Kaltkammerdruckgießmaschine für Aluminium und Magnesium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Druckgießverfahren ist ein etablierter und weitverbreiteter Prozess zur Herstellung endkonturnaher Bauteile und bietet aufgrund der hohen Produktivität und der Herstellbarkeit dünnwandiger Bauteilgeometrien ein sehr hohes Leichtbaupotenzial. Die verfahrensbedingten Grenzen des Druckgießens werden deutlich, wenn Hinterschnitte, die im Sand- oder Kokillengießverfahren durch die Verwendung verlorener Sandkerne darstellbar sind, in Druckgussbauteilen aufgrund der hohen Metallströmungsgeschwindigkeiten bis zu 200km/h nicht abbildbar sind. Dennoch werden seitens der Automobilindustrie in Druckgussbauteilen zunehmend Hinterschnitte in Form von Hohlräumen gefordert, um durch Materialeinsparung neue Leichtbaukonzepte umzusetzen. Der Einsatz von Salzkernen ermöglicht genau diese Erweiterung des Produktspektrums. Zu den Vorteilen von Salzkernen zählen deren sehr hohe Festigkeit und die einfache, rückstandsfreie Beseitigung mit Wasser. Mit der neuen Maschine können Salzkerne sehr definiert hergestellt und auch umgossen werden. So sind neue Forschungsvorhaben mit dieser Thematik befasst: „Entwicklung von Salzkernen zur Darstellung hohler Strukturbauteile“, ein rein industriell geförderdertes Vorhaben, und „Kavitationserosionsresistente Cu-Basis-Legierungen für die Herstellung hochkomplexer Bauteile im Druckgießverfahren mit eingelegten Salzkernen“. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung hohler Strukturen ist die Gasinjektionstechnik, ein in der Kunststofftechnik bereits etabliertes Verfahren. Dabei wird das Werkzeug zunächst vollständig gefüllt. Nach der Entstehung einer erstarrten Randschale wird ein inertes Gas in die Form injiziert. Dieses Gas verdrängt das noch flüssige Material im Kern des Werkstücks in eine Nebenkavität. An der Übertragung der Technologie auf das Druckgießverfahren wird in Aalen seit 2004 gearbeitet. Mit der neuen Maschine kann nun die Regelungstechnik der Gasinjektionsanlage wesentlich genauer auf die Maschinensteuerung angepasst werden. Das laufende ZIM Projekt „Entwicklung eines Verfahrens zur optimalen Prozessgestaltung der Gasinjektionstechnologie für Aluminiumdruckgießanwendungen“ hat die Entwicklung einer neuen Anlage zum Ziel, mit der der Prozess erstmalig in die Serienanwendung gebracht werden soll. Die Herausforderung beim Druckgießprozess ist die Einhaltung hoher Qualitätsstandards trotz unzähliger Prozessparameter, die die Qualität der Gussteile beeinflussen. Die Wechselwirkung aller qualitätsrelevanten Einflussfaktoren kann zu hohen Ausschussraten von 10 bis 25 % führen. Das europäische Forschungsvorhaben „MUSIC“ hat die Reduzierung der Ausschussraten durch die Entwicklung eines intelligenten kognitiven Systems, welches alle qualitätsrelevanten Prozessparameter berücksichtigt, zum Ziel. Im Gießereilabor der Hochschule Aalen wurde hierzu ein Gussteil entwickelt, mit dem die unterschiedlichsten Gussfehler wie Schwindungslunker, Gasporositäten und Kaltlauf hergestellt und untersucht werden können. Die Form ist mit vielen neuen, innovativen Sensoren ausgestattet, welche zusätzliche Prozessparameter wie beispielsweise die Beschleunigung des Kolbens oder der Feuchtegehalt der evakuierten Luftmenge aufzeichnen. Dadurch werden mehr Informationen über den Gießprozess gesammelt, um Einflussfaktoren, die bisher noch nicht berücksichtigt wurden, aufzunehmen. Im Sinne der Industrie 4.0 werden die Sensoren im Forschungsvorhaben „Datacast“ zu einem intelligenten Sensornetzwerk verbunden. Durch die Markierung der Gussteile können die erfassten Daten dann eindeutig den Gussteilen zugeordnet werden. Das neue Vorhaben „Innovative Fügeverfahren und beanspruchungs-gerechte Designkonzepte für hybride Leichtbau CFK-Multimaterialverbunde“ beschäftigt sich mit dem Umguss von CFK Preforms. Hier ist die genaue Steuerung der Kolbenbewegung der neuen Maschine wichtig, um die Schädigung der CFK Preforms durch das einströmende Metall zu minimieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Magnesiumdruckgießen mit Hohlstrukturen durch Gasinjektion. Giesserei 101 (2014) Nr. 07, S. 38-43, Giesserei-Verlag Düsseldorf
Kallien L., Weidler T., Becker M.
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Production of Magnesium die castings with hollow structures using gas injection technology in the hot chamber die casting process. International Foundry Research 66 (2014) No. 4, S. 20-26
Kallien L., Weidler T., Becker M.
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Correlation between process parameters and quality characteristics in aluminum high pressure die casting. Die Casting Congress and Exposition 2015 NADCA (North American Die Casting Association), Indianapolis, 5. - 7. Oktober 2015
Winkler M., Kallien L., Feyertag T.
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New Wear Resistant Hypereutectic AlSi4Cu4FeCrMn Alloys for High Pressure. Die Casting International journal of metalcasting 9 (4): S. 49- 57 · December 2015
Kallien L., Baesgen A., Tonn B., Zak O.
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Herausforderungen für die deutsche Gießerei- Industrie aus Sicht der akademischen Forschung. Giesserei Spezial 01/2016, S.22-30, Giesserei- Verlag Düsseldorf
Volk W., Fehlbier M., Hartmann D., Kallien L.
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Hybridbauteile aus CFK und Aluminiumdruckguss, Giesserei 103 (2016) Nr. 01, S. 44-49 (ISSN 0016-9765)
Schwarz D., Becker M., Häger A. Kallien L.
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Interaction of Creep and Ageing Behaviors in Zinc. Die Casting Congress and Exposition 2016 NADCA (North American Die Casting Association), Columbus, OH, 26.-28. September 2016 (Best Paper Award 2016)
Goodwin F.E., Kallien L., Leis W.
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Salzkerne im Druckguss, Giesserei Spezial 01/2016, S.32-43, Giesserei-Verlag Düsseldorf
Kallien L.
