Die wichtigste Regel für herstellbare Eisengussteile lautet: gleichmäßige Wundstärke . Die meisten Gussfehler – Porosität, Lunker, Risse und Verwerfungen – sind auf abrupte Dickenänderungen zurückzuführen, die zu einer ungleichmäßigen Abkühlung führen. Designer, die die Wandstärkenvariation im Inneren beibehalten 20 % zwischen benachbarten Abschnitten Beseitigen Sie die meisten vermeidbaren Gussprobleme, bevor das Teil überhaupt die Gießerei erreicht.
Über die Wandstärke hinaus wirken sich mehrere andere Designfaktoren direkt darauf aus, ob eine Eisenguss lassen sich zuverlässig, kostengünstig und mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen. Dieser Artikel behandelt jeden von ihnen mit praktischen, umsetzbaren Richtlinien.
Eisen schrumpft ungefähr 1 % bis 2 % an Volumen, während es sich verfestigt. Wenn ein Teil sowohl dicke als auch dünne Abschnitte aufweist, kühlen und schrumpfen die dicken Bereiche später als die dünnen, was zu inneren Spannungen und häufig zur Bildung von Lunkern an den dicken Zonen führt. Als allgemeine Richtlinie gilt, dass die Wandstärke dazwischen liegt 4 mm und 25 mm für die meisten Grau- und Sphärogussteile und vermeiden Sie plötzliche Übergänge zwischen benachbarten Wänden, die größer als 2:1 sind.
Wenn Dickenschwankungen unvermeidbar sind, verwenden Sie konische Übergänge statt scharfer Stufen. Eine allmähliche Verjüngung verteilt den Abkühlungsgradienten über eine längere Strecke und verringert so die Spannungskonzentration, die zur Rissbildung führt.
Scharfe Innenecken wirken als Spannungserhöher und sind eine der Hauptursachen für Heißrisse während der Erstarrung. Als praktische Regel gilt, dass die inneren Kehlradien mindestens betragen sollten 25 % der angrenzenden Wandstärke , mit einem Minimum von 3 mm auch bei dünnen Abschnitten.
Abgerundete Übergänge verbessern auch die Formfüllung, da geschmolzenes Eisen gleichmäßiger um Kurven als um scharfe Winkel fließt, wodurch turbulenzbedingte Defekte reduziert werden.
Der Entformungswinkel ist die leichte Verjüngung, die auf vertikale Flächen angewendet wird, sodass das Muster aus der Sandform entnommen werden kann, ohne den Formhohlraum zu beschädigen. Ohne ausreichende Formschräge müssen Gießereien komplexere Werkzeuge verwenden oder Oberflächendefekte durch Formrisse in Kauf nehmen, was beides zu höheren Kosten führt.
| Oberflächentyp | Empfohlener Entformungswinkel |
|---|---|
| Außenflächen | 1° bis 2° |
| Innenflächen (Kerne) | 2° bis 3° |
| Tiefe oder enge Hohlräume | 3° oder mehr |
Steigrohre fungieren als Reservoir für geschmolzenes Metall, das das Gussstück versorgt, während es beim Abkühlen schrumpft, und so innere Hohlräume verhindern. Konstrukteure sollten die schwersten Abschnitte eines Teils frühzeitig identifizieren, da diese Bereiche – sogenannte Hot Spots – zuletzt erstarren und eine direkte Speiserzufuhr benötigen.
Ein nützliches Gestaltungsprinzip ist gerichtete Erstarrung : Das Teil sollte so konstruiert sein, dass dünnere Abschnitte zuerst erstarren und nach und nach dickere Abschnitte zugeführt werden, wobei sich das Steigrohr am dicksten und zuletzt erstarrenden Punkt befindet. Teile, die ohne diese Progression entworfen wurden, sind weitaus anfälliger für innere Schrumpfporosität, selbst wenn ansonsten die Wandstärkenregeln befolgt werden.
Kerne werden verwendet, um innere Hohlräume, Löcher oder Hinterschnitte zu formen, die die äußere Form allein nicht erzeugen kann. Obwohl jeder Kern für funktionale Merkmale erforderlich ist, erhöht er die Kosten, erhöht die Montagekomplexität und stellt möglicherweise eine Quelle für Maßungenauigkeiten dar, da sich die Kerne beim Gießen leicht verschieben können.
Da sich Eisen beim Abkühlen zusammenzieht, müssen die Muster zum Ausgleich übergroß gebaut werden. Die Standard-Schrumpfzugaben liegen bei ca 1 % für Grauguss and 0,8 % bis 1 % für Sphäroguss Die genauen Werte hängen jedoch von der Teilegeometrie und der Abschnittsdicke ab. Konstrukteure sollten der Modellwerkstatt der Gießerei kritische Toleranzen klar mitteilen, damit die Schrumpfungszugaben korrekt auf die Funktionsabmessungen und nicht nur auf die Gesamtgröße des Teils angewendet werden.
Die am besten herstellbaren Eisengussteile sind das Ergebnis einer frühzeitigen Zusammenarbeit zwischen Konstrukteuren und Verfahrenstechnikern der Gießerei und nicht aus fertigen Zeichnungen, die ohne Eingabe weitergegeben werden. Gießereien können mögliche Hotspots identifizieren, Anguss- und Steigrohrpositionen empfehlen und Toleranzanforderungen kennzeichnen, die die Kosten in die Höhe treiben, bevor Werkzeuge gekürzt werden.
In der Praxis führt die Einbeziehung der Gießerei in die Entwurfsprüfungsphase – und nicht erst nach der Fertigstellung der Zeichnungen – zu einer Reduzierung der Werkzeugnacharbeit und der Ausschussrate beim ersten Artikel, da Geometrieprobleme erkannt werden, bevor Metall gegossen wird. Design für Herstellbarkeit ist keine einmalige Checkliste, sondern ein iterativer Prozess am besten als Partnerschaft zwischen Design- und Produktionsteams gehandhabt.
