Vorhersage des Kernbruchs beim Entkernprozess von Gussbauteilen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel, den Kernbruch von anorganisch gebundenen Gießereikernen vorherzusagen, konnte im Projekt erreicht werden. Dehnungsmessungen an nicht eingegossen Kernen, bei denen die Oberfläche gut zugänglich war, wurde mit digitaler Bild Korrelation und einer high-speed Kamera durchgeführt. An eingegossenen Kernen wurde die Dehnung mittels Faser-Bragg-Gitter bestimmt. Diese Ergebnisse konnten mit den akustisch ermittelten elastischen Eigenschaften der verwendeten Materialien validiert werden. Da das Kernmaterial eine deutliche Abhängigkeit vom anliegenden hydrostatischen Druck aufweist, wurde ein Prüfstand entwickelt, mit dem diese Abhängigkeit direkt quantifizierbar wird. Das daraus resultierende neu formulierte Mohr Coulomb Bruchkriterium kann sowohl für die Berechnung des initialen Kernbruchs beim Entkernen eingesetzt werden als auch für Handhabungsoperationen nach der Kernherstellung bis zum Abguss. Die Parameter dieses Mohr Coulomb Kriteriums wurden für verschiedene Bindermengen, Luftfeuchtigkeiten und Temperaturbehandlungen bestimmt, was eine Berechnung der Parameter über Regressionsansätze erlaubt. Weiterhin wurde ein Prüfstand zur akustischen Bestimmung der elastischen Eigenschaften entwickelt, der es nun zum ersten Mal erlaubt neben dem E-Modul auch den Schubmodul von Kernmaterial zu bestimmen. So kann ein vollständig parametrisiertes elastisches Materialmodell für FE Simulationen genutzt werden. In verschiedenen Messreihen konnten die Einflüsse von Bindermenge, Lagerfeuchtigkeit und Temperaturbehandlung beziffert werden. Diese Ergebnisse erlauben eine Metamodellierung, die die Materialparameter abhängig von den entsprechenden Umweltbedingungen berechnet. Die Modellierung des initialen Kernbruchs wurde zunächst an Prüfkörpern ohne Temperaturbehandlung erprobt und im Rahmen von verschiedenen Lastfällen, die aus der industriellen Kernhandhabung abgeleitet wurden, validiert. Diese Materialmodellierung wurde dann auf wärmebehandelte Kernmaterialien übertragen. Über die ursprünglichen Projektziele hinaus, wurde auch der Entkernfortschritt nach dem initialen Kernbruch simuliert. Ein vereinfachtes Materialmodell wurde dazu eingesetzt, um die Entkernergebnisse von eingegossenen Biegeriegeln zu simulieren. Hier zeigte sich, dass wichtige Einflüsse auf das Entkernergebnis wie der Reibungswinkel mit der Simulation relativ erklärt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2018). Fracture Statistics for Inorganically-Bound Core Materials. In Materials, 11, 2306
Lechner, P.; Stahl, J.; Ettemeyer, F.; Himmel, B.; Tananau-Blumenschein, B.; Volk, W.
-
(2020). A Novel Method for Measuring Elastic Modulus of Foundry Silicate Binders. In: International Journal of Metalcasting, 14, 423–431
Lechner, P.; Filippov, P.; Kraschienski, N.; Ettemeyer, F.; Volk, W.
-
(2020). Acoustical and Optical Determination of Mechanical Properties of Inorganically-Bound Foundry Core Materials. In: Materials, 13, 2531
Lechner, P.; Fuchs, G.; Hartmann, C.; Steinlehner, F.; Ettemeyer, F.; Volk, W.
-
(2020). Digital sand core physics: Predicting physical properties of sand cores by simulations on digital microstructures. In: International Journal of Solids and Structures, 188–189, 155-168
Ettemeyer, F.; Lechner, P.; Hofmann, T.; Andrä, H.; Schneider, M.; Grund, D.; Volk, W.; Günther, D.
-
(2021). A Plane Stress Failure Criterion for Inorganically-Bound Core Materials. In: Materials, 14(2), 247
Lechner, P.; Hartmann, C.; Ettemeyer, F.; Volk, W.
-
(2021). Characterisation of the decoring behaviour of inorganically bound cast-in sand cores for light metal casting. In: Journal of Materials Processing Technology, 296, 117201
Ettemeyer, F.; Schweinefuss, M.; Lechner, P.; Stahl, J.; Gress, T.; Kaindl, J.; Duracha, L.; Volk, W.; Günther, D.
-
(2021). Mohr-Coulomb Characterisation of Inorganically-Bound Core Materials. In: Journal of Materials Processing Technology, 296, 117214
Lechner, P.; Stahl, J.; Hartmann, C.; Ettemeyer, F.; Volk, W.
