Maßhaltigkeit mit dem ersten Abguss

GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011) HEFT 9/10Ausgehend von den nun vorliegenden Formtemperaturen erfolgtdie Formfüll- und Erstarrungsberechnung des Bauteils.Nach dem Öffnen der Form greift ein Roboter das Bauteil undtaucht es in ein Abschreckbecken. Der Anschnitt und die Überläufewerden abgetrennt. Die weitere Abkühlung erfolgt an Luft.Auch hier ist es wichtig, alle Prozessschritte in der Simulationso genau wie möglich abzubilden. In diesem Fall wird nichtmehr die thermische Geschichte des Werkzeugs verfolgt, sonderndie des Bauteils bis zur Abkühlung auf Raumtemperatur(Bild 4).Bild 1: FEM-Netz des Bauteils sowie die entsprechenden Temerierkanäle(Ausschnitt)Bild 2: Zyklischer Verlauf der Temperaturen in der festen Formhälfte.Bild 3: Vergleich zwischen den Messergebnissen mit einer Thermokamera (links) und den entsprechendenBerechnungsergebnissen (rechts).3. Berechnung der Spannungen unddes BauteilverzugesDer nächste Schritt ist die Berechnung der Eigenspannungenund des Verzugs. Hierbei ist nicht nur die thermische Geschichtezu berücksichtigen, es müssen darüber hinaus auch dieeinzelnen Schritte der mechanischen Bearbeitung behandeltwerden. Dabei spielt natürlich auch die zeitliche Reihenfolgeder Bearbeitung in Bezug auf die einzelnen thermischen Behandlungsschritteeine Rolle. Für die Entstehung von Eigenspannungensind vor allem die unterschiedlichen lokalen Abkühlgeschwindigkeitenverantwortlich, die durch Unterschiedein den Wandstärken verursacht werden. Die dünnen Verrippungenerstarren zuerst und werden in Ihrer Schwindung kaumbehindert, da diese durch plastisches Fließen abgebaut werdenkönnen. Wenn dann der dickere Rahmen erstarrt, behindern diebereits erkalteten Rippen die Schwindung. So kommt es in denRippen zu Druck- und im Rahmen zu entsprechenden Zugspannungen.Hierdurch wird natürlich auch das Verzugsverhaltenmaßgeblich beeinflusst. Bild 5 zeigt die Eigenspannungenund den Verzug des Bauteils im Vergleich zur Ausgangsgeometrie,die hier im halbtransparenten Modus dargestellt wurde.4. Auswertung und Vergleichmit der VorserieDie Verzugsergebnisse einer solchenBerechnung sind immereine Kombination aus Schwindungund Verzug. Insofern mussbeachtet werden, dass bei einemVergleich die lineare Schwindungaus den Vergleichsergebnissen herausgerechnetwird. Die Bezugspunktefür die 3D-Koordinatenmessungsollten genau so bei derVerzugsberechnung als Fixpunkteangegeben werden.Für den Vergleichwurden nur solche Punkteverglichen, bei denen der Verzugsvektororthogonal zur Oberfläche,also parallel zum Tastwegliegt. Bild 6 zeigt den VergleichBild 4: Temperaturfeld des erstarrenden Bauteils.Bild 5: Eigenspannungen und Verzug des bearbeiteten Bauteils. In halbtransparenterDarstellung sieht man das unverzerrte Gitter214

HEFT 9/10 GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011)Verzug [mm]0 2 4 6 8 10 12gemessenA+B berechnetn B berechnetMesspunkteBild 6: Verzug des bearbeiteten Bauteils in über die Länge des Bauteilsverteilten Messpunkten.Bild 7: Verzug des bearbeiteten Bauteils. Durch das Vorhalten der Verformunglag der Verzug innerhalb der geforderten Toleranzen.des berechneten Verzugs im Vergleich zu dem in der Vorseriegemessenen Verzug. Auch wenn die absoluten Werte hier nochunterschiedlich waren, zeigt sich eine sehr gute qualitativeÜbereinstimmung. Somit kann direkt nachgewiesen werden,dass der gemessene Verzug tatsächlich konstruktions- bzw. verfahrensbedingtist. Die quantitative Übereinstimmung konntedadurch hergestellt werden, dass eine Datenanpassung, insbesondereder thermo-mechanischen Eigenschaften, vorgenommenwurde.5. Vorhalten des Verzuges in der SerieMit den aus der Vorserie angepassten Daten erfolgte eine Übertragungin die Serienfertigung. Da hier im Vergleich zur Vorserieerhebliche konstruktive und auch verfahrensspezifische Änderungenvorgenommen werden mussten, konnten die Ergebnisseaus der Vorserie nicht ohne weiteres auf die Serie übertragenwerden. Insofern war eine weitere Berechnung notwendig, diediesen Änderungen Rechnung trug. Diese Berechnungsergebnissewurden nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ direktbeim Bau des Serienwerkzeugs berücksichtigt. Hierzu wurdedas Bauteil im CAD-Programm entsprechend verzogen, sodass als Ergebnis aus dem Serienwerkzeug direkt Bauteile entnommenwerden konnten, die den Toleranzanforderungen genügten(Bild 7). Damit konnten die Produktionskosten erheblichgesenkt werden, da mit dem Richten des Bauteils ein kompletterArbeitsgang eingespart werden konnte.Kontaktadresse:RWP GmbH Gesellschaft beratender Ingenieurefür Berechnung und rechnergestützte Simulation mbHD-52159 Roetgen, Bundesstraße 77Tel.: +49 (0)2471 1230 0, Fax: 99E-Mail: info@rwp-simtec.de, www.rwp-simtec.deGeorg Fischer Fittings GmbHA-3160 Traisen / ÖsterreichTel.: +43(0)2762/90300-378Fax: +43(0)2762/90300-400fittings.ps@georgfischer.comwww.fittings.atHochwertige Gewindefittings undPRIMOFIT-Klemmverbinder aus Temperguss215