GIESSEREI - Concept Laser GmbH

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GIESSEREI-ERFAHRUNGSAUSTAUSCH 5 / 2009 PRODUKTION & TECHNIK Bild 2: CAD-Daten des Werkzeugunterteils und der Restgeometrie mit konturnaher Kühlung Wandstärken verbunden mit langen Fließwegen waren im Jahr 2005 der Auslöser für die ae group, sich näher mit dem Thema LaserCusing zu befassen. Dieser Begriff ist zusammengesetzt aus dem „C“ des Anbieters Concept Laser GmbH, Lichtenfels, und dem englischen „Fusing“ (= komplett aufschmelzen). Das Schmelzverfahren generiert Schicht für Schicht teils großvolumige Bauteile unter Verwendung von 3-D-CAD-Daten. Nach einigen gelungenen Versuchsreihen hatten sich die Mitarbeiter der ae group von der Standzeit der aus Metallpulver geschmolzenen Werkzeugkerne überzeugt. Sie stellten fest, dass ein „gecuster“ Werkzeugkern genauso haltbar ist wie ein bisher mit herkömmlicher Technologie gefertigter Teileeinsatz. Die Standzeiten der so gefertigten Kerne waren ebenso lang wie die der konventionell gefertigten Kerne, teilweise sogar länger. Aufgrund dieser Testergebnisse entschied sich das Unternehmen Anfang 2006 dazu, in eine Industrielaseranlage vom Typ M3 linear zu investieren, die aufgrund der Bauraumgröße von 300 mm x 350 mm x 300 mm und des modularen Aufbaus prädestiniert für den Einsatz im Bereich Aluminiumdruckguss ist. Seit diesem Zeitpunkt setzt das Druckgießunternehmen LaserCusing-Technologiestandardmäßig als Lösung ein, um Problemstellen durch unterschiedlich dicke Wand- stärken verbunden mit langen Fließwegen zu entschärfen. Geringere Lunkerbildung „Bei Druckgussteilen liegt die Stärke der LaserCusing-Technologie eindeutig in der Optimierung der Teilequalität“, so Detlev Sagert, Leitung Projektmanagement bei der Aluminiumdruckgießerei aus Gerstungen. Denn durch das Einbringen von konturnaher Kühlung im Werkzeugeinsatz wird die Abkühlung des etwa 700°C heißen flüssigen Aluminiums beschleunigt. Dies hat zur Folge, dass in den problematischen Bereichen Bild 3: CAD-Daten der Restgeometrie mit konturnaher Kühlung Bild 4: Einbau des LaserCusing-Teileeinsatzes in Nest 2 eine lokal geringere Lunkerbildung (Lufteinschlüsse oder Porositäten) im fertigen Gussteil auftritt. Beachtlich reduzierte Ausschusszahlen aufgrund von Fehlstellen sind das Resultat, das durch den Einsatz der Industrielaseranlage M3 linear erzielt wird. „Parallel dazu haben wir so gut wie immer eine Reduzierung der Zykluszeit“ ergänzt Sagert. Zur Fertigung dieser Werkzeugkerne kommt das Material CL 60DG, ein serientauglicher Warmarbeitsstahl, zum Einsatz. Der Werkstoff hat eine gute Grundzähigkeit, eine Zugfestigkeit bis zu 1800 N/mm 2 und eine Härte bis 13
14 PRODUKTION & TECHNIK GIESSEREI-ERFAHRUNGSAUSTAUSCH 5 / 2009 Bild 5: Ohne LaserCusing-Teileeinsatz in Nest 2 Bild 6: Mit LaserCusing-Teileeinsatz in Nest 2 zu 48 HRC. Der Werkzeugkern mit konturnaher Kühlung wird in der Industrielaseranlage schichtweise aufgebaut, sprich das Metallpulver wird Schicht für Schicht aufgeschmolzen. Die typische Dicke der Pulverschichten liegt zwischen 20 und 50 µm. Um so effektiv wie möglich zu arbeiten, werden beim Anwender die Einsatzsegmente in der von Concept Laser verwendeten Hybridbauweise gefertigt. Das heißt, der untere Teil des Werkzeugs wird konventionell gefertigt, und lediglich die Restgeometrie wird mit konturnaher Kühlung aufgeschmolzen. Der Pro- zess läuft vollautomatisch, das heißt ohne Bedienpersonal, ab. Anschließend erfolgen Nacharbeit des Kerns und Einbau in das Werkzeug. Diese Vorgehensweise reduziert Fertigungszeiten um bis zu 80%. Serientaugliche Technologie Am Beispiel eines in Serie produzierten Pumpengehäuses erklärt das Team der ae group die Vorteile, von denen die Unternehmensgruppe durch den Einsatz der Industrielaseranlage profitiert. Wie in Bild 1 erkennbar ist, liegt bei dem Pumpengehäuse die Problemzone in der Mantelfläche der Pumpenkammer. Aufgrund von Materialanhäufung in diesem anschnittfernen Bereich traten nach der Bearbeitung an 8 bis 10 % der Teile unzulässige Porositäten auf. Der Anwender hatte die hohe Ausschussrate zum Anlass genommen, eine Werkzeugoptimierung vorzunehmen. Als Testlauf wurde ein Teileeinsatz mit konturnaher Kühlung in der Konchoide (die Konchoide bezeichnet die Innenkontur des Gehäuses) in Nest 2 eingebaut. Der Einsatz wurde im Hybridverfahren gefertigt. Auf das Unterteil (Bild 2) wurde die Restgeometrie mit konturnaher Kühlung (Bild 3) Schicht für Schicht aufgeschmolzen. Nach wenigen Stunden konnte der Kern nachgearbeitet und in das Werkzeug eingesetzt werden (Bild 4). Bild 5 beschreibt den Zustand vor der Optimierung. In der Wärmebildaufnahme ist im kritischen Bereich eine Temperatur von 350°C analysiert worden, die entsprechenden Einfluss auf die lokale Erstarrung im Bauteil hat. Mit Einbringung des Teileeinsatzes in Nest 2 und die realisierte konturnahe Kühlung sollte die lokale Lunkerbildung verringert und die Ausschussrate reduziert werden. Ebenso wurde angestrebt, den Wärmetransport mit der konturnahen Kühlung zu optimieren. In Bild 6 ist erkennbar, dass die Zielvorstellungen erreicht wurden. Die Temperatur im kritischen Bereich beträgt vor dem Sprühen in Nest 2 nur noch 250°C. Verglichen mit den übrigen Nestern ist das eine Temperaturdifferenz von etwa 100°C. Durch diese Maßnahme kann das flüssige Aluminium in Nest 2 schneller abkühlen und so die Lunkerbildung deutlich reduziert werden. Nach Angaben des Anwenders ließ sich durch die Einbringung des Teileeinsatzes mit konturnaher Kühlung in Nest 2 der Materialausschuss aufgrund von Porositäten im Pumpenbereich bei dem Testlauf lokal um mehr als 50% eliminieren. Aufgrund dieses positiven Ergebnisses entschied sich der Anwender dafür, alle vier Nester mit LaserCusing-Teileeinsätzen zu versehen. Wirtschaftliche und qualitative Vorteile Anhand des Kosten-Nutzen-Vergleichs erläutert der Anwender die Rentabilität von Teileeinsätzen mit
Seite 1: Autoren: Detlev Sagert, Ilona Schol

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