Wirtschaftlicher und hochwertiger Druckguss durch intelligente, effiziente Temperierung

Die Optimierung von Zykluszeiten, Werkzeugstandzeiten, Gefügen und Verzug der Gussteile unter geforderten Vorgaben für Komponentenqualität und Prozesswirtschaftlichkeit ist täglich geforderte Praxis. Dabei hat das Layout und die fallspezifischen Optimierung der Werkzeugtemperierung eine herausragende Bedeutung. Für diese Aufgabe stehen den Produkt- und Prozessentwicklern heute moderne Werkzeugfertigungsverfahren und virtuelle Optimierungswerkzeuge zur Verfügung, die bei Nutzung von der Idee bis zur Serienfertigung einer Komponente hohe Wertschöpfung ermöglichen.

Als Beispiel dient hier eine Hydraulikkomponente, die konstruktiv Materialanhäufungen und damit Risiken von Erstarrungsporosität mit sich bringt: ein Klassiker im Aluminium-Druckguss! Es wurde geprüft, mit welchen zusätzlichen Kühlmaßnahmen im Werkzeug diese Risiken minimiert werden können. Dabei ging es um die umfängliche Prüfung der geringen gegebenen Freiheitsgrade.

 

 

 

Porosität in Materialanhäufungen ist so alt wie der Druckguss selbst. Wenn das Problem nicht konstruktiv vermieden werden kann, helfen allenfalls noch effektive Werkzeugtemperierungen. (c) MAGMASOFT®

Porosität in Materialanhäufungen ist so alt wie der Druckguss selbst. Wenn das Problem nicht konstruktiv vermieden werden kann, helfen allenfalls noch effektive Werkzeugtemperierungen.

In dem hier gewählten Ansatz war es möglich, die Kühlung der Konturkerne in den Hydraulikanschlüssen ohne negative Auswirkungen in anderen Bereichen zu verstärken. Mit Hilfe der Simulation wurden in kürzester Zeit praktisch alle denkbaren Kühlvarianten berechnet und auf ihre Wirkungen auf Gussteil und Prozess hin in einem „virtuellen Versuchsplan“ bewertet.

Versuchsplan der „virtuellen DoE“: Die möglichen Variablen der Temperierung (Ein- und Ausschaltzeitpunkt, Vorlauftemperatur und Durchflussmenge) ergaben 720 denkbare Varianten, von denen 50 automatisch ausgewählte berechnet und im Hinblick auf das Erreichen von Zielwerten für die Kriterien „Erstarrungszeit“ (wegen Zykluszeit), „Kerntemperatur-Gradienten“ (wegen Rissgefahr) und „Wärmezentrum“ (wegen Porosität) bewertet wurden. (c) MAGMASOFT®

Versuchsplan der „virtuellen DoE“: Die möglichen Variablen der Temperierung (Ein- und Ausschaltzeitpunkt, Vorlauftemperatur und Durchflussmenge) ergaben 720 denkbare Varianten, von denen 50 automatisch ausgewählte berechnet und im Hinblick auf das Erreichen von Zielwerten für die Kriterien „Erstarrungszeit“ (wegen Zykluszeit), „Kerntemperatur-Gradienten“ (wegen Rissgefahr) und „Wärmezentrum“ (wegen Porosität) bewertet wurden.

Die statistischen Bewertungsmöglichkeiten der virtuellen DoE ermöglichen es, auf einen Blick festzustellen, wie sensibel Gussteil und Prozess auf die unterschiedlichen Kühlungsparameter reagieren und den besten Kompromiss je nach Wichtung der Ziele zu bestimmen.

Die Korrelation von Kühlparametern (unten) und Zielgrößen (links) zeigt, dass die Erstarrungszeit im kritischen Gussteilbereich und damit die Porosität stark von der Anschaltzeit und der Durchflussmenge, weniger jedoch von der Vorlauftemperatur abhängen. Auch erkennbar wird, dass die Durchflussmenge offensichtlich keinen Einfluss auf die Kerntemperaturgradienten und damit die Rissanfälligkeit hat. (c) MAGMASOFT®

Die Korrelation von Kühlparametern (unten) und Zielgrößen (links) zeigt, dass die Erstarrungszeit im kritischen Gussteilbereich und damit die Porosität stark von der Anschaltzeit und der Durchflussmenge, weniger jedoch von der Vorlauftemperatur abhängen. Auch erkennbar wird, dass die Durchflussmenge offensichtlich keinen Einfluss auf die Kerntemperaturgradienten und damit die Rissanfälligkeit hat.

Weiteres Potenzial zur effizienten Temperatursteuerung im Druckguss liefern dreidimensionale, konturangepasste Temperiersysteme, wie sie mit generischen AM-Verfahren hergestellt werden können. Sie sind seit Jahren gehobener Stand der Technik im Polymerspritzguss und machen langsam im Druckguss auf sich aufmerksam.

Fazit: Bauteilnahe Temperiersysteme und „thermisch flinke“ Werkzeuge machen Gießprozesse im Sinne eines Gießerei 4.0-Ansatzes kontrollierbar, robuster und kostengünstiger.

Wenn Sie mehr über das enorme Potenzial intelligenter Temperierungen von Druckgussformen erfahren wollen, dann nehmen Sie am von voestalpine High Performance Metals und MAGMA initiierten FORUM „Prozess- und Bauteiloptimierung durch effiziente Werkzeugtemperierung“ (19.-20.5.2021) teil.

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MAGMA GmbH
Kackertstr
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