Druckguss einer Federbeinaufnahme

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen

1. Problemstellung

Die Federbeinaufnahme soll im Druckgussverfahren hergestellt werden. Die Simulation dient dazu, mögliche Fehler bedingt durch die Geometrie des Teils beim Bau der Form zu vermeiden. Besonders kritisch sind Stellen an denen die flüssige Schmelze von dem bereits erstarrten Material umschlossen wird.

2. Geometrie

Die Bauteilgeometrie liegt in Form einer CAD-3D-Datei vor. Um dieses Bauteil wird eine geteile Form konstruiert und der Anguss verlängert (siehe Abbildung 2).

Abbildung 1: Die Geometrie des Bauteils. Hier dargestellt in einer Doppelbelegung mit Anguss.

Abbildung 2: Die CAD-Geometrie (Drahtmodell) mit der Federbeinaufnahme als Traube mit zwei Teilen und Anguss (in rot dargestellt). Der Kasten um die Traube stellt die geteilte Form dar.

3. Vernetzung und Randbedingungen

Die Geometrie wird mit 4-Knoten-Tetraeder Elementen vernetzt. Das Volumennetz besteht aus 376343 Elementen und 65381 Knoten. Die Ranbedingungen für die Berechnung werden wie folgt festgelegt: die Schmelztemperatur am Einguß bertägt 770 Grad C, die Temperatur der Form liegt bei 200 Grad C. Die Füllgeschwindigkeit ist 0.06 Meter pro Sekunde. Die Wärmeübergangskoeffizienten sind zeitabhängig. Gerechnet werden fünf Zyklen wobei jeder einzelne Zyklus 47 Sekunden dauert.

Abbildung 3: Vernetzte Traube mit Anguss

Abbildung 4: Vernetzte Formhälften: links die feste Formhälfte, rechts die bewegliche.

Abbildung 5: Grafische Darstellung der Zeitabhängigkeit der Wärmeübergangskoeffizienten in einem Zyklus.

4. Eingesetzte Werkstoffe

Beide Formhälften bestehen aus rostfreiem, austinitischen Stahl. Das Gussmaterial ist Aluminium.

5. Ergebnisse

Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die Ergebnisse der Formfüllungs- und Erstarrungssimulation für die Traube mit Bauteilen und Anguss. Abbildung 8 stellt den Temperaturverlauf in der Form während der ersten fünf Zyklen des Druckgussprozesses dar.

Abbildung 6: Formfüllung und Erstarrung während des Gießprozesses

Abbildung 7: Geschwindigkeitsprofil während der Formfühlung.

Abbildung 8: Temperaturenverläufe in den fünf Zyklen an ausgesuchten Stellen in der Form.
Die X-Achse stellt die Zeit, die Y-Achse die Temperatur in Grad C dar.