Optimierung der Gießtechnik

Heunisch-Guss setzt zur vorbeugenden Qualitätssicherung seiner Gussteile seit Jahren konsequent auf die frühzeitige Untersuchung der Gießtechnik und möglicher Fehlerquellen mit MAGMA5.

Bereiche mit Lufteinschlüssen
Bereiche mit Lufteinschlüssen

 

Bei einem Abgasrohr aus GJL 250 gab es bereits früh Bedenken hinsichtlich kritischer Lufteinschlüsse. Um Fehler noch vor Produktionsbeginn zu vermeiden, sollte die Gießtechnik optimiert werden. Hierzu wurden erstmals die neuen Möglichkeiten zur automatischen Versuchsplanung in MAGMA5 Rel. 5.3 genutzt.

Ursprüngliche Gießtechnik
Ursprüngliche Gießtechnik

Für den Abguss des gut einen Meter langen Abgasrohrs für die Marinetechnik im Grünsandverfahren waren massive Cold-Box Kerne vorgesehen. Den Mitarbeitern von Heunisch war klar, dass durch die geringe Gasdurchlässigkeit dieser Kerne und die angestrebten kurzen Gießzeiten mit Problemen zu rechnen war. Aufgrund der schlechten Entlüftungsbedingungen war die Gefahr von Lufteinschlüssen im oberen, zuletzt gefüllten Teil des Rohres groß. Der dadurch zu erwartende Ausschuss sollte durch eine robuste Auslegung der Fertigungstechnik noch vor Produktionsstart vermieden werden.

Varianten der Gießtechnik im oberen Rohrbereich
Varianten der Gießtechnik im oberen Rohrbereich

Durch die Simulation der Formfüllung mit der ursprünglichen Gießtechnik konnten die Probleme sichtbar gemacht werden. Es zeigte sich eine starke Tendenz zu Lufteinschlüssen in drei Bauteilbereichen. Um in diesen Bereichen eine bessere Gasabfuhr zu ermöglichen, wurde entschieden, Stege in die Geometrie zwischen Abgasrohr und Außenwand zu integrieren. Fertigungsbedingt sollten Varianten mit ein, zwei oder drei Stegen untersucht werden, die zusätzlich in ihrer Breite verändert werden konnten.

Auswertegebiet für die Optimierung
Auswertegebiet für die Optimierung

Dabei wurden zwei Anforderungen verfolgt: eine ausreichende Entlüftung im kritischen oberen Bereich des Abgasrohrs und eine hohe Stabilität der Qualität gegenüber Prozessschwankungen. Zur Ermittlung des besten Kompromisses nutzten die Mitarbeiter von Heunisch die neuen Möglichkeiten der virtuellen Versuchsplanung in MAGMA5 Rel. 5.3. Die Parametrisierung der Geometrie erlaubte die Veränderung der Position der Stege auf dem Rohr sowie die Untersuchung unterschiedlicher Anzahl von Stegen. Des Weiteren war es möglich, die Breite der Stege zu variieren. Hieraus ergaben sich 27 sinnvolle Varianten, die automatisch von MAGMA5 berechnet und bewertet werden sollten.

Auswertung der Ergebnisse im Streudiagramm
Auswertung der Ergebnisse im Streudiagramm

Zur gezielten quantitativen Bewertung der Qualitätskriterien definierten die Fachleute darüber hinaus in MAGMA5 ein Auswertegebiet in den kritischen Bereichen des Abgasrohrs. Als Zielfunktionen für die Optimierung wurden der Software 1.) die Minimierung des lokalen Luftdrucks und 2.) die Minimierung des Luftkontakts vorgegeben. Zur übersichtlichen Darstellung und Bewertung der Ergebnisse aller berechneten Varianten nutzen die Fachleute von Heunisch vor allem ein Streudiagramm, in dem die unterschiedlichen Stegkonfigurationen farblich markiert waren und hinsichtlich der vorgegebenen Optimierungsziele direkt darstellt werden konnten.

Lufteinschlüsse im Abgasrohr vor und nach der Optimierung
Lufteinschlüsse im Abgasrohr vor und nach der Optimierung

Als beste Lösungen mit minimalen Lufteinschlüssen unterhalb eines vereinbarten Grenzwertes wurden zwei Varianten mit zwei Stegen und ein Design mit drei Stegen identifiziert. Für die 3-Steg-Variante waren neben der geringeren Tendenz zu Lufteinschlüssen auch die Kontaktzeiten der Schmelze mit der Luft reduziert.

Bilder und Text: Dietmar Eckl und Matthias Hegwein

Heunisch Guss