Ziel dieses durch die AiF geförderten Forschungsvorhabens war die Ermittlung von Werkstoffkennwerten zur Berechnung der durch thermische Belastung hervorgerufenen Ausdehnungs- und Verformungsvorgänge von Sandkernen. Betrachtet man Sandkerne als eigenständige Bauteile, so müssen unter Berücksichtigung des Belastungsfalles und der thermischen Beanspruchung im Gießprozess die werkstofflichen Versagenskriterien erfasst werden.
In dieser Forschungsarbeit wurden grundlegende Erkenntnisse für die Verwendung bekannter FEMMethoden zur Auslegung von Sandkernen erarbeitet. Durch die experimentelle Ermittlung des formstoffspezifischen Spannungs- und Dehnungsverhaltens (E-Modul) können Formstoffe als Werkstoffe und folglich Sandkerne als Bauteile betrachtet werden.
Für die experimentelle Ermittlung der temperaturabhängigen Kraft-Weg-Kurven von Kernformstoffen wurde der Wärmetransport im untersuchten Formstoffsystem ermittelt. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde hierfür das Aufheizverhalten von zylindrischen Biegeproben im vorgewärmten Ofen der Prüfeinrichtung ermittelt. Es wurde der Temperaturverlauf bei verschiedenen Vorheiztemperaturen in den Biegeproben bis zum Erreichen des quasi-isothermen Zustandes (Temperaturgradient zwischen Probenmitte und Randschicht der Probe <10 K) aufgenommen. Auf Basis der so ermitteiten Aufheizzeiten wurde der zeitliche Beginn der Biegeprüfung festgelegt.
Die Aufnahme der temperaturabhängigen Kraft-WegKurven erfolgte nach der o.g. Methodik bei verschiedenen Ofentemperaturen bzw. Aufheizzeiten. Des Weiteren wurde aus den temperaturabhängigen Kraft-Weg-Kurven Spannungs-Dehnungs-Diagramme berechnet. Die Steigung im linearen Bereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramms beschreibt den E-Modul. Nach dieser Vorgehensweise wurden in definierten Temperaturschritten Spannungs-Dehnungs-Kurven und der Elastizitätsmodul bestimmt.
Die experimentelle Ermittlung und Bereitstellung von temperaturabhängigen mechanischen und thermophysikalischen Kennwerten von Formstoffsystemen bilden die Grundlage für die Simulation des thermomechanischen Verhaltens von Sandkernen bzw. der daraus resultierenden Maßhaltigkeit von Gussteilen.
Das Projekt wurde mit Haushaltsmitteln des BMWi Bundesministeriums für Wirtschaft unter der AiF Nr. Nr. 14357 N über die AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvorhaben gefördert und vom VDG Verein Deutscher Giessereifachleute e.V. fachlich betreut. Hierfür sei an dieser Stelle gedankt.
Der vollständige Schlussbericht kann vom VDG-Informationszentrum Giesserei (Telefon: 021 1 / 6871-246) bezogen werden.
Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen
