Kokillenguss, auch Schwerkraft-Kokillenguss genannt, ist ein hocheffizientes Metallgussverfahren, bei dem wiederverwendbare Formen – typischerweise aus Stahl oder Gusseisen – verwendet werden, um gleichbleibend hochwertige Metallkomponenten herzustellen. Im Gegensatz zum Sandguss, bei dem Formen nach jedem Gebrauch zerstört werden, bieten Dauerformen Wiederholbarkeit, Maßhaltigkeit und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit, ideal für mittlere bis hohe Produktionsmengen.
So funktioniert es:
Geschmolzenes Metall (normalerweise Aluminium, Magnesium oder Kupferlegierungen) wird durch Schwerkraft in eine vorgeheizte Metallform gegossen. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Form verfestigt sich das Metall schnell, was zu feineren Kornstrukturen und verbesserten mechanischen Eigenschaften führt. Nach dem Abkühlen öffnet sich die Form und das erstarrte Teil wird ausgeworfen und ist bereit für die Bearbeitung oder Oberflächenveredelung.
Dieses Verfahren wird häufig in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Maschinenbau eingesetzt, wo Komponenten Festigkeit, Maßhaltigkeit und Kosteneffizienz im Laufe der Zeit erfordern.
Hauptvorteile des Kokillengusses:
Erhöhte mechanische Festigkeit durch schnelle Abkühlung.
Hervorragende Maßgenauigkeit bei minimalem Bearbeitungsaufwand.
Hervorragende Oberflächenbeschaffenheit, geeignet für dekorative oder strukturelle Anwendungen.
Lange Formlebensdauer ermöglicht eine hohe Produktionseffizienz.
Reduzierter Materialabfall im Vergleich zu Verfahren mit Einwegformen.
Der Prozess kann auch mit erweitert werdendruckunterstützter KokillengussoderKippgießtechniken, die den Metallfluss weiter verbessern, die Porosität minimieren und die Produktkonsistenz erhöhen.
Der Dauerformguss bietet Flexibilität über ein breites Spektrum an Legierungen, Geometrien und Produktionsmaßstäben. Die folgende Tabelle hebt die hervorHauptparameter und Spezifikationendie die Prozessleistung definieren:
| Parameter | Spezifikationsbereich/Beschreibung |
|---|---|
| Formmaterial | Edelstahl oder Gusseisen (H13, Grauguss) |
| Schimmelleben | 10.000 – 120.000 Zyklen (je nach Legierung und Wartung) |
| Gießtemperatur | 650°C – 800°C (für Aluminiumlegierungen) |
| Abkühlzeit | 30 – 180 Sekunden (gesteuert durch Formtemperatur und Gussvolumen) |
| Wurfgewicht | Von 0,1 kg bis über 50 kg pro Bauteil |
| Maßtoleranz | ±0,1 mm bis ±0,3 mm |
| Oberflächenbeschaffenheit (Ra) | 1,6 µm - 3,2 µm |
| Verwendete Legierungen | Aluminium (A356, A380), Magnesium, Kupfer, Zink |
| Produktionsrate | 10 – 30 Gussteile pro Stunde |
Verfügbare Sekundärprozesse:
Wärmebehandlung (T5, T6) zur Festigkeitsoptimierung
CNC-Bearbeitung für Merkmale mit engen Toleranzen
Strahlen oder Eloxieren für ästhetische Oberflächen
Zerstörungsfreie Prüfung (Röntgen, Farbeindringverfahren) zur Qualitätssicherung
Die Stärke des Permanentformgusses liegt in der Kombination aus Wiederholbarkeit und Präzision. Im Gegensatz zum Sandguss, der häufig zu variablen Toleranzen führt, können mit Dauerformen endkonturnahe Produkte mit minimalem Nachbearbeitungsaufwand hergestellt werden. Diese Effizienz führt zu geringeren Kosten und kürzeren Durchlaufzeiten und macht es zu einer beliebten Wahl für mittlere bis große Fertigungsbetriebe.
1. Automobilkomponenten
Kokillenguss wird im Automobilsektor häufig zur Herstellung von Motorblöcken, Kolben, Zylinderköpfen und Aufhängungskomponenten eingesetzt. Diese Teile erfordern sowohl leichte Eigenschaften als auch mechanische Integrität. Der kontrollierte Erstarrungsprozess sorgt für eine gleichmäßige Kornstruktur und minimiert interne Defekte wie Porosität und Schrumpfung.
2. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
In der Luft- und Raumfahrt ist eine Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Festigkeit von entscheidender Bedeutung. Durch Dauerformen gegossene Aluminium- und Magnesiumlegierungen bieten das ideale Gleichgewicht zwischen Dichte und Zugfestigkeit. Komponenten wie Halterungen, Gehäuse und Getriebegehäuse profitieren von einer hervorragenden Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
3. Schiffs- und Industriemaschinen
Aufgrund ihrer Maßhaltigkeit und glatten Oberflächenbeschaffenheit werden Dauergussteile bevorzugt für Propeller, Pumpengehäuse und Kompressorteile verwendet. Die verbesserte metallurgische Struktur bietet außerdem eine bessere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Sandguss-Alternativen.
4. Elektrische und elektronische Komponenten
Kupferlegierungen mit hoher Leitfähigkeit können mithilfe von Dauerformen effektiv gegossen werden, um Rotoren, Steckverbinder und Elektrogehäuse mit präzisen Toleranzen und konsistenten elektrischen Eigenschaften herzustellen.
Vergleich mit anderen Gussmethoden:
| Verfahren | Werkzeugkosten | Maßgenauigkeit | Oberflächenbeschaffenheit | Eignung des Produktionsvolumens | Typische Legierungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Sandguss | Niedrig | Mäßig | Rauh | Niedrig – Mittel | Eisen, Stahl, Aluminium |
| Kokillenguss | Medium | Hoch | Glatt | Mittel – Hoch | Aluminium, Kupfer, Magnesium |
| Druckguss (Hochdruck) | Hoch | Sehr hoch | Exzellent | Hoch – Sehr hoch | Aluminium, Zink |
Während Druckguss eine höhere Automatisierung und noch schnellere Zyklen bietet, bietet Kokillenguss ein perfektes Gleichgewicht zwischen Werkzeuginvestitionen und Produktleistung. Aufgrund der reduzierten Porosität und überlegenen Festigkeit eignet es sich für Teile, die einer Wärmebehandlung oder maschinellen Bearbeitung unterzogen werden.
F1: Wie verbessert der Dauerformguss die Produktqualität im Vergleich zum Sandguss?
A1: Der Dauerformguss verbessert die Produktqualität durch eine schnellere Erstarrung, was zu einer feineren und dichteren Kornstruktur führt. Dadurch werden mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Duktilität verbessert. Die wiederverwendbare Stahlform gewährleistet einheitliche Abmessungen, glatte Oberflächen und minimale Fehler wie Porosität oder Einschlüsse, die beim Sandguss häufig auftreten.
F2: Wie wählt man die richtige Legierung für Anwendungen im Dauerformguss aus?
A2: Die Auswahl der Legierung hängt von Leistungsanforderungen wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit ab. Für leichte Strukturteile sind Aluminiumlegierungen (A356, A380) ideal. Für eine hohe elektrische Leitfähigkeit werden Kupferlegierungen verwendet. Wenn Hitzebeständigkeit oder Steifigkeit erforderlich sind, können Magnesiumlegierungen bevorzugt werden. Jede Legierung muss außerdem auf das richtige Formdesign und die richtige Temperaturkontrolle abgestimmt sein, um Fluss und Erstarrung zu optimieren.
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