Vorhersage des Warmverzugs von Sandkernen – ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung der Kernfertigung

Vorhersage des Warmverzugs von Sandkernen – ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung der Kernfertigung

Magma GmbH und HA  sind eine langfristige Kooperation zur quantitativen Beschreibung des Warmverzugs von Sandkernen eingegangen.

Gemeinsam wollen Magma als Spezialist für die virtuelle Optimierung von Gießereiprozessen und HA als Anbieter von Gießereichemie damit die Bereitstellung digitaler Kernkenndaten für Gießereien realisieren. Was dies konkret bedeutet, erfahren Besucher der Gifa 2019 auf den jeweiligen Ständen der beiden Kooperationspartner.

Steigende Anforderungen an die Maßtoleranzen von Gussteilen betreffen insbesondere dünnwandige Bereiche, in denen selbst kleine Verformungen durch Sandkerne kritisch für die Einhaltung der geforderten Wandstärken und der Bauteilgeometrie sein können. Sandkerne verformen sich abhängig von ihrer thermischen Ausdehnung sowie von der Lage der Kernmarken. Bei langen dünnwandigen Kernen spielen zusätzlich Auftriebskräfte zwischen Kern und Schmelze eine wichtige Rolle. Bei organisch gebundenen Kernen können aufgrund von Kriecheffekten im Kunstharzbinder selbst geringe Auftriebskräfte zu zeitabhängigen Verformungen führen (s. Abb. 1).

Um die Verformungen von Sandkernen möglichst klein zu halten, muss man ihr thermisches und mechanisches Verhalten während des Gießens

Abb. 2: Kernverzug von dünnwandigen, filigranen Kernen ist eine Hauptursache für Abweichungen der geforderten Wandstärken im Gussteil

verstehen. Mit diesem Wissen kann mithilfe von Simulationsprogrammen vorhergesagt werden, wie sich der Formstoff während des Gießprozesses gerade bei besonders hohen Temperaturen verhält (Abb. 2).

Magma hat hierzu in Magmasoft ein Berechnungsmodell realisiert, in dem der Kernsand als poröses Medium behandelt und die Festigkeit des Materials sowohl druck- als auch temperaturabhängig abgebildet wird. Verformungen in Abhängigkeit von der Zeit durch Bindererweichung und -zersetzung werden durch zusätzliche Kriechmodelle berücksichtigt. Darüber hinaus werden Effekte auf den Kern berechnet, die zum Beispiel beim Gießen durch Auftriebskräfte verursacht werden.

Die Zusammenarbeit von HA und Magma soll das thermo-mechanische Verhalten unterschiedlicher Formstoffe beim Abguss für die wesentlichen HA-Bindersysteme quantifizieren. Magma hat hierzu eine Methodik entwickelt, um das Materialverhalten von Kernen im Wesentlichen mithilfe von Standardproben zu bestimmen. HA nutzt diese Systematik und führt in seinem Center of Competence umfangreiche Untersuchungen sowohl für organische als auch anorganische HA-Bindersysteme und unterschiedliche Formstoffe durch. Aus diesen Daten werden produktabhängig Datensätze abgeleitet, die den Kernverzug sowohl thermisch als auch zeitlich in Magmasoft quantitativ vorhersagbar machen. Die Validierung der Ergebnisse erfolgt durch in-situ-Messungen im Technikum von HA in Baddeckenstedt, bei denen die Verformungen der Sandkerne während der Erstarrung mithilfe optischer Messverfahren als Funktion der Zeit quantitativ ermittelt werden.

Abb. 3: Gießversuche zur Bestimmung des Kernverzugs. Detailaufnahmen verzogener Kerne (a) und (b) und vergleichende Simulation zur Vorhersage des Kernverzugs (c). Quelle: MAGMA, Nemak und Gießerei-Institut der RWTH Aachen

„Ziel unserer Zusammenarbeit ist es, den Nutzern von Magmasoft validierte Daten zur quantitativen Vorhersage des Kernverzugs für HA-Produkte zur Verfügung zu stellen“, bestätigt Jörg C. Sturm, Geschäftsführer der Magma. “Mit dieser neuen Datenbank sollen unsere gemeinsamen Kunden noch besser bei der Auslegung ihrer Sand/Binder-Systeme unterstützt werden.“ „Wir haben ein großes Interesse daran, das Verhalten unserer Bindersysteme beim Abguss quantifizierbar zu machen“, sagt Amine Serghini, als Geschäftsleitungsmitglied bei HA verantwortlich für Vertrieb und Marketing. „Durch die Kooperation mit Magma auf diesem Gebiet können wir unseren Kunden gemeinsam einen weiteren wichtigen Zusatznutzen bieten.“

Auf der Gifa werden beide Partner erste Ergebnisse des gemeinsamen Entwicklungsprojekts vorstellen. Die Zusammenarbeit ist langfristig angelegt.

Magma ist Aussteller auf der Gifa und Metec in Halle 12, Stand A19/20, und in Halle 4, Stand E29
HA ist Aussteller auf der Gifa in Halle 12, Stand C50

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