9/10 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 54 (2007) HEFT 9/10
a) b)
Bild 8: SDAS aus Guss-Simulation beim a) Sandguss- b) Kokillengießverfahren
Bei der Gießsimulation werden sowohl das Gussteil und das Gießsystem,
als auch die Form und die Kühlkanäle (bei Kokillenguss) mit Finiten
Volumen vernetzt. Für die Simulation des Kokillengießverfahrens
wird, wie in der Praxis, die Form „warm gefahren“, d.h. es werden
mehrere Zyklen gerechnet, bis sich ein stationärer Temperaturzustand
in der Form eingestellt hat.
Basierend auf der Temperaturverteilung am Ende der Formfüllung
wird die Erstarrung und Abkühlung des Lenkers in der Form und
nach dem Auswerfen des Gussteils berechnet. Abhängig von der
vorliegenden Abkühlrate wird der sekundäre Dendritenarmabstand
ermittelt. In Bild 8a und 8b sind SDAS aus Sandgieß- und Kokillengießverfahren
gegenüber gestellt (MAGMASOFT Ergebnisse).
Durch die höheren Abkühlgeschwindigkeiten im Fall des Kokillengusses
liegen deutlich geringere SDAS-Werte vor. Der größte sekundäre
Dendriten Abstand ist zufolge Sandguss 100 µm, während das
Maximum beim Kokillenguss ungefähr bei der Hälfte liegt.
Der Dendritenarmabstand in einem Gussteil hängt sowohl von der
Konstruktion als auch von den Prozessparametern ab. Somit könnte
z.B. für den Kokillengießprozess durch eine verstärkte Kühlung im Bereich
der am höchsten belasteten Stelle der SDAS noch deutlich verringert
werden (Optimierungspotential).
Die Betriebsfestigkeitsberechnung und die Gießsimulation stellen
deutlich unterschiedliche Anforderungen an eine Vernetzung. Sinnvollerweise
werden daher für beide Simulationen auch unterschiedliche
Berechnungsnetze verwendet. Um den ermittelten Dendritenarmabstand
für die Dauersicherheitsanalyse in FEMFAT nutzen zu
können, müssen daher die Ergebnisse der Gießsimulation auf das FE-
Netz der Betriebsfestigkeitsrechnung übertragen werden. Um einen
problemlosen Datenaustausch zwischen den Berechnungsprogrammen
sicherzustellen, wurden leistungsfähige Schnittstellen entwickelt.
Die Bewertung der Dauersicherheit kann somit unter Berücksichtigung
lokal veränderter Materialeigenschaften – charakteristisch für
den entsprechenden Herstellprozess –durchgeführt werden.
Bild 10: Lebensdauer inkl. SDAS-Einfluss zufolge Sandguss
In Bild 9ist das Ergebnis der Schädigungsanalyse in FEMFAT mit homogen
verteilten Materialeigenschaften (kein Prozesseinfluss) normiert
dargestellt. Wird die Reduktion der lokalen Dauerfestigkeit zufolge
der Einflüsse des Sandgussprozesses berücksichtigt, werden nur
20% der zuvor ermittelten Lebensdauer erreicht, Bild 10. Bei Herstellung
des Schwenklagers mittels Kokillenguss ergeben sich kleinere
sekundäre Dendritenarmabstände, wodurch sich die lokale Dauerfestigkeit
in einem geringeren Ausmaß reduziert. Die erreichte Lebensdauer
beträgt somit ca. 67% von jener, ermittelt ohne Berücksichtigung
lokaler Prozesseinflüsse, Bild 11.
Im Fall des Kokillengusses könnte man nun durch sehr einfache Maßnahmen
die lokale Dauerfestigkeit des Werkstoffes verbessern. So
würde zum Bespiel eine stärkere Kühlung der Gussform im Bereich
des kritischen Lagerauges zu niedrigeren sekundären Dendritenarmabständen
und folglich höheren lokalen Lebensdauerwerten führen.
Bild 9: Lebensdauer des Schwenklagers ohne Prozesseinflüsse
Bild 11: Lebensdauer inkl. SDAS-Einfluss zufolge Kokillenguss
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