Der Investitionsgussprozess, auch bekannt als Präzisionsguss oder verlorene Form Guss, beinhaltet die Bildung einer Keramikform aus einem Wachsmuster. Wachsmuster werden in der exakten Form des zu gießenden Gegenstands hergestellt. Refraktärkeramik wird verwendet, um dieses Muster zu beschichten. Sobald das gehärtete Keramikmaterial umgedreht wird, schmilzt das Wachs und läuft aus. Die gehärteten Keramikhüllen werden zu Einweg-Investitionsformen. Das geschmolzene Metall wird in die Form gegossen und darf abkühlen. Die Metallgussform wird dann aus der verbrauchten Form entfernt. Der Prozess des “Investierens” (Einschließens) eines Musters mit refraktären Materialien wird als Investitionsguss bezeichnet. Die Vorteile des Investitionsgusses gegenüber anderen Gießmethoden umfassen feine Details und ausgezeichnete Oberflächenveredelungen direkt nach dem Gießen. Güsse mit dünnen Wänden und komplexen inneren Durchgängen sind ebenfalls möglich. Investitionsguss erfordert keinen Entformungswinkel, wie es bei Sandguss der Fall ist.

Die Prozessqualität kann Formen mit exakter oder nahezu exakter Form erzeugen, was zu erheblichen Einsparungen bei Material-, Arbeits- und Bearbeitungskosten für den Kunden führt. Es kann aus den meisten gebräuchlichen Metallen wie Aluminium, Bronze, Magnesium, Kohlenstoffstahl und Edelstahl hergestellt werden. Turbinenschaufeln, medizinische Geräte, Feuerwaffenkomponenten, Zahnräder, Schmuck, Golfschlägerköpfe und viele andere komplexe Maschinenkomponenten werden mit Investitionsguss hergestellt.

Eine Beschreibung des Investitionsgussprozesses

Es gibt mehrere Schritte im Investitionsgussprozess: Formkonstruktion, Herstellung des Wachsmusters, Erstellung der Keramikform, Gießen, Erstarrung, Ausschütteln und Reinigung.

Konstruktion der Metallform

Beim Investitionsguss werden das Wachsmuster und die Keramikform zerstört, sodass jede Gießform ein neues Wachsmuster erfordert. Die Wachsmuster müssen aus Formen oder Matrizen hergestellt werden, es sei denn, der Investitionsguss wird verwendet, um ein sehr kleines Volumen zu produzieren (zum Beispiel für Kunstwerke oder Originalschmuck).

Beim Berechnen der Größe der Hauptform ist es wichtig, die Schrumpfung des Wachsmusters, die Schrumpfung des über das Wachsmuster investierten Keramikmaterials und die Schrumpfung des Metallgusses selbst zu berücksichtigen.

Herstellung des Wachsmusters

Ein Wachsmuster ist für jeden Guss erforderlich; jeder Guss benötigt ein Wachsmuster.

Die Form oder Matrize wird mit heißem Wachs gefüllt und zum Erstarren gebracht. Alle inneren Merkmale können Kerne erfordern. Das Wachsmuster ist eine exakte Nachbildung des herzustellenden Teils. Wachs wird anstelle von geschmolzenem Metall in diesem Verfahren verwendet, was dem Druckguss ähnlich ist.

Erstellung der Form

Die Wachsmusterform ist mit einem Zuführsystem (Gießkanal, Läufer und Steigrohre) ausgestattet. Mehrere Wachsmuster werden an ein zentrales Wachszuführsystem angebracht, um eine baumartige Anordnung für kleinere Güsse zu bilden. Um geschmolzenes Metall in die Form einzuführen, wird normalerweise ein Gießbecher am Ende der Läuferrohre angebracht.

Ein montierter “Musterbaum” wird in eine Mischung aus feinkörniger Silica getaucht. Jedes Mal, wenn er eingetaucht wird, wird mehr refraktäre Mischung hinzugefügt. Sobald das refraktäre Beschichtungsmaterial die gewünschte Dicke erreicht hat, darf es trocknen und aushärten; die getrocknete Beschichtung bildet eine Keramikhülle um die Muster und das Zuführsystem.

Die Dicke der Hülle wird durch die Größe und das Gewicht des zu gießenden Teils sowie durch die Gießtropsetemperatur des Metalls bestimmt. Wände sind typischerweise 0,375 Zoll dick (9,525 mm). Die gehärtete Keramikform wird in einen Ofen gelegt und erhitzt, bis das Wachs schmilzt und abläuft. Dadurch wird eine hohle Keramikhülle geschaffen.

Gießen

Eine Keramikform wird zwischen 1000°F und 2000°F (550°C und 1100°C) erhitzt. Das Erhitzen stärkt die Form weiter, entfernt verbleibendes Wachs oder Verunreinigungen und verdampft Wasser aus dem Formmaterial.

Während die Form noch heiß ist, wird geschmolzenes Metall in die Form gegossen – das Flüssigmetall fließt in den Gießbecher, durch das zentrale Zuführsystem und in jede Gießhohlung. Metall fließt durch dünne, detaillierte Abschnitte aufgrund der vorgeheizten Form leicht. Während sich die Form und der Guss gemeinsam abkühlen und schrumpfen, verbessert sich die dimensionaler Genauigkeit des Gussteils.

Abkühlung

Nachdem das Metall in die Form gegossen wurde, kühlt es ab und erstarrt. Die Zeit, die benötigt wird, damit eine Form in einen festen Zustand abkühlt, hängt vom verwendeten Material und der Dicke des Gusses ab.

Ausschütteln

Während sich der Guss verfestigt, zerbricht die Keramikform, und der Guss kann entfernt werden. Typischerweise werden Keramikformen manuell oder mit Wasserstrahlen aufgebrochen. Durch Methoden wie manuelles Schlagen, Sägen, Schneiden, Brennen oder Kaltbrechen mit flüssigem Stickstoff werden die einzelnen Güsse vom Zuführsystem getrennt.

Oberflächenbearbeitung

Schleifen oder Sandstrahlen werden normalerweise verwendet, um die Teile an den Zuführungen zu glätten und Unvollkommenheiten zu entfernen. Je nach Metall, aus dem der Guss hergestellt wurde, kann eine Wärmebehandlung eingesetzt werden, um das Endprodukt zu härten.

Der beste Zeitpunkt für die Verwendung des Investitionsgusses

Aufgrund seiner Komplexität und Arbeitsanforderungen ist Investitionsguss ein relativ teurer Prozess – obwohl die Vorteile oft die Kosten überwiegen. Fast jedes Metall kann durch Investitionsguss verarbeitet werden. Typischerweise sind Investitionsguss-Teile klein, aber der Prozess kann effektiv auf Teile angewendet werden, die 75 Pfund oder mehr wiegen.

Der als gegossene Investitionsguss kann komplexe Teile mit ausgezeichneten Oberflächenveredelungen erzeugen. Da sich Keramikhüllen beim Abkühlen von der Form lösen, benötigen Investitionsgüsse keine Entformungswinkel, um die Komponenten aus ihren Formen zu entfernen. Mit diesem Produktionsmerkmal können Güsse mit 90-Grad-Winkeln ohne Schrumpfungszugeständnis und ohne zusätzliche Bearbeitung entworfen werden. Investitionsguss produziert Teile mit überlegener dimensionaler Genauigkeit; Teile in netzförmiger Form können oft hergestellt werden, und fertige Formen erfordern häufig keine sekundäre Bearbeitung. Um Wachsmuster herzustellen, ist für jede einzigartige Gießcharge eine neue Matrize erforderlich. Werkzeuge für Investitionsguss können ziemlich teuer sein; die Werkzeugkosten können je nach Komplexität zwischen 1000 und 10.000 US-Dollar liegen.

Bei Aufträgen mit hohem Volumen gleichen die Zeit- und Arbeitsersparnisse durch die Beseitigung oder Reduzierung der sekundären Bearbeitung leicht die Kosten für neue Werkzeuge aus. Investitionen in kleine Gießchargen sind weniger wahrscheinlich zurückzugewinnen. Wenn Sie mehr als 25 Teile herstellen müssen, ist Investitionsguss eine logische Wahl.

Es dauert in der Regel 7 Tage, bis ein Wachsmuster zu einem vollständigen Guss wird; der größte Teil dieser Zeit wird für die Herstellung und Trocknung der Keramikschalenform aufgewendet. Güsse können in einigen Gießereien, die über Schnell-Trocknungsanlagen verfügen, schneller hergestellt werden. Die arbeitsintensive Natur des Investitionsgusses beeinflusst mehr als nur die Kosten. Da Gießereien für Investitionsguss über begrenzte Ausrüstung und Produktionskapazität verfügen, sind die Lieferzeiten in der Regel lang.