Mit Simulationen Prozessschritte einsparen
Prozessschritte in der Wärmebehandlung einsparen – eine wirtschaftliche Überlegung. FOTO: MAGMA
VON ANJA PRETZELL, AACHEN
Eigenspannungen, die im Gießprozess während der Erstarrung und Abkühlung entstehen, können bei der späteren Bearbeitung oder im Belastungsfall zu Problemen führen. In einem konkreten Fall wurden bei einem Hauptlagerdeckel aus Gusseisen mit Kugelgrafit für die Anwendung im Schiffsbau nach der Lagerung des Bauteils Maßänderungen beobachtet. Aus diesem Grund werden diese Gussteile üblicherweise nach dem Gießen einer Wärmebehandlung in Form von Spannungsarmglühen unterzogen.
Der finnische Gießereikonzern Componenta und die Firma Wärtsilä, Hersteller von Komponenten für den Marine- und Energiesektor, untersuchten gemeinsam, ob es möglich ist, das Spannungsarmglühen bei Hauptlagerdeckeln aus Gusseisen zu vermeiden. Diese Teile werden normalerweise für einen Tag einer Wärmebehandlung bei ca. 550 bis 600 °C unterzogen. Wenn es möglich wäre, auf das Glühen zu verzichten, könnten die Durchlaufzeiten in der Gießerei deutlich verkürzt und so signifikante Kosteneinsparpotenziale realisiert werden.
Da beide Partner gewohnt sind, Magmasoft-Informationen zu nutzen, konnten mehrere Simulationen und Messungen der Formabkühlgeschwindigkeit in enger Zusammenarbeit durchgeführt werden. Ziel dieser Untersuchungen war es, geeignete Simulationsparameter für die Simulation der Abkühlbedingungen von der Erstarrung bis zum Auspacken zu ermitteln. Dies ist eine wesentliche Grundlage für die anschließende zuverlässige Eigenspannungsberechnung.
Die simulierten Eigenspannungen wurden mit den Messungen an realen Gussteilen verglichen, um den Eigenspannungszustand bei den Hauptlagerdeckeln vollständig nachvollziehen zu können. Schließlich wurden die genauen Abmessungen von wärmebehandelten Hauptlagerdeckeln jeweils vor und nach der Lagerung gemessen, um die eventuell während der Lagerung auftretenden Maßänderungen zu ermitteln.
Zur Messung der Abkühlkurven wurden Sensoren in der Formkavität platziert. Dann wurde die Form geschlossen und der Abguss unter normalen Produktionsbedingungen durchgeführt. Das Auspacken erfolgte nach 24-stündiger Abkühlung. Zu diesem Zeitpunkt lagen die Temperaturen bei ca. 290 °C.
Im Simulationsmodell wurden virtuelle Thermoelemente an den gleichen Stellen wie beim realen Abguss platziert, um die Temperaturen mit den Messkurven zu vergleichen. Anfangs unterschieden sich die simulierten Abkühlkurven stark von den im tatsächlichen Prozess gemessenen Kurven. Aufgrund der Erfahrung mit anderen Simulationsprojekten wurde daraufhin entschieden, die Sandeigenschaften für die Simulation anzupassen. Simulierte und gemessene Kurven sollten besser aufeinander abgestimmt werden. Nach Anpassung der Wärmeleitfähigkeit des Sandes in mehreren Iterationen hatten sich die simulierten und gemessenen Temperaturkurven soweit angeglichen, dass die somit ermittelten Simulationsparameter für die anschließende Untersuchung herangezogen werden konnten.
Anja Pretzell, Technische Kommunikation, MAGMA GmbH, Aachen