Fachartikel

Verschleißreduktion an Umlenkungen in Leichtmetallgussbauteilen durch numerische Formoptimierung
Von Simon Alexander Maurer, Stuttgart/Freiberg/Wuppertal, Patrick Hager, Stuttgart/Bocholt, Simon Schmidt, Stuttgart/Bremen, Axel Schumacher, Wuppertal

Ziel des in diesem Beitrag beschriebenen Projektes ist die Reduktion des Verschleißes von Dauerformen zur Herstellung von Leichtmetallgussbauteilen mit Hilfe numerischer Formoptimierungen von Umlenkungsgeometrien. An diesen Umlenkungsgeometrien treten durch eine ausgeprägte Richtungsänderung des Schmelzeflusses Druckverluste und Verschleißerscheinungen auf, wie z. B. Auswaschungen, die zur Schädigung des Formeinsatzes führen. Die iterative Optimierung der Umlenkungsgeometrie ermöglicht es, das Strömungsfeld so zu beeinflussen, dass Verschleißeffekte reduziert werden. Als Zielfunktionen werden die Wandschubspannung und der auftretende Druck an der Wand herangezogen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit der Ergebnisse analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können.

Potenzieller Einsatz optimierter Gussgrundgeometrien, visualisiert am Beispiel der Federbeinaufnahme im Porsche Panamera (Typ G1-11).
Bild: Potenzieller Einsatz optimierter Gussgrundgeometrien, visualisiert am Beispiel der Federbeinaufnahme im Porsche Panamera (Typ G1-11). Grafik: Porsche, Autoren

Bei den hier vorgestellten Untersuchungen hat sich gezeigt, dass mit Hilfe lokaler geometrischer Anpassungen verschleißverursachende Kenngrößen an einer durchströmten Umlenkung deutlich reduziert werden können. Dabei können der maximale Druck an der Wand um bis zu 26 % und die maximale Wandschubspannung um bis zu 51 % gesenkt werden. Die deterministischen Optima weisen dabei im untersuchten Entwurfsraum eine hohe Robustheit auf, was eine Reproduzierbarkeit der positiven Ergebnisse in der Realität verspricht. Neben der Untersuchung der Grundgeometrie einer Umlenkung werden aktuell auch rippenförmige Geometrien analysiert. Hierbei dient eine mehrphasige Simulation zur Abbildung der strömungsmechanischen Phänomene, wobei auch Lufteinschlüsse berechnet werden, die in eine Strukturberechnung einfließen. Das multidisziplinäre Auslegungsziel ist die Verbesserung der Rippenkammfüllung und damit die Maximierung der Rippentragfähigkeit. Nach Abschluss der virtuellen Untersuchungen empfiehlt es sich, das Verbesserungspotenzial der gefundenen Geometrien mit Hilfe von Gieß- und Bauteilversuchen zu validieren.

M. Sc. Simon Alexander Maurer, Dr. Ing. h. c. F Porsche AG, Stuttgart,/ Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg,/Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal, Patrick Hager, Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Stuttgart,/ Westfälische Hochschule, Standort Bocholt, Simon Schmidt, Dr Ing. h.c. F. Porsche AG, Stuttgart,/Hochschule Bremen, Bremen, Prof. Dr.-Ing. Axel Schumacher, Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 1/2015 Seiten 28-33
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