Kokille
Bei einer Kokille handelt es sich um eine metallische Gussform, die zur Fertigung von maßgenauen Werkstücken mit guter Oberflächenbeschaffenheit verwendet wird. Kokillen bestehen häufig aus Gusseisen oder Kupferplatten und sind in der metallverarbeitenden Industrie weit verbreitet.
Die Kokille stellt die technische Grundlage des Kokillengießverfahrens dar und hat sich bei der Herstellung von großen Schmiedestückrohlingen, Brammen für Blechprodukte, Knüppel für Draht-, Stab- und Profilprodukte und weiteren Bauteilen bewährt. Beim Kokillengießverfahren wird die metallische Schmelze über den obenliegenden Einguss in die Kokille gegossen und härtet dort aus. Je nach Gussverfahren kann eine Kokille bis zu 100.000 Mal verwendet werden, wodurch sich eine hohe Wirtschaftlichkeit ergibt.
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Was ist eine Kokille?
Die Kokille verleiht dem Gussteil im Rahmen des Kokillengießverfahrens seine spätere Form und besteht üblicherweise entweder aus Gusseisen oder aus Stahl. Die Fertigungskosten für eine Dauerform sind sehr hoch, weshalb sich die Herstellung einer Kokille ausschließlich für die Serienfertigung anbietet. Die Investition in die Entwicklung und Fertigung der Kokille rentiert sich häufig erst nach einer Stückzahl von mehreren Tausend Gussteilen.
Bei der Herstellung einer Kokille ist zu berücksichtigen, dass qualitativ hochwertiger, temperaturbeständiger Stahl verwendet wird. Die wichtigsten Anforderungen an die Kokille sind:
- Ausreichend hoher Schmelzpunkt
- Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen
- Beständigkeit gegenüber schnellen Temperaturänderungen
- Festigkeit gegenüber Verschleiß
- Hohe mechanische Belastbarkeit
- Geringe Ausdehnung bei hohen Temperaturen
- Gute Wärmeleitfähigkeit
- Anlassbeständigkeit
Kokillen sind zwar Dauerformen, die für mehrere Tausend Einsätze geeignet sind, weisen aber dennoch einen Wartungsbedarf auf. So muss die schützende Schlichte – dabei handelt es sich um eine Schicht aus Graphit und Quarzmehl – nach mehreren Abgüssen immer wieder erneuert werden. Dadurch wird verhindert, dass die Schmelze und die Kokille verschweißen. Darüber hinaus unterbindet die Schlichte den Abrieb von der Kokille und reguliert die Abkühlungswirkung.
Welche Varianten an Kokillen gibt es?
Bei Kokillen wird in erster Linie zwischen Blockgusskokillen und Stranggusskokillen unterschieden. Kokillen für den Blockguss werden durch simple geometrische Konturen charakterisiert und eignen sich zur Fertigung großer Bauteile mit hohen Gewichten. Typischerweise sind Kokillen für den Blockguss an ihren konisch angeschrägten Seiten zu erkennen. Die Konizität erleichtert das Herauslösen des Gussteils nach dem Erstarren des Materials.
Beim Blockguss ist stets darauf zu achten, dass eckige Ausprägungen an der Kokille zu vermeiden sind. Weist eine Ecke einen zu geringen Radius auf, kann es im Rahmen der wechselnden Temperaturbeanspruchung zu Rissen kommen.
Im Gegensatz zu den Blockgusskokillen bestehen Stranggusskokillen in der Regel aus Kupferplatten, die zur besseren Wärmeableitung über eine Wasserkühlung verfügen. Kupfer zeichnet sich im Vergleich zu Stahl durch sehr gute Wärmeleitfähigkeiten aus und ermöglicht dadurch eine schnelle und effiziente Erstarrung der Schmelze.
Zu den wesentlichen Erzeugnissen beim Strangguss gehören Brammen für Blechprodukte. Dabei handelt es sich – vereinfacht ausgedrückt – um Blöcke aus gegossenem Stahl, Aluminium oder Kupfer. Diese Brammen werden in der Kokille meist als kontinuierlicher Strang hergestellt und können im Rahmen der Weiterverarbeitung in Walzwerken zu Blechen ausgewalzt werden.
Bei der Fertigung von Stranggusskokillen wird zwischen den Schmal- und den Breitseiten unterschieden, wobei die Schmalseiten zur Breitenverstellung einstellbar sind. So können die Breitseiten üblicherweise hydraulisch oder mechanisch entspannt werden, wodurch die Schmalseiten verstellt werden können. Durch die konische Anstellung der Schmalseiten werden die Wärmeabfuhr optimiert und ein Reißen der Hülle verhindert.
Durch die Verwendung von Kokillen lassen sich – etwa im Vergleich zum Sandguss – mehrere Vorteile realisieren. Dazu gehören:
- Geringer Platzbedarf im Vergleich zum Sandguss
- Dauerform, daher wiederverwendbar
- Hohe Oberflächengüte durch Schlichte
- Hohe Gießleistung
- Hoher Automatisierungsgrad realisierbar
- Geringe Wanddicken
Gusswerkstoffe für Kokillen
Kokillen eignen sich für die Verarbeitung zahlreicher Werkstoffe, wobei jeweils der Schmelzpunktunterschied zwischen Kokillenmaterial und Gusswerkstoff zu berücksichtigen ist. Zu den typischen Gusswerkstoffen gehören:
- Stahl
- Messing
- Gusseisen
- Aluminium
- Zink
- Siliziumtombak
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