Schalenformguss (wärmehärtender harzgebundener Sandguss) schließt die technische und wirtschaftliche Lücke zwischen Standard-Grünsandguss und Feinguss (Wachsausschmelzverfahren). Es bietet eine strengere Dimensionskontrolle, eine hervorragende Oberflächenintegrität und reduzierte Entformungswinkel für industrielle Komponenten mittlerer bis hoher Stückzahl mit einem Gewicht zwischen 0,5 kg und 80 kg.
Prozessfähigkeitsmatrix
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Besonderheit |
Schalenformguss |
Grüner Sandguss |
Feinguss |
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Maßtoleranz |
ISO 8062-3 CT7 – CT9 |
ISO 8062-3 CT10 – CT12 |
ISO 8062-3 CT4 – CT6 |
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Oberflächenbeschaffenheit (Ra) |
3,2 µm - 6.3 µm (125 - 250 µin) |
12,5 µm - 25.0 µm (500 - 1000 µin) |
1,6 µm - 3.2 µm (63 - 125 µin) |
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Mindestwandstärke |
2,5 mm |
4,0 mm |
1,5 mm |
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Anforderung an den Formschrägewinkel |
0,5 Grad - 1.0 Grad |
1,5 Grad - 3.0 Grad |
0 Grad - 0.5 Grad |
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Wirtschaftlicher Produktionslauf |
300 - 50.000 Stück/Jahr |
100 - 10.000 Stück/Jahr |
500 - 100.000 Stück/Jahr |
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Werkzeuginvestition |
Mäßig (bearbeitetes Metallmuster) |
Niedrig (Musterplatte / Streichholzplatte) |
Hoch (Mehrfach--Wachsspritzgussform) |
Herstellungsprozess
Beim Schalenformungsprozess wird eine mit Harz-beschichtete Quarzsandmischung mit einem erhitzten Eisen- oder Stahlmodell in Kontakt gebracht, um eine starre, dünnwandige, keramikartige-Formschale zu bilden.
Vorbereitung des Metallmusters:Matchplate-Muster werden aus Sphäroguss, legiertem Stahl oder hochfestem Aluminium CNC--gefräst, wobei präzise Schrumpfzugaben angewendet werden (typischerweise 1,5 % - 2.2 %, je nach Legierungsauswahl).
Vorwärmen und Schmieren:Die Modellplatte wird auf 200 Grad - 320 Grad (392 Grad F - 608 Grad F) vorgewärmt und mit einem Trennmittel auf Silikonbasis- besprüht.
Dump-Box-Shell-Formation:Das erhitzte Muster wird an eine Müllbox geklemmt, die feinen Quarzsand enthält, der mit 2 % - 5 % Phenolharz und Hexamethylentetramin (HEXA) vorbeschichtet ist. Durch das Umdrehen der Box wird die Sandmischung dem erhitzten Muster ausgesetzt. Hitze schmilzt das Harz und bildet innerhalb von 10 - 30 Sekunden eine teilweise ausgehärtete Schalenhaut (6 mm - 10 mm dick).
Ofenhärtung:Ungebundener Sand fällt bei der Re-Inversion ab. Das Muster und die daran befestigte Hülle werden in einen Aushärtungsofen (300 Grad - 450 Grad) geleitet, um das duroplastische Bindemittel vollständig zu vernetzen-.
Auswurf und Montage:Mechanische Auswerferstifte drücken die starre Schalenhälfte aus dem Muster. Cope- und Drag-Shell-Hälften werden mit unter Druck aushärtendem Kleber verbunden, wobei harzgebundene Sandkerne für innere Hohlräume eingearbeitet sind.
Ausgießen und Ausschütteln:Zusammengebaute Schalen werden in Kolben gegeben, mit Stahlkugeln oder Kies unterlegt, um dem metallostatischen Kopfdruck standzuhalten, und mit geschmolzenem Metall gegossen. Nach dem Abkühlen brennt die dünne Schale aus und löst sich beim automatischen Ausschütteln sauber ab.
Materialien und technische Spezifikationen
Wir schmelzen und gießen eine große Auswahl an Eisen- und Nichteisenlegierungen unter strenger Spektralkontrolle.
Materialauswahl und Referenz zu mechanischen Eigenschaften
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Materielle Familie |
Gemeinsame Note/Standard |
Zugfestigkeit (MPa) |
Streckgrenze (MPa) |
Dehnung (%) |
Härtebereich |
Hauptmerkmale |
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Sphäroguss (Kugelgraphit) |
DE-GJS-400-15 / QT400-15 DE-GJS-500-7 / QT500-7 DE-GJS-600-3 / QT600-3 |
400 - 600 |
250 - 370 |
3 - 15 |
130 - 230 HBW |
Hohe Dauerfestigkeit, hervorragende Dämpfung, geringe Kerbempfindlichkeit |
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Grauguss |
DE-GJL-200 / HT200 DE-GJL-250 / HT250 DE-GJL-300 / HT300 |
200 - 300 |
N/A (spröde) |
0.3 - 0.8 |
160 - 250 HBW |
Hervorragende Wärmeleitfähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit, Vibrationsdämpfung |
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Kohlenstoffstahl |
ASTM A27 Klasse 65-35 ASTM A216 WCB/WCC |
485 - 585 |
250 - 275 |
22 - 24 |
140 - 185 HBW |
Schweißbarer Baustahl mit hoher Schlagfestigkeit bei Minustemperaturen |
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Legierter Stahl |
42CrMo4 / AISI 4140 20CrNiMo / AISI 8620 |
700 - 1000 |
550 - 850 |
10 - 18 |
200 - 320 HBW |
Durch-härtbar, außergewöhnliche Kernzähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit |
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Edelstahl |
AISI 304 (CF8) / 316 (CF8M) 1.4408 / 1.4308 Duplex 2205 (1.4462) |
480 - 650 |
205 - 450 |
25 - 35 |
160 - 220 HBW |
Hohe Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in marinen/säurehaltigen Medien |
Abmessungsmöglichkeiten und Herstellungsgrenzen
• Gewichtsbereich: 0,2 kg bis 80 kg (0,44 lbs bis 176 lbs)
• Maximale Umschlagabmessungen: 850 mm x 650 mm x 350 mm
• Lineare Toleranzen: ISO 8062-3 Klasse CT7 für Merkmale, die innerhalb einer Formhälfte geformt werden; CT8 über die Formtrennlinie.
• Oberflächenrauheit: Standard Ra 3.2 - 6.3 µm; Nach-Schuss-Ra 3,2 µm erreichbar.
• Minimaler As{0}}Gusslochdurchmesser: Ø 6,0 mm (abhängig vom Verhältnis von Tiefe-zu-Durchmesser<= 3:1).
Wichtige Produktmerkmale
Hohe Oberflächenqualität und reduzierte Bearbeitungszugaben
Feiner Quarzsand gepaart mit dünnen, gleichmäßigen Harzbindemitteln minimiert die Einkerbung der Korngrenzen der Formoberfläche. Da-Gussoberflächen einen Ra 3.2 - 6.3 µm aufweisen, können Dichtflächen, un-unkritische Montagepads und Strömungskanäle wie-im Gusszustand ohne Fräsen oder Drehen funktionieren.
Enge Maßkonsistenz über Produktionschargen hinweg
Da Schalenformen auf erhitzten Metallwerkzeugen ausgehärtet werden, wird eine Formverformung durch Sandverdichtungskräfte vermieden. Die Maßwiederholgenauigkeit über Produktionsläufe von mehreren-tausend-Teilen liegt typischerweise bei ±0,3 mm bei Abmessungen bis zu 100 mm.
Reduziertes Teilegewicht durch Dünnwandfähigkeit
Starre, hoch{0}feste Schalenformen widerstehen dem metallostatischen Druck ohne Wandverformung während des Gießens. Designer können einheitliche Wandstärken bis hinunter zu 2,5 mm spezifizieren und so überschüssiges Materialgewicht und Rohmaterialkosten reduzieren.
Minimale Entformungswinkel
Formschrägen von nur 0,5 Grad bis 1,0 Grad können erfolgreich gezogen werden, ohne dass die Formwände einreißen. Dies reduziert die durch die Verjüngung-bedingte Gewichtszunahme an tiefen Taschen, Vorsprüngen und inneren Rippen.
Typische Anwendungen
Getriebeschaltgabeln
Motorhalterungen
Bremssättel und Radnaben
Abgaskrümmer und Turboladergehäuse
Hydraulische Ventilgehäuse und Verteilerblöcke
Gehäuse und Laufräder von Hochdruckpumpen
Planetengetriebeträger und Lagergehäuse
Rohrverbindungen, Flansche und Absperrklappenscheiben
Laufrollen und Kettenräder
Kupplungskomponenten und Gabelkopfhalterungen
Verschleißplatten und Löffelzahnadapter
Bearbeitung und Sekundäroperationen
Um montagefertige Komponenten zu liefern, ergänzen wir unsere Gießereibetriebe mit komplett hauseigenen CNC-Bearbeitungs- und Oberflächenveredelungsanlagen.
CNC-Bearbeitungsmöglichkeiten
• Horizontale und vertikale Bearbeitungszentren (HMC/VMC): 4-Achsenpositionierung mit Palettenwechslern für die Großserienbearbeitung von Bohrungen mit engen Toleranzen (±0,010 mm).
• CNC-Drehzentren: Doppel-Spindeldrehen für Konzentrizität-kritische Drehmerkmale, Nuten und präzise Flächendichtflächen.
• Sekundäre Operationen: Räumen, Tieflochbohren, Präzisionsschleifen (spitzenlos und flach) und Hochgeschwindigkeitsgewindebohren.
Wärmebehandlung
• Normalisieren und Glühen: Spannungsabbau und Kornverfeinerung für optimierte Bearbeitbarkeit und mikrostrukturelle Homogenität.
• Abschrecken und Anlassen (Q&T): Anpassung der mechanischen Eigenschaften an die Zielspezifikationen für Zugfestigkeit, Zähigkeit und Kernhärte.
• Induktionshärtung: Lokalisierte Oberflächenhärtung (50 - 60 HRC) auf Verschleißspuren, Zahnradzähnen und Lagerzapfenbereichen.
Oberflächenveredelungen und Schutzbeschichtungen
• Verzinkung (dreiwertig blau/klar/gelb passiviert)
• Elektro-Beschichtung (E-Beschichtung) zum Korrosionsschutz
• Epoxid-Pulverbeschichtung
• Phosphatierung und Schwarzoxid-Umwandlungsbeschichtung
Qualitätskontrolle und Inspektion
Die Qualitätssicherung folgt den Anforderungen von ISO 9001:2015 und IATF 16949 und überprüft die Chemie der Rohstoffe, die innere Integrität, die Maßtoleranz und die mechanischen Eigenschaften an festgelegten Prozesstoren.
Eingehende Schrott- und Barrenanalyse (Spektrometer)
Überprüfung der Schmelzchemie vor dem Abstich
Zerstörungsfreie und mechanische Prüfung (UT/MPI/Zug/Härte)
Endgültiges Dimensionslayout (CMM und optisches Scannen)
Chemische und mechanische Tests
• Optische Emissionsspektroskopie (OES): Überprüfung der chemischen Zusammensetzung, die bei jeder Schmelze vor dem Abstich durchgeführt wird.
• Zug- und Schlagprüfung: Zerstörende Überprüfung der Streckgrenze, der Zugfestigkeit, der Dehnung und des Kerbschlagzähigkeitswerts nach Charpy V- pro Los.
• Härteprüfung: Brinell- (HBW), Rockwell- (HRC) und Vickers- (HV) Prüfungen an Strukturzonen.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT)
• Röntgeninspektion (Röntgen): Identifizierung der inneren Schrumpfporosität, Lunker und Einschlüsse gemäß den Standards ASTM E446/ASTM E192.
• Magnetpartikelinspektion (MPI): Oberflächen- und Untergrundrisserkennung an ferromagnetischen Gusseisen- und Stahlbauteilen.
• Ultraschallprüfung (UT): Überprüfung der Wandstärke und Bewertung interner Fehler.
• Flüssigkeitseindringprüfung (LPI): Nicht-Rissprüfung von rostfreiem Stahl.
Messtechnik und KMG-Inspektion
• 3D-Koordinatenmessgeräte (KMG): Zeiss-KMGs, die in klimakontrollierten Labors zur Überprüfung geometrischer Abmessungen und Toleranzen (GD&T) anhand von CAD-Modellen betrieben werden.
• Optische und Laserprofilometrie: Automatisierte Messung der Oberflächenrauheit (Ra, Rz) und 3D-Konturscan.
OEM- und kundenspezifische Fertigung
Wir fertigen ausschließlich nach OEM-Kundenspezifikationen und bieten End-to-Endunterstützung von der vorläufigen DFM-Analyse (Design for Manufacturability) über Prototypenwerkzeuge bis hin zum Serienanlauf-.
Engineering- und Prototyping-Workflow
• MagmaSoft/ProCAST-Erstarrungssimulation: An vorläufigen CAD-Dateien wird eine Wärme- und Flüssigkeitsströmungsanalyse durchgeführt, um potenzielle Lunker, Kaltstellen und Sanderosionszonen vor dem Schneiden von Metallmustern zu identifizieren.
• Werkzeugkonstruktion und CNC-Fräsen vor Ort: Metall-Matchplatten, Kernkästen und Auswerfermechanismen werden in 3D-CAD/CAM entworfen und aus hochdichtem Werkzeugeisen oder Werkzeugstahl gefräst.
• Rapid Prototyping über 3D-gedruckte Sandkerne: Für schnelle Funktionstests können 3D-gedruckte Harzsandkerne mit temporären Werkzeugen kombiniert werden, um Prototypengussteile in 2 - 3 Wochen ohne vollständige Werkzeuginvestitionen zu liefern.
• PPAP Level 3-Einreichung: Die Dokumentation des Produktionsteil-Genehmigungsprozesses umfasst ISIR (Initial Sample Inspection Report), Prozessflussdiagramm, Kontrollplan, PFMEA, Dimensionsergebnisse, Materialzertifizierungen und Messgeräte-R&R-Studien.
Was Käufer für eine Angebotsanfrage bereitstellen sollten
Die Bereitstellung vollständiger technischer Parameter während der RFQ-Übermittlung gewährleistet genaue Preisangebote, korrekte Werkzeugschätzungen und optimierte Zykluszeiten.
3D-CAD-Dateien:STEP, IGES oder Parasolid (.x_t)
2D-Zeichnungen:PDF mit GD&T, kritischen Toleranzen, Bearbeitungszugaben und Oberflächenbeschaffenheitsspezifikationen (Ra)
Materialspezifikation:ASTM-, EN-, DIN-, ISO- oder JIS-Materialqualität
Volumen und Losgrößen:Prototypenmenge, geschätzter Jahresbedarf (EAU) und Losgröße
Lieferzustand:Als-gegossen oder vollständig zum Drucken bearbeitet
Wärmebehandlung:Zielhärtebereich (HRC/HBW), Härtetiefe oder Mikrostrukturanforderungen
Inspektion und Prüfung:ZfP-Anforderungen (Röntgen, MPI), Druckprüfungen und KMG-Inspektionsberichte
Veredelung und Verpackung:Oberflächenbeschichtung (Lackieren, Plattieren, Rostschutzöl), VCI-Beutel und Verpackungsspezifikationen
Häufig gestellte Fragen
F: Wie lässt sich der Schalenformguss im Hinblick auf die Gesamtstückkosten mit dem Standard-Grünsandguss vergleichen?
A: Die Werkzeugausstattung für den Schalenformguss ist teurer, da Metallmodelle einer Vorwärmung (200 Grad - 320 Grad) standhalten müssen. Bei komplexen Bauteilen sind die Produktionsstückkosten jedoch häufig niedriger, da enge Toleranzen (ISO 8062-3 CT7) und glatte Oberflächen (Ra 3.2 - 6.3 µm) sekundäre Bearbeitungsvorgänge überflüssig machen und die Ausschussquote reduzieren.
F: Was sind die minimalen und maximalen Gewichtsgrenzen für Formgussteile?
A: Unsere Produktionslinie verarbeitet Stückgewichte von 0,2 kg (0,44 lbs) bis 80 kg (176 lbs). Für Teile mit einem Gewicht von mehr als 80 kg wird aufgrund der Steifigkeit des Gehäuses und der Einschränkungen bei der Größe des Formkastens im Allgemeinen der traditionelle Harzsandguss oder Grünsandguss empfohlen.
F: Können beim Schalenformguss hohle Innenkanäle und komplexe Geometrien entstehen?
A: Ja. Vor-Harz-Sandkerne (hergestellt durch Heiß--Box- oder Kalt--Box-Verfahren) werden vor dem Festklemmen in die Oberkasten- und Schleppschalenhälften eingelegt. Dadurch können komplexe interne Flüssigkeitskanäle, Hinterschneidungen und Hohlkammern präzise gegossen werden.
F: Welche Vorlaufzeiten gelten standardmäßig für Musterwerkzeuge und die erste PPAP-Lieferung?
A: Die Herstellung von Standard-Stichplattenwerkzeugen aus Metall und die Erstmusterproduktion erfordern 4 bis 6 Wochen. Wenn 3D-gedruckte Sandkerne zur Prototypenverifizierung verwendet werden, können Vormuster in 2 bis 3 Wochen geliefert werden. Serienaufträge werden innerhalb von 4 bis 5 Wochen nach Musterfreigabe geliefert.
