Fachartikel

Neues Gießverfahren für hochkomplexe Gussteile
VON PETER BIEGELMEIER, JURI MOISEEV, LEANDER SCHRAMM, LUDGER URHAHN, NECKARSULM

KS HUAYU AluTech kombiniert bei diesem Verfahren die Vorteile des Niederdruckgießens mit denen des dynamischen Kernpaketverfahrens. Dieses erlaubt generell große Freiheiten bei der geometrischen Gestaltung des Bauteils. Gleichzeitig sind gussteilbedingt keine Auszugsschrägen nötig, sodass Hinterschnittgeometrien und dünne Wandstärken realisierbar sind. Es erlaubt außerdem einen großen, stabilen Temperaturgradienten zwischen Bauteil und Hauptspeiser und garantiert einen sehr stabilen Gießprozess mit hoher Produktivität und Taktzeiten von weniger als 120 Sekunden. Erreicht werden damit sehr gute mechanische Kennwerte, gerade auch in hochbelasteten Bereichen wie Lagerstellen, wo im Gießprozess lokale passive Kühleisen zum Einsatz kommen. Das Ergebnis ist ein feines, sehr porenarmes Gefüge mit kleinen S-DAS-Werten zwischen 15 μm und 35 μm. Für zwei unterschiedliche Bauteile sind sowohl die S-DAS-Werte als auch die dazugehörigen Gefügequerschliffe  dargestellt. Wie in Bild 6 gegenübergestellt (sh. Komplettbeitrag zum Download unten), sind durch die Wahl sowohl einer geeigneten Legierungszusammensetzung als auch darauf abgestimmter Wärmebehandlungsparameter viele Kombinationen aus guten bis sehr guten Festigkeits- und guten bis sehr guten Dehnwerten realisierbar. Was genau erreicht werden soll entscheidet der Kunde je nach den Anforderungen an das jeweilige Bauteil.

Das neue Gießverfahren wurde entwickelt, um hochkomplexe Gussteile wirtschaftlich fertigen zu können. FOTO: RHEINMETALL

Auch das Niederdruckgießen bringt verschiedene Vorteile mit sich, die in dem neu entwickelten Gießverfahren gewinnbringend nutzbar sind. So kann hier auf eine Sensorik, die misst, wann die gewünschte Füllhöhe im Kernpaket erreicht ist, verzichtet werden; dies ist bereits aus dem Niederdruck-Kokillengießen bekannt.

Darüber hinaus bietet eine klassische Niederdrucksteuerung, wie sie seit Jahren im Kokillengießen eingesetzt wird, bekanntermaßen die Möglichkeit, das Kernpaket nach Abschluss der Füllung um 180° unter Druck zu drehen. Auf diese Weise wird die Volumenschwindung, die durch die zum Ende der Formfüllung einsetzende Erstarrung des Gussteils eintritt, kompensiert. Der Einsatz einer Niederdruck- Gießsteuerung bietet außerdem neben dem klassischen Vorteil, eine laminare Füllung darstellen zu können, auch die Möglichkeit, den spezifischen fülltechnischen Anforderungen der verschiedensten Bauteile Rechnung tragen zu können. So benötigt beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenen Laufbuchsen, sogenannten Linern, andere Füllparameter als eines ohne Liner oder ein Elektromotorengehäuse mit komplexer Wassermantelgeometrie. Das Niederdruck- Gießverfahren schafft mit der Möglichkeit, während der Formfüllung definiert verschiedene Füllgeschwindigkeiten realisieren zu können, die notwendige Voraussetzung für eine bauteiloptimierte Füllung, sodass eine laminare Füllung gewährleistet werden kann.

Hierdurch ergeben sich gleich mehrere Effekte: Zum einen reduzieren sich die Kräfte auf die Kerne bei der Drehung durch die „Einspannung“ entscheidend, sodass negative Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit vermieden werden. Zum anderen wird das Risiko einer Blasenbildung durch „Schwapp-Effekte“ bei der Drehbewegung deutlich minimiert und die Möglichkeit geschaffen, durch eine Variation der Verweildauer zwischen dem Zeitpunkt „Füllung abgeschlossen“ und dem Zeitpunkt „Start 180°-Drehung“ flexibel auf bauteilspezifische gießtechnische Anforderungen wie beispielsweise hinsichtlich der Aspekte der gewünschten Erstarrung und Speisung reagieren zu können. Bild 8 (sh. Komplettbeitrag zum Download unten) zeigt die Temperaturverteilung im Bauteil kurz vor dem Ende der Formfüllung. Durch entsprechende Anpassungen der klassischen Niederdrucksteuerung, wie sie im Kokillengießen Stand der Technik ist, ist es möglich, den Druck während der Drehbewegung höhenkonform so zu reduzieren, dass das Penetrationsrisiko deutlich sinkt. Außerdem lassen sich in erstarrungstechnisch problematischen Bauteilbereichen lokale Speiser wirksam einbringen, sodass zusätzliches Potenzial für Gewichtseinsparungen erschlossen werden kann. Insbesondere bei weit vom Hauptspeiser entfernt liegenden Masseanhäufungen ist daher das Einbringen von gewichtsrelevanten Speisungskanälen verzichtbar.

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Peter Biegelmeier, Vice President Sales & Application Engineering, Dr. Juri Moiseev, Project Management, Dr. Leander Schramm, Process Development Cylinder Bore Coating & Patent System, Ludger Urhahn, Head of Prototype Foundry & Casting Development, alle bei der KS HUAYU AluTech GmbH


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 12/2020 Seiten 44-47
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