Simulation ist Chefsache für Gießereimechaniker
Doch schnell kann es zu technischen Schwierigkeiten kommen beim Gießen immer komplexerer Bauteile und Komponenten. Damit solche teuren Probleme erst gar nicht zur Lösung anstehen, holt die Spezialgießerei Hegerguss den gesamten Prozess erst einmal präzise in die Computersimulation.
Dazu werden die CAD-Daten in das Simulationsprogramm Magmasoft eingelesen und die spezifischen Umgebungsvariablen wie Werkstoff oder Gießtemperatur für die Simulation gesetzt. Das Ergebnis der Simulation wird anschließend ausgewertet: Je homogener die Temperaturverteilung des flüssigen Gusswerkstoffs nach der Formfüllung ist, desto geringer sind die zu erwartenden Probleme bei der Erstarrung. „Am Computer können wir problematische Partien leicht erkennen,“ schildert Heger. Probleme mit neuen Werkstoffmischungen oder einer besonderen Formgebung orten die Gießereimechaniker so meist schon beim ersten Blick durch die 3-D-Brille. Teure Gießversuche, die je nach Größe des Rohlings 20 000 € und mehr kosten, lassen sich reduzieren.
Hegerguss hat mit dem Vorurteil aufgeräumt, die Gießereibranche gelte eher als technisch konservativ. „Noch vor nicht allzu langer Zeit galt es geradezu als revolutionär, dass die Gießereileute mit ihren dicken Handschuhen plötzlich Computertastaturen bedienen und Mäuse schieben sollten,“ erinnert sich Dr. Erwin Flender, Geschäftsführer der Magma-Gießereitechnologie in Aachen. „Die kamen damals oft bereits nass geschwitzt vor Aufregung zu ihrem ersten Simulationstraining.“ Immerhin ging es für sie schließlich auch darum, „Herrschaftswissen“ an den Computer abzugeben und dazu galt es insbesondere, mentale Barrieren und Berührungsängste abzubauen. „Da hätte es schon manchmal geholfen, Psychologie statt Gießereitechnik zu studieren“, erinnert sich Magma-Vertriebsleiter Dr. Jörg C. Sturm. Möglich war der Wandlungsprozess einzig mit leicht verständlichen, benutzerfreundlichen Programmen.
„Heute ist die Gusssimulation allgemein akzeptiert“, stellt Flender fest. Sie führe nachweislich zu einer besseren Qualität, Sicherheitszuschläge könnten verringert werden und vor allem bringe sie Zeitvorteile durch wegfallendes Trial&Error-Vorgehen. Die Investitionen in die Soft- und Hardware hätten sich meist in einem halben bis anderthalb Jahren amortisiert. Wenn es ausnahmsweise doch einmal länger dauert, stimmt etwas Grundsätzliches nicht, so Dr. Flender. Die Verfahren sind inzwischen auch von den Konstrukteuren akzeptiert. Abnehmer der Gießereien erwarten heutzutage oftmals die Absicherung der Ergebnisse durch Simulation, so die Erfahrungen der Branchenexperten. Und nicht nur bei den Großen aus der Automobilbranche mit ihren Audits stehen per Simulation abgesicherte Gießprozesse ganz oben auf der Liste: „Wer da nicht mithalten kann, bekommt schnell ein Minus im Lieferantenkatalog“, weiß Flender.
Förderlich sind auch Kontakte zu Hochschul- und Forschungsinstituten. „Die sind meist hoch erfreut, wenn ihre Forschungsergebnisse Eingang in ein kommerziell nutzbares Produkt finden“, betont der Magma-Chef. Auch zum Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM), pflege man gute Beziehungen. „Bislang ist die Gusssimulation häufig noch geprägt von zeitlich relativ grob gerasterten Bildfolgen. Die Ergebnisse erscheinen da eher noch wie eine ruckelnde Abfolge einzelner Fotos“, schildert Dr.-Ing. Joachim Linn vom ITWM, das sich als Ideenlieferant für neuartige mathematische Methoden zur Gusssimulation versteht.
Der heutige Trend geht aber zu räumlich hoch aufgelösten Bildfolgen. Mit Hilfe des ursprünglich aus der Medizin stammenden PV4D-Tools und eines leistungsfähigen Postprozessors erscheinen diese bereits fast wie ein ablaufender Film. Ein künftiger Trend der Guss-Simulation ist die Mikrostruktursimulation, schildert Linn: Sie berücksichtigt solche inhomogene Gefügestrukturen, die heute noch mit einem durchgehenden einheitlichen Elastizitätsmodul – beispielsweise für eine ganze Achse – gerechnet und anschließend durch Sicherheitszuschläge ausgeglichen werden. Mit einer belastungsgerechten Topografieoptimierung kann man künftig in der Simulation verschiedene Wandstärken oder unterschiedliche Materialien abbilden. „Das spart Materialeinsatz, Kosten und Gewicht“, so Linn.
Bei Magma sieht man einen weiteren Trend hin zu selbstlernender Software, die nicht bloß simuliert, sondern auch gleich optimiert: Genetische Algorithmen, die Prozesse und Produkte nach bestimmten Zielvorgaben, wie Eigenschaften, Materialminimierung, maximalen Gießtemperaturen perfektionieren. „Heute ist beim Optimieren meist schon Schluss, wenn das gesetzte Ziel erreicht wurde. Das ist dann aber meist noch längst nicht das technisch und wirtschaftlich bestmögliche erzielbare Ergebnis“, weiß Flender. E. LANGE
Kosten für Gießversuche lassen sich per Simulation spürbar senken
Ein Beitrag von:
