Gießen vs. Bearbeiten: Auswahl des besten Herstellungsverfahrens

Wir hoffen, Sie haben einen Einblick in die Fertigungsverfahren zur Herstellung verschiedener Komponenten für die jeweiligen Anwendungen gewonnen. Zu diesen Fertigungsverfahren gehören Schweißen, Pulvermetallurgie, Umformen, Spritzgießen usw. Gießen und Zerspanen sind Fertigungsverfahren, die jedoch in der Praxis unterschiedlichen Zwecken dienen. Dieser Artikel hilft Ihnen, diese Verfahren zu verstehen und das passende Verfahren für Ihre Anforderungen auszuwählen. Beginnen wir mit einer Einführung in das Gießen:

Was ist Gießen?

Sie sehen verschiedene komplex geformte Teile wie Turbinenschaufeln, Motorblöcke usw. Diese komplexen Formen werden durch das Gießverfahren in reale Anwendungen umgesetzt. Beim Gießen wird das geschmolzene Metall in die Form der gewünschten Form gegossen, anschließend erstarrt es und das geschmolzene Metall nimmt die gewünschte Form an.

Überblick über den Gießprozess

Das Gießverfahren ist ein Herstellungsverfahren, das hauptsächlich für Metalle verwendet wird. Es besteht aus zwei Schritten: Schmelzen und Erstarren. Beim Schmelzen wird das feste Metall in eine flüssige Form überführt, anschließend in die Form gegossen und anschließend zur Erstarren luftgekühlt. Es gibt viele Arten, zum Beispiel:

Sandguss

Bei diesem Verfahren besteht die Form aus Sand. Messer usw. werden im Sandgussverfahren hergestellt. Die Sandpartikel haften aufgrund des Bindemittels im Sand fest aneinander. Melasse wird im Sandguss häufig als Bindemittel verwendet. Sie wird für große Teile verwendet und ist kostengünstig.

Druckguss

Beim Druckguss wird eine Form aus Stahl zum Gießen von Metallen verwendet. Diese Form ist für Al und Al-Legierungen üblich. Zahnräder werden mit dieser Gussart hergestellt.

Feinguss

Bei dieser Gussart werden die Formen aus Wachs hergestellt. Sie wird für kritische Anwendungen wie Turbinenschaufeln von Flugzeugen verwendet. Sie bietet eine Oberflächengüte von (Ra 1.6–3.2 µm), die im Vergleich zu anderen Gussarten als glatt gilt.

Hauptvorteile des Castings

Im Folgenden sind einige der wichtigsten Vorteile des Castings aufgeführt:

Besser für große Mengen

Da die Formen für die Herstellung mehrerer Einheiten verwendet werden können und dadurch der Preis pro Einheit sinkt, eignet sich dieses Verfahren am besten für die Produktion großer Stückzahlen.

Fähigkeit, komplexe Geometrien zu erstellen

Sobald eine Form der gewünschten Form hergestellt ist, kann sie für mehrere Teile verwendet werden. Mit diesem Verfahren lassen sich problemlos komplexe Formen herstellen, z. B. Pumpenlaufräder.

Was ist maschinelle Bearbeitung?

Die spanende Bearbeitung ist ein weiteres gängiges Verfahren zur Herstellung hochpräziser Komponenten. Dabei werden hauptsächlich Schneidvorgänge durchgeführt, um Rohmaterial in die gewünschte Form zu bringen.

Übersicht über die CNC-Bearbeitung

Durch die spanende Bearbeitung werden verschiedene Teile hergestellt, indem überschüssiges Material durch Schneiden entfernt wird. Es stehen verschiedene Schneidwerkzeuge zur Verfügung, wie z. B. Bügelsägen, Laserschneiden, CNC-Maschinen usw. Für die Herstellung hochpräziser Teile werden häufig CNC-Maschinen eingesetzt.

Fräsen

Mehrere rotierende Schneidwerkzeuge werden verwendet, um das überschüssige Material vom Werkstück zu entfernen und das Produkt herzustellen. Das Fräsverfahren wird hauptsächlich verwendet, um schwer zu gestaltende Formen zu erzeugen.

Drehung

Das Drehverfahren wird hauptsächlich für zylindrische Teile eingesetzt. Das Werkstück rotiert, die Schneidwerkzeuge bleiben jedoch stationär. Eines der häufigsten Produkte ist eine Welle.

Schleifen

Ein Schneidverfahren, das eine Oberflächengüte von Ra 0.1–0.8 µm auf Lagern oder Formen erzeugt. Es wird für oberflächliches Schneiden verwendet. Es wird vor allem in der Metallografie eingesetzt.

Hauptvorteile der Bearbeitung

Dieser Abschnitt gibt einen Einblick in die wichtigsten Vorteile der spanenden Bearbeitung:

Hohe Präzision und Genauigkeit

Der Bearbeitungsprozess, insbesondere CNC-Präzisionsbearbeitung, kann eine Toleranz von ±0.005 mm erreichen, was es zu einem hochpräzisen Herstellungsverfahren macht und für Luft- und Raumfahrtkomponenten verwendet wird.

Vielseitigkeit bei den Materialoptionen

Die Bearbeitungsverfahren können für verschiedene Materialien wie Holz, Kunststoff und Metalle verwendet werden, weshalb es sich um ein vielseitiges Fertigungsverfahren handelt. Für einige Bearbeitungsprojekte, wie z. B. Metalle, wird in zwei Arten unterteilt: Hartbearbeitung und Weichbearbeitung.

Arten von CNC-Maschinen, die in der Bearbeitung verwendet werden

Wie bereits erwähnt, werden CNC-Maschinen häufig für hochpräzise Anwendungen eingesetzt. Dieser Abschnitt macht Sie mit verschiedenen CNC-Maschinentypen vertraut.

Horizontale vs. vertikale CNC-Maschinen

Diese Tabelle bietet kurze Informationen zu horizontalen und vertikalen CNC-Maschinen.

Mehrachsige CNC-Maschinen

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden mehrachsigen CNC-Maschinen:

Gießen vs. Bearbeiten: Hauptunterschiede

Der Hauptunterschied zwischen Gießen und spanender Bearbeitung liegt in der Art und Weise, wie das Rohmaterial in die gewünschte Form gebracht wird. Beim Gießen beispielsweise werden Erstarrung und Schmelzen zur Herstellung genutzt. Bei der spanenden Bearbeitung wird überschüssiges Material mit Schneidwerkzeugen von der Probe entfernt. Dieser Abschnitt untersucht weitere Unterschiede und erläutert diese Techniken kurz:

1. Materialeffizienz und Abfall

Die Fertigungsverfahren werden in zwei Grundtypen unterteilt: formgebende und subtraktive Fertigung. Dieser Abschnitt enthält Informationen zur formgebenden und subtraktiven Fertigung:

Formative vs. subtraktive Fertigung

Formative Fertigung

• Zunächst wird das Rohmaterial geschmolzen, dann in eine Form gegossen und verfestigt.
• Durch das Schmelzen entsteht nur sehr geringer Materialabfall. Formgrate können wieder eingeschmolzen werden, daher entsteht nur geringer Materialabfall.

Subtraktive Fertigung

• Um einen massiven Block in das Produkt umzuwandeln, werden verschiedene Schneidvorgänge wie Schleifen, Fräsen usw. durchgeführt.
• Aufgrund der Spanbildung entsteht hoher Materialabfall. Dieser kann durch Nesting-Optimierung reduziert werden.

2. Toleranzen und Präzision

Toleranz und Präzision des Produkts beeinflussen maßgeblich dessen Lebensdauer und Genauigkeit. Hohe Toleranz und Präzision gewährleisten den erfolgreichen Einsatz des Produkts für die jeweiligen Anwendungen. Für höhere Toleranzen und Präzision wird eine maschinelle Bearbeitung dringend empfohlen.

CNC-Bearbeitung vs. Gießen: Toleranzbereichstabelle

Diese Tabelle zeigt den Unterschied in Toleranz und Oberflächengüte bei Bearbeitung und Guss:

CNC-Maschinen bieten eine 50- bis 100-mal größere Toleranz, weshalb kritische Teile durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden.

3. Komplexität der Teilegeometrie

Die Komplexität der Teilegeometrie ist der Hauptgrund für die Entscheidung zwischen Gießen und Bearbeiten.

Gießen für komplexe Formen

Für komplexe Formen wird Gießen (formgebende Fertigung) eingesetzt. Mit dieser Technik lassen sich problemlos Hohlstrukturen, organische Konturen und komplexe Innenkanäle herstellen. Gießen wird zur Herstellung von Motorblöcken in der Automobilindustrie eingesetzt.

Bearbeitung für komplizierte Details und enge Toleranzen

Obwohl sich das Gießen durch die Herstellung schwieriger und komplexer Formen auszeichnet, ermöglicht die maschinelle Bearbeitung unvergleichlich komplexe Details und enge Toleranzen. CNC-Maschinen werden aufgrund ihrer hohen Präzision zur Herstellung von Komponenten wie Robotergelenken, Strukturträgern usw. eingesetzt.

4. Oberflächenbeschaffenheit und Ästhetik

Das bedeutet, dass sich Gießen am besten für die Herstellung schwieriger Formen eignet, für hohe Toleranzen usw. jedoch die spanende Bearbeitung verwendet wird.

Nachbearbeitungstechniken

Für eine bessere Oberflächengüte verwenden wir verschiedene Nachbearbeitungsverfahren wie Sandstrahlen, Plattieren, Eloxieren usw. sowohl für Guss- als auch für bearbeitete Teile. Diese Verfahren machen das Teil korrosions- und verschleißbeständig.

Ist Gießen günstiger als maschinelle Bearbeitung?

Viele Faktoren machen eine Technik günstiger als andere. Dazu gehören die Anwendung des Produkts, die Stückzahl und die Präzision. Eine Technik, die diese Faktoren erfüllt, gilt als günstiger. Sehen wir uns diese Faktoren genauer an:

Vergleich der Herstellungskosten

Diese Tabelle bietet einen Kostenvergleich verschiedener Parameter des Gießens und der Bearbeitung:

Laut dieser Tabelle ist Gießen in der Massenproduktion deutlich günstiger als die spanende Bearbeitung. Beim Prototyping und Erreichen hoher Toleranzen ist die spanende Bearbeitung hingegen kostengünstiger.

Präzise CNC-Bearbeitung für kundenspezifische Hartmetallprojekte

Um hohe Toleranzen und Präzision zu erreichen, übertrifft die CNC-Bearbeitung bei mehreren Materialien das Gießen. Hartmetall-Sonderanfertigungen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln aus Inconel 718, werden mit CNC-Maschinen bearbeitet. Ein weiteres Beispiel ist ein Impeller aus Titan (Ti-6Al-4v).

Auswahl des richtigen Prozesses basierend auf dem Produktionsvolumen

Dieser Abschnitt des Artikels enthält umfassende Informationen zur Auswahl zwischen Guss- und Bearbeitungstechniken.

Wann ist Guss für die Großserienproduktion geeignet?

• Ideal für Massenproduktionen

Gießen ist ein hervorragendes und kostengünstiges Verfahren für die Massenproduktion. So können beispielsweise über 1000 identische Teile hergestellt werden, oder eine Form kann für die Produktion von 50,000 Autorädern pro Monat verwendet werden.

• Kostenvorteile bei großen Stückzahlen

Wenn Sie 10,000 Teile im Gussverfahren herstellen, sinken die Kosten für ein einzelnes Stück um 60–80 %. Zweitens ist der Materialabfall geringer.

Wann ist die Bearbeitung von Kleinserien oder Sonderteilen sinnvoll?

• Geringe Einrichtungskosten für das Prototyping

Für Kleinserien oder Prototypen eignet sich die spanende Fertigung am besten. Die Herstellung von 10 Prototypzahnrädern kostet Sie beispielsweise nur 1500 $.

• Flexibilität für kundenspezifische oder Kleinserienproduktion

Die maschinelle Bearbeitung bietet viele Vorteile. Sie können beispielsweise innerhalb einer Charge unterschiedliche Materialien verwenden, das Design der Teile ändern usw.

Materialüberlegungen beim Gießen vs. Bearbeiten

Die Materialauswahl ist ein wichtiges Kriterium bei der Wahl zwischen Bearbeitung und Guss. Dieser Abschnitt hilft Ihnen bei der Auswahl einer geeigneten Maschine je nach Material.

Materialoptionen für den Guss

Aufgrund der Schmelzpunkte, der Reaktivität und der Fließfähigkeit beim Gießen sind die Materialoptionen für den Guss begrenzt.

Häufig im Guss verwendete Metalle und Legierungen

Gießen eignet sich am besten für Materialien wie Aluminium aufgrund seiner ausgezeichneten Fließfähigkeit, Stahl aufgrund seiner hohen Festigkeit, Gusseisen aufgrund seiner Duktilität und Zink aufgrund seines niedrigeren Schmelzpunkts.

Einschränkungen bei der Materialauswahl für Gussteile

• Hochreaktive Materialien werden nicht oft gegossen, da sie in geschmolzener Form unerwünschte Verbindungen bilden können.
• Materialien mit hohen Schmelzpunkten, wie beispielsweise Wolfram, werden nicht gegossen.

Materialoptionen für die Bearbeitung

Die spanende Bearbeitung ist eine vielseitige Fertigungstechnik, mit der sich selbst schwierigste Materialien wie Wolfram, Kunststoffe und sogar Verbundwerkstoffe problemlos bearbeiten lassen.

Präzise Kontrolle der Materialeigenschaften

Durch die Bearbeitung können die Materialeigenschaften präzise gesteuert werden, wie die folgende Tabelle zeigt.

Der Hauptgrund besteht darin, dass in bearbeiteten Teilen im Vergleich zu Gussteilen keine Mikrorisse oder Hohlräume vorhanden sind.

Prototyping: Gießen oder Bearbeiten?

Welcher Prototyp ist besser: bearbeitet oder gegossen? Lassen Sie uns in diesem Abschnitt herausfinden:

Vorteile des Gießens im Prototyping

Wenn Sie Ihren Prototypen gießen, haben Sie folgende Vorteile:

1. Komplexe Geometrieprüfung
2. Überprüfung der Materialeigenschaften
3. Kostengünstig für große Prototypen

Vorteile der Bearbeitung im Prototyping

Bei spanend gefertigten Teilen ergeben sich folgende Vorteile:

1. Höhere Geschwindigkeit und Flexibilität
2. Materialvielfalt
3. Präzisionsvalidierung

Einschränkungen beim Gießen und Bearbeiten

Jede Fertigungstechnik ist mit gewissen Einschränkungen verbunden, egal wie fortschrittlich sie ist.

Einschränkungen beim Casting

Die beiden Hauptbeschränkungen des Castings werden hier kurz erläutert:

Eingeschränkte Präzision und Oberflächengüte

Durch Gießen können wir eine Toleranz von ±0.25 mm und 3.2-25 µm erreichen Ra-OberflächenbeschaffenheitAus diesem Grund führen wir nach dem Gießen häufig Nachbearbeitungsvorgänge durch.

Hoher Materialabfall bei kleinen Auflagen

Bei kleinen Stückzahlen beträgt der Materialabfall 20–30 %, was als Einschränkung für den Einsatz von Gussteilen bei kleinen Stückzahlen gilt.

Einschränkungen der Bearbeitung

Und bei der spanenden Bearbeitung gibt es zwei Grenzen, die gegen den Einsatz der spanenden Fertigungstechnik sprechen:

Hohe Werkzeug- und Arbeitskosten für große Stückzahlen

Bei der Bearbeitung harter Materialien brechen häufig Werkzeuge und für die Bearbeitung von Teilen ist 5-10x mehr Arbeitsaufwand erforderlich.

Materialabfall im Materialabtragsprozess

50-60 % Materialabfall in Form von Spänen. Nur 10 % werden recycelt.

Fazit

Gießen und Zerspanen sind Fertigungsverfahren, die je nach Bedarf eingesetzt werden. Für eine kostengünstige Massenproduktion empfiehlt sich Gießen. Beim Gießen sollten keine Materialien mit hoher Reaktivität oder hohem Schmelzpunkt verwendet werden. Für Kleinserienfertigung, hohe Präzision und Genauigkeit sowie enge Toleranzen ist Zerspanen die richtige Wahl. Bei Zerspanen entstehen hohe Kosten durch Werkzeugverschleiß und höheren Arbeitsaufwand.

FAQs

Ist Druckguss günstiger als CNC?

Dies hängt von der Produktionsmenge ab. Bei mehr als 5000 Teilen ist Druckguss günstiger.

Gussfestigkeit vs. Bearbeitungsfestigkeit, was ist stärker?

Gusswerkstoffe weisen im Allgemeinen eine höhere Festigkeit auf als ein bearbeitetes Teil.