Das Sandform- oder auch Sandgussverfahren ist ein Gussverfahren (hier geht es zur Übersicht aller Gussverfahren), bei dem mit verlorenen Formen gegossen wird, d. h. dass die Form während des Gusses zerstört wird. Die Form ist daher nur einmalig verwendbar.

Beim Sandguss lassen sich ohne teure Metallformen hochwertige Gussteile anfertigen. Zwar ist der Aufwand bei der mechanischen Bearbeitung etwas höher, dafür kann durch die preiswerteren Formen während der Herstellung der Vorserien oder Prototypen kostengünstiger und schneller auf Änderungen reagiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, Kunststoffformen und bereits vorhandene Bauteile, die im 3D-Druck (z.B. mittels Stereolithographie) hergestellt oder aus Blockware gefräst wurden, abzugießen.

Das Gussverfahren eignet sich im Handformverfahren für kleinere Serien und zur Herstellung von Teilen mit komplizierten Geometrien. Auch unterschiedliche Materialquerschnitte können durch das Sandgussverfahren angefertigt werden. Für größere Serien kommt das Maschinenformverfahren zum Einsatz.

Sandgussverfahren – einfache Methode zum Gießen kleiner und großer Serien

Die Grundlage für den Sandguss bildet eine digitale 3D-Konstruktion oder eine 2D-Skizze. Zum Gießen wird ein Modell aus Metall oder Holz benötigt, das entsprechend der Skizze bzw. Konstruktion maßstabsgetreu nachgebaut wird. Das fertige Modell wird in Sand als Formstoff gedrückt. Aufgrund der Zusammensetzung des Sandes aus speziellen Stoffen wird die Form des Modells beibehalten. Anschließend wird das Modell aus dem Sand entfernt und der entstandene Abdruck durch ein eingefügtes Kanalsystem mit flüssigem Metall aufgefüllt. Die dafür notwendigen Zugänge werden als Anschnittssystem bezeichnet. Zum Teil sind weitere Austrittskanäle nötig, um die Luft leichter entweichen zu lassen. Im Normalfall fließt aber Metall durch das hohe Eigengewicht gut durch die Zugangskanäle.

Sobald das Metall erkaltet ist, kann die gegossene Form entnommen werden, wodurch sie zerstört wird. Sind Nacharbeiten wie Entgraten der Oberfläche, Entfernung von Angusstücken oder ein individuelles Finish nötig, können diese nun vorgenommen werden.

Der Gussprozess im Überblick

1. Erstellung einer digitalen 3D-Konstruktion oder einer 2D-Skizze
2. maßstabsgetreuer Nachbau der Skizze bzw. Konstruktion
3. Einbetten des Modells in Sand
4. Entfernung des Modells aus dem Sand
5. Auffüllen des Abdrucks mit flüssigem Metall durch ein eingefügtes Kanalsystem
6. Entnahme der gegossenen Form nach dem Erkalten
7. Eventuelle Nachbearbeitung
8. Prüfung des Gusses mit verschiedenen Verfahren

Sandgussformen aus verschiedenen Sanden

Sandgussformen müssen für einen erfolgreichen Guss beständig sein. Sie sollten im Idealfall bereits mit dem Beginn der Erstarrung der Schmelze durch die Zersetzung des Bindemittels zerfallen. Auf diese Weise können Kontraktionen im Werkstück ungehindert ablaufen. Darüber hinaus werden auch das Putzen und Entformen des Werkstücks vereinfacht.

Beim Sandguss wird eine kompakte, aus Quarzsand modellierte, Form verwendet. Sie entsteht durch die Einbettung des Werkstückmodells in Quarzsand. Bei großen und dichtwandigen Werkstücken kommt auch Schamotte zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen feuerfesten gebrannten Ton, der wesentlich beständiger auf Hitze reagiert.

Für kleinere Gussstücke wird ab und an Grünsand verwendet. Grünsandformen bestehen aus Sanden, die mit feuchtem Ton gebunden sind, und daher einen wesentlich höheren Wasseranteil als übliche Sandformen aufweisen. Daher sind sie wesentlich nachgiebiger, kühlen die Schmelze schneller ab und bringen ein feinkörnigeres Gussgefüge hervor, als es beim Gießen mit trockenen Formen möglich ist.
Modernere Sandgussformen sind Magnetformen. Diese kommen ohne Bindemittel aus. Dazu wird ein vergasbares Modell aus Styropor mit einem magnetischen Pulver ummantelt und mithilfe eines starken Magnetfeldes in Form gehalten. Sobald die Schmelze ausgehärtet ist, wird das Magnetfeld abgeschaltet. In dieser Phase ist das Modell bereits ohne Rückstände verdampft.

Beim Vakuumformen wird das Modell mit einer Folie aus Kunstfolie abgedeckt. Diese wird anschließend mit Sand hinterschüttet, der durch Vakuum auf das Modell gepresst und so gehalten wird. Auch hier wird das Vakuum bei ausreichender Erstarrung der Schmelze abgeschaltet, wodurch die Form zerfällt.

Eine weitere Form, das Vollformgießverfahren, basiert auf Modellen aus Styropor, die in Sand eingeformt werden. Durch das Befüllen mit der Schmelze vergast diese Form, sodass auch komplizierte Gussstücke erzeugt werden können.

Aluminiumsandguss – vielseitig einsetzbar

Das Aluminium-Sandguss-Verfahren ist eines der ältesten Gussverfahren und wird vor allem für Prototypen, Einzelstücke und kleinere Serien eingesetzt. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit und der hohen Kostenersparnis hat sich das Verfahren in fast allen Bereichen der Industrie wie Automobilbau und Leichtbau-Konstruktionen durchgesetzt. Da Aluminium stark belastbar, witterungsbeständig sowie leitfähig ist und hervorragende Festigungseigenschaften besitzt, wird der Aluminium-Sandguss gegenüber dem Eisen- und Grauguss bevorzugt.
Beim Aluminium-Sandguss wird mit kunstharzgebundenen oder mit tongebenden Formen gearbeitet, die durch das Lösen des Gusskörpers aus der Form zerstört werden. Dieses Gussverfahren kann für fast jede Metallart und andere Werkstoffe verwendet werden, bei denen Formen aus Sand eingesetzt werden.

Aufgrund des hohen Eigengewichts von Metall fließt dieses durch spezielle Zuleitungen in die Sandform. Gase, die sich in den Hohlräumen befinden, können durch die Austrittskanäle entweichen. Sobald der Gusskörper erstarrt ist, wird der Sand entfernt und das Werkstück entnommen. Danach erfolgt die Säuberung des Gussstückes.
Im Vergleich zu anderen Gussverfahren ist das Aluminium-Gussverfahren sehr vorteilhaft. Es bietet eine vielseitige Einsetzbarkeit und eine große Konstruktionsfreiheit. Komplizierte Geometrien, vielfältige Formen und Hinterschneidungen können qualitativ hochwertig gegossen werden.

Einsatzgebiete des Aluminiumguss-Verfahrens:

• für Kleinserien und Prototypen
• große Serien mit einer wirtschaftlichen Relation von Gussstücken und Formkasten
• Serien mit häufigen Änderungen des Modells
• große Serien mit komplexen Teilegeometrien

Toleranzen – abhängig vom Gießverfahren

Die erreichten Toleranzen hängen von der Art des Gussverfahrens ab. Für den Sandguss mit Maschinenformen wird die Toleranz CT9 festgelegt. Handelt es sich um einen Sandguss mit Handformen, wird eine Toleranz nach EN 8062 CT13 angewendet.

Materialen des Sandgussverfahrens

Für das Sandgussverfahren eignen sich Werkstoffe, die in Sand verarbeitet werden können. Dazu gehören unter anderem Stahl und NE-Metalle wie Aluminium, Kupfer, Bronze oder Messing. Wir beraten Sie gern dazu, ob Ihr Material für den Sandguss geeignet ist. Schreiben Sie uns eine Mail an info@vioproto.de.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich
• einfache Anfertigung der Prototypen durch Rapid-Prototyping
• große Auswahl bei den Legierungen
• lokale Steuerung der mechanischen Eigenschaften möglich
• Sandkerne und Hohlräume durch Nachbearbeitung möglich

Nachteile

• langsame Abkühlgeschwindigkeit
• nur mäßige Oberflächenqualität
• mittlere Maßgenauigkeit (Toleranz 1 – 5 %)

Fazit