Technische Grundlagen der Gussverarbeitung

Bei der Gussbearbeitung wird ein gegossenes Metallteil als Rohling verwendet und mechanische Verfahren -wie Drehen, Fräsen, Bohren, Ausbohren und Schleifen- verwendet, um überschüssiges Material von der Oberfläche zu entfernen und so die im Entwurf festgelegten Abmessungen, Formen und Oberflächenqualitäten zu erreichen. Obwohl das äußere Profil des Gussteils nach dem Gießen und Abkühlen weitgehend festgelegt ist, bleiben Probleme wie Maßabweichungen, Oberflächenrauheit und Bearbeitungszugaben in der Regel bestehen und erfordern eine weitere Bearbeitung. Während der Bearbeitung kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück; Das Werkzeug schneidet in die Gussoberfläche, um überschüssiges Material zu entfernen und letztendlich eine bearbeitete Oberfläche zu erzeugen, die den Bauplanspezifikationen entspricht.

Das Grundprinzip der Gussbearbeitung ist der Materialabtrag, der durch relative Bewegung zwischen dem Schneidwerkzeug (oder Schleifwerkzeug) und dem Gussstück erreicht wird. Beim Drehen dreht sich beispielsweise das Werkstück auf der Werkzeugmaschinenspindel, während sich das Werkzeug in eine vorgeschriebene Richtung bewegt, wobei durch die Steuerung der Schnitttiefe und der Vorschubgeschwindigkeit schrittweise Material abgetragen wird. Beim Fräsen wird ein rotierender Hochgeschwindigkeitsfräser eingesetzt, um die Gussoberfläche zu bearbeiten und so Merkmale wie flache Oberflächen, Schlitze und gekrümmte Konturen zu erzeugen. Das Bohren dient in erster Linie der Herstellung von Löchern, während das Bohren der weiteren Verbesserung der Maß- und Lagegenauigkeit dient. Bei Gussteilen, die eine hohe Maßgenauigkeit und eine hervorragende Oberflächenqualität erfordern, können auch Nachbearbeitungsverfahren wie Schleifen eingesetzt werden.

Die Gussbearbeitung stellt im Vergleich zur Bearbeitung von Standardstahl besondere Herausforderungen dar, da das Innenmaterial Porosität, Lunker, Einschlüsse oder mikrostrukturelle Ungleichmäßigkeiten aufweisen kann. Bevor mit der Bearbeitung begonnen wird, ist es wichtig, geeignete Methoden auszuwählen und geeignete Bearbeitungszugaben basierend auf den Materialeigenschaften und der Qualität des Gussteils zu bestimmen. Während des Prozesses kann eine zu große Schnitttiefe zu erhöhten Schnittkräften und Werkzeugverschleiß führen, wohingegen eine unzureichende Bearbeitungszugabe dazu führen kann, dass Oberflächenfehler nicht vollständig beseitigt werden. Daher wird typischerweise ein stufenweiser Ansatz-bestehend aus Grobbearbeitung, Halb-Schlichten und Endbearbeiten-verwendet, um zunächst den Großteil des überschüssigen Materials schnell zu entfernen, gefolgt von schrittweisen Verbesserungen der Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität.

Die Gussbearbeitung erfordert auch die Kontrolle von Wärmeerzeugung, Vibration und Verformung. Gussteile weisen häufig komplexe Geometrien und erhebliche Schwankungen in der Wandstärke auf, wodurch sie beim Schneiden anfällig für eine ungleichmäßige Spannungsverteilung sind. Daher ist die richtige Auswahl der Positionsangaben und Spannmethoden während der Einrichtung von entscheidender Bedeutung, um eine Verformung des Werkstücks durch übermäßige Spannkraft zu verhindern. Gleichzeitig müssen je nach Gussmaterial geeignete Schnittgeschwindigkeiten, Vorschübe und Schnitttiefen gewählt und geeignete Kühl- und Schmiermethoden eingesetzt werden, um Reibung und Temperaturschwankungen zwischen Werkzeug und Werkstück zu minimieren. Besonderes Augenmerk muss auch auf mögliche Verformungen bei der Bearbeitung von dünnwandigen oder großformatigen Gussteilen gelegt werden.

Sobald die Bearbeitung abgeschlossen ist, sind Messungen und Inspektionen erforderlich, um sicherzustellen, dass das Teil den Designspezifikationen entspricht. Zu den Standardprüfkriterien gehören Maßgenauigkeit, Formgenauigkeit, Positionsgenauigkeit und Oberflächenrauheit. Für diese Prüfungen werden üblicherweise Werkzeuge wie Messschieber, Mikrometer, Innenmessgeräte und Koordinatenmessgeräte (KMG) verwendet. Bei kritischen Gussteilen müssen auch Inspektionen durchgeführt werden, um interne Mängel zu erkennen, die die Leistung beeinträchtigen könnten. Durch den Prozessablauf „Gussstück-Reinigung des Gussrohlings-Grobbearbeitung-Halb-Fertigbearbeitung-Fertigbearbeitung-Qualitätsprüfung“ wird das Gussstück schrittweise auf die endgültigen technischen Anforderungen gebracht.