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Erzeugen oder Verändern fester Körper in Richtung auf gewünschte Form- und Stoffeigenschaften des Fertigungszustandes

Der Auftrag sollte übernommen werden, da das Unternehmen mit dem Kaltkammerdruckguss
über die geeignete Technologie verfügt.
• Maschinen dieser Art werden vornehmlich für die Verarbeitung von Kupfer- und Aluminiumlegierungen
verwendet, während das Warmkammerverfahren hauptsächlich für Zinn-,
Zink- und Bleiwerkstoffe geeignet ist.
• Die Annahme eines Auftrages mit hohen Stückzahlen ist ebenfalls gerechtfertigt, da das
Druckgießen zum einen das produktivste Gießverfahren und zum anderen für die Herstellung
komplizierter, dünnwandiger Teile geeignet ist und gute Oberflächenqualitäten bei geringer
Nachbearbeitung gewährleistet, womit die wesentlichsten Forderungen an eine qualitätsgerechte
und wirtschaftliche Herstellung der Felgen zu erfüllen sind.

- Es sind Sonderwerkstoffe aus hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram und Molybdän,
sowie Hartmetalle und hochfeste keramische Werkstoffe herstellbar.
- Es können Werkstoffzusammensetzungen erzielt werden, die schmelzmetallurgisch nicht
möglich sind (nicht legierbare Stoffmischungen), wie Kupfer-Grafit als Kontaktwerkstoff,
Kupfer-Zinn-Blei als Gleitlagerwerkstoff oder Eisen mit Grafit u. a. als Reibwerkstoff für
Bremsbeläge und ähnliches.
- Es können poröse Werkstoffe für feinste Filter oder wartungsfreie Gleitlager (Tränklager) erzeugt werden.
• Es ist eine material- und energiesparende Fertigung von Teilen aus Sintereisen und Sinterstahl
möglich, wobei gegenüber der Fertigung durch Gießen oder aus Halbzeugen die Materialausnutzung
von ca. 50 ... 70 % auf nahezu 100 % gesteigert und der Energiebedarf
etwa halbiert werden kann.

Verfahren A:
• Flach-Längswalzen
• Dieses Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von Flachmaterialien, Blechen und
Bändern aus stranggegossenem Vormaterial.
Verfahren B:
• Profil-Längswalzen
• Mit diesem Verfahren werden Vierkantstähle als Vormaterial für das Walzen und Schmieden,
Rund-, Flach-, Sechskant- oder andere Stabstähle, Draht sowie die verschiedensten
Profile (z. B. Winkel- und U-Eisen, T- und Doppel-T-Träger, Schienen) hergestellt.

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Vorteile
- Maßgenauigkeit und Oberflächengüte deutlich besser
- durch schnellere Abkühlung und Erstarrung der Gussteile Verkürzung der Taktzeit
- aus gleichem Grund feineres und dichteres Gefüge und somit höhere Festigkeitswerte der Gussteile
- hohe Standmengen und daher besonders für große Fertigungsstückzahlen geeignet

Nachteile
- hohe Herstellungskosten der Dauerform (Kokille)
- daher unter einer bestimmten Mindeststückzahl nicht wirtschaftlich einsetzbar

Kokillengießen

a) Druckgießen mit Kaltkammerverfahren

b) Druckgießen mit Warmkammerverfahren

Erstarrung unter Druck ergibt feinkörniges Gefüge mit höherer Festigkeit

Druckgießen

a)
- Sandformgießen
- geringe Stückzahl rechtfertigt keine Dauerform und damit keine hohen Formkosten

b)
- Druckgießen (Kaltkammerverfahren)
- Merkmale wie NE-Metall und Stückzahl sind bestimmend für die Verfahrensauswahl

c)
- Gießen mit verlorenen Formen
- Merkmale wie GG und NE-Werkstoffe, Masseangabe, kleine Stückzahl verlangen geringen Aufwand für die Formenherstellung und sind bestimmend für die Verfahrensauswahl

1a)
- Urformen aus dem flüssigen Zustand
- Druckgießen (Kaltkammerverfahren)
1b)
- Merkmale wie NE-Metall, dünnwandiges Formteil, Masse und Stückzahl sprechen für die Nutzung des Verfahrens
- Druckgusswerkzeug mit Formspeicherung, Schmelzgutzuführung in die Druckkammer und mittels Kolben in die Form, hoher Fertigstellgrad

2a)
- Urformen aus dem pulverförmigen Zustand
- Sintern
2b)
- Merkmale wie hochschmelzende Metall (Hartmetalle), kleine Masse, große Stückzahl, erreichbare Genauigkeiten, material- und energiesparende Fertigung sind ausschlaggebend für eine wirtschaftliche Fertigung
- Pulverherstellung, Formgebung des Pulvers durch Pressen, Sintern (Nachbehandlung)

- Verlustarme Werkzeugverarbeitung, gute Materialausnutzung
- Verbesserung der Werkzeugeigenschaften
- Verringerung der Fertiungszeiten, hohe Produktivität

kleine Stückzahlen
- Freiformen
- Druckumformen mit keiner oder nur geringer Formspeicherung der Werkstückform, ganz geringe Werkzeugkosten
- Formgebung durch mehrere aufeinanderfolgende Umformschritte
- wirtschaftlich für kleine Stückzahlen

große Stückzahlen
- Gesenkformen
- Druckumformen mit Werkstückformspeicherung im Werkzeug (Gesenk)
- Formgebung in einem Hub, damit kurze Fertigungszeiten
- Kostenaufnahme für Spezialwerkzeuge erfordert große Stückzahlen

Ausschneiden

- vollständiges Trennen eines Werkstücks vom Halbzeug längs einer geschlossenen Schnittlinie zur Herstellung einer Außenform am Werkstück

1. Urformen - Zusammenhalt schaffen
2. Umformen - Zusammenhalt beibehalten
3. Trennen - Zusammenhalt verändern
4. Fügen - Zusammenhalt vermehren
5. Beschichten - Zusammenhalt vermehren
6. Ändern der Stoffeigenschaften - Stoffteilchen umlagern, aussondern, einbringen

- Urformen ist Schaffen einer festen Form aus formlosem Stoff
- Umformen, Trennen und Fügen ändern die Form eines festen Körpers

1a > (Halbzeug) - Umformen (Grundformgebung) - Endbearbeitung (Spanen/Umformen) - Behandlung

1b > (Halbzeug) - Spanen - Behandlung

2 > (Schmelze) - Gießen - Endbearbeitung - Behandlung

- technologische Kosten (Fertigungskosten)
basierend auf
- Ermittlung der technologischen Einzelkosten (Lohn-, Material-, anlagenabhängige und Spezialwerkzeugkosten)

- niedrigere Kosten werden durch teure automatische Fertigungsanlagen erkauft,
- deren anteilige Kosten unter Berücksichtigung der Abschreibungen häufig die eingesparten Lohnkosten überschreiten

- Einsatz setzt bestimmte wirtschaftliche Mindeststückzahlen voraus
und
- ist umso gerechtfertigter, je größer die Fertigungsstückzahl ist

- Fertigen eines festen Körpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des Stoffzusammenhaltes,
wobei
- die Stoffeigenschaften bestimmbar in Erscheinung treten

1. Erzeugen des urformfähigen formlosen Stoffes
2. Formgebung des formlosen Stoffes
3. Schaffen des Stoffzusammenhaltes
4. Entnehmen des Urformteiles aus der Form
5. Nachbehandeln des Urformteiles

1. Art des formlosten Stoffes
> flüssig - Gießen
> pulverförmig - Pressen und Sintern

2. Art der Urformgebung
> Schwerkraftwirkung - Gießen in verlorene Form
> äußere Durchwirkung - Druckgießen

- Herstellung von Vorformen zur Halbzeugfertigung
z. B.: Blockgießen, Stranggießen

- Herstellung von Formteilen
z. B.: Formgießen, Pressen und Sintern

A2
B3
C4
D1
E4
F1
G2

- fast alle Werkstoffe können vergossen werden
- bevorzugt Legierungen, da sie grundsätzlich eine niedrigere Schmelztemperatur und höhere Festigkeitswerte als Grundwerkstoffe besitzen
- in Deutschland vornehmlich Eisengusswerkstoffe und hier hauptsächlich Gusseisen

- im Vergleich zu GGL höhere Festigkeit und Zähigkeit und damit geringere Dimensionierung von Bauteilen möglich - Materialeinsparung

- im Vergleich zu GS bessere Gießbarkeit, damit feinere Gussteile mit geringeren Toleranzen und Bearbeitungszugaben möglich - Einsparung von Material und Bearbeitungskosten

- im Vergleich zu GT geringerer Aufwand beim Gießen bzw. Nachbehandeln

- Mischen mehrerer Einsatz- und Zuschlagsstoffe zum Erschmelzen der gewünschten Legierung
- Einschmelzen einer Vorlegierung

- Gusseisen GGG
oder
- Stahlguss

magnetisches Wechselfeld der Induktionsspule erzeugt im metallischen Einsatzmaterial einen Sekundärstrom, durch den das Material aufgeheizt wird

anwendbar für alle Gusswerkstoffe, aber auch zum Auffangen und Warmhalten der Schmelze aus dem Kupolofen

- besteht aus Formgrundstoff (meist Quarzsand),
- Formstoffbindemittel (z. B. silikatische Binder, Kohlehydratbinder, Ölbinder, Kunstharzbinder) und
- Zuschlagsstoffen (z. B. Wasser und Steinkohlenstaub)

Dauermodell
- immer verwendbar
- aus Holz, Kunststoff oder Metall

Verlorenes Modell
- einmal verwendbar
- aus Wachs oder Schaumstoff

- Verdichtungsprinzip, z. B. Rütteln und Pressen, Hochdruckpressen

- Verfestigungsprinzip, z. B. Vakuumverfahren, Feingießen

- Modell als Abbild des herzustellenden Gussteiles muss um das Schwindmaß größer ausgeführt sein als das Gußteil, um die Wärmeschrumpfung des Gussteiles beim Abkühlen von der Erstarrungs- zur Zimmertemperatur zu berücksichtigen

a) Kerne werden zur Erzeugung von Durchbrüchen, Bohrungen oder anderen Hohlräumen im Gussteil benötigt.

b) Kerne werden aus silikatischen Rohstoffen hergestellt. Die Bindung der Kernsande muss nach der Erstarrung des Gießmetalls leicht zerfallen, um aufwändige Putzarbeit zu vermeiden.

- mittige Teilung des Modells
- manuelles Einsetzen des Kerns
- kein Maschinentisch im Vergleich zum Maschinenformen
- verklammerte Kastenformen

a) Rütteln und Pressen der Form

b) Um die Anzahl der benötigten Formkästen zu reduzieren und deren Rücktransport zur Formerei einzusparen.

- Modell wird aus Kunststoff-Hartschaum hergestellt und mit Formstoff in einem ungeteilten Kasten eingeformt
- Verdichtung des Formstoffes erfolgt meist durch Stampfen
- Modell bleibt nach dem Einformen in der Form und vergast durch Hitzeeinwirkung beim Gießen

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- Modell ungeteilt
- fordert keine Aushebeschrägen und kann Hinterschneidungen und Hohlräume enthalten.
- keine Kerne erforderlich
- Es treten weder Grad noch Versatz am Gussteil auf.

- kurze Fertigungszeit
- große Zerspanungsleistung
- hohe Oberflächengüte
- hohe Maßgenauigkeiten
- besondere Formen möglich

- Stoffschlüssigkeit
- durch örtliche Wärmeeinwirkung entstehende Spannungen und Gefügeveränderungen
- nicht lösbar
- großer Eigenspannungszustand
- hoher Geräte- und Energieaufwand

(3)

ist das Vereinigen von metallischen Werkstoffen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck mit oder ohne zusetzen von artgleichen Zusatzstoffen

a)
- Maske
- Maskenformverfahren (Croning-Verfahren)

b)
- zur Herstellung komplizierter Gussteile mit schmalen Rippen mit guter Oberfläche und relativ hoher Maßgenauigkeit
- für Teile bis ca. 50 kg in Stückzahlen ab ca. 500 Stück

a)
- Feingießen (Wasserausschmelzverfahren)

b)
- Wachs
- das Modell ist verloren

c)
- Ja, da Feingießen die Herstellung komplizierter, stark gegliederter Teile mit kleiner Wanddicke, hoher Maßgenauigkeit, keiner Einschränkung des zu vergießenden Stoffes und wirtschaftlicher Stückzahl ab ca. 1.000 Stück ermöglicht.

Gemeinsamkeiten
- verlorene Form (Verfestigungsprinzip)
- keine Bildung von Grat
- hohe Abbildegenauigkeit

Unterschiede
- Maskenformverfahren arbeitet mit Dauermodell (geteilt)
- Feingießen mit verlorenem Modell (ungeteilt)

- auf Erstarrungsschrumpfung
- Vermeidung durch Anordnen von Speisern und richtige konstruktive Gestaltung, so dass nicht speisbare Materialanhäufungen vermieden werden.

- Toleranz- und Längenprüfung
- 3D-Koordinatenmessung
- chemische Werkstoffanalyse
- metallographische Untersuchungen
- Schliffbilduntersuchungen
- Zugfestigkeitsprüfungen
- Ultraschallprüfung
- Farbeindringprüfung
- Röntgenprüfungen

Sintern:
Urformen: Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Stoffzusammen-haltes.

Hobeln:
Trennen: Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers, wobei der Stoffzusammenhalt örtlich aufgehoben, d. h. im Ganzen vermindert wird.

Tiefziehen:
Umformen: Fertigen durch bildsames (plastisches) Ändern der Form eines festen Körpers. Dabei werden Stoffzusammenhalt und Masse beibehalten.

Reibschweißen:
Fügen: Verbinden (Zusammenbringen) mehrerer fester Körper oder eines festen Körpers mit formlosem Stoff. Dabei wird der Stoffzusammenhalt örtlich geschaffen, d. h. im Ganzen vermehrt.

Druckgießen im Warmkammerverfahren

- Es werden hohe Genauigkeiten erreicht.

- Der Guss erfolgt in geteilten Dauerformen.

- Ein vollautomatischer Ablauf ist möglich.

- Beim Warmkammerverfahren befindet sich die Schmelze in einem Warmhalteofen, der mit einer Druckkammer ausgestattet ist.
- Nach dem Schließen und Entlüften der Form sowie dem Aufbringen ausreichender Schließkräfte wird durch Druck des Gießkolbens die Schmelze in die Form gepresst.
- Nachdem sie dort sehr schnell erstarrt ist, wird die Form geöffnet und das Teil ausgeworfen.

Für 10 Wellen ist das Feinschmieden zu wählen, da das Verfahren keine formgebundenen Spezialwerkzeuge erfordert und dadurch wirtschaftlicher ist.

- höhere Arbeitsproduktivität

- höhere Fertigungsgenauigkeit

- geringere Bearbeitungszugaben

- Umformgrad

- Umformgeschwindigkeit

- Umformtemperatur

- Runddrehen ist Drehen zur Erzeugung einer koaxial zur Drehachse des Werkstückes liegenden kreiszylindrischen Fläche.

- Plandrehen ist das Drehen zum Erzeugen einer zur Drehachse des Werkstückes senkrecht liegenden ebenen Fläche.

- Unter Profildrehen versteht man einen Drehvorgang mit einem Profilwerkzeug zum Erzeugen rotationssymmetrischer Werkstücke, bei denen das Profil des Werkzeuges auf dem Werkstück abgebildet wird.

- schnelles Wechseln der Schneiden

- Wegfall der Nachschleifkosten

Bei der thermischen Strahlbearbeitung erfolgt der Werkstoffabtrag durch Schmelzen und Verdampfen unter punktförmig einwirkender, intensiver Energiestrahlung.

- geeignet zum Schneiden unterschiedlichster Werkstoffe (z. B. Stähle, Keramiken, Holz etc.)

- schmale Schnittfugen

- eng begrenzte Wärmeeinflusszonen

Beim MSG-Schweißen brennt der Lichtbogen in einer Schutzgasschicht zwischen einer kontinuierlich zugeführten, abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück.

- Beim MIG-Schweißen wird als Schutzgas ein Inertgas (Argon oder Helium) eingesetzt.

- Beim MAG-Schweißen wird ein aktives Gas (CO2 oder CO2-Argon-Gemisch) verwendet.

Beim Plattieren wird flächenhaft ein relativ hochwertiges Beschichtungsmaterial in fester Form auf ein einfaches, preiswertes Substrat aufgebracht.

- Walzplattieren

- Sprengplattieren

- Gießplattieren

(1) (Spann-) Futter,
(2) Support (oder Werkzeugaufnahme),
(3) Reitstock,
(4) Schlosskasten,
(5) (Maschinen-) Bett.

Bei der Fließfertigung ist die Fertigung nach den Erfordernissen des Bearbeitungsablaufs aufgebaut, d. h., hier bestimmt der Produktweg mit seinen fertigungstechnischen Anforderungen die räumliche Anordnung der Bearbeitungsstellen.

- übersichtlicher Materialfluss

- kurze Durchlaufzeiten

- keine bzw. nur geringe Bestände

- Massenfertigung möglich

mechanische Verfahren
- Zerkleinern fester Stoffe, Zerstäuben von Schmelze

physikalische Verfahren
- Verdampfen und Kondensieren

chemische und elektrochemische Verfahren
- Reduktion von Metallverbindungen, elektrolytische Abscheidung

Vorteile
- bessere Material- und Energieökonomie
- hohe Genauigkeit und damit geringere Nachbearbeitungskosten
- geringerer Fertigungsaufwand

Nachteile
- hohe Pulverpreise

Gemäß Gl. 6.4 ergibt sich mit einem Füllfaktor (F) von 2,4 eine Füllhöhe von

hF = F x hp
hF = 2,4 x 30mm
hF = 72mm

Pressen und Sintern unter Beachtung der erforderlichen Porosität

gemäß Abb. 6.2 ergeben sich folgende Werte:
- Zugfestigkeit ca. 23%
- Dauerfestigkeit ca. 50%
- Bruchdehnung ca. 29%
- Kerbschlagzähigkeit ca. 5

- Ja
- Zahnräder zeichnen sich durch komplizierte Formgestaltung aus
- sind hohen Belastungen ausgesetzt
- bedürfen hoher Genauigkeit in der Herstellung
und stellen somit Ansprüche, die durch Sintern bestens zu erfüllen sind

Um Produkte zu entwickeln, bedarf es zumeist eines Musters (Prototyp), um ihr Aussehen, ihre Form, aber auch um ihre Funktion und Belastung sowie ihre Montierbarkeit testen zu können.

Die Vorzüge des Generierens bestehen darin, dass unmittelbar von CAD-Daten ausgehend innerhalb kürzester Zeit der zu generierende Körper mit hoher Genauigkeit als Muster hergestellt werden kann.

1) Zuerst wird in einer Wanne ein durch thermische Einwirkung schmelzendes Granulat bzw. Pulver mit einem Beschichter aufgetragen und vorgewärmt

2) Der Laserstrahl fährt die jeweils zu bildende Schicht ab und verbindet so die Werkstoffkörner dieser Ebene

3) Die so gesinterte Schicht wird mit der Wanne abgesenkt.

4) Danach wird neues Pulver aufgetragen und anschließend erneut gesintert, so dass nacheinander der räumliche Körper aufgebaut wird.

Laser-Stereolithographie
- nutzt flüssiges Photopolymer, d. h. einen Stoff, der durch Lichteinwirkung aushärtet

UV-Stereolithographie
- das Photopolymer wird durch UV-Strahlen ausgehärtet

Selektives Laserstrahlsintern
- Schichtbildung durch Laserbestrahlen von Granulat oder Pulver

Binder-Injektionsverfahren
- Verwendung eines injizierten Binders

Material-Auftragsverfahren
- nutzt den Plottermechnismus

Folienschichtverfahren
- verwendet selbstklebendes Papier oder selbstklebende Polyesterfolie