Gießen oder spanende Bearbeitung: Was soll ich wählen?

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Metall- und Legierungsprodukte herzustellen. Die Auswahl einer Methode hängt von der Art des Materials und den spezifischen Fertigungsanforderungen ab. Gießen vs. Bearbeiten Bei der Entscheidung über die Metallfertigungstechnologie kommt es unter Ingenieuren, Designern und Herstellern häufig zu großen Debatten. 

Beim Zerspanen wird Material abgetragen, um die gewünschte Form zu erreichen. Beim Gießen hingegen wird geschmolzenes Metall in einer Matrize oder Form erstarren gelassen. Beide Verfahren bieten unterschiedliche Möglichkeiten, Vorteile und Einschränkungen in der Produktion.  

In diesem Artikel werden das Gießen und die maschinelle Bearbeitung im Detail erörtert, einschließlich Funktionsprinzipien, Vorteilen, Nachteilen und wichtigen Unterschieden. 

Was ist Casting? 

Gießen bezeichnet die Herstellung dreidimensionaler Metallteile durch Schmelzen und Formen in einer vorgegebenen Form, die einen Kern und einen Einsatz enthält. Es können Teile und Produkte unterschiedlicher Formen und Größen für verschiedene Branchen aus Eisen- und Nichteisenmetallen hergestellt werden.

Die Geschichte des Gießens lässt sich zurückverfolgen auf 4000 v. Chr. im alten EuropaWissenschaftler glauben jedoch, dass sie bereits im alten Mesopotamien und in China verwendet wurde. Seitdem entwickelt sie sich kontinuierlich weiter und verbreitet sich weltweit. Insbesondere nach der industriellen Revolution hat sich diese Technologie rasant weiterentwickelt und ist zu einem wesentlichen Bestandteil der modernen Fertigung geworden. 

Wie funktioniert das Casting? 

Der Metallgussprozess beginnt mit dem Schmelzen des Rohmetalls im Ofen (der direkt an die Gießmaschine angeschlossen sein kann, muss aber nicht). Das flüssige Metall wird dann entweder jährlich oder automatisch in eine Form gegossen. Innerhalb der Form erfolgt die Erstarrung in mehreren Phasen: Keimbildung, Kristallwachstum, Kornstrukturbildung und gerichtete Erstarrung. 

Die Keimbildung ist die erste Phase der Erstarrung. Dabei bilden sich beim Abkühlen unter die Liquidustemperatur kleine Feststoffpartikel (Keime) im geschmolzenen Metall. Sobald sich stabile Keime gebildet haben, wachsen sie beim weiteren Abkühlen des Metalls zu größeren Kristallen (Körnern) heran. Größe, Form und Ausrichtung der Körner im erstarrten Metall hängen von der Abkühlgeschwindigkeit und der Legierungszusammensetzung ab. Nach der Erstarrung erleichtern Auswerferstifte oder andere Mechanismen das sichere Auswerfen der Teile. Um hohe Präzision und Oberflächengüte zu erreichen, sind möglicherweise Nachbearbeitungen und geringfügige mechanische Bearbeitungen erforderlich.

Vorteile des Gießens 

•  Einfach für komplexe Teile: Mithilfe eines Crossposting-Matrizenaufbaus können Sie komplexe Metallteile mit Hohlprofilen und unregelmäßigen Konturen gießen.  
• Materialvielfalt: Es ist möglich, Schrott und minderwertige Metalle/Legierungen zum Gießen von Metallkomponenten zu verwenden, solange der Schmelzpunkt für die Form und die Ausrüstung akzeptabel ist. 
• Kostengünstig für große Mengen: Wenn Sie in eine Matrize und Werkzeuge investieren, können Sie Millionen identischer Artikel produzieren und so die Kosten pro Gussteil senken.
•  Größenflexibilität: Mit Techniken wie Sand- und Feinguss können Teile mit einer Größe von bis zu mehreren Metern gegossen werden, während das Druckgussverfahren bis zu einer Größe von 300 x 650 mm oder mehr flexibel ist. 
• Einarbeitung von Inserts: Um Teile aus mehreren Materialien herzustellen, können vorgefertigte Einsätze im Gussverfahren integriert werden, z. B. Bimetalllager. 

Nachteile des Gießens 

• Anfällig für Defekte: Gussteile neigen zu Porosität, Schrumpfung, Verzug und Oberflächenrissen. Die Hauptursachen hierfür sind falsche Prozessparameter und minderwertige Rohstoffe. 
• Arbeitsintensiv: Insbesondere beim Vergleich von Gießen und maschineller Bearbeitung ist festzustellen, dass die Metallgusstechniken vom Gießen bis zum Auswerfen arbeitsintensiver sind. 
• Schädliche Emissionen:  Beim Schmelzen und Handhaben von Abfällen entstehen schädliche Emissionen wie CO, VOCs und Metalldämpfe. 

Was ist maschinelle Bearbeitung? 

Bei der spanenden Bearbeitung werden Schneidwerkzeuge eingesetzt, um das Material vom Werkstück zu entfernen und in die gewünschte Form zu bringen. Rotierende oder stationäre Werkzeuge führen das Material vom Werkstück in einem festgelegten Pfad zu, bis die gewünschte Größe, Form, Genauigkeit und Oberfläche erreicht ist. Folglich steuern Computerprogramme alle diese Prozesse in CNC-Bearbeitung. 

CNC-Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Erodiermaschinen und viele weitere Geräte dienen der Bearbeitung. Drehmaschinen dienen zum Drehen, Fräsmaschinen zum Fräsen, Bohrmaschinen zum präzisen Bohren usw. 

Fortschrittliche Technologien eignen sich für hochpräzise Komponenten und Prototypen. In der CNC-Bearbeitung bestimmen G- und M-Codes die Werkzeug- und Werkstückbewegungen durch den Computer. So erhalten Sie CNC-bearbeitete Metallteile mit exakt den Spezifikationen des CAD-Modells. 

Die Entwicklung der Zerspanungstechnik begann in der 17. Jahrhundert, mit wichtigen Entwicklungen in den 1950er Jahren, darunter die Erfindung der CNC-Steuerung. Im Laufe der Zeit wurde sie immer präziser und effektiver. KI-integrierte CNC-Automatisierung ist das, was wir heute haben. 

Vorteile der Bearbeitung 

• Hohe Präzision: Die mehrachsigen CNC-Maschinen können Toleranzen von bis zu ± 0.001 Zoll bieten, selbst bei komplexen Teilen wie Turbinenschaufeln und medizinischen Komponenten.  
• Schnell für kleine Chargen: Im Gegensatz zum Gießen sind keine umfangreichen Werkzeuge erforderlich, was die Herstellung von Prototypen und kleinen Stückzahlen einfacher und schneller macht.
• Hervorragende Wiederholbarkeit: Eine CNC-Einrichtung kann mithilfe eines CAD-Modells und eines CNC-Programms hinsichtlich Abmessungen, Verarbeitung und Qualität identische Teile erstellen. 
• Hohe Automatisierung: CNC-Bearbeitung automatisiert die Produktion und reduziert so menschliche Fehler und Arbeitskosten. Die Maschinen sind rund um die Uhr in Betrieb und steigern die Effizienz. 
• Materialbereich: Neben Metallen eignet es sich für Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und Keramik. 

Nachteile der Bearbeitung 

• Schwierig für interne Funktionen: Bei komplizierter Innengeometrie, wie tiefen Hohlräumen und Kanälen, ist die Bearbeitung eine Herausforderung. 
• Größenbeschränkung: Große Teile und Produkte stellen aufgrund der eingeschränkten Spindelbewegung eine Herausforderung dar. 
• Materialverschwendung: Beim Prozess des Materialabtragens zur Erreichung der gewünschten Geometrie entstehen Abfallstoffe in Form von Spänen und Staub. 

Bearbeitung vs. Gießen: Arten und Techniken 

Sowohl beim Gießen als auch bei der maschinellen Bearbeitung gibt es unterschiedliche Arten und Techniken, die enorme Möglichkeiten in der Fertigung eröffnen. Lassen Sie uns darüber sprechen.

Arten der Bearbeitung 

Fräsen, Drehen, Bohren und Schleifen sind die wichtigsten Arten von Bearbeitungsvorgängen. Diese unterscheiden sich hinsichtlich der kompatiblen Fräsertypen, der Fräserbewegung und der Anwendungspräferenzen. 

Fräsen

Beim Fräsen werden rotierende Fräser an der Spindel befestigt, die sich entlang mehrerer Achsen bewegt, um das Werkstück zu formen. Diese Bearbeitungsart ist vielfältig und eignet sich für komplexe Designs. Maschinen mit 4, 5 oder mehr Achsen werden häufig für Autochassis, orthopädische Implantate und Spritzgussformen verwendet. 

Drehung

Beim Drehen rotiert das Werkstück mit einer bestimmten Drehzahl, und der Fräser führt Material zu, um rotationssymmetrische Objekte wie zylindrische und konische Formen zu erzeugen. CNC-Drehmaschinen eignen sich hierfür. 

Bohren

Beim Bohren werden kreisförmige Löcher erzeugt. Ein Spiralbohrer rotiert und führt das Material mit mehreren Schneidkanten zu. Die Lochgröße (⌀) hängt vom Durchmesser und der Länge des Bohrers ab. CNC-Bohren  ist kompatibel mit Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Kunststoffen und Duroplasten. Zum Bohren in harte Materialien wie Titanlegierungen sind dagegen Bohrer aus Hartmetall oder Wolframlegierungen erforderlich. 

Schleifen

Durch Schleifen wird die Oberfläche bearbeiteter Teile verfeinert, um die gewünschte Maßtoleranz und Oberflächenqualität zu erreichen. Die Schleifmaschine verwendet eine rotierende Schleifscheibe, um geringe Materialmengen abzutragen. Darüber hinaus können beim CNC-Schleifen Rauheitsgrade von 3.2 bis 0.3 µm erreicht werden.

Arten des Gießens 

Sie können wählen aus verschiedene Gussarten, die nach der Struktur der zum Gießen des Metalls verwendeten Form/Matrize klassifiziert werden.

Sandguss

Bei diesem Verfahren wird eine Form aus Quarz, Grünsand oder anderen feinkörnigen Sanden verwendet. Durch Platzieren des Modells, Verdichten des Sandes um das Modell und Entfernen des Modells entsteht ein Hohlraum. Sandgussformen sind für einzelne oder mehrere Zyklen geeignet und funktionieren mit hochschmelzenden Metallen. 

Druckguss

Druckguss ist ein fortschrittliches und beliebtes Verfahren für die Großserienproduktion von Nichteisenmetallen. Die Matrize besteht aus robustem und thermisch stabilem Material wie Edelstahl. Fräsen, Drehen, Funkenerosion und andere Präzisions-CNC-Bearbeitung Techniken ermöglichen die Herstellung wiederverwendbarer Gussformen. 

Feinguss

Bei diesem Metallgussverfahren wird ein Wachsmodell mit einer Beschichtung aus feuerfestem Material und Bindemittel verwendet. Unmittelbar nach dem Eingießen des geschmolzenen Metalls ersetzt es das Wachs und formt die Teile/Produkte. Feinguss fertigt große und komplexe Nachbildungen großer und komplexer Modelle, wie beispielsweise Turbinenteile. Daher eignet sich dieses Verfahren vor allem für die Prototypen- und Kleinserienproduktion. 

Hauptunterschiede zwischen Bearbeitung und Gießen 

Lassen Sie uns anhand verschiedener Aspekte einen direkten Vergleich zwischen Gießen und maschineller Bearbeitung anstellen. 

Werkzeugbau 

CNC-Prozesse verwenden je nach zu bearbeitendem Design Schneidwerkzeuge wie Schaftfräser, Bohrer, Planfräser, Schlagfräser und Zahnradfräser. Gussverfahren hingegen erfordern umfangreichere Werkzeuganordnungen, von der Modellerstellung bis zum Formen- oder Matrizenbau. 

Präzision und Genauigkeit

 CNC-Maschinen fertigten präzisere Teile als Gussteile, mit Toleranzen von teilweise bis zu ± 0.0025 mm. Die Standardtoleranz für bearbeitete Teile beträgt ± 0.13 mm. Druckguss und andere Präzisionsverfahren können Toleranzen bis zu ± 0.10 mm erreichen. Bei hohen Stückzahlen ermöglicht dies eine höhere Wiederholgenauigkeit. 

Materialkompatibilität

Die Materialauswahl für den Guss hängt von der verwendeten Technik ab. Beispielsweise ist das Sandgussverfahren flexibel bei Eisenmetallen mit hohem Schmelzpunkt, während Druckguss am besten mit Nichteisenmetallen funktioniert. Andererseits sind auch nichtmetallische Werkstoffe bearbeitbar, darunter Thermoplaste, Duroplaste, Verbundwerkstoffe und Keramik. 

Designkomplexität und -größe 

Komplexe Geometrien mit scharfen Kanten, feinen Details und unregelmäßigen Konturen lassen sich besser mit einer Dreh- oder Fräsmaschine fertigen, komplizierte Teile mit inneren Merkmalen lassen sich jedoch leichter gießen. Daher eignen sich große Teile für Maschinen, während die Größe der bearbeiteten Teile je nach Leistungsfähigkeit der Maschine begrenzt ist. 

Produktionsvolumen und -geschwindigkeit 

Produktionsvolumen und -geschwindigkeit hängen sowohl in der Zerspanungs- als auch in der Gusstechnologie zusammen. Bei hohen Produktionsvolumina bietet Guss mehr Geschwindigkeit. Andererseits ermöglicht die CNC-Integration eine schnellere Lieferung kleiner Stückzahlen und Prototypen. 

Festigkeit der Teile

Obwohl CNC-bearbeitete Teile strukturell intakter und stabiler sind, können auch Gussteile durch kontrollierte Prozesse und gerichtete Erstarrung nahezu die ursprüngliche Festigkeit des Metalls behalten. Eine Wärmebehandlung von Gussteilen verbessert deren Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften jedoch deutlich. 

Eignung für Prototypen 

Die Herstellung von bearbeiteten Prototypen ist schneller und einfacher als die Herstellung von Gussteilen. Eine minimale Investition in Werkzeuge reicht aus, um Prototypen mit CNC-Maschinen herzustellen, sofern Sie über ein CAD-Modell des gewünschten Objekts verfügen. Spezialtechniken wie Feinguss können jedoch in manchen Fällen mit der Geschwindigkeit von CNC-Prototypen mithalten. 

Produktionskosten

Bei Gussteilen sind die Werkzeug- und Einrichtungskosten höher, sie sind jedoch für die Massenproduktion kostengünstig. Bearbeitete Teile hingegen sind bei kleinen und mittleren Produktionsmengen kostengünstiger. 

Wo werden Guss und Bearbeitung eingesetzt?

Die Anwendungspräferenzen beim Gießen und bei der spanenden Fertigung unterscheiden sich. Metallteile werden am besten gegossen, wenn sie groß, das Design komplex und die Kosten für CNC- oder andere Verfahren höher sind. Ebenso werden komplexe und präzise Teile, die enge Toleranzen erfordern, bevorzugt spanend gefertigt. 

Welches soll ich wählen? Bearbeitung oder Gießen 

Die Entscheidung zwischen Gießen und maschineller Bearbeitung für Ihre Fertigungsprojekte erfordert eine sorgfältige Abwägung der Konstruktionsmerkmale und Gesamtanforderungen. 

Die folgenden Schlüsselfaktoren müssen berücksichtigt werden: 

Produktionsmengen

Einer der Schlüsselfaktoren ist die Größe des zu produzierenden Volumens und die mögliche Skalierbarkeit. CNC-Maschinen eignen sich besser für kleine Produktionschargen, können aber durch Designanpassungen mit minimalem Aufwand skaliert werden. Das Metallgussverfahren hingegen eignet sich ideal für große Stückzahlen. 

Komplexität der Teile

Berücksichtigen Sie als Nächstes die Größe und die komplexen Merkmale des zu fertigenden Designs, wie etwa kleine Innenmerkmale, Profilkrümmungen usw. Designs mit kleinen Innengeometrien lassen sich besser mit CNC bearbeiten, da Mikrowerkzeuge verwendet werden können.

Gewünschte Präzision und Wiederholbarkeit 

In der Massenproduktion sind Gussteile aus Metall wiederholgenauer, da ein einziger Formaufbau für zahlreiche Zyklen verwendet wird. Computergesteuerte Werkzeuge hingegen erzeugen zwar konsistente Teile, jedoch nicht so wiederholgenau wie Gussteile in der Großserienfertigung. Die Bearbeitung ist jedoch präziser und ermöglicht enge Toleranzen. Überlegen Sie daher vor der Entscheidung, welches Maß an Präzision und Konsistenz Ihr Teil benötigt. 

Medientyp

Auch das in der Produktion verwendete Material spielt eine Rolle. Beim Gießen stehen weniger Werkstoffe zur Verfügung, während die Liste der bearbeitbaren Materialien vielfältiger ist. Metalle mit hohen Schmelztemperaturen lassen sich nur schwer im Druckgussverfahren herstellen. 

Materialverschwendung

Abfall erhöht nicht nur die Materialkosten, sondern erschwert auch das Recycling. Bestimmen Sie daher, wie viel Material beim Bearbeiten vom Werkstück abfällt. Beim Gießen hingegen ist der Materialabfall minimal.

Produktionsgeschwindigkeit

Berücksichtigen Sie den Projektzeitplan und vergleichen Sie ihn mit der Produktionsgeschwindigkeit, um zu prüfen, ob es für Sie machbar ist. Für Prototypen und Kleinserien sind Bearbeitungsverfahren schneller. Metallgussverfahren hingegen sind für mittlere bis große Stückzahlen schnell. 

Fazit

Die Wahl des richtigen Fertigungsverfahrens (Guss oder spanende Bearbeitung) hängt maßgeblich von Ihrem Design und den Leistungsanforderungen wie Festigkeit, Präzision, Oberflächenqualität usw. ab. Es empfiehlt sich, spanende Verfahren für hohe Präzision, geringe bis mittlere Stückzahlen und Materialflexibilität zu wählen. Ebenso ist Guss besser geeignet, wenn Designs komplexe Formen, Hohlräume und große Abmessungen aufweisen und Produktionsanforderungen erfüllen. 

Häufig kombinieren Hersteller beide Verfahren, den Erstguss und präzise CNC-Bearbeitung. So lassen sich die Vorteile optimal nutzen und hochwertige, endkonturnahe Teile herstellen. 

RapidDirect ist ein führender Anbieter von CNC-bearbeiteten und Metallgussteilen und bietet mehrachsige CNC-Bearbeitung und Druckgussdienstleistungen weltweit. Wir können auch kundenspezifische Matrizen für Sie herstellen. 

Auch wenn Sie sich über die hohen Werkzeugkosten beim Guss für den Prototypenbau Sorgen machen, können wir Vakuumgussdienstleistungen zu wettbewerbsfähigen Preisen zu beziehen.  

 Häufig gestellte Fragen