Die Herstellung hochpräziser Gussteile, mit erstklassiger Oberflächengüte, erfolgt im Feinguss, auch als Wachsausschmelzverfahren bekannt. Dieses traditionelle Gussverfahren hebt sich besonders durch seine hohe Maßgenauigkeit und seine innovativen, gestalterischen Möglichkeiten hervor. Dort wo Feingusstoleranzen an Grenzen stoßen, sind für eine nachgeschaltete mechanische Bearbeitung nur geringe Materialzugaben erforderlich.
So entstehen im Feingussverfahren unter anderem dünnwandige und blechartige Gussteile von circa 2,00 mm Wandstärke, die weitestgehend nahezu einbaufertig sind und nur gering nachbearbeitet werden müssen. Zeit und Kosten werden gespart. Doch auch dickwandige Bauteile lassen sich nach dem Verfahren herstellen.
Die genaue Definition des Feingussverfahrens lautet: „Die Herstellung von Gussteilen auf Basis verlorener Modelle und Formen.” Die Ursprünge dieses Verfahrens gehen zurück bis circa 3.000 v.Chr., folglich also bis in die Bronzezeit.
Die enorm hohe Werkstoffauswahl macht das Verfahren zusätzlich attraktiv. Im Feinguss entstehen zu 100% recyclefähige Werkstoffe als Endprodukt.
Das Wachsausschmelzverfahren erklärt
Element "In 14 Schritten zum perfekten Gussteil."
Schritt 1
Herstellung der Wachsspritzform
Das Werkzeug (Wachsspritzform) wird angefertigt, um das Wachsmodell des Gussteils gestalten zu können. Es wird zwischen Einfachwerkzeugen und Mehrfachwerkzeugen für Großserien unterschieden. Die Materialien Werkzeugstahl und hochfestes Aluminium kommen bei der Werkzeugfertigung zum Einsatz. Da es hohe Anforderungen an die Wachsspritzform gibt, muss bei der Herstellung sowohl auf die spätere Entformbarkeit, als auch auf die gießtechnischen Grundlagen und Toleranz geachtet werden.
Schritt 2
Wachsmodell herstellen
Um das Wachsmodell zu formen, wird flüssiges Wachs in das Wachsspritzwerkzeug injiziert. Ein exaktes Abbild des späteren Gussteils entsteht. Das Wachsmodell ist dabei um die physikalische Schwindung skaliert und enthält den oder die gießtechnischen Anschnitt/Anschnitte. Bei diesem Schritt ist ganz besonders auf die Temperatur des eingespritzten Wachses als auch auf den Druck des Vorgangs zu achten.
Schritt 3
Wachsmodelle werden zu einer Traube vereint
Mit Fokus auf die Wirtschaftlichkeit werden die einzelnen Wachsmodelle durch kleben oder schweißen vorsichtig zu einer Traube zusammengesetzt. So entstehen die Zufuhren für den späteren Gießvorgang. Eine exakt zusammengeführte Traube und eine präzise Angusstechnik sind entscheidend für das Herstellen exzellenter Feingussteile.
Schritt 4
Mit Keramik ummanteln
Um die Modelle mit Keramik zu ummanteln wird die Traube nun mehrfach in Formstoffschlicker eingetaucht. Im Zusammenspiel mit dem nachfolgenden Besanden und Trocknen bildet sich darauf eine feste keramische Maske.
Schritt 5
Wachs ausschmelzen
Im Dampfautoklaven wird das Wachs mit Wasserdampfdruck aus der keramischen Form ausgeschmolzen. Das Wachsmodell geht verloren. Für eine nachhaltige und optimale Nutzung wird das „verlorene” Wachs recycelt und wieder neu eingesetzt.
Schritt 6
Festigkeit durch Brennen
Die finale Stabilität und Festigkeit erhalten die entstandenen Keramikformen, die zu diesem Zeitpunkt nur eine Grünstandfestigkeit haben, durch einen Brennprozess bei 1.100 bis 1.200°C.
Schritt 7
Jetzt der Feinguss
Im Induktionsofen wird die Stahllegierung erschmolzen. Die Schmelze wird in die heißen Keramikformen, welche eine Temperatur von 900°C bis 1.100°C haben, abgegossen. Es ist besonders darauf zu achten, dass auch feinste Konturen, vollends mit der heißen Metallschmelze befüllt werden. Durch hohe Aufmerksamkeit in punkto Genauigkeit und Temperatur sind Qualität und Werkstoffgüte im Feinguss gewährleistet. Die Gießtemperatur beträgt dabei 1.580°C bis zu 1.680°C.
Schritt 8
Entfernen der Keramikform
Nachdem die Traube mit unseren Modellen abgekühlt und formfest ist, wird nun auch die keramische Maske mit Hilfe von z.B. einem automatisch gesteuerten Druckluftfrequenzhammer oder durch chemische Bäder entfernt. Die Keramikform wird so zur traditionell bekannten „verlorenen Form”.
Schritt 9
Trennung von Traube und Gussteil
Behutsam werden die Gussteile von der Traube getrennt. Auch in diesem Schritt wird darauf geachtet, mögliche Stahlreste aufzufangen, nach Möglichkeit zu recyceln und erneut zum Einsatz zu bringen.
Schritt 10
Keramik Rückstände entfernen
Durch Strahlen z.B. mit Stahlkies und/oder Edelkorund werden auch die letzten Keramik Rückstände am Gußteil entfernt. Schließlich ist eine exzellente Oberfläche im Feinguss von essentieller Wichtigkeit.
Schritt 11
Gussteil veredeln
Die Veredelung des Gussteiles umfasst das Abschleifen der Angussreste, sowie Wärmebehandlungen entsprechend der einzelnen Werkstoffgruppen, als auch finale Oberflächenbearbeitungen.
Schritt 12
Kalibrieren der Gussteile
Bei der Erstarrung der Gussteile kann es durch unterschiedliche Schwindungen der Bauteilegeometrie zu leichten Verzügen im Millimeter Bereich kommen. Diese werden durch einen Kalibrierprozess wieder kompensiert. Hierzu werden für eine hohe Wiederholgenauigkeit genau auf das Bauteil abgestimmte Kalibriervorrichtungen eingesetzt.
Schritt 13
Mechanische Bearbeitung
Wo die allgemeinen Feingusstoleranzen nicht ausreichen, werden in diesem Schritt die gewünschten Toleranzen durch eine mechanische Nachbearbeitung der Gussteile in Teilbereichen eingestellt. Hier werden hochmoderne CNC Drehzentren und Fräszentren mit 3 bis 5 Achsbearbeitung eingesetzt.
Schritt 14
Akkurate Prüfung durch sensible Endkontrolle
Die Endkontrolle umfasst die visuelle Prüfung der Gussoberfläche, sowie der mechanisch nachbearbeiten Flächen. Kritische Maße werden nach ZG-Vorgabe geprüft. Lehren werden nach Absprache oder Vorgabe begutachtet. Je nach besonderer Kundenspezifikation werden die folgenden Punkte durchgeführt: Gesonderte Attestierung der Schmelzanalyse und/oder der mechanischen Kennwerte, Leckage Prüfung, Prüfung der inneren Beschaffenheit als auch die Prüfung der äußeren Beschaffenheit durch das Magnetpulver- oder die Farbeindring-Prüfverfahren.
Vorteile des Wachsausschmelzverfahrens
Einer der Hauptvorteile dieses Wachsausschmelzverfahrens ist die Fähigkeit, komplexe Geometrien und detaillierte Komponenten zu produzieren, die mit herkömmlichen Gießmethoden schwer zu erreichen wären. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Teilen mit sehr glatten Oberflächen und engen Toleranzen, was Nachbearbeitungsschritte reduziert.
Im Wachsausschmelzverfahren werden Wachsmodelle verwendet, die genau die Geometrie des gewünschten Teils widerspiegeln. Diese Flexibilität in der Gestaltung ermöglicht es, auch komplizierte Designs und interne Strukturen ohne zusätzliche Werkzeuge oder Kernstücke zu realisieren. Daher ist der Feinguss besonders wirtschaftlich für kleine bis mittlere Serien und bietet gleichzeitig eine hohe Materialvielfalt, von verschiedenen Stahlsorten bis hin zu hochwertigen Legierungen.
Die Vorteile des Wachsausschmelzverfahrens im Überblick:
Das Wachsausschmelzverfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, die mit anderen Methoden nicht möglich sind.
Es liefert sehr glatte Oberflächen, was eine geringe Nachbearbeitung erfordert.
Das Verfahren ist gut geeignet für die Produktion kleiner bis mittelgroßer Serien.
Es ermöglicht eine hohe Maßgenauigkeit und Detailtreue bei den Gussteilen.
Das Wachsausschmelzverfahren ist vielseitig und kann für eine Vielzahl von Metallen und Legierungen verwendet werden.
Materialien für das Wachsausschmelzverfahren
Im Wachsausschmelzverfahren lassen sich durch die Verwendung diverser Materialien unterschiedliche Härtegrade und Beständigkeiten von Gussstücken erreichen. Entscheidend für das Endprodukt sind die gewählten Legierungen und deren spezifische Eigenschaften. Hierbei kann das Spektrum von weichen, flexiblen Metallen bis hin zu extrem harten und verschleißresistenten Komponenten reichen.
Wichtig ist die präzise Auswahl und Kombination der Werkstoffe, um die geforderten mechanischen Eigenschaften und die Funktionalität der Gussstücke sicherzustellen. Diese Flexibilität macht das Feingussverfahren besonders attraktiv für komplexe Bauteile in vielfältigen Industriezweigen.
Vergleich des Wachsausschmelzverfahrens mit anderen Gießverfahren
Das Wachsausschmelzverfahren zeichnet sich gegenüber anderen Gießmethoden durch besondere Merkmale aus.
- Präzision im Wachsausschmelzverfahren: Dieses Gießverfahren ermöglicht die Herstellung von Teilen mit höchster Präzision und einer erstklassigen Oberflächengüte.
- Komplexität und enge Toleranzen im Wachsausschmelzverfahren: Im Vergleich zu anderen Gießverfahren wie Sand- oder Kokillenverfahren bietet das Wachsausschmelzverfahren die Möglichkeit, komplexe und feingliedrige Teile mit minimalen Toleranzen herzustellen.
- Vielseitigkeit der Metalllegierungen im Wachsausschmelzverfahren: Das Wachsausschmelzverfahren ermöglicht die Verwendung einer breiten Palette von Metalllegierungen, was es zu einer flexiblen Lösung für diverse Anwendungen in verschiedenen Branchen macht.
- Weniger Nachbearbeitung dank Wachsausschmelzverfahren: Die feine Oberflächenqualität und die engen Maßtoleranzen bei dem Wachsausschmelzverfahren führt zu einer reduzierten Notwendigkeit für Nachbearbeitung und verbessert gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften der gegossenen Teile.
