Gewichtseinheit der Konstruktionsbauteile stark steigen, währenddessen die Kosten für das Gießen aufgrund verbesserter Gießbarkeit und größerer Ausbringung sinken. Endabmessungsnahes Gießen und Gussoberflächen mit Rauhigkeitstiefen von wenigen tausendstel bis hundertstel Millimetern minimieren die Produktionskosten durch die Verringerung bzw. das gänzliche Entfallen von Bearbeitungsschritten.

Der Austausch eines mehrteiligen, geschweißten und/oder anders zusammengebauten Konstruktionsbauteils durch ein Gussteil bietet erhebliche Einsparungen bei den Herstellungskosten. Die Lagerkosten verringern sich. Die für den Zusammenbau der Einzelteile notwendige Feinbearbeitung entfällt. Montagefehler können nicht auftreten und die Konstruktions-, Überwachungs- und Verwaltungskosten, die mit der Montage von mehrteiligen Bauteilen stark gesenkt. Eine kürzlich durchgeführte Studie des National Center for Manufacturing Sciences (NCMS) ergab, dass bei verschiedenen Maschinenbauanwendungen der Ersatz von Konstruktionsbauteilen durch Gussteile aus Gusseisen mit Kugelgraphit Kosteneinsparungen von 39-50% ergeben könnten. Als Kommentar zu dieser Studie sagt Gary Lunger, Präsident der Erie Press Inc.: "Wir stellen große Pressen her und haben ziemlich genaue Vorgaben dazu, was in die Pressen eingebaut werden soll. Wir konnten durch Einsatz von Gusseisen mit Kugelgraphit als Substitutionswerkstoff, vorrangig bei der Herstellung von Zylindern und anderen Teilen, deutliche Kosteneinsparungen gegenüber Guss- und Konstruktionsstählen erreichen."

Vorteile des Werkstoffes

Gussteile bieten gegenüber Schmiedeteilen Vorteile bei der Isotropie der Eigenschaften und gegenüber Konstruktionsbauteilen sowohl bei der Isotropie und der Homogenität. Durch den Umformprozess, wie er bei der Herstellung von Schmiedestücken und Blechen für Konstruktionswerkstoffe angewandt wird, werden Schichten im Werkstoff erzeugt, welche eine erhebliche Verschlechterung der Eigenschaftswerte quer zu den Schichten bewirken. Bei Konstruktionsbauteilen wird die komplexe Gestalt normalerweise durch Aneinanderschweißen von Blechen oder anderen bearbeiteten Teilen erreicht. Diese Herstellungsmethode kann die Leistungsfähigkeit des Bauteils in zweierlei Hinsicht beeinträchtigen. Zum einen werden durch die Materialgestaltsbegrenzungen scharfe Ecken bzw. Werkstückübergänge erzeugt, was Spannungshäufungen an diesen Stellen zur Folge hat. Zum anderen sind diese Stellen häufig Schweißstellen mit den dadurch bedingten Schwachstellen- und Spannungssteigerungsdefekten.

Kerbfaktor

Das Bild zeigt das Ergebnis einer Spannungsanalyse bei einem Acryl-Verbundmodell, bei dem der Kerbfaktor an der Schweißstelle entschieden höher ist als bei einem Gussteil, welches so gestaltet ist, dass die Spannungskonzentrationen minimiert werden.

Gusseisen: Die natürliche Zusammensetzung

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