Wie ist der Herstellungsprozess einer Armwelle aus Gussstahl?

1. Materialvorbereitung
Der erste Schritt in der Fertigung Armwelle aus Gussstahl ist die Wahl des richtigen Stahls. Die Wahl des Stahls ist entscheidend für die Leistung des endgültigen Gussstücks. Üblicherweise werden Kohlenstoffstahl, legierter Stahl oder Spezialstahl verwendet, die hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Kohlenstoffstahl weist eine hohe Festigkeit und Härte auf und eignet sich für die Herstellung von Teilen, die großen Belastungen standhalten müssen. Legierter Stahl verbessert die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit des Materials weiter, indem er andere Elemente (wie Chrom, Nickel und Molybdän) hinzufügt. Die Auswahl der Materialien richtet sich nicht nur nach den Kosten, sondern auch nach den Einsatzbedingungen des Produkts, den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und den Umweltanforderungen.
Nachdem das Material vorbereitet ist, wird es normalerweise geschmolzen. Das Schmelzen ist ein sehr kritischer Prozess. Der Stahl muss auf seinen Schmelzpunkt (normalerweise zwischen 1370 °C und 1530 °C) erhitzt werden, bis er vollständig geschmolzen ist. Um sicherzustellen, dass die Leistung des Stahls optimal ist, muss die chemische Zusammensetzung während des Schmelzprozesses angepasst werden. Durch die Zugabe spezifischer Legierungselemente können die Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit des Stahls verbessert werden. Diese Vorbehandlungen wirken sich direkt auf die Qualität des Endprodukts aus und sorgen dafür, dass der anschließende Gussprozess reibungslos ablaufen kann.

2. Formenbau und -herstellung
Die Formgestaltung ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Herstellung von Armwellen aus Gussstahl. Die Qualität und das Design der Form bestimmen direkt die endgültige Form und Leistung des Gussstücks. Formen werden normalerweise in Einweg-Sandformen und wiederverwendbare Metallformen unterteilt. Sandguss wird in der Regel zur Herstellung von Gussteilen mit komplexen Formen oder großen Abmessungen verwendet, während Metallformguss für die Herstellung relativ einfacher Teile mit hohen Präzisionsanforderungen geeignet ist.
Bei der Gestaltung der Form müssen Faktoren wie die Schrumpfungsrate, die Abkühlgeschwindigkeit und die Materialfließfähigkeit des Gussstücks berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das Gussstück während des Abkühlvorgangs keine Defekte wie Risse und Poren aufweist. Gleichzeitig sollte die Größengestaltung der Form die Volumenänderung des Stahls während des Abkühlens vollständig berücksichtigen, um unnötige Spannungen zu vermeiden. Normalerweise verwenden Designer CAD-Software (Computer Aided Design), um die Form genau zu entwerfen und potenzielle Probleme vorherzusagen, indem sie den Gießprozess simulieren. Letztendlich muss die hergestellte Form nicht nur die Größenanforderungen erfüllen, sondern auch über eine ausreichende Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit verfügen, um dem Infusionsprozess von geschmolzenem Stahl standzuhalten.

3. Schmelzen und Gießen

Das Schmelzen ist ein entscheidender Schritt im Herstellungsprozess der Armwelle aus Gussstahl, der die chemische Zusammensetzung und die Materialeigenschaften des endgültigen Gussteils bestimmt. Bei diesem Verfahren wird der Stahl in einen vollständig geschmolzenen Zustand erhitzt, üblicherweise auf eine Temperatur zwischen 1370 °C und 1530 °C. Während des Schmelzens müssen Temperatur und Zusammensetzung des Stahls ständig überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Qualität des flüssigen Stahls den erwarteten Anforderungen entspricht. Bei Hochleistungsgussteilen wird üblicherweise eine Veredelungsbehandlung durchgeführt, um Verunreinigungen im Stahl zu entfernen und die Reinheit des Materials zu verbessern.

Nachdem der Stahl vollständig geschmolzen ist, wird er in die Form gegossen. Der Gießvorgang erfordert besondere Sorgfalt und die Gießgeschwindigkeit, der Druck und die Temperatur müssen streng kontrolliert werden, um Blasen oder andere Fehler im flüssigen Stahl während des Gießvorgangs zu vermeiden. Moderne Gießereien verwenden zur Durchführung dieses Prozesses häufig automatisierte Geräte, um Genauigkeit und Konsistenz sicherzustellen. Nach dem Gießen beginnt der flüssige Stahl abzukühlen und zu erstarren, wodurch sich nach und nach die Form des Gussstücks bildet. Dieser Prozess erfordert vom Bediener umfangreiche Erfahrung, um sicherzustellen, dass während des Gieß- und Abkühlvorgangs keine Poren, Risse oder andere Gussfehler entstehen.

4. Abkühlung und Erstarrung
Nachdem der flüssige Stahl in die Form eingespritzt wurde, ist der Abkühlprozess das entscheidende Glied bei der Bildung des Gussstücks. Während des Abkühlvorgangs verfestigt sich der Stahl allmählich aus dem flüssigen Zustand und bildet die endgültige Form der Armwelle aus Gussstahl. Geschwindigkeit und Art der Abkühlung wirken sich direkt auf die innere Struktur, die Korngröße und die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks aus. Zu schnelles Abkühlen kann zu größerer Spannung im Gussstück und sogar zu Rissen führen; Eine zu langsame Abkühlung kann zu Kornwachstum führen und die Zähigkeit des Materials verringern. Gießereien legen in der Regel geeignete Abkühlmethoden und -zeiten entsprechend der Größe, Dicke und dem Material der verschiedenen Gussteile fest.
Während des Abkühlvorgangs schrumpft das Gussstück auf natürliche Weise, daher muss dies bei der Gestaltung der Form berücksichtigt werden. Moderne Gusstechnologie nutzt Computersimulationstechnologie, um den Abkühlprozess genau zu steuern und sicherzustellen, dass Größe und Form des Gussstücks den Designanforderungen entsprechen. Nach dem Abkühlen wird der Guss aus der Form genommen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Armwelle aus Gussstahl im Wesentlichen geformt, es können jedoch noch Restsand, Ausgussöffnungen oder überschüssige Grate auf der Oberfläche vorhanden sein, die eine weitere Bearbeitung erfordern.

5. Entformung und Vorbehandlung
Nachdem die Armwelle aus Gussstahl abgekühlt und verfestigt ist, muss sie entformt werden. Beim Entformen wird das fertige Gussstück entweder mechanisch oder manuell aus der Form entnommen. Die Entformungsmethoden variieren je nach Art der Form. Beim Sandguss wird die Form beim Entformen zerstört, so dass für jeden Guss eine neue Form benötigt wird. Beim Metallformguss kann die Form wiederverwendet werden, es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Oberfläche des Gussstücks beim Entformen nicht beschädigt wird.
Nach dem Entformen weist die Oberfläche des Gussstücks normalerweise eine Ausgießrinne, überschüssige Metallgrate und Sandformreste auf. Um eine höhere Präzision und Oberflächenbeschaffenheit des Gussstücks zu erreichen, sind Vorreinigungen und Bearbeitungen erforderlich. Zu den gängigen Methoden gehören die Verwendung mechanischer Werkzeuge zum Entfernen von Graten und Graten oder die Verwendung von Sandstrahlen zum Reinigen des Oberflächensands. Der Zweck der Vorbearbeitung besteht darin, sicherzustellen, dass das Erscheinungsbild des Gussteils den Anforderungen entspricht, und den Grundstein für die anschließende Präzisionsbearbeitung und -behandlung zu legen.