Eine überlegene Teilekonstruktion kann die Kosten für Feinguss senken, indem sie die Wachswerkzeugherstellung optimiert, den Bedarf an Keramikkern verringert, die Effizienz des Gießbaums verbessert, problematische schwere Abschnitte eliminiert, geeignete Angusspositionen festlegt und die Nachbearbeitung reduziert.
Was sind die Kostentreiber beim Feinguss?
| Designbereich | Was verbessert werden sollte | Hauptkosten betroffen |
| Wachsmodell | Minimieren Sie Hinterschnitte und komplexe Einsätze. | Werkzeug- und Musterkosten |
| Keramische Kerne | Vereinfachen Sie geschlossene Hohlräume und Gänge | Kernwerkzeuge und wiederkehrende Kernkosten |
| Gießbaum | Teileabstand und -ausrichtung verbessern | Kosten für Schale, Gießen und Verarbeitung |
| Schwere Abschnitte | Überschüssige lokale Metallmasse entfernen. | Material, Zuführung und Abfall |
| Torstandort | Praktische Absperrbereiche reservieren | Schleifen und Fertigstellen |
| Nahezu-Netto-Form | Mehr Geometrie beim Guss erzeugen | CNC-Bearbeitung und Kosten für Fertigteile |
Entwurf 1: Vereinfachung des Wachsmusters
Jede FeingussDie Formgebung basiert auf einem Wachsmodell. Geometrien, die das Wachsspritzgießen erschweren, können die Kosten daher bereits vor dem Gießen in die Höhe treiben. Tiefe Hinterschneidungen, geschlossene Vertiefungen, seitliche Nuten und schwierige Entformungsrichtungen können den Einsatz von Gleitstücken, abnehmbaren Einsätzen oder zusätzlichen manuellen Arbeitsaufwand erfordern.
Bei mittelgroßen Bauteilen kann der Einsatz eines beweglichen Einsatzes oder Schiebers auf der Wachsform die Werkzeugkosten um etwa 1000 bis 5000 Dollar oder mehr erhöhen. Der genaue Wert hängt von den Bauteilgrößen und der Formkonstruktion ab.
Prüfen Sie die Funktionen, die die Musterfreigabe erschweren.
Zu den üblicherweise zu untersuchenden Bereichen gehören:
- Tiefe äußere Hinterschnitte
- Seitliche Schlitze und Nuten
- Eingeschlossene Vertiefungen
- Schmale Innentaschen
- Lange unbegründete Prognosen
Verursacht ein aufwendiges Merkmal zusätzliche Kosten von 3000 Dollar für die Wachsmodellierung, ergeben sich daraus implizite Kosten von etwa 0,60 Dollar pro Gussteil bei einer Bestellung von 5000 Stück. Dies ist noch vor Berücksichtigung der Kosten für Wachsinjektion und Metallguss der Fall.
Bei der Fertigung kleiner bis mittlerer Stückzahlen kann die Optimierung der Wachswerkzeugherstellung daher größere Einsparungen erzielen als das Entfernen geringfügiger Materialmengen von jedem einzelnen Bauteil.
Design 2: Reduzierung des Keramikkernverbrauchs
Keramische Kerne ermöglichen das Feingießen geschlossener Kanäle und innerer Geometrien, die mit herkömmlichen Wachsmodellen nicht direkt hergestellt werden können. Allerdings erfordert jeder Kern zusätzliche Werkzeuge und Fertigungsschritte.
Keramische Kerne erfordern unter Umständen spezielle Werkzeuge, eine separate Fertigung, den Einbau in das Wachsmodell, die Maßprüfung und die Entfernung, sobald das Metall erstarrt ist.
Vergleichen Sie die Kernkosten mit der Alternative
Betrachten Sie einen internen Abschnitt mit folgenden Anforderungen:
- Kernwerkzeugkosten: 4.000 US-Dollar
- Keramikkern: 0,40 $/Teil
- Produktionsmenge: 25.000 Stück
Die laufenden Kosten allein für die Kerne können 10.000 Dollar erreichen. Damit belaufen sich die gesamten kernbezogenen Kosten auf etwa 14.000 Dollar, ohne zusätzlichen Aufwand für die Handhabung oder mögliche Ausschussverluste zu berücksichtigen.
Keramische Kerne werden erst dann wirtschaftlich rentabel, wenn sie teure Prozesse wie die folgenden eliminieren:
- Tieflochbohrung
- Schweißen
- Mehrteilige Montage
- Mehrere CNC-Aufbauten
- Bearbeitung komplexer gekrümmter Passagen
Bei kurzen, geraden Bohrungen oder gut erreichbaren inneren Strukturen kann die Nachbearbeitung nach dem Gießen mitunter zu geringeren Kosten für das fertige Teil führen als das Einpassen eines Keramikkerns in jedes Wachsmodell.
Entwurf 3: Mehr Teile pro Gussbaum
Feingussteile werden in der Regel an einem zentralen Angusskanal befestigt und als kompletter Gussbaum verarbeitet. Daher beeinflusst die Anzahl der an jedem Gussbaum angebrachten Modelle direkt die Kosten für den Schalenbau, das Entwachsen, den Guss und das Ausbrechen.
Zu große Flansche, verlängerte Arme und ungünstig positionierte Vorsprünge können größere Lücken zwischen benachbarten Formen verursachen. Selbst ein relativ leichtes Bauteil kann teuer werden, wenn seine Form die Anzahl der Teile pro Gussast begrenzt.
Änderungen der Baumdichte – Verarbeitungskosten
Betrachten wir einen Produktionsauftrag über 12.000 Teile:
| Baumstruktur | Teile pro Baum | Bäume erforderlich |
| Originaldesign | 10 | 1.200 |
| Verbessertes Layout | 15 | 800 |
| Unterschied | +5 Teile/Baum | 400 Bäume weniger |
Durch die Produktion von 400 Bäumen weniger wird der wiederholte Verbrauch und die Verarbeitung reduziert:
- Wachsbaum-Montage
- Keramische Schlämme und Stuck
- Entwachsen
- Ofenbeladung
- Gießen von geschmolzenem Metall
- Schalenentfernung
Durch die Erhöhung der Baumkapazität von 10 auf 15 Teile reduziert sich die Anzahl der benötigten Bäume bei gleicher Produktionsmenge um etwa 33%.
Bei der Herstellung von Feinguss in größeren Stückzahlen können daher durch eine geringfügige Änderung der Größe oder Ausrichtung eines Flansches, eines Ansatzes oder eines Vorsprungs größere Einsparungen erzielt werden als durch das Entfernen von nur wenigen Gramm vom fertigen Bauteil.
Entwurf 4: Reduzierung schwerer Metallteile
Ein dickwandiger Bereich ist teurer als die zusätzlich enthaltene Legierung. Da er langsamer abkühlt als die umgebende Geometrie, kann er zudem die gerichtete Erstarrung und die Metallzufuhr erschweren.
Beispielsweise erzeugt das direkte Verbinden einer 3 mm dicken Wand mit einem 12 mm dicken Ansatz eine konzentrierte Wärmemasse. Die Gießerei benötigt möglicherweise einen größeren Anguss oder zusätzliches Gießmetall, und das Risiko von Schwindungsfehlern kann sich ebenfalls erhöhen.
Zu den praktischen Designänderungen gehören:
- Aushöhlen übergroßer Bosse
- Reduzierung übermäßig dicker Polster
- Entfernung unnötiger fester Massen
- Sanftere Dickenübergänge schaffen
- Metallgewinnung aus schwach belasteten Regionen
Gewichtsreduzierung kann auch die Ausbeute verbessern
Angenommen, ein Feingussteil aus Edelstahl wird von 0,95 kg auf 0,83 kg umkonstruiert.
Bei 30.000 Teilen verringert sich das Gesamtgewicht des fertigen Gussteils um 3.600 kg.
Der finanzielle Nutzen kann über diese 3,6 Tonnen Legierung hinausgehen. Wenn durch das abgetragene Metall auch ein problematischer Hotspot beseitigt wird, kann sich die Metallausbeute verbessern, der Bedarf an Materialzufuhr sinken und die Ausschussquote bei Gussteilen reduziert werden.
Beim Feinguss ist die wertvollste Materialreduzierung oft die Reduzierung von Metall, das ein Erstarrungs- und Zuführungsproblem verursacht, und nicht einfach die Reduzierung des Materials, das am einfachsten aus dem CAD-Modell entfernt werden kann.
Entwurf 5: Geben Sie dem Tor einen besseren Standort
Der Anguss verbindet zunächst das Wachsmodell mit dem Gießbaum und dient später als Kanal für das flüssige Metall, das in das Bauteil eindringt und es speist. Seine Position beeinflusst daher sowohl die Gussqualität als auch den Nachbearbeitungsaufwand.
Wenn jede Außenfläche frei von Angussspuren bleiben muss, ist die Gießerei möglicherweise gezwungen, den Anguss an einer weniger effizienten oder schwieriger zu bearbeitenden Stelle zu platzieren.
Praktische Torbereiche umfassen oft:
- Versteckte Montageplatten
- Dicke Bosse
- später bearbeitete Oberflächen
- Nicht-kosmetische Ränder
- Abschnitte mit ausreichender Dicke für die Zuführung
Die Endbearbeitungskosten fallen bei jedem Teil an.
Eine schwierige Angusslage erhöht die Schleifkosten pro Gussstück um 0,30 $.
| Bestellmenge | Zusätzliche Endbearbeitungskosten |
| 10.000 Stück | 3.000 US-Dollar |
| 40.000 Stück | 12.000 US-Dollar |
| 100.000 Stück | 30.000 US-Dollar |
Bei einer Auflage von 100.000 Stück führt diese scheinbar geringfügige Designbeschränkung zu wiederholten Nachbearbeitungskosten in Höhe von 30.000 US-Dollar.
Die Zulassung einer geeigneten Angussbefestigungsfläche kann daher wirtschaftlicher sein, als zu fordern, dass jede Oberfläche des Bauteils vollständig frei von Angussspuren bleibt.
Konstruktion 6: Verwendung der endkonturnahen Form für die Bearbeitung
Der größte wirtschaftliche Vorteil beim Feinguss liegt dann, wenn ein größerer Teil der endgültigen Geometrie bereits während des Gussverfahrens und nicht erst durch spätere CNC-Bearbeitungen entsteht.
Vertiefungen, Befestigungszapfen, erhabene Markierungen, Außenprofile, Polster und ausgewählte Löcher können oft direkt in das Wachsmodell integriert werden, ohne dass dadurch nennenswerte wiederkehrende Bearbeitungskosten entstehen.
Die Präzisionsbearbeitung sollte sich weiterhin auf Bereiche konzentrieren, in denen sie die Bauteilleistung direkt schützt, einschließlich:
- Lagersitze
- Dichtflächen
- Montagebezugspunkte
- Präzisionsbohrungen
- Kritische Paarungsflächen
Vergleichen Sie das fertige Teil, nicht nur das Gussteil.
Ein Gussteil mit komplexerer Geometrie kann zwar einen etwas höheren Gießereipreis haben, liefert aber dennoch ein günstigeres Endprodukt.
| Kostenposition | Grundguss | Near-Net-Design |
| Feinguss | 8,20 € | 8,55 $ |
| CNC-Bearbeitung | 1,80 € | 0,85 $ |
| Abschluss | 0,30 € | 0,30 € |
| Kosten des fertigen Teils | 10,30 € | 9,70 € |
Die nahezu endgültige Ausführung erhöht den Gusspreis um 0,35 US-Dollar, aber die Reduzierung der Bearbeitung senkt die Kosten des fertigen Teils um 0,60 US-Dollar pro Stück.
Bei einer Produktionsmenge von 50.000 Teilen generiert das neu gestaltete Bauteil Gesamteinsparungen von rund 30.000 US-Dollar.
Deshalb können Kaufentscheidungen, die ausschließlich auf dem niedrigsten Angebot für Rohguss basieren, irreführend sein. Ein sinnvollerer Vergleich sind die Kosten des Bauteils, wenn es vollständig fertiggestellt und montagefertig ist.
Welche Änderungen sollten Priorität haben?
Die sinnvollste Designanpassung hängt davon ab, in welcher Phase des Feingussverfahrens aktuell die Kosten am höchsten sind.
Bei hohen Werkzeugkosten sollten zunächst die Komplexität des Wachsmodells und die Anforderungen an den Keramikkern geprüft werden. Bei hohen Stückkosten bieten hingegen die Ausnutzung des Gießbaums, die Materialausbeute, die Angussbearbeitung und die Nachbearbeitung in der Regel größeres Potenzial.
Eine praktische Methode zur Priorisierung von Verbesserungen ist:
- Hohe Werkzeugkosten:Vereinfachung der Wachswerkzeug- und Kernanforderungen.
- Hohe Gusskosten:die Baumdichte erhöhen und schwere Abschnitte reduzieren.
- Hohe Ausschussquote:Untersuchen Sie die Bereiche, in denen die Zufuhr und die Erstarrung schwierig sind.
- Hohe Endbearbeitungskosten:Verbesserung der Torbefestigungs- und Abschaltpunkte.
- Hoher Preis für Fertigteile:Mehr Geometrie in den Guss selbst verlagern.
Beispielsweise entspricht eine Einsparung von 4.000 US-Dollar bei den Werkzeugkosten 0,80 US-Dollar pro Teil bei einer Bestellung von 5.000 Stück, aber nur 0,04 US-Dollar pro Teil bei 100.000 Stück. Im Gegensatz dazu spart die Reduzierung der laufenden Bearbeitungskosten um 0,40 US-Dollar 40.000 US-Dollar bei einem Produktionsprogramm mit 100.000 Stück.