Simulation eines Druckguss-Strukturteils während der Entwicklungsphase mit Ausblick auf die Produktion
Eine Simulation soll die Realität möglichst genau abbilden, aber nicht zu viel Aufwand erfordern. Grafik: Böke-IE GmbH & Co. KG
VON RAINER BÖKE, LIPPSTADT
Die Gießsimulation ist heutzutage aus dem schnelllebigen Entwicklungsprozess nicht mehr wegzudenken. Dabei stehen die Optimierung von Bauteilen sowie die Verbesserung der technologischen Prozesse im Vordergrund. Moderne Simulationstechniken liefern dazu mittlerweile verlässliche und nachvollziehbare Ergebnisse. Häufig wird schon während der Anfragephase mit einer ersten Simulation begonnen. Obwohl dem Betrieb noch kein Auftrag vorliegt, soll das angefragte Bauteil näher untersucht werden. Die Angebotserstellung soll möglichst realistisch und praxisnah erfolgen, um später Überraschungen beim Produktionsanlauf und damit unnötige Kostensteigerungen zu vermeiden.
Der Betrieb hat daher schon bei der Angebotserstellung hohe Anforderungen, wenig Zeit und kein/wenig Budget, um eine realitätsnahe Machbarkeitsaussage zu treffen. Trotzdem wird hier von der Kundschaft eine gewisse Vorleistung erwartet, obwohl nicht sicher ist, wo der Auftrag letztendlich platziert wird.
Die Simulation muss möglichst wenig Aufwand erfordern, gleichzeitig sollen die Ergebnisse schnell vorliegen und die Realität möglichst genau abbilden. Trotz des Zeitdrucks sollen die Resultate zur Formfüllung, Turbulenz, Strömungsgeschwindigkeit, Lufteinschlüsse, Porositäten, Formtemperatur usw. möglichst genau und aussagekräftig sein. Die Aussagen zu Werkzeug- bzw. Produktionskosten sollen durch die Simulation unterstützt und und verbessert werden, um das Angebot möglichst treffend zu formulieren.
Als Beispiel sei hier ein Druckguss-Strukturteil genannt, es handelt sich dabei um einen Federbeindom aus der Aluminium-Legierung AlSi10MgMn. Das Gewicht beträgt 5,9 kg bei einer Wandstärke von 2,5 mm. Das Bauteil wird im Vakuum-Druckguss-Verfahren hergestellt und im Bereich der Aufnahmebohrungen CNC-bearbeitet. Weiterhin ist eine Wärmebehandlung zur Steigerung der Festigkeit und Duktilität vorgesehen. Die Abmessungen betragen ca. 530 x 520 x 440 mm.
Druckguss-Strukturteile aus Aluminium stehen im Karosseriebereich seit jeher in Konkurrenz zu dünnen, hochfesten Stahlblechen, wozu weitere Materialien wie Magnesium und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gekommen sind. Die hohe Funktionsintegration, die sehr gute Maßgenauigkeit und die spezifischen Vorteile von Aluminium-Strukturteilen bei der Energie-Absorption, verglichen mit Stahl, machen die Bauteile bzgl. Kosten und Steigerungsraten weiterhin sehr interessant.
Aufgrund der bereits genannten Anforderungen sind eine intuitiv leicht zu bedienende Oberfläche und eine schnelle Bedatung des Simulations-Systems mit den geforderten Parametern von entscheidender Bedeutung. Gerade die „Usability“ des Systems ist für einen leichten und schnellen Umgang unabdingbar, da der Anwender möglicherweise nicht täglich mit einem Simulations-System arbeitet. Um den Aufwand so gering wie möglich zu halten, sind entsprechende Features im System InspireCast 2019 vorgesehen.
Dipl.-Ing. Rainer Böke, Böke-IE GmbH & Co. KG, Lippstadt