Sandguss

Sandguss ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall in eine Form gegossen wird, die aus einer Sandmischung besteht. In der Vergangenheit war das Verfahren nur für die Produktion kleiner Stückzahlen kosteneffizient. Heutzutage ist es dank automatisierter Anlagen zur Herstellung von Sandformen aber auch für die Großserienproduktion geeignet.
Sandgussteile haben im Allgemeinen eine raue Oberfläche, manchmal mit Oberflächenverunreinigungen und Oberflächenschwankungen. Mittelgroße bis große Teile wie Ventilkörper, Kurbelwellen und Motorblöcke werden typischerweise mit diesem Verfahren hergestellt. Maßgenauigkeit und Oberflächengüte des Gussstücks hängen von der Sandart und dem Formverfahren ab.
Es gibt zwei Hauptarten von Sand, die zum Formen verwendet werden: Grünsand und Trockensand. Grüner Sand besteht aus Quarzsand, Ton, Feuchtigkeit und anderen Zusatzstoffen. Trockensand ist eine Mischung aus Sand und schnell aushärtendem Klebstoff. Wenn trockener Sand verwendet wird, spricht man oft von No-Bake-Formguss oder Air-Set-Sandguss. Gussteile aus grobem Grünsand haben typischerweise eine raue Oberfläche, während mit lufthärtenden Formen Gussteile mit viel glatteren Oberflächen hergestellt werden können.
Es wird ein Muster in der Form des gewünschten Teils erstellt, jedoch vergrößert, um Schrumpfung und Bearbeitungszugaben beim endgültigen Gussstück zu berücksichtigen. Das Muster besteht normalerweise aus Holz oder Kunststoff und kann zur Herstellung neuer Sandformen wiederverwendet werden. Sandkerne können verwendet werden, um die Innenform hohler Teile des Gussstücks zu formen.
Zur Herstellung der Sandform wird eine Metallbox (der Kolben) verwendet. Typischerweise besteht es aus zwei Hälften, die den oberen und unteren Teil der Form bilden, die als Unterkasten bzw. Unterkasten bezeichnet werden. Das Modell wird in den Formkasten gelegt und dann mit einer Sandmischung gefüllt, wodurch ein Formhohlraum entsteht. Bei Bedarf wird ein provisorischer Stopfen angebracht, um einen Kanal zum Eingießen des Gussmetalls (sogenannter Einguss) zu bilden. Danach werden das Modell und der Kanalstopfen entfernt, wobei der Formhohlraum und der Gießkanal zurückbleiben. Oberkasten und Schleppe werden separat vorbereitet und anschließend zu einer Form zusammengefügt.
Das geschmolzene Metall wird durch einen Einguss in die Form gegossen, der das geschmolzene Metall über Kanäle in den Formhohlraum leitet. Nachdem das Gussmetall erstarrt und abgekühlt ist, wird das Gussstück aus der Sandform entnommen. Im Allgemeinen wird kein Formtrennmittel verwendet und die Sandform wird beim Entfernungsprozess zerstört. Grüner Sand kann nach Anpassung seiner Zusammensetzung durch Ausgleich der verlorenen Feuchtigkeit und Zusatzstoffe wiederverwendet werden.

Porosität oder Permeabilität
Es ist die Fähigkeit von Sand, Gase leicht passieren zu lassen.
Einige Gase werden in der Metallschmelze gelöst, und wenn diese Metallschmelze zu erstarren beginnt, treten diese gelösten Gase aus der Metallschmelze aus und versuchen, aus dem Formsand zu entweichen. Wenn der Sand nicht porös genug ist, können diese Gase nicht aus der Form entweichen, werden im Gussstück eingeschlossen und erzeugen Löcher und Poren im Metallgussstück. Auch wenn die Metallschmelze mit dem feuchten Sand in Kontakt kommt, entsteht Dampf oder Wasserdampf. Dieser Dampf oder diese Dämpfe führen auch zur Bildung von Löchern im Gussstück, wenn sie nicht aus der Form entweichen können. Daher wird empfohlen, ausreichend porösen Formsand zu verwenden, um den Porositätsfehler beim Metallguss zu beseitigen.

Fließfähigkeit
Die Fähigkeit von Formsand, sich beim Stampfen wie eine Flüssigkeit zu verhalten, wird als Fließfähigkeit bezeichnet.
Aufgrund dieser Eigenschaft kann der Sand problemlos den Raum im Formkasten einnehmen und seine Form annehmen. Dadurch kann sich der Sand zu einer kompakten Dichte verdichten und sich um das Muster legen. Der Sand sollte eine hohe Fließfähigkeit aufweisen, damit er sich leicht verdichten lässt, um eine gleichmäßige Dichte zu erreichen und einen guten Abdruck des Musters in der Form zu erhalten. Die Fließfähigkeit des Sandes kann erhöht werden, wenn der Ton- und Wassergehalt im Sand erhöht wird.

Zusammenklappbar
Die Fähigkeit des Formsandes, nach dem Erstarren der Metallschmelze zusammenzufallen, wird als Kollabierbarkeit bezeichnet.
Nach der Erstarrung des geschmolzenen Metalls sollte der Sand kollabieren, damit sich das Metall frei zusammenziehen kann. Wenn es zu einer freien Kontraktion des Metalls kommt, wird das Reißen oder Brechen des kontrahierenden Metalls auf natürliche Weise verhindert.

Haftfähigkeit
Die Fähigkeit der Sandpartikel, an einem anderen Körper zu haften, wird als Haftfähigkeit bezeichnet.
Der Sand sollte eine ausreichende Haftfähigkeit haben, damit er sich leicht an den Seiten der Formkästen festsetzen kann und beim Herausnehmen nicht in die Kiste herausfällt.

Zusammenhalt oder Stärke
Die Fähigkeit der Sandpartikel, aneinander zu haften, wird als Kohäsion bezeichnet.
Die Festigkeit des Sandes hängt davon ab, wie kohäsiv die Sandpartikel sind. Der Sand sollte eine ausreichende Festigkeit haben, damit er beim Fördern, Wenden oder Verschließen und Ausgießen problemlos seine Form behalten kann. Wenn es nicht über die entsprechende Festigkeit verfügt, kann es seine Form nicht behalten und die Form kann beim Ausgießen des geschmolzenen Metalls beschädigt werden. Sand mit geringer Festigkeit führt bei Metallen zu Gießfehlern. Um Gießfehler zu vermeiden, sollte der Sand ausreichend fest sein, um eine Form in der gewünschten Form herzustellen und diese Form auch dann beizubehalten, wenn das geschmolzene Metall in den Formhohlraum gegossen wird.
Es gibt zwei Arten von Sandfestigkeit
Grüne Stärke: Die Festigkeit, die Sand im grünen oder feuchten Zustand besitzt, wird als Grünfestigkeit bezeichnet. Die Form mit ausreichender Grünfestigkeit behält ihre Form und fällt nicht zusammen, selbst wenn das Modell aus dem Formkasten entfernt wird.
Trockenfestigkeit:Die Festigkeit, die der Sand im trockenen oder gebrannten Zustand besitzt, wird als Trockenfestigkeit bezeichnet. Eine ausreichende Trockenfestigkeit ermöglicht es dem Sand, Erosionskräften durch geschmolzenes Metall standzuhalten und seine Form beizubehalten.

Feuerfestigkeit
Die Fähigkeit des Formsandes, der hohen Temperatur der Metallschmelze standzuhalten, ohne mit dieser zu verschmelzen, wird als Feuerfestigkeit bezeichnet.
Der Formsand muss eine ausreichende Feuerfestigkeit aufweisen, um eine ausgezeichnete Qualität des Gussteils ohne Fehler zu erzeugen. Der Sand mit mangelnder Feuerfestigkeit schmilzt und verfestigt sich im Gussstück und beeinträchtigt die Qualität des Gussmetalls. Die Feuerfestigkeit ist das Maß für den Sinterpunkt des Sandes, nicht für seinen Schmelzpunkt.