Virtuell modelliert, Schleudergussteil optimiert

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Testo Industrial Services AG

Angehrn AG - Umformtechnik

technotrans SE

Engineering System International GmbH

Anwendung und Ergebnisse

Der prinzipielle Geometrieaufbau lässt sich wie folgt beschreiben: Die zylindrische Grundform besteht aus einem Hohlzylinder mit einer Wandstärke von vier Millimetern. Im oberen und unteren Bereich befinden sich Bereiche mit höheren Wandstärken. Es wurde ein erstes Angusssystem konstruiert, bei dem die Füllung durch die Mittelachse erfolgt und die Schmelze über vier Angüsse in die zylindrische Kavität geleitet wird (siehe Abb. 5).

Die dickeren Bereiche im oberen und unteren Teil benötigen mehr Metall und höhere Temperaturen, um eine einwandfreie Füllung zu gewährleisten. Die grossen Fliesslängen in Kombination mit der Notwendigkeit, dünnwandige Bereiche zu durchströmen, bedeuten ein hohes Risiko für eine unterbrochene Füllung gegen Ende des Füllvorgangs, wenn die Metalltemperaturen sich bereits im niedrigen Bereich befinden.

Ergriffene Massnahmen

Abbildung 6, oben, zeigt die Füllprobleme, die durch die Simulation bei dieser ersten Variante identifiziert wurden. Der untere Bereich zeigt die Validierung dieser Vorhersage durch ein reales Experiment, bei dem teilweise ungefüllte Bereiche zu beobachten sind (siehe auch Röntgenbild rechts oben).

Zur Beseitigung dieser Füllungsprobleme wurden im Folgenden zwei Massnahmen ergriffen (siehe Abb. 7). Zum einen wurde die Zahl der Angüsse von vier auf sechs erhöht. Zum anderen wurde der Zylinder um 180 Grad gedreht, um so die massiveren Teile zuerst zu füllen. Ausserdem wurden Anguss und Giesstrichter an diese Modifikationen angepasst. Diese Massnahmen eliminierten das Risiko einer unterbrochenen Füllung in der Giesskavität, was auch durch die realen Versuche bestätigt wurde. Die Simulationsergebnisse und die aktuelle Validierung sind in diesem Beitrag nicht aufgeführt.

Umgehen von Porosität

Während durch das modifizierte Design das Füllungsverhalten des Systems deutlich verbessert wurde, konnte dank der Simulation gleichzeitig ein Problembereich für die Bildung von Porosität identifiziert werden. Der dünnwandige Zylinderbereich mit konstanter Wandstärke erstarrt insgesamt in einer relativ kurzen Zeit. Dies führt zu einem geringen Temperaturgradienten, wodurch ein hohes Risiko für die Ausbildung von Porosität entsteht. In Abbildung 8 sind breit verteilte Mikroporositäten sichtbar, die sowohl in den Simulationsergebnissen als auch im Röntgenbild des realen Gusses beobachtet werden konnten.

Dieses Problem wurde durch eine weitere Änderung gelöst. Auf der Zylinderinnenseite wurden drei horizontale Ringe hinzugefügt, um so lokale Temperaturgradienten zu erzeugen und die Porosität von den langen dünnen Zylinderbereichen in die dickeren Ringbereiche zu ziehen (siehe Abb. 9). Diese Ringe wurden später in einem zusätzlichen Arbeitsgang maschinell entfernt, um ein einwandfreies Gussteil zu erhalten. <<

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