Grenzen verschieben: Erweitertes Potential im Druckguss durch induktive Formerwärmung. Dr. Götz Hartmann, MAGMA und SIGMA Dr. José Feigenblum, ROCTOOL

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1 Grenzen verschieben: Erweitertes Potential im Druckguss durch induktive Formerwärmung Dr. Götz Hartmann, MAGMA und SIGMA Dr. José Feigenblum, ROCTOOL

2 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

3 SIGMA, ROCTOOL und Heat & Cool Technologie SIGMA, 100% Tochter der MAGMA, seit 1998 Simulation von Kunststoffspritzguss und seit 2007 Simulation von Gießprozessen mit teilerstarrten Schmelzen ROCTOOL, seit 2000 Entwicklung und Lizensierung innovativer Spritzgießund Composite Herstellungsverfahren Heat & Cool Formtemperierung Für Thermoplaste in breiter Anwendung insbesondere für Oberflächenteile Für Druckguss im Status der Machbarkeitsstudien

4 ROCTOOL s 3iTech, induktive Formtemperierung 3D gefräste Nuten Induktor kabel Kühlkanäle Verbesserung der Formfüllung bei geringen Wanddicken Optimal glatte Oberflächen auch bei hoch faserverstärkten Materialen Genaueste Abbildung der Oberflächenstruktur des Werkzeuges (Matt neben Piano Lack Finish)

5 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

6 Charakteristik von Druckgussteilen Steife, dabei leichte Bauteile Echte 3D Konstruktion möglich hohe Funktionsintegration Gute Oberfläche Sichtteile Oberflächenteile Near net shape, geringe Bearbeitung Lebensdauer bei zyklischer Last Randbereich Probenmitte Feines, dichtes Randschichtgefüge Spannungsverteilung in Bauteilquerschnitten

7 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

8 Charakteristik von Druckgießprozessen Schnelle Formfüllung Turbulente Formfüllung Desintegration der Schmelze (Tröpfchenbildung) Entlüftungsproblematik Lufteinschlüsse durch turbulente Formfüllung Desintegration der Schmelze Verwirbelungen, Turbulenz

9 Charakteristik von Druckgießprozessen Schnelle Formfüllung Turbulente Formfüllung Desintegration der Schmelze (Tröpfchenbildung) Entlüftungsproblematik Schnelle Erstarrung Kaltlaufstellen Lunker, Mikroporen Oberflächenfehler Kaltlauf, Mg Strukturteil, Thixomolding

10 Charakteristik von Druckgießprozessen Schnelle Formfüllung Turbulente Formfüllung Desintegration der Schmelze (Tröpfchenbildung) Entlüftungsproblematik Schnelle Erstarrung Kaltlaufstellen Lunker, Mikroporen Oberflächenfehler Werkzeug Gießen und Erstarren (Thermoschock Druckspannung) Trennmittelauftrag (Thermoschock Zugspannungen)

11 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

12 Virtuelles vs. in echt Mustern Kosten Maschinenbelegung Bearbeitung Gussteilprüfung Rohstoffe, Energie Werkzeugänderung Personal in echt Mustern n - tausend, wobei 4 < n < 12 gf-druckguss.de teurer lightweight-design.de virtuell Mustern n - hundert, wobei 4 < n < 20 noch teurer gfau.com Zeit Erkenntnisse Tage bis Wochen Aus der Inspektion: Fehlerort, -größe Stunden bis Tage Aus der Simulation: Fehlerort, -größe Fehlerursache, -art Schädigungsrisiken

13 Virtuelle vs. in echt Machbarkeitsprüfung Kosten in echt virtuell Erkenntnisse

14 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

15 Virtuelles Mustern, Druckgießparameter Druckgießprozess, Parameter: AlSi9Cu3 Tl = 578 C, Ts = 479 C Werkzeugstarttemperatur 180 C Gießtemperatur 620 C Temperieren mit Öl, 150 C Sprühmedium 30 C Zyklus á 38s

16 Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Lufteinschlüsse und niedrige Temperaturen im Zentralbereich Wünsche: geringere Turbulenzen weniger Lufteinschlüsse und Oxide geringere Formerosion bessere Formentlüftung dickere gute Randschicht geringere Lunkerneigung kürzere Zyklen geringerer Thermoschock Also: langsamere Formfüllung niedrigere Gießtemperatur Maximale Druckspannungen (>500 Mpa nach der Formfüllung) Maximale Zugspannungen (>800 Mpa beim Sprühen)

17 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

18 Virtuelle Machbarkeitsstudie, Heat & Cool Temperierung Druckgießprozess mit Heat & Cool Temperierung, Parameter: AlSi9Cu3 Tl = 578 C, Ts = 479 C Werkzeugstarttemperatur 180 C Gießtemperatur 600 C Temperieren mit Wasser, 20 C Induktion 64KW pro Formhälfte Sprühmedium 30 C Zyklus á 42s

19 Normale vs Heat & Cool Temperierung normale Temperierung Temperieren mit Öl, 150 C Sprühmedium 30 C Heat & Cool Temperierung Temperieren mit Wasser, 20 C Induktion 64KW pro Formhälfte Sprühmedium 30 C

20 Langsame Formfüllung, niedrigere Gießtemperatur mit Heat&Cool - Temperierung Normale Temperierung, Füllzeit 300ms, 620 C Heat & Cool, Füllzeit 300ms, 600 C Heat & Cool, Füllzeit 1s, 600 C Langsame Formfüllung (geringere Turbulenzen, Lufteinschlüsse, Oxide, Formerosion, leichtere Formentlüftung => ) Niedrigere Gießtemperatur (geringere Oxidations- und Lunkerneigung, kürzere Zyklen, dickere gute Randschicht, geringerer Thermoschock, => )

21 Themen SIGMA, ROCTOOL und Heat&Cool Technologie Charakteristik des Druckgusses Mechanische Eigenschaften, Oberflächen, Gefüge und deren Ursachen in Formfüllung oder Erstarrung Prozessbedingungen und Grenzen, state of the art Grenzen verschieben Virtuelles Versuchsfeld, virtuell Mustern: Einsatz der Simulation Maßnahmen und Wirkungen Druckgießparameter und Gussteileigenschaften Langsame Formfüllung durch Heat&Cool - Temperierung Sichere Entlüftung, gute Oberfläche, Zykluszeit, Nachdruck Werkzeugstandzeit

22 Thermoschock(s), Werkzeugstandzeit Normale Temperierung Heat & Cool Temperierung Maximale Druckspannungen (nach dem Füllen) Maximale Zugspannungen (beim Sprühen)

23 Nächste Schritte: Die Prozesstechnik virtuell entwickeln und real testen T Öl ~260 C Tmould ~210 C Fließfiguren und V~3m/s Porosität Versuchsplatte 250x180x1.2mm Generator 100kW Induktion - Tmould ~350 C, V~2m/s Deutlich geringere Fließfiguren und Porosität - Thixomoulding + CF (Benetzung, Formfüllung) - Druckguss, MIM