Die Gestaltung von Gussbauteilen im Dialog zwischen Konstrukteur und Gießerei

Jedes Gussteil ist eine individuelle Lösung einer technischen Aufgabenstellung. Die Zusammenführung eines optimal an einen Lastfall angepassten Designs, die Nutzung der Chancen, aber auch die Berücksichtigung von Restriktionen, die das Verfahren des Gießens mit sich bringt, sowie die Auswahl eines optimal geeigneten Werkstoffs lässt TAILORED CASTINGS, maßgeschneiderte Lösungen, in Guss entstehen. In parallelen rechnergestützten Entwicklungsprozessen, die den Gießer von der Designphase an beteiligen, bindet CLAAS GUSS sein Spezialwissen von Werkstoff und Formgebung in vollem Umfang ein. Damit lässt sich ein enormer Zeitgewinn bei der Entwicklung marktreifer Produkte erwirtschaften.

Anbieter zum Thema

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Franke GmbH

MDESIGN group

Procast Guss GmbH

Anders als viele andere Fertigungsverfahren schränkt das Gießen die Bauteilgestaltung nur wenig durch prozessbedingte Restriktionen ein. Daher bietet sich Gießen für sehr komplexe Geometrien an, wie beispielsweise Bauteile mit Freiformflächen und komplizierten Innenkonturen. Der Einsatz von Gussbauteilen kann im Vergleich zu geschweißten Konstruktionen und Schmiedebauteilen zu deutlichen Effizienzsteigerungen bei der Fertigung von Finalprodukten führen. Trotz dieser positiven Aspekten des gießenden Fertigungsverfahrens scheuen Konstrukteure oft vor der Entwicklung von Gussprodukten zurück. Denn die Beachtung gießtechnischer Details entscheidet hier über Erfolg oder Misserfolg. CLAAS GUSS bietet daher seinen Kunden schon seit vielen Jahren eine umfangreiche Unterstützung bei der Gestaltung von Gussbauteilen an. Diese reicht von der Überprüfung der Machbarkeit einer Konstruktion als Gussteil bis hin zur selbständigen Erstellung von Designvorschlägen.

Das 3D-CAD Modell als Ausgangspunkt der Zusammenarbeit

Eine wesentliche Voraussetzung für das Simultaneous Engineering ist die Erstellung der Konstruktion im 3D-CAD und eine unkomplizierte, qualitativ hochwertige Weitergabe der Daten an die Entwicklungspartner. Aufgrund der Vielzahl etablierter CAD-Programme erfolgt diese Weitergabe über standardisierte Schnittstellen wie STEP, PARASOLID, VDA-FS oder IGES.

In Zusammenarbeit mit dem Konstrukteur wird die detaillierte Gussteilausführung bezüglich Formteilung und Ausformschrägen entwickelt. Weiterhin werden werkstoffbezogene Gestaltoptimierungen durch geometrische Umgestaltung auf Druckbeanspruchung oder Konstruktionsänderungen im Hinblick auf die Vermeidung produktionsspezifischer Schwierigkeiten durchgeführt. In dem verwendeten 3D-CAD-Programm Unigraphics können Flächenanalysen durchgeführt werden, mit denen sich schnell und einfach Formschrägen und Hinterschneidungen identifizieren lassen, die einem Ausformen entgegenstehen würden. Die Problembereiche können farblich dargestellt, davon ein Screen-Shot erzeugt und dem Konstrukteur auf elektronischem Wege zur Verfügung gestellt werden. Mit dieser Diskussionsgrundlage lassen sich schnell und eindeutig Absprachen durchführen.

Die FEM-Analyse als Berechnungsinstrument

Gute Konstruktionen zeichnen sich - außer durch eine gießgerechte - vor allem durch eine belastungsgerechte Bauteilauslegung aus. Diese lässt sich durch Lastfallanalysen optimieren. Die statische Festigkeitsanalyse mittels FEM beschleunigt durch die rechtzeitige Schwachstellenanalyse die Produktentwicklung erheblich. Im Hinblick auf Leichtbaukonstruktionen lassen sich solche Analysen allerdings nur optimal anwenden, wenn die lokalen geometrie- und fertigungsbedingten Bauteilkennwerte (Zugfestigkeit, Streckgrenze, E-Modul) und der entstehende Eigenspannungszustand berücksichtigt werden. Diese Informationen können durch die Gießereiprozesssimulation im Rahmen einer gemeinsamen Produktentwicklung ermittelt werden und stehen bei der virtuellen Optimierung der Konstruktion zur Verfügung.

Die Gießprozesssimulation als Optimierungshilfe

Neben den empirischen Erfahrungen der Gießereifachleute wird die numerische Simulation zunehmend als Werkzeug zur Bewertung einer gießgerechten Konstruktion herangezogen. Damit lassen sich Vorhersagen in Bezug auf zu erwartende produktionsspezifische Schwierigkeiten (Porositäten) wie auch auf lokale Bauteilkennwerte (Verteilung von Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte und E-Modul) und die bei der Abkühlung entstehenden Gusseigenspannungen machen. Mehrere konstruktive und fertigungstechnische Möglichkeiten können in der virtuellen Welt erprobt werden, ohne aufwendige Gießversuche mit den notwendigen Modelländerungen durchführen zu müssen. Die mit Hilfe der Simulation generierten Ergebnisse können im Entwicklungsprozess zur Optimierung des Entwurfs und des Fertigungsprozesses genutzt werden.

Die Werkstoffauswahl als Einsatzkriterium

Eisengießereien können auf eine Gruppe leistungsfähiger Werkstoffe mit hervorragenden Werkstoff- und Fertigungseigenschaften zurückgreifen. Die verschiedenen Gusseisensorten decken ein breites Spektrum an Eigenschaften ab, so dass sich für viele Einsatzfälle ein „Spezialist“ finden lässt. Als wenig bekannter Werkstoff ist das Ausferritische Gusseisen (ADI) zu erwähnen. Seine Leistungsfähigkeit begründet sich mit einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit, einer hohen Dauerfestigkeit, einem hohen Verschleißwiderstand und der starken Materialdämpfung.

CLAAS GUSS

Tel. +49(0)521 9315223

(ID:178345)