Stahlguss - Konstruieren und Gießen - Bundesverband der ...

3.3 Computergestützte
Methoden und
Simulationstechniken
Aufgrund der rasanten Entwicklung in der
Computer- und Informationstechnologie,
sowohl im Software- als auch im Hardwarebereich,
haben sich in relativ kurzer
Zeit numerische Anwendungen zur Simulation
in den verschiedensten Prozessen der
Gießereitechnik etabliert. Es ist heute möglich,
Zeichnungsdaten in digitaler Form vom
Kunden als dreidimensionales Modell zu
übernehmen und sowohl für die Produktion,
als auch für die Simulation in den verschiedensten
Bereichen zu verarbeiten [8, 9].
Die C-Techniken (CAD/CAE/CAM) haben
in den wesentlichen Prozessen der Stahlgussherstellung
Einzug gehalten.
3.3.1 CAD
Vom Kunden kann eine Zeichnung über eine
CD oder über das Internet als 3-D-Daten-
Bild 12: 3-D-CAD-Modell einer Innengehäusehälfte (60 t)
konstruieren + giessen 29 (2004) Nr. 1
file in das gießereieigene CAD-System
transferiert werden. Damit können die
gießtechnischen Ergänzungen (Schrumpfungszugabe,
Keilanzüge, Speiser, Speiserverbindungen,
Rippen, Kühleisen usw.)
auf der bestehenden Zeichnung ergänzt
werden. Ein Beispiel eines dreidimensionalen
CAD-Modells als Basis für ein
Simulationsprogramm ist im Bild 12 zu
sehen.
3.3.2 CAE
Das mit CAD erstellte Modell wird in den
Pre-Prozessor für die Simulationsanwendungen
transferiert, wo die Netzelemente
nach bestimmten Vorgaben automatisch
generiert werden.
Mit der Methode der Finiten Elemente
(FEM) oder der Methode der Finiten Differenzen
(FDM) werden diese Netzelemente
mit komplexen Differentialgleichungen
verarbeitet. Damit kann in jedem definierten
Element des Netzes der Verlauf von
verschiedenen Größen wie Temperatur,
Spannung, Dehnung, usw. bestimmt werden.
Im Bild 13 ist der Spannungszustand
eines Gasturbinengehäuses für einen bestimmten
Zeitpunkt während der Erstarrung
und im Bild 14 der dazugehörige Dehnungszustand
abgebildet.
Mit eingebauten Algorithmen, wie beispielsweise
dem Warmrisskriterium, kann
direkt auf das Warmrissverhalten geschlossen
und für das Auftreten von
Warmrissen kritische Bereiche identifiziert
werden. Darstellbar ist auch das Temperaturfeld
in jedem beliebigen Schnitt eines
Gussteiles zu verschiedenen Zeitpunkten
während der Erstarrung. Dadurch werden
Problembereiche am Gusskörper früh erkannt
und es können entsprechende
gießtechnische Gegenmaßnahmen getroffen
werden. Es ist aber auch möglich, den
Temperaturverlauf beliebiger Kontrollpunkte
während der Erstarrung darzustellen. Im
Bild 15 wird die Temperaturverteilung zu
Bild 13: Spannungszustand (von-Mises-Vergleichsspannung) während
der Erstarrung
Bild 14: Dehnrate während der Erstarrung Bild 15: Temperaturfeld während der Erstarrung
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