Feinguss

Eine kurze Prozessbeschreibung

Die Ursprünge des Feinguss- beziehungsweise Wachsausschmelzverfahrens liegen in Südostasien und reichen bis in die Zeit 4.500 bis 4.000 vor Christus zurück. Archäologische Funde der Bronzezeit, circa 2.500 Jahre vor Christus, belegen die Anwendung des Wachsausschmelzverfahrens. Damals wurden Modelle aus Bienenwachs hergestellt, mit Lehm ummantelt und getrocknet. Das Wachs wurde danach ausgeschmolzen und die Lehmform mit flüssigem Metall gefüllt. An diesem Grundprinzip hat sich bis heute nichts geändert. Es werden lediglich andere Materialien verwendet, die bessere Oberflächen, Temperaturen und Genauigkeiten zulassen.

Feinguss wird heute eingesetzt, wenn Dünnwandigkeit, höchste Maßgenauigkeit, beste Oberflächengüte oder komplexe Konturen die Anforderungen an das Werkstück sind. Ebenso wird Feinguss verwendet, wenn Legierungen zum Einsatz kommen, die nicht oder nur schwer mechanisch bearbeitbar sind.

Am Anfang des Prozesses steht die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen mit denen später die Wachsformen produziert werden (Bild 1). Diese Werkzeuge stellt der ZOLLERN-eigene Werkzeugbau je nach geplanter Stückzahl aus Aluminium oder Stahl her. Schon vor dieser Phase beraten die ZOLLERN-Techniker die Kunden in Fragen wirtschaftlicher Fertigung, Machbarkeit und nicht zuletzt der richtigen Wahl der Legierung.

Nachdem das Werkzeug hergestellt ist, wird auf einer Spritzgießmaschine eine spezielle Wachsmischung in das Aluminium- oder Stahlwerkzeug gespritzt, um ein Eins-zu-eins-Modell des späteren Werkstückes zu bekommen. Diese Wachsmodelle werden an Wachsbäumchen geklebt und diese wiederum zu einer Modelltraube zusammengeführt (Bild 2). Diese wird maschinell in den Schlicker getaucht, eine keramische Masse aus feuerfestem Mehl und Bindemittel, und mit feuerfestem Sand behaftet. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Form die gewünschte Stabilität und Keramikstärke erreicht hat (Bild 3). Anschließend schmilzt das Wachs des Modells im Ausschmelzofen bei rund 170 Grad Celsius aus, und die Keramikform wird bei etwa 900 bis 1200 Grad ausgebrannt.

Parallel wird die benötigte Legierung aus den verschiedenen Elementen zusammengestellt und dem Schmelzer am Ofen zum Erschmelzen zugeführt. Solange der Schmelzer die Legierung auf die richtige Gießtemperatur erhitzt, werden die Keramikformen vor dem Abgießen ebenfalls vorgewärmt, um bei den extremen Temperaturschwankungen ein Platzen zu vermeiden (Bild 4).

Für das anschließende Abgießen (Bild 5) gibt es drei Möglichkeiten. Zum einen gibt es den „offenen Guss“. Hier wird die flüssige Legierung mit einem Tiegel in die Keramikform abgefüllt. Zum Zweiten gibt es den „Vakuum-Guss“. Dieser wird verwendet, wenn sauerstoffliebende Legierungen abgegossen werden. In einer geschlossenen Gießanlage wird unter Vakuum verhindert, dass sich der Sauerstoff der Atmosphäre mit der Legierung verbindet und somit die Oxidation fördert. Als drittes Gießverfahren gibt es das „Niedrigdruck-Gießverfahren“. Hier wird die flüssige Legierung über ein Steigrohr von unten langsam und gleichmäßig in die Keramikform gegossen bzw. gedrückt.

Nach dem Abkühlen der Keramikformen zerstören Wasserstrahl oder Presslufthammer die Keramik, und die fertigen Gussstücke kommen an der Modelltraube zum Vorschein. In der Trennerei werden die Einzelteile von der Modelltraube abgetrennt, damit das Finishing (Bild 6) folgen kann.