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LEHRSTUHL FÜR FERTIGUNGSTECHNOLOGIE FRIEDRICH-ALEXANDER-UNIVERSITÄT ERLANGEN-NÜRNBERG Prof. Dr.-Ing. habil. Marion Merklein

Tutorium Produktionstechnik I

Urformen - Gießen 1. Gießen a) Was ist die Definition von Gießen? b) Nenne drei wesentliche Vorteile des Gießens. a) Unter Gießen versteht man das Füllen einer Form mit schmelzflüssigem Metall und die Erstarrung des Gussstücks in der durch die Form vorgegebenen Geometrie. Hinweis: „Metall“ steht in der Vorlesung, Kunststoff wird aber auch gegossen, s. a. Spritzguss. b) -

Formgebung in einem Schritt

-

Hohe Gestaltungsfreiheit Große Werkstoffvielfalt

-

Gießverfahren für fast alle Anwendungsfälle

Präsentation Folie 13 / Skript Foliennummer 13

PT1-Tutorium: Casting

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2.

Erstarrung

Die resultierende Erstarrungsmorphologie hängt sowohl vom Temperaturgradienten als auch von der Erstarrungsgeschwindigkeit ab. a) Skizzieren Sie den Drei-Zonen-Aufbau eines Gussgefüges (Grauguss). b) Benennen Sie die drei Zonen in Ihrer Zeichnung. c) In welcher Reihenfolge entstehen die drei unterschiedlichen Gefüge? Beschreiben Sie den Erstarrungsprozess kurz in Stichworten. a)+b)

Drei-Zonen-Aufbau des Gussgefüges

Globulitisches Gefüge

Feinkörnige Randzone

Transkristallisationszone c) 1. Feinkörnige Randzone 2. Transkristallisationszone 3. Globulitisches Gefüge Feinkörnige Randstruktur kühlt durch Werkzeugkontakt schnell ab. Erleichtere heterogene Keimbildung an der Formwand, viele Keime  feines Gefüge Entlang der Abkühlung wachsen die Kristalle gröber und stengelförmig von außen nach innen (Transkristallisationszone). Verunreinigungen mit höherer Schmelztemperatur reichern sich im Kern an und bewirken dort eine Erhöhung der Keimzahl, was zu einem mehr oder weniger feinkörnigen, globulitischen Gefüge führt. Präsentation Folie 14 / Skript Foliennummer 14

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3. Formtechnische Grundbegriffe Erläutern Sie die folgenden Begriffe aus dem Formenbau in Stichworten: a) Modell 

Abbildung des Gusswerkstücks unter Berücksichtigung des Schwindmaßes und der Bearbeitungszugabe.

 

Dauermodelle und Verlorene Modelle Dauermodelle werden vor dem Gießen aus der Form entnommen und wieder verwendet.



Verlorene Modelle schmelzen oder verdampfen während des Gießens. Für jeden Gießvorgang wird ein Modell benötigt.

b) Form  

Hohlraum zur Aufnahme der Schmelze Dauerformen und Verlorene Formen



Dauerformen können wiederverwendet werden. Sie können nur für das Gießen von Nichteisenmetallen verwendet werden.



Verlorene Formen bestehen aus mineralischen, feuerfesten Formstoffen und Bindemitteln. Sie werden bei der Entnahme zerschlagen.

c) Kern  

Abbildung eines Hohlraumes des Gusswerkstücks Wird vor dem Gießen definiert in die Form eingebracht.

Präsentation Folie 17 / Skript Foliennummer 17 Hinweis: In gleicher Form kann man auch nach der Definition von Verlorenen Formen, Dauerformen, Verlorenen Modellen und Dauermodellen fragen.

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4. Einteilung der Form- und Gießverfahren Fügen Sie die fehlenden Begriffe in die Klassifizierung ein.

Präsentation Folie 19, 22, 26 / Skript Foliennummer 19, 22, 26 (immer gleich)

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5. Gießtechnische Maßnahmen a) Nennen Sie 3 Gießtechnische Maßnahmen. b) Geben Sie an, wofür diese 3 Maßnahmen genutzt werden. a) + b) •

Einflauf: Normalerweise senkrecht angeordnet, Gelegentlich schräg angeordnet, um die Zuflussgeschwindigkeit zu reduzieren. Zuführung der Schmelze in die Form.

•

Zulauf: Abscheiden von Verunreinigungen Oben schwimmende Schlacke soll vom horizontalen Sägezahnlauf aufgehalten werden (auch Schlackenlauf)

•

Auslauf: Verbindung zwischen Einlauf und Formnest Liegt meist tiefer als der Einlauf, damit reines Metall ohne Schlacke zugeführt wird. (Hornauslauf)

•

Steiger: Kanäle, in die überschüssiges Material hochsteigen kann. Reservoir für den Ausgleich des Schwundes und zur Aufnahme von Verunreinigungen

•

(Speiser) Windpfeifen: Ermöglichen den Druckausgleich durch Gasentweichung aus der Form beim Gießen.

Präsentation Folie 18 / Skript Foliennummer 18

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6. Druckguss Nennen Sie vier wesentliche Vorteile des Druckgießens. 

Hoher Druck füllt auch komplexe Geometrien (z. B. dünne Wände).



Hohe Produktivität.



Hohe Maßgenauigkeit.



Hohe Oberflächenqualität ist möglich.



Niedrige Kosten (nur bei hohen Stückzahlen)

Präsentation Folie 27 / Skript Foliennummer 27

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7. Anwendung von Gießprozessen I Füllen Sie die folgende Tabelle aus a) Verfahren

Feinguss

Maschinenformen

Druckguss

Form- und Modellart

Verlorene Form, verlorenes Modell

Verlorene Form mit Dauermodell

Dauerform

Formwerkstoff

Keramik

Gebundener Sand

Werkzeugstahl

Hoch

Niedrig

Sehr hoch

Kleine Serien

Kleine SerienGroße Serien

Große Serien

Mittel

Hoch

Niedrig

Alle Metalle, auch Superlegierungen

Alle Metalle

Al, Mg, Zn, Pb, Sn, Messing

Geometriekomplexität/ Genauigkeit/ Oberflächenqualität: niedrig, hoch, sehr hoch Stückzahl: kleine, mittlere, große Serien

Kosten (bezogen auf hohe Stückzahl!) (niedrig, mittel, hoch)

Werkstückwerkstoff

Präsentation Folien 19 - 30 / Skript Foliennummern 19 - 30

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8. Anwendung von Gießprozessen II Sie stehen vor der Entscheidung, ein Produktionsverfahren für ein Gussbauteil auszuwählen. Vergleichen Sie in diesem Zusammenhang die Unterschiede zwischen Feinguss und Druckguss in Bezug auf Bauteileigenschaften und Gestaltungsfreiheiten. Geben Sie für beide Verfahren die entsprechenden Eigenschaften an. DRUCKGUSS

FEINGUSS

Gute Maßgenauigkeit

x

x

Gute Oberflächenqualität

x

x

Geringe Nacharbeit nötig

x

x

Freie Werkstoffwahl

x

Keine Gratbildung

x

Konturgenaue Formwiedergabe

x

Hohe Gestaltungsfreiheit

x

Realisierbarkeit enger Querschnitte

x

Kurze Taktzeiten

x

Hoher Aufwand bei Werkzeugherstellung

x

Vorformherstellung nötig

x

Entformung nötig

x

Präsentation Folien 22 - 30 / Skript Foliennummern 22 - 30

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9. Anwendung von Gießprozessen III a) Mit welchem Gießverfahren werden die abgebildeten Werkstücke in der industriellen Praxis gefertigt? b) Welche Gründe und Vorteile sprechen für die Anwendung dieses Gießverfahrens? c) Welche Werkstoffe können mit dem genannten Gießprozess verarbeitet werden?

Zylinderkopfgehäuse

a) Druckguss b)  die Druckwirkung, unter der der schmelzflüssi-



ge Werkstoff auch in engste Querschnitte einströmt und an der Formwand aufschlägt, ist maßgebend für die konturengenaue Formwiedergabe Herstellung dünnwandiger, maßgenauer



Gussstücke von hoher Oberflächenqualität Hohe Produktivität

c) metallische Werkstoffe mit niedrigen Schmelzpunkt (Al, Mg, Pb, sowie Zink, Zinn, Messing) (in diesem Fall wegen Leichtbau Aluminium, Magnesium) Al 660 °C, Mg 650 °C, Zink 419°C, 327 °C, Pb 327 °C, Zinn 231 °C, Messing variabel nach ZinkGehalt 680 – 900 °C Präsentation Folien 26, 27 Skript Foliennummern 26, 27

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Turbine

a) Feinguss b) • Ersparnis von Montage- und Fügekosten durch Integralbauweise • •

einteilige Formen -> keine Gratbildung große Maßgenauigkeit (Toleranzbereich 0,3 -

•

0,7 %) hohe Oberflächengüte (Rauhtiefe Rz = 5,9 - 32

µm) c) Alle metallischen Werkstoffe verarbeitbar (hier z.B. Stahl) Stahl 1536 °C, Titan 1668°C Präsentation Folien 23, 25 / Skript Foliennummern 23, 25 Nicht Teil der Übung! Nur zur Motivation erwähnen. Außenspiegelgehäuse (PKW) Spritzguss Alle gängigen Kunststoffe

Zahnräder

Pulvermetallurgie Hartmetalle (Tungsten-Karbide, Kobaltmatrixwerkstoffe), aber auch andere Metalle Die Vorteile der Pulvermetallurgie kommen insbesondere bei Werkstoffen mit hohem Schmelzpunkt (Eisen, Nickel) zum Tragen, da hier das Gießen schwer ist. • •

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Hohe Oberflächengüte Härtegradient von außen nach innen

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10. Gestaltungsrichtlinien für das Gießen a) Nennen Sie drei Gestaltungsrichtlinien für Werkstücke, die durch Gießen hergestellt werden. b) Erklären Sie diese drei Richtlinien in Stichworten. Gestaltungsrichtlinien für das Gießen Erstarrungsgerecht - Materialanhäufungen und Wanddickensprünge vermeiden, um Lunker und Formabweichungen zu verhindern Formgerecht - Unnötige Form- und Kernarbeit vermeiden - Schrägen für das Entformen vorsehen - Hinterschnitte vermeiden - Einfache Formtrennlinien verwenden Bearbeitungsgerecht - Nacharbeit vermeiden - Spannmöglichkeiten vorsehen - Zugänglichkeit für Werkzeuge beachten Beanspruchungsgerecht - Zug-Druckbelastungen durch Erstarrung beachten - Geplanten Einsatz berücksichtigen Präsentation Folien 35, 35 Skript Foliennummern 35, 35

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