Shell Molding: Funktionsweise und Anwendungen
Wenn Sie mit Metallguss arbeiten, wissen Sie, wie wichtig es ist, glatte, präzise Teile zu erhalten und gleichzeitig die Produktion effizient zu gestalten. Das Schalengießen ist eine Methode, mit der eine hohe Genauigkeit und Konsistenz in der Fertigung erreicht werden kann.
In diesem Leitfaden erfahren Sie, was Shell Molding ist, wie es funktioniert, welche Anwendungen es gibt und vieles mehr.
Was ist Shell Molding?
Das Muschelgießen ist ein Gießverfahren, bei dem eine dünne Schale aus gehärtetem Sand die Form bildet.
Im Gegensatz zum traditionellen Sandguss, bei dem die Form vollständig aus gepresstem Sand besteht, wird beim Muschelgießen eine harzbeschichtete Sandmischung verwendet, die eine glattere und präzisere Form ergibt. Das Ergebnis sind Gussteile mit besserer Oberflächengüte und engeren Toleranzen.
Die Rolle von Shell Molding in der Fertigung
Mit dem Muschelgießen können Sie Metallteile herstellen, die präziser und glatter sind als beim herkömmlichen Sandguss. Dieses Verfahren ermöglicht eine schnelle Produktion mit weniger manueller Arbeit.
Wenn Sie hochpräzise Teile benötigen, wie z. B. Nockenwellen, ist das Maskengießen die bessere Wahl, da Sandguss nicht genau genug ist.
Vor- und Nachteile von Shell Molding
Wenn Sie das Gießen der Schalen automatisieren, können Sie Geld bei den Arbeitskosten sparen. Weitere Vorteile sind:
- Glatte Oberflächen und exakte Formen für weniger Nacharbeit.
- Der Harzbinder verbrennt während des Gießens, so dass das fertige Teil leicht zu entfernen ist.
- Eignet sich gut für die Herstellung komplexer Formen.
- Sie können das Sand-Harz-Gemisch wiederverwenden.
- Die verwendeten Werkzeuge sind kostengünstig, und die Produktion kann schnell anlaufen.
- Sie können dieses Verfahren sowohl für Eisen- als auch für Nichteisenmetalle anwenden.
Damit der Gießprozess gut funktioniert, braucht man oft spezielle Anschnittsysteme, die aber viel kosten und zusätzlichen Abfall verursachen. Andere Nachteile sind:
- Das verwendete Phenolharz ist teuer, obwohl nur eine kleine Menge benötigt wird.
- Die Ausrüstung kostet viel im Voraus.
- Das fertige Teil kann winzige Lufteinschlüsse oder Schrumpfungen aufweisen.
- Selbst bei einer glatten Oberfläche kann es sein, dass einige Teile noch nachbearbeitet werden müssen.
- Wenn Sie den Prozess nicht automatisieren, kann er viel manuelle Arbeit erfordern.
Wie funktioniert das Shell Molding?
Zunächst wird die Form hergestellt, indem ein erhitztes Modell mit einer Sand-Harz-Mischung bedeckt wird. Diese härtet zu einer Schale aus. Die Form hat normalerweise zwei Hälften.
Nach dem Entfernen des Prozesses werden die beiden Hälften zusammengeklemmt und geschmolzenes Metall hineingegossen. Nachdem das Metall abgekühlt und ausgehärtet ist, bricht man die Form auf und entnimmt das fertige Teil.
Schritt-für-Schritt-Verfahren des Shell Molding
Das Formen der Schalen erfolgt in sechs Hauptschritten:
1. Das Muster erstellen
Zunächst müssen Sie ein Metallmodell anfertigen, das der Form des endgültigen Teils entspricht. Dieses Modell wird normalerweise aus Stahl oder Eisen hergestellt.
Wenn Sie mit reaktiven Metallen arbeiten, müssen Sie möglicherweise stattdessen Graphit verwenden. Jedes Modell entspricht in der Regel einer Hälfte des Teils, sodass Sie zwei Modelle benötigen, um eine vollständige Form zu erstellen.
2. Die Form herstellen
Sie können dasselbe Modell wiederverwenden, um mehrere Gussformen herzustellen. Beschichten Sie das Modell zunächst mit einem Gleitmittel, z. B. Kalziumstearat. Erhitzen Sie es dann auf 175-370°C (350-700°F).
Legen Sie dann das Muster über einen mit einer Mischung aus Sand und Harz gefüllten Kasten. Drehen Sie den Kasten um, damit der Sand und das Harz an der erhitzten Vorlage haften bleiben und eine Schale bilden. Durch die Hitze härtet das Harz aus und die Schale wird hart.
3. Zusammenbau der Form
Sobald die Schale abgekühlt ist, wird sie aus der Form genommen. Dann fügen Sie die beiden Hälften der Schalenform in einem Behälter, dem sogenannten Kolben, zusammen.
Um die Form stabil zu halten, füllen Sie den Raum zwischen der Schale und den Kolbenwänden mit einer Metallkugel. Klemmen Sie die Formhälften fest zusammen, um Undichtigkeiten zu vermeiden.
4. Gießen Sie das geschmolzene Metall
Gießen Sie nun das geschmolzene Metall in die Form. Dies kann manuell oder mit einer automatischen Gießmaschine geschehen.
5. Das Metall abkühlen lassen
Das geschmolzene Metall braucht Zeit zum Abkühlen und Erstarren. Lassen Sie es auf natürliche Weise bei Raumtemperatur abkühlen - die Verwendung von flüssigen Kühlmitteln oder erzwungener Kühlung kann die Struktur und die Eigenschaften des Metalls verändern.
Die genaue Abkühlzeit hängt von der Art und Größe des Metallteils ab.
6. Entfernen Sie das Gussteil
Sobald das Metall vollständig abgekühlt ist, nehmen Sie das Gussteil aus der Form. Sie können dies tun, indem Sie die beiden Formhälften trennen oder die Form auseinanderbrechen.
Wenn das Modell vor dem Gießen ordnungsgemäß geschmiert wurde, lässt sich das Formmaterial leicht ablösen.
Welche Metalle werden beim Shell Molding verwendet?
Für das Muschelgießen können viele Arten von Metallen verwendet werden, von denen im Folgenden einige der gängigsten genannt werden.
Aluminium-Legierung
Aluminium-Legierungen wie ASTM A356, ASTM A413 und ASTM 360 werden verwendet, wenn leichte Materialien anstelle von schwerem Stahl benötigt werden. Aluminium leitet auch Wärme und Strom gut.
Allerdings ist es nicht so stabil wie Stahl, und bei seiner Herstellung entstehen mehr Treibhausgase, so dass es weniger umweltfreundlich ist.
Rostfreier Stahl
Nichtrostender Stahl enthält mindestens 10,5% Chrom und ist daher sehr widerstandsfähig gegen Rost und Korrosion. Es gibt ihn in verschiedenen Ausführungen, darunter ferritischer, martensitischer, austenitischer, ausscheidungsgehärteter und Duplex-Edelstahl.
Edelstahl ist zwar weniger haltbar, aber spröder und hat eine geringere Zugfestigkeit als Kohlenstoffstahl.
Kupfer
Kupfer ist ein weiches, leichtes Metall, das sich durch gute Leitfähigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Die meisten Kupferlegierungen eignen sich gut für das Muschelgießen, außer Messing.
Der Nachteil ist, dass Kupferlegierungen teuer sein können und nicht so stabil wie Stahl sind.
Baustahl
Baustahl ist ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der stabil, preiswert und leicht zu verarbeiten ist. Er wird in der Regel zum Formen von Schalen verwendet, da er dehnbar, schweißbar und stoßfest ist.
Es rostet jedoch leicht, wenn es nicht durch Beschichtungen oder Behandlungen geschützt wird.
Legierter Stahl
Legierter Stahl enthält verschiedene Metalle zur Verbesserung der Festigkeit, Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit. Zu den gängigen Güten, die beim Muschelgießen verwendet werden, gehören 20Mn, 45Mn, 40Cr, 42CrMo und 20CrNiMo.
Jede Legierung hat unterschiedliche Eigenschaften, so dass Sie eine nach Kosten, Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit auswählen können.
Gusseisen
Früher war Gusseisen wegen seiner starken Eigenschaften das am häufigsten verwendete Metall für Gussstücke. Auch heute noch wird es in vielen Industriezweigen verwendet.
Beliebte Gusseisensorten für das Formen von Schalen sind Grauguss, Sphäroguss, weißes Gusseisen, Temperguss und legiertes Gusseisen.
Shell Molding im Vergleich zu anderen Gussverfahren
Das Schalengießen ist nur eine Art des Gießens. Hier sehen Sie, wie sich das Muschelgießen von anderen Arten unterscheidet:
Shell Molding vs. Druckguss
Sowohl beim Druckguss als auch beim Maskenformverfahren werden Metallteile hergestellt, aber die Formen sind sehr unterschiedlich. Beim Druckguss wird eine dauerhafte Metallform, auch Matrize genannt, verwendet, in die unter hohem Druck geschmolzenes Metall eingespritzt wird.
Beim Muschelgießen hingegen wird eine Einwegform aus Sand und Harz verwendet, und die Präzision hängt von der Stärke der Form ab, nicht vom Druck. Druckguss ist ein viel schnelleres Verfahren, das aber nur für Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und Teile mit einfachen Formen geeignet ist.
Shell Molding vs. Spritzgießen
Das Spritzgießen ist ein weiteres präzises Formgebungsverfahren, das jedoch für Kunststoffe und nicht für Metalle verwendet wird. Beim Spritzgießen wird geschmolzener Kunststoff unter hohem Druck in eine feste Metallform gepresst.
Beim Muschelgießen hingegen wird geschmolzenes Metall in eine temporäre Sandform gegossen. Der größte Unterschied zwischen den beiden Verfahren ist das Material: Shell Molding eignet sich für Metalle, Spritzgießen dagegen für Kunststoffe.
Shell Molding vs. Feinguss
Der Feinguss funktioniert anders als das Muschelgießen. Es beginnt mit einem Wachsmodell, das mit Keramik beschichtet wird, um die Form zu schaffen. Das Wachs wird dann weggeschmolzen, so dass ein Hohlraum für das geschmolzene Metall entsteht.
Beim Muschelgießen hingegen wird kein Wachs verwendet. Stattdessen wird eine Form direkt aus einem Metallmodell und Sand geformt. Beim Feinguss wird die glatteste Oberfläche erzielt, die manchmal bis zu 1,3 Mikrometer fein ist, aber es ist ein komplexeres und teureres Verfahren als das Muschelgießen.
Anwendungen des Maskenformgießens
Im Folgenden werden einige gängige Anwendungen des Muschelgießens in verschiedenen Branchen aufgeführt:
Automobilindustrie: Wird zur Herstellung von Motorblöcken, Zylinderköpfen, Nockenwellen, Kurbelwellen und Getriebegehäusen verwendet.
Luft- und Raumfahrt: Üblich bei Turbinenschaufeln und Getriebegehäusen.
Industrielle Maschinen: Wird für Zahnräder, Ventile, Pumpengehäuse und Hebelarme verwendet.
Elektrische Ausrüstung: Hilft bei der Herstellung von Gehäusen und Komponenten für elektrische Systeme.
Öl und Gas: Wird für Ventilgehäuse und kundenspezifische Präzisionskomponenten verwendet.
Wie viel kostet Shell Molding?
Das Schalengießen kostet normalerweise zwischen $0,25 und $0,30 pro Kilogramm. Es ist teurer als normaler Sandguss, weil der harzgetränkte Sand mehr kostet als gewöhnlicher Gusssand.
Außerdem werden zusätzliche Anlagen zum Erhitzen und Aushärten des Harz-Sand-Gemischs benötigt, was die Gesamtkosten der Produktion erhöht. Bei kleinen Produktionsserien ist das Maskengießen in der Regel billiger als das Druckgießen, da es eine einfachere Form aus Sand und Harz verwendet.
Allerdings ist das Maskengießen bei der Herstellung einer großen Anzahl von Teilen teurer als das Druckgießen, da für jede Charge neuer Sand und neues Harz benötigt werden.
Wie ist die Qualität der Shell Molding Produkte?
Im Vergleich zu anderen Gießverfahren ermöglicht das Maskengießen hochwertige Oberflächen und präzise Abmessungen. Die glatte Oberfläche von schalengeformten Produkten verringert Mängel wie Risse und Korrosion.
Die Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit von schalengeformten Produkten hängt hauptsächlich von der Art des verwendeten Metalls ab.
Schlussfolgerung
Das Maskengießen ist ein zuverlässiges Gießverfahren, das hohe Präzision, glatte Oberflächen und eine effiziente Produktion für ein breites Spektrum von Metallteilen bietet.
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