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aktuelles Redaktionsprogramm - Giesserei

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Redaktionsprogramm GIESSEREI Heft 11/2014
Erscheinungstermin: 05. November 2014
Anzeigenschluss: 16. Oktober 2014
Zusatzverbreitung: EuroMold 2014, 25. – 28. November, Frankfurt
TECHNOLOGIE UND TRENDS
Optimierte Lebensdauervorhersage von Gusseisen aufgrund lokaler Gefügekenngrößen
von Mathias Bodenburg u. a.
Der Herstellungsprozess eines Gussteils hat wesentlichen Einfluss auf das lokal entstehende Gefüge. Diese Unterschiede in der lokalen Mikrostruktur führen auch zu Unterschieden in den lokalen mechanischen Eigenschaften. Die
Eigenschaften von Bauteilen aus Gusseisen hängen neben der Geometrie im Wesentlichen von der Grafitmorphologie, vom Gefüge der Matrix und von lokalen Fehlstellen ab. Die gewählte Metallurgie und die Prozesskontrolle sind
daher wesentliche Einflussgrößen für das Bauteilverhalten. Bei der konventionellen konstruktiven Auslegung von
Gussteilen wird der Einfluss lokaler Gefügemerkmale auf die Lebensdauer nicht berücksichtigt. Der Konstrukteur konstruiert mit Normwerten. Im Rahmen einer konservativen Auslegung und Lebensdauerbewertung eines Gussteils werden entsprechend der gültigen Richtlinien homogene Eigenschaften über das ganze Bauteil angenommen. Das führt
dazu, dass nur ein Werkstoffdatensatz für die Berechnung der Betriebsfestigkeit verwendet wird. Lokale Eigenspannungen und das lokale Gefüge finden daher bisher kaum Berücksichtigung bei der Betriebsfestigkeitsanalyse. Dies
bedeutet einerseits, dass lokale Risiken nicht genau bewertet werden und andererseits auch das Potenzial des Werkstoffs nicht konsequent ausgenutzt wird. Daher entstehen bei Konstrukteuren Unsicherheiten über die zu erwartenden
Unterschiede zwischen den für die Auslegung des Bauteils berücksichtigten und den tatsächlich im Gussteil zu erwartenden mechanischen Eigenschaften. Die konservative Vorgehensweise führt zu Sicherheitszuschlägen, zu einem
hohen Bauteilgewicht und damit zu unnötig hohen Kosten. Das Vertrauen in den Konstruktionswerkstoff Guss wird so
nicht gefördert. Auch für den Gießer hat dies Konsequenzen: Aus Sicherheitsgründen zu groß dimensionierte Wanddicken verlängern die Erstarrung und führen tendenziell zu schlechteren lokalen Eigenschaften. Die daraus resultierenden größeren Wanddickenunterschiede sind schlechter speisbar und erhöhen zudem die Eigenspannungen im Teil bei
der Abkühlung nach dem Erstarren. Deutlich wird die Notwendigkeit einer intensiven Kopplung der GießprozessSimulation mit der Lastfallauslegung. Die volle Nutzung des Werkstoffpotenzials kann nur erfolgen, wenn „Gusseigenschaften“, also die tatsächlich lokal variierenden Werkstoffeigenschaften, die sich aus dem Gießprozess ergeben,
Eingang in die Lastfallberechnungen des Konstrukteurs finden. Die Gießprozess-Simulation muss Fragen beantworten, die sowohl vom Gießer als auch vom Gussteilkonstrukteur gestellt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, das
Bauteilverhalten von Gusseisen nicht nur qualitativ, sondern mit der Simulation auch quantitativ beschreiben zu können.
Entstehung und Vermeidung von Chunky-Grafit in Gusseisen mit Kugelgrafit
von Wolfram Stets u. a.
Aufgrund seiner Kosten- und Eigenschaftsvorteile gegenüber Stahl wird Gusseisen mit Kugelgrafit (GJS) zunehmend eingesetzt. Aufgrund ihrer guten Plastizitäts- und Zähigkeitseigenschaften setzen sich besonders die ferritischen Gusseisenwerkstoffe für viele Anwendungen durch. Neben der nahezu vollständig ferritischen metallischen Grundmasse ist die Ausbildung
des Grafits in Kugelform Grundvoraussetzung für die Sicherstellung der geforderten mechanischen Eigenschaften. Grafitentartungen können zu einem signifikanten Eigenschaftsverlust des Werkstoffes und somit zu Ausschuss führen. Eine
spezielle Form der Grafitentartung ist der so genannte „Chunkygrafit“. Mit zunehmender Menge an Chunkygrafit verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes deutlich. Dieser wirkt sich stärker als andere Grafitentartungen
auf das Ermüdungsverhalten des Werkstoffes aus. Der durch das Auftreten von Chunkygrafit eintretende Schwingfestigkeitsabfall beträgt zwischen 25 und 30 %, die Bruchdehnung fällt mit dem Anteil an Chunkygrafit linear ab. Chunkygrafit ist
eine großflächige, stark verzweigte Grafitausscheidung und bildet sich bevorzugt in Partien mit langen Erstarrungszeiten.
Daher tritt er vor allem in den inneren thermischen Zentren dickwandiger Großgussteile auf.
Fortsetzung siehe Rückseite
- 2 -
Erhöhung der Dauerfestigkeit bei Zylinderkurbelgehäusen aus GJL durch Festigkeitsstrahlen
von Holger Welsch u. a.
Zylinderkurbelgehäuse aus GJL werden wegen ihrer guten Werkstoffeigenschaften und aus wirtschaftlichen Gründen
in der Entwicklung neuer Motoren nach wie vor sehr geschätzt. Die Anforderungen an die Bauteile hinsichtlich Leistung
und Lebensdauer steigen weiterhin stetig. Durch lokale Werkstoffbeeinflussung mittels gezielter Maßnahmen, wie
Festigkeitsstrahlen, können potentiell höhere Dauerfestigkeiten für das Bauteil erreicht werden. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den zugehörigen Wirkmechanismen sowohl mikroskopisch im Gefüge als auch makroskopisch an
der Oberfläche bzw. dem Bauteil. Sie ermöglichen eine lokale Dauerfestigkeitssteigerung der Zylinderkurbelgehäuse
auf Basis speziell abgestimmter Strahlprozesse. Die für eine derartige Behandlung sinnvollen Bereiche am Bauteil
können anhand von Finite-Elemente-Berechnungen identifiziert werden. Stand der Technik ist die Simulation der Erstarrungs- und Abkühlverläufe und der daraus resultierenden Eigenspannungszustände der Bauteile. Allerdings werden die Einflüsse des Strahlens auf die hierfür benötigten Startrandbedingungen bis dato nicht berücksichtigt. Zukünftig soll den FEM-Berechnungen jedoch der reale Ausgangszustand des Fertigteils, unter Berücksichtigung des Gießund Abkühlprozesses, des Reinigungs- und Verfestigungsstrahlens und der einzelnen Bearbeitungsschritte zugrunde
liegen. Hierzu wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches die Auswirkung des Strahlprozesses auf die Oberfläche
des Werkstoffs einbindet. Durch geeignete Charakterisierungsmethoden werden die dafür notwendigen Simulationsparameter ermittelt. Als Ergebnis wird eine bauteilspezifische, ortsaufgelöste Strahldosis zur Erhöhung der Dauerfestigkeit anvisiert. Es ist davon auszugehen, dass in Analogie zu vergleichbaren Behandlungen anderer Standardbauteile
eine Erhöhung der Dauerfestigkeit von bis zu 15 % zu erwarten ist. Dies ermöglicht einerseits eine weitere Steigerung
der Motorleistung und andererseits eine Reduzierung des Bauteilgewichtes bei gleichbleibender Leistung. Die Grundlagen dieser anvisierten Ziele sollen im Rahmen des vorliegenden Beitrages untersucht werden.
SPEKTRUM
Bessere Energiewerte, weniger Chargiervorgänge: Erster Ofen der neuen ZPF GmbH bewährt sich
im Metallwerk Friedrich Deutsch
von Birgit Müllner
Sparsame, umweltfreundliche Aluminiumschmelztechnik war von der Gründung an der zentrale Schwerpunkt der ZPF
therm Maschinenbau GmbH. Seit November 2013 werden die erprobten und über die Jahre stetig verbesserten
Schmelzöfen jetzt unter dem Dach der ZPF GmbH produziert. Die erste Anlage konnte schon im Februar ausgeliefert
werden und ging nicht ganz zufällig an ein Unternehmen, das auch noch immer sechs Öfen der ersten Generation von
1993 nutzt: Die Metallwerk Friedrich Deutsch GmbH, Marktführer für Skikanten und ein bedeutender Zulieferer der
Automobilindustrie, hatte sich aufgrund der jahrelangen Erfahrungen und der Zufriedenheit mit der Ofentechnik aus
Siegelsbach entschieden, auch mit der neuen ZPF zusammenzuarbeiten. Inzwischen läuft die Anlage im Vollbetrieb
und hat sich bereits als besonders wirtschaftlich erwiesen.
Leichtbau: Druckguss verbindet Aluminium und CFK
von Edgar Lange
Leichtbau ist allerorten im Trend. Faserverbundwerkstoffen (CFK) kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Doch ganz
ohne Metall geht es nicht – weder im Flugzeugbau, noch im Automobilbau. Fraunhofer-Forscher haben jetzt ein Verfahren entwickelt, dass das direkte Eingießen von Faserverbundbauteilen im Aluminiumdruckguss erlaubt und so eine
formschlüssige, korrosionsfreie Verbindung zwischen beiden Materialien ermöglicht. Druckgießern eröffnet die Technik neue Einsatzfelder.
3-D-Druck: Schüle senkt Kosten- und Zeitaufwand
von Daniel Silberhorn
„Der Hauptvorteil liegt ganz klar in der deutlichen Zeitersparnis“, sagt Ronald Spranger, Vertriebs- und Projektleiter bei
der Metallgießerei Schüle GmbH. Seit 2011 arbeitet das traditionsreiche Gießereiunternehmen aus dem süddeutschen
Sersheim mit dem 3-D-Druck-Spezialisten ExOne zusammen, um vor allem Kunden aus der Automobilbranche, aber
auch aus anderen Sektoren, optimal zu bedienen. Mit Erfolg. Denn gerade Automobilhersteller stehen immer mehr vor
der Herausforderung, effizient und kostengünstig zu fertigen. Gleichzeitig steigt die Komplexität von Gussteilen, und
Entwicklungszyklen beschleunigen sich. Um dennoch die Kosten der Bauteilentwicklung zu senken, nehmen die Automobilhersteller jede Phase des Fertigungsprozesses genau unter die Lupe. Hier kann das inzwischen etablierte Verfahren des 3-D-Drucks seine Stärken perfekt ausspielen. Beim additiven 3-D-Druckverfahren, auf das sich der in
Augsburg ansässige 3-D-Druck-Pionier ExOne spezialisiert hat, werden nacheinander Sandschichten hauchdünn auf
einer Arbeitsfläche aufgetragen und mittels chemischer oder anorganischer Bindemittel miteinander verbunden.
Dadurch entstehen Gussformen aus Sand ohne die-zeitintensive und teure Herstellung von Werkzeugen – direkt aus
CAD-Daten.
Fortsetzung Seite 3
- 3 RFID am Schmelzpunkt
von Birgit Gottsauner
Erhöhte Prozesssicherheit, konstante Dosiergenauigkeit und lückenlose Chargenverfolgung sind bei der Gießerei Karl
Casper ganz wichtig. In der in Baden-Württemberg ansässigen Gießerei werden hochwertige lndustrie- und Kunstgusserzeugnisse hergestellt. Aus Roheisen und Stahlschrott werden Bauteile unter anderem für den Werkzeug- und
Sondermaschinenbau gefertigt. „Früher haben wir die Daten beim Zusammenstellen des Schmelzmaterials manuell
am PC erfasst“, erläutert Malte Lüking, technischer Geschäftsleiter. Heute ermöglicht eine RFID-Applikation die automatische Erkennung der Transportbehälter, die Zuordnung der Chargen sowie die softwaretechnische Abbildung der
Prozesse.
UNTERNEHMEN & MÄRKTE
CNC-Fräsen: Span auf Span zum fertigen Gießerei-Modell
von Edgar Lange
Gießereimodellbau ist meist gediegene Handwerkskunst. Doch zunehmend werden heute auch CNC-Maschinen in der Modellfertigung eingesetzt. Mit einer fortschrittlichen CAD/CAM-Software avancieren die modernen Bearbeitungszentren zu
perfekt funktionierenden Modellfräsen, wie die Duisburger Modellfabrik sowie der schwedische Modellbauer Unnaryd zeigen.
JAHRESÜBERSICHT
Gußeisen mit Kugelgraphit (51. Folge)
von Diether B. Wolters
FORUM
Europäische Normung - Die Europäische Norm für Gusseisen-Strangguss EN 16482
von Ralf Gorski
Die Europäischen Normen für Gusseisen EN 1561 und EN 1563 klassifizieren Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) und
Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS), die in Sandformen oder Formen mit vergleichbaren thermischen Verhalten ge­gossen
werden. Damit haben diese Normen nur teilweise Gültigkeit für Gusseisen aus Strangguss. Ab 2003 beschäftigten sich
Fachleute von Strangguss-Herstellern in zwei verschiedenen Arbeitsgruppen mit Teilnehmern aus Frankreich, Dänemark,
Deutschland, Spanien und Großbritannien mit den speziellen Eigenschaften und Produktmerkmalen von Gusseisen aus
Strangguss. Nach diesen vorangegangenen Aktivitäten begann 2010 in CEN/TC 190/WG 7 die Arbeit an der Europäischen
Norm 16482 „Gießereiwesen – Gusseisen-Strangguss“. Die höheren Abkühlgeschwindigkeiten beim Erstarren von Strangguss und während des Weiteren schnellen Abkühlens, führen im Vergleich zum Sandguss zu einer homogeneren Gefügeausbildung. Neben diesen werkstoffkundlichen Besonderheiten sind auch weitere Merkmale und Eigenschaften des Verfahrens und der Werkstoffe aus Strangguss in der neuen Norm mit berücksichtigt.
BERUF & KARRIERE
Fit in die Zukunft
von Karin Hardtke
Fritz Winter besteht als solides Familienunternehmen und ist die größte konzernunabhängige Gießerei Europas. Für namhafte Unternehmen der Automobil-, Nutzfahrzeug- und Hydraulikindustrie ist Fritz Winter führender Zulieferer. Als innovativer Hersteller z. B. im Leichtbau gehört das Unternehmen zur Weltspitze. Zunehmend versteht sich Fritz Winter als Entwicklungspartner seiner Kunden. Mit seiner großen Kompetenz und Erfahrung im Bereich der Bremsen-, Fahrwerk-, Motorenund Hydraulikteile integriert sich Fritz Winter in den Prozessfluss seiner Kunden. Das bedeutet Rundumbetreuung vom Prototyp bis zur Serienfertigung. Bei der Nachwuchswerbung geht das Unternehmen ungewöhnliche Wege.
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