Design des Gießsystems und Ingate-Platzierung beim Guss mit verlorenem Schaum

Design des Gießsystems und Ingate-Platzierung beim Guss mit verlorenem Schaum

1. Gerichtete Erstarrung: Anschnittplatzierung an Hot Spots

Durch das direkte Leiten von geschmolzenem Hochtemperatureisen in dicke heiße Stellen werden in diesen Bereichen erhöhte Temperaturen aufrechterhalten und ein Temperaturgradient erzeugt, bei dem „dünne Abschnitte zuerst erstarren, dicke Abschnitte erstarren zuletzt“. Dies ermöglicht eine effektive Beschickung in Verbindung mit Steigern und ist theoretisch ideal zum Schwundausgleich.

Allerdings: Der Anschnitt sollte niemals direkt in der Mitte des geometrischen Hotspots platziert werden. Stattdessen sollte es im angrenzenden dickwandigen Bereich positioniert werden, damit das Steigrohr die endgültige Beschickung durchführen kann. Durch die Positionierung des Angusses direkt in der Mitte des Hotspots wird die thermische Masse des Hotspots weiter vergrößert, wodurch sich das Risiko einer Schrumpfungsporosität erhöht.

Die Durchführbarkeit dieses Ansatzes hängt natürlich von der spezifischen Struktur des Gussstücks ab. Gussteile weisen in der Praxis häufig komplexe Geometrien und unterschiedliche Wandstärken auf. Daher müssen beim Entwurf des Anschnittsystems die interaktiven Auswirkungen mehrerer Faktoren umfassend berücksichtigt werden.

2. Gleichzeitige Erstarrung: Mehrere verteilte Anschnitte an dünnen Wänden

Durch die Priorisierung des Flusses von geschmolzenem Eisen in dünnwandige Abschnitte erhöht sich deren Temperatur, während dicke Abschnitte naturgemäß eine relativ schnellere Abkühlung erfahren. Dadurch wird der Temperaturgradient über das Gussstück verringert und die gleichzeitige Erstarrung gefördert. Dieser Ansatz reduziert thermische Spannungen, Verformungen und Risse und eignet sich daher für Gussteile mit minimalen Wanddickenschwankungen, die nicht unbedingt eine gerichtete Erstarrung erfordern.

Wichtiger Hinweis: Das Prinzip der gleichzeitigen Erstarrung beim Schaumverlustguss kann nicht direkt vom traditionellen Sandguss übernommen werden; es unterliegt strengen Randbedingungen.

Beim verlorenen Schaumguss füllt das Metall die Form, während sich der Schaum gleichzeitig zersetzt und Wärme absorbiert. Das Füllströmungsfeld verändert direkt das thermische Feld. Zu den unvermeidbaren Einschränkungen zählen außerdem die Anwendung von Unterdruck, die starre, nicht nachgiebige Beschaffenheit von ungebundenem Trockensand und die Flotation von Kohlenstoffrückständen.

2.1 Einschleusungen an Hot Spots: Vor- und Nachteile der Fütterung

Vorteile: In die dicken Abschnitte wird geschmolzenes Hochtemperatureisen eingebracht, wodurch lokal hohe Temperaturen aufrechterhalten und Bedingungen für eine gerichtete Erstarrung geschaffen werden. Das Angusssystem kann als temporärer Zuführkanal fungieren.

2.2. Spezifische Risiken beim Gießen mit verlorenem Schaum:

2.2.1Massive Schaumzersetzung an dicken Stellen absorbiert erhebliche Wärme. Wenn der Füllrhythmus nicht übereinstimmt, kann es sein, dass die Temperatur in den dicken Abschnitten nicht ansteigt, wodurch die Bildung eines effektiven Gradienten verhindert wird. Dadurch wird lediglich der Hotspot vergrößert und die Schrumpfporosität verschlechtert.

2.2.2 Geschmolzenes Eisen, das direkt auf den dickwandigen Schaum trifft, kann die Beschichtung leicht erodieren, was zu Sandeinschlüssen führt.

2.2.3 Sphäroguss erstarrt pastös. Wenn der Anguss zu früh erstarrt und den Zufuhrkanal abschneidet, kommt es auch dann noch zu Schrumpfungsporosität, wenn der Anguss an der heißen Stelle platziert wird.

Praktische Richtlinien: Um eine gerichtete Erstarrung durch Zufuhr in der Nähe des Hot Spots beim Guss mit verlorenem Schaum zu erreichen, priorisieren Sie eine Reihenschaltung von Steigrohr und Anguss (geschmolzenes Eisen fließt durch das Steigrohr, bevor es in den Guss gelangt). Vermeiden Sie die Verwendung eines einzelnen Anschnitts mit großem Querschnitt, der direkt auf den Hotspot gerichtet ist.

3. Mehrere verteilte Anschnitte an dünnen Wänden für gleichzeitige Erstarrung

Vorteile: Die Mehrpunktzuführung aus dünnen Wänden sorgt für ein gleichmäßiges Gesamttemperaturfeld und minimiert Temperaturunterschiede, thermische Spannungen und Verformungen. Es eignet sich hervorragend für Graugussteile mit relativ gleichmäßigen Wandstärken.

Spezifische Risiken beim Gießen mit verlorenem Schaum:

3.1Wenn die Zufuhr an dünnen Wänden erfolgt und die Eisenschmelze in Richtung der dicken heißen Stelle fließt, erstarrt der dicke Abschnitt oft zuletzt. In den Endbereichen sammeln sich Schaumzersetzungsrückstände und geschmolzenes Eisen bei niedriger Temperatur an. Der Hot Spot erhält weder Hochtemperatureisen noch eine ordnungsgemäße Zufuhr, was zu einer Kombination aus Schrumpfporosität und Kohlenstoffeinschlüssen/-falten führt.

3.2Kontinuierliches Spülen der Beschichtung an dünnwandigen Stellen kann diese leicht beschädigen und zu Sandeinschlüssen führen.

4. Grundsätze zur Bestimmung der Eingussplatzierung beim Guss mit verlorenem Schaum

4.1 Streben nach gerichteter Erstarrung (dicke Gussteile aus duktilem Gusseisen, strenge Anforderungen an die Schwindungsfreiheit)

Theorie: Flüssiges Eisen in der Nähe von dicken Abschnitten/heißen Stellen einbringen.

4.2Praktische Umsetzung:

4.2.1Positionieren Sie die Anschnitte im dickwandigen Bereich neben dem Hotspot. Platzieren Sie sie nicht direkt in der Mitte des geometrischen Hotspots.

4.2.2 Leiten Sie geschmolzenes Eisen vorrangig durch das Steigrohr, bevor es in den Guss gelangt.

4.2.3Geben Sie bei hohen Gussstücken der Bodenanguss und der Stufenfüllung den Vorrang. Dadurch wird eine Metallfüllung von unten nach oben gewährleistet, sodass Kohlenstoffrückstände und Gase in die Steigleitung oder Schlackenfallen aufsteigen können.

4.2.4 Vermeiden Sie unbedingt einzelne, übergroße Anschnitte. Verwenden Sie mehrere verteilte Anschnitte, um lokale Überhitzung und Erosion zu reduzieren.

Hot Spots müssen mit Risern oder Chills kombiniert werden. Es reicht nicht aus, sich ausschließlich auf die Anschnittplatzierung an der heißen Stelle zu verlassen, um die Schrumpfung im Sphäroguss zu verhindern.

4.2.5.Anstreben einer gleichzeitigen Erstarrung (gleichmäßige Wandstärke, Priorität der Spannungs-/Verformungskontrolle, geringe lokale Schrumpfung akzeptabel)

4.3.Theorie: Mehrpunkt-Dispersionseinspeisung bei dünnen Wänden.

Verteilen Sie mehrere Anschnitte mit kleinem Querschnitt auf dünnwandige Bereiche, um den Füllweg zu verkürzen.

Dicke heiße Stellen an den anderen Enden des Gussteils müssen mit Kühlstellen kombiniert werden, um die Abkühlung zu beschleunigen und der Ansammlung von kalter Schlacke aus der Endfüllung entgegenzuwirken.

Erzwingen Sie bei Gussteilen mit drastischen Dickenschwankungen keine reine gleichzeitige Erstarrung, da dies zu unkontrollierbaren Defekten an den dicken Hotspots führt.

4.4. Universelle harte Einschränkungen für alle Bedingungen (spezifisch für Schaumverlust, ersetzende Erstarrungstheorie)

Anschnitte dürfen niemals auf die scharfen Ecken dünner Schaumstoffwände stoßen, um ein Zusammenfallen der Beschichtung zu verhindern.

Anschnitte sollten vorzugsweise auf bearbeiteten Oberflächen platziert werden. Platzieren Sie die Anschnitte niemals auf Dichtungs-, Pass- oder Gewindeflächen.

Das Füllströmungsfeld muss dafür sorgen, dass Zersetzungsrückstände zum höchsten Punkt des Gussstücks wandern und an diesen hohen Punkten Schlackenfallen angebracht werden. Auch wenn die Hot-Spot-Einspeisung theoretisch geeignet ist, muss von diesem Plan abgewichen werden, wenn dadurch Schlacke im Gusskörper eingeschlossen wird.

Der Anschnittquerschnitt darf weder zu klein sein (um eine vorzeitige Erstarrung während der Einspeisephase zu verhindern, die den Einspeisekanal verstopft), noch zu groß (um lokale Überhitzungen zu vermeiden).

5.Zusammenfassung

Die gerichtete Erstarrung profitiert von der Anschnittplatzierung in der Nähe von Hotspots, um die Zuführung zu erleichtern, während die gleichzeitige Erstarrung auf einer Mehrpunktzuführung an dünnen Wänden beruht, um thermische Gradienten und Spannungen zu minimieren.

Allerdings kann das Gießen mit verlorenem Schaum Sandgussverfahren nicht mechanisch nachbilden. Durch die Platzierung eines Angusses direkt an einer heißen Stelle wird die Schrumpfung nicht automatisch beseitigt, und die Zuführung bei dünnen Wänden garantiert nicht zwangsläufig eine gleichzeitige Verfestigung. Ingenieure müssen umfassende Kompromisse eingehen, die das Füllströmungsfeld, die Schaumzersetzung und Schlackenabsaugung, den Unterdruck und die Integration von Steig- und Kühlsystemen berücksichtigen. In vielen Szenarien ist eine kompromittierte, ausgewogene Lösung erforderlich.