Der hochproduktiven Maschinentechnik zur Herstellung von Sandkernen stehen die eigentliche Kernsandverdichtung und -begasung gegenüber, die bis heute auf Erfahrungswissen beruhen. Dies trifft im besonderen auf die Anordnung der Einschießdüsen und Entlüftungen in den Kernkästen zu, die bei fedem Neuanlauf einer Kernserie zeit- und kostenaufwendig erprobt werden muss, wobei das erzielte Resultat nicht zwangsläufig das Optimum darstellt.
Für die strömungsoptimierte Auslegung von Kernwerkzeugen und den damit verbundenen Vorteilen auf die gesamte Fertigungstechnik, haben die Projektpartner MAGMA Gießereitechnologie GmbH und Fraunhofer ITWM eis Simulationswerkzeug entwickelt. Die Qualität der Simulation wird neben der mathematischen Prozessmodellierung auch stark von den hinterlegten Formstoffparametern sowie maschinenabhängigen Parametern bestimmt. Somit sichert eine auf die Erfordernisse der Modellierung abgestimmte, auf physikalischen Werten basierende Datenermittlung eine deutlich verbesserte Ergebnisgüte.
Vor diesem Hintergrund wird über die experimentelle Ermittlung bestimmter, für die Simulation der Kernherstellung benötigter, aber bisher nicht verfügbarer physikalischen Daten zur Beschreibung des Formstoff-Luft-Gemisches als Zweiphasenwerkstoff berichtet.
So ist beispieisweise für die Simulation der Kernkastenbefüllung und die Berechnung des Verdichtungsgrades des Sandkerns die Materialeigenschaft der Fließfähig keit der jeweiligen Formstoffmischung erforderlich. Die Simulation des Aushärtens des Formstoffes durch Begasen erfordert Daten über die Permeabilität des jeweiligen Kernformstoffes in Abhängigkeit des Verdichtungsgrades (Porosität). Hierzu durchgeführte Experimente liefern verlässliche Werte für eine belastbare Simulation.
Neben den formstofftechnischen Kenngrößen werden auch maschinenabhängigen Parameter betrachtet. Fragestellungen hinsichtlich des Einflusses von Art des eingesetzten Sandzylinders, Anordnung, Anzahl und geometrische Gestaltung der Schießdüsen werden durch gezielte Experimente beantwortet. Der Strömungswiderstand verschiedener Schieß- und Entlüftungsdüsen werden experimentell gemesses bzw. aus den Messwerten berechnet.
Wichtige Ergebnisse hierzu liefern Kernschießexperimente unter Verwendung eines transparentes Kernkastens. So gelingt es, die Formfüllung der Gravur in Abhängigkeit der verschiedenen Parameter mit einer Hochgeschwind igkeitskamera zu dokumentieren und analysieren. Für diese Experimente wurden Kernschießmaschine und Kernwerkzeug mit Drucksensoren bestückt, so dass auch anhand der gemessenen Druckkurven der Füllprozess (und auch das Aushärten durch Begasen) analysiert werden kann. Die systematische Untersuchung ermöglicht eine qualitativ hochwertige Validierung der Simulationsrechnungen.
Die systematische Erarbeitung der Material- und Prozessdaten führen zu dem wissenschaftlichen Ziel einer gesamtheitlichen Prozessanalyse und innovativen Erkenntnissen über Interdependenzen der Material- und Fertigungsparameter.
Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen
