Sandguss

Im Sandguss-Verfahren werden Formen aus Sand hergestellt. Diese Formen werden im Anschluss an den Gießprozess wieder zerstört. Deshalb wird der Sandguss auch in die Gruppe der „verlorenen Formen“ eingestuft.

Beim Sandguss werden vornehmlich Grauguss, Sphäroguss, Stahlguss und Aluminium verarbeitet. Temperguss ist rückläufig.

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Im ersten Schritt wird ein Gussmodell, welches der Kontur des späteren Gussteils ähnelt, hergestellt. Dieses Gussmodell kann, je nach Anzahl der geforderten Abgüsse, aus Holz, Metall oder Kunststoff bestehen.

Bei der Konstruktion des Modells ist aber darauf zu achten, dass beim Abkühlvorgang Schwindungen von bis zu 2,5% auftreten können.

Deshalb ist das Gussmodell etwas größer zu dimensionieren als das spätere Gussteil.

Das Modell wird dazu verwendet, um eine Kontur in Sand abzuformen.
Beispielhaft ist nachfolgend ein möglicher Ablauf für die Herstellung einer Form beschrieben:
Eine Hälfte des Modells wird auf eine Platte gelegt. Dann wird ein Formrahmen beziehungsweise Formkasten, der höher als das Modell ist, ebenfalls auf die Platte gesetzt. Dieser Rahmen wird mit Sand gefüllt und so verdichtet, dass der Sand am Rahmen haften bleibt.

Das Auffüllen und Verdichten mit Sand kann per Hand (Handformguss, eher bei kleineren Serien der Fall) oder maschinell (Maschinenformguss, bei größeren Serien) erfolgen.

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Die zweite Modellhälfte wird nun auf die erste, bereits eingeformte Hälfte gelegt und gegen seitliches Verschieben gesichert. Daraufhin wird wieder ein Formrahmen aufgesetzt, und zwar auf den bereits bestehenden Rahmen mit der eingeformten Modellhälfte. Führungen unterstützen dabei, dass die Formkästen ihre Position beibehalten.

Bevor der zweite Formrahmen nun auch mit Sand gefüllt und verdichtet wird, sind noch Öffnungen für den Einguss und den Steiger mit einzuplanen. Diese Öffnungen können ebenfalls durch bereits vorgeformte Modelle erzeugt werden.

Nach der Verdichtung werden die Formkästen voneinander getrennt und die einzelnen Modellhälften entnommen. Werden die Formhälften nun wieder zusammengesetzt, ist ein Hohlraum mit dem Negativmodell des Gussteils entstanden, in den das Metall beziehungsweise der Gusswerkstoff eingegossen werden kann.

In die Form können bei Bedarf noch Kerne eingelegt werden. Kerne dienen dazu, im Gussteil Hohlräume, Kanäle, Durchbrüche und Hinterschneidungen zu erzeugen.

Mit Hilfe des Eingusses erfolgt nun die Befüllung der Form mit dem flüssigem Guss-Werkstoff (der Schmelze). Über den Steiger können Gase, die sich noch in der Form befinden, und überschüssiges Material entweichen.

Nach Erstarrung der Schmelze wird die Form zerstört und das Gussteil entnommen. Der Formsand kann zum Großteil wieder aufbereitet und wiederverwendet werden.

Eine Alternative zu dem zuvor genannten Verfahren aus zwei Formkästen ist der Vollformguss. Bei diesem Verfahren wird ein Modell aus Hartschaum erstellt und im Sand „eingeformt“. Das Modell verbleibt in der Form. Es verdampft beim Eingießen der heißen Schmelze.

Dieses Verfahren eignet sich für kleine Losgrößen und für Teile, an die nur geringe Anforderungen bezüglich Oberfläche und Maße gestellt werden.

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Alle Gussteile werden im Anschluss an den Gussprozess „geputzt“. Das bedeutet, dass Sandreste, Speiser und Angüsse, Gießäste und Gießgrate von dem Gussteil entfernt werden.

Meistens werden Gussteile noch mechanische bearbeitet.

Des Weiteren können noch Wärmebehandlungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erfolgen und Beschichtungen, wie zum Beispiel Lackieren oder Verzinken, für eine widerstandsfähigere Oberfläche.

Weitere Unterscheidungskriterien beim Sandguss sind die Art der Formsande beziehungsweise der Binder, die verwendet werden.

Als Grundstoff für Gussformen wird vornehmlich Quarzsand verwendet. Für die besonderen Anforderungen beim Gießen, wie zum Beispiel Wärmebelastung, Gießdruck, einfache / rückstandsfreie Entfernbarkeit, reicht ein reiner Quarzsand aber nicht aus. Deshalb werden dem Sand verschiedene Binder hinzugefügt.

Neben Ton (Bentonit) stehen in der Regel anorganische Binder und organische Binder zur Verfügung.

Unter Verwendung von Bentonit und Wasser als Binder wird das Verfahren auch als Grünsandverfahren oder Nassguss bezeichnet. Es ist das Bindersystem, welches am weitesten verbreitet ist. Die Festigkeit der Form wird dabei maßgeblich vom Bindergehalt und Wassergehalt bestimmt. Ein höherer Bindergehalt, in Wechselbeziehung mit Wasser, erhöht die Qualität der Form. Doch dabei ist stets darauf zu achten, dass steigende Bindergehalte auch die Formkosten erhöhen und auch das Trennen der erstarrten Gussteile vom Formstoff erschweren.

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Zu den anorganischen Bindern zählt zum Beispiel Wasserglas beziehungsweise Natriumsilikat. Es wird durch Zusammenschmelzen von Quarzsand mit Natriumkarbonat erzeugt. Diese Art der Formherstellung galt lange als nicht praktikabel, da es nicht die gewünschten Prozessanforderungen erfüllte, wie zum Beispiel Festigkeitsniveau oder Wiederverwendbarkeit des Sandes.

Durch Anpassung der Formmischung konnten die Parameter aber verbessert werden. Mit dem Wasserglas-Verfahren lassen sich heute sehr gute Oberflächeneigenschaften erzielen, die fast an die Qualität von Feinguss-Bauteilen heranreichen, zu günstigeren Konditionen.

Organische Bindemittel bestehen aus Kohlenstoffverbindungen, zum Beispiel Kunstharzbinder aller Art. Zu den typischen Bindemitteln zählen Furan- beziehungsweise Phenolharz. Der Vorteil dieses Bindersystems ist, dass es mit Hilfe eines Katalysators schnell aushärtet, ohne dass ein zusätzlicher Wärmeeinfluss benötigt wird.

Die einzelnen Bindersysteme unterscheiden sich vornehmlich im Preis und in der Oberflächenqualität der späteren Gussteile.