Konstruktion eines 1-fach-Druckgießwerkzeuges im System Pro/E für das Bauteil Ventilkörper

Diplomarbeit von Martin Werner

Einleitung:

Für das Bauteil ‘Ventilkörper’ ist ein 1-fach-Druckgießwerkzeug im CAD-System Pro/Engineer-Wildfire 2 zu konstruieren. Dabei ist besonders auf die Auswahl eines verschleißfesten Werkstoffes für die Lamelleneinsätze einzugehen. Weiter muss die Konstruktion so ausgeführt werden, dass nach dem eventuellen Abbruch von Lamelleneinsätzen eine kostenoptimale Wartung möglich wird.

Außerdem soll mit dem entstehenden Schussverband aus der Konstruktion die geplante Investition zur Anschaffung einer Software zur gießtechnischen Simulation vorbereitet werden.

Das Diplomsemester dient in erster Linie dazu, den prinzipiellen Ablauf einer Werkzeugkonstruktion im Bereich des Formenbaus zu erfahren und anzuwenden. Ein effektives Arbeiten des Konstrukteurs ist natürlich nur möglich, wenn er mit den fertigungstechnischen Möglichkeiten des Unternehmens vertraut ist und diese in seiner Planung und Ausführung mit berücksichtigt. Demnach sollte das entstehende Werkzeug die eigenen Kapazitäten nicht überschreiten bzw. Abläufe die nicht im eigenen Hause erledigt werden können, minimiert werden. So lassen sich Probleme in der Fertigung und entstehende Zusatzkosten weitestgehend unterbinden. Eine Ausnahme hierbei bildet das Härten der Stähle. Diese Arbeit wurde anfangs zwar noch selbst durchgeführt, wurde aber aus rein wirtschaftlichen Gründen ausgelagert.

Wichtig ist natürlich, dass der Konstrukteur bei seiner Arbeit am Rechner nicht die Relationen zur wahren Größe des Produktes verliert. Schließlich werden bei der Fa. Modell Technik GmbH & Co. Formenbau KG größtenteils Werkzeuge mit Massen von über 10 Tonnen gefertigt. Entsprechend sind bereits in der Konstruktion Maßnahmen zu treffen, die nicht nur in der späteren Produktion, sondern auch in der hauseigenen Fertigung das Handling des Werkzeugs bzw. dessen Einzelteile gewährleisten. Selbiges gilt auch für Vorrichtungen und Möglichkeiten welche eine spätere Instandsetzung erleichtern. Da ich schon im Zuge meines 20-wöchigen Praktikums bei der Fa. Modell Technik allein 6 Wochen in der Fertigung tätig war, bekam ich einen guten Einblick in die Fertigungsprozesse des Formenbaus. In dieser Zeit habe ich den kompletten Fertigungsbereich durchlaufen und konnte so den gesamten Ablauf und die einzelnen Stationen besser kennen lernen. Im Prinzip verfolgte ich den Weg vom Rohmaterial bis zur Endmontage. Auf die einzelnen Fertigungsstationen werde ich im folgenden Kapitel noch kurz eingehen. Auf diesem Weg konnte ich Kontakte zu den Werkern der Fertigung knüpfen, Details bezüglich ihrer Tätigkeit und Hinweise welche die Ausführung der Konstruktion betreffen erfahren. Die letzten 3 Wochen meiner Zeit im Fertigungsbereich verbrachte ich damals in der Endmontage und habe dort sowohl bei der Montage neuer Werkzeuge, als auch beim Zerlegen bzw. Zusammenbau alter bzw. instandgesetzter Werkzeuge mitgewirkt. Die Rücksprache mit der Fertigung wird auch zukünftig von großer Bedeutung sein.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 5.11, Dosierung und Einfüllen der Schmelze:

Abschließend zum Thema des Maschinenaufbaus möchte ich noch kurz auf die Dosierungsmöglichkeiten beim Aluminium-Druckgießen eingehen. Wie bereits erwähnt, setzt man bei diesem Verfahren generell auf Kaltkammer-Maschinen mit horizontaler Gießkammer. Ebenso wurde schon berichtet, von welcher Wichtigkeit der Füllgrad der Gießkammer für das Gießergebnis ist. Damit wird klar mit welcher Sorgfalt das Einfüllen und die Dosierung der Schmelze erfolgen muss. Für die Zuführung der Schmelze in die Gießkammer, stehen eine überschaubare Anzahl an Möglichkeiten zur Verfügung:

- Einfüllen mit einer Schöpfkelle (von Hand) in eine Rinne die zur Gießkammer führt.

- mit einer Dosierpumpe für Flüssigmetall.

- mittels druckgasbeaufschlagten Warmhalteofen.

- mit einem Roboter (Schöpfgerät, automatisiert oder manuell gesteuert) direkt in die Gießkammer.

Ziel ist ein optimaler Ablauf des Gießprozesses um die Qualitätsanforderungen an das Gussteils gewährleisten zu können. Das nötige Dosiervolumen, je nach Masse des Abgusses, sollte mit möglichst hoher Dosiergenauigkeit eingefüllt werden können. Nur so lässt sich der optimale Füllgrad von 40% - 50% einhalten. Die Dosierzeit spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, da beim zu langsamen Transport die Gefahr besteht, dass die Schmelze in der Schöpfkelle zu stark abkühlt. In diesem Fall hätte das erhebliche Auswirkungen auf das Fließverhalten der Schmelze und auf das Gießergebnis. Wird das Schöpfen zu schnell ausgeführt, hat das ebenfalls nachteilige Auswirkungen. Es könnte zum Beispiel beim Eintauchen in die Schmelze oder beim Einfüllen in die Gießkammer zu Verwirbelungen kommen, welche oftmals Luft mit im Schmelzgut einschließen. Das ist selbstverständlich zu vermeiden. Weitere wichtige Faktoren sind die Warmhaltetemperatur der Schmelze, sowie Werkstoff und Temperatur von Gießkammer und Gießkolben. Die beiden häufigsten angewendeten Verfahren zur Befüllung sind das Befüllen von Hand und mit einem Schöpfroboter. Allerdings ist die Variante von Hand, bei der die Schmelze mit einer Schöpfkelle eingegossen wird, eher für die Fertigung auf kleineren Druckgießmaschinen geeignet. Zum Einen lassen sich von Hand natürlich nicht dauerhaft so große Massen bewegen und zum Anderen ist diese Variante natürlich mit einer Menge an Ungenauigkeiten behaftet, da es kaum möglich ist immer exakt die selbe Menge aufzunehmen und diese stets mit der selben (optimalen) Geschwindigkeit einzufüllen. Aus diesem Grund, besonders im Hinblick auf die Serienfertigung, ist die Variante mit dem Schöpfroboter deutlich öfter anzutreffen. Der automatisierte Schöpfroboter gewährleistet eine hohe Dosiergenauigkeit, hohe Reproduzierbarkeit und lässt sich problemlos mit einem offenen Warmhalteofen kombinieren. Der mit einem Kippmechanismus ausgestattete Schöpflöffel erlaubt eine Überlaufdosierung und kann so eine genau definierte Menge Schmelze aufnehmen. Die Anschaffungskosten sind hier immer noch deutlich unter denen eines Dosierofens. Allerdings hat diese Bauart natürlich nachteilige Auswirkungen auf die Betriebskosten, da durch Strahlung und Konvektion ein großer Wärmeverlust stattfindet und die Schmelze entsprechend stärker beheizt werden muss.