Qualität und Quantität!
Der internationale Wettbewerb fordert Gießereien heraus. Sie müssen immer schneller produzieren. Besser. Günstiger. Automatic Foundry Solutions ist ein Anbieter von Komplettlösungen zur Kernfertigung, von der Kernschießmaschine bis zum robusten Kernwerkzeug. Die Auslegung von Maschine und Werkzeug erfolgt mit MAGMA C+M. MAGMA C+M unterstützt Unternehmen durch Simulation aller Prozessschritte der Kernfertigung. Das Ergebnis ist eine optimierte Lösung für die Gießerei. Der Spagat zwischen Kosten und Qualität wird zuverlässig gemeistert.
Botini ist ein Produzent von Maschinen und Ausrüstung insbesondere für die Nahrungsmittelindustrie. Die erforderlichen Gussteile werden in der eigenen Gießerei gegossen. In der Gießerei gehört es zum Tagesgeschäft, auch bereits laufende Produktionen weiter zu verbessern. Treibende Faktoren sind Qualitätsansprüche und Kosten. Bei Produktionsänderungen muss die gesamte Prozesskette analysiert und hinsichtlich der jeweiligen Anforderungen optimiert werden.
Für eine „Stütze“ von 1,5 kg aus GJL ist die Ausgangssituation eine Produktion von je vier Gussteilen in einer Formebene. Drei Formebenen wurden übereinandergestapelt. Sie sind über das Gießsystem zu einer Form verbunden. Mit dieser Anordnung konnten 12 Gussteile gleichzeitig gegossen werden, mit einem Ausbringen von 73 %. Ein limitierender Faktor war, dass die Kernelemente für die zu stapelnden Ebenen manuell gefertigt wurden. Die begrenzten Möglichkeiten, den Sand gleichmäßig und hoch zu verdichten, erforderten größere Wandstärken, um die notwendigen Festigkeiten zu erzielen. Reproduzierbare Verdichtbarkeit des Sandes und die erzielbaren Festigkeiten begrenzten das Stapeln der einzelnen Elemente auf drei Ebenen (Bild 1).
Bei Botini wurde überlegt, die manuelle Kernfertigung mit einer Kernschießmaschine zu automatisieren, um höhere Festigkeiten zu erzielen sowie Materialverbräuche und Taktzeiten zu optimieren. Die Überlegungen wurden mit Automatic Foundry Solutions diskutiert. Bei der Auswahl des Maschinenherstellers war für Botini ausschlaggebend, ohne eigenes Erfahrungswissen schnell eine robuste und wirtschaftliche Fertigung aufbauen zu können.
Das Konzept von Automatic Foundry Solutions ist ein ganzheitliches Engineering. Die Entwicklung einzelner Prozessschritte orientiert sich grundlegend an den Anforderungen der Gussteile. In die Entwicklung des Gesamtprozesses werden alle notwendigen Informationen, wie Maschine, Kernwerkzeug, Produktion sowie Stapeln der Formebenen, Gießsystemauslegung, Gießprozess etc., einbezogen.
Für die Entwicklung und Erprobung des Kernwerkzeugs war ein entscheidendes Kriterium, die Kosten insgesamt zu senken, einschließlich der Investition in eine Kernschießmaschine. Mit der Umstellung auf maschinelle Kernfertigung wurden die Formteile neu konstruiert, die Wandstärken wurden reduziert, insbesondere die Außenkontur wurde angepasst.
MAGMA C+M: das richtige Werkzeug für das passende Werkzeug
Bei der Auslegung des Kernwerkzeugs konnte schnell entschieden werden, dass eine vertikal geteilte Anordnung zielführend ist. Für die Erstauslegung wurden drei großflächige Schießdüsen gleichmäßig verteilt. Dank dem Erfahrungswissen von Automatic Foundry Solutions wurden ebenso Entlüftungsdüsen positioniert (Bild 2).
Mit MAGMA C+M wurden für diese erste Auslegung Kernschießen und Aushärtung berechnet und bewertet. Die Werkzeugauslegung belegte für das Kernschießen die grundsätzliche Machbarkeit, deckte aber auch einige Schwächen auf: Der konturierte obere Bereich konnte zwar vollständig gefüllt werden, die Sandverdichtung zwischen den Düsen war aber tendenziell zu gering (Bild 3).
Diese Dichteunterschiede können beim Abguss zu Oberflächenfehlern oder gar bei Bruch zum Auslaufen von Schmelze führen. Die mittlere Düse war so dimensioniert, dass der Sand bei Einschießen auf Konturteile trifft, was typischerweise zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führt (Bild 4).
Eine für das Kernschießen geeignete Positionierung der Entlüftungsdüsen ist bei der Begasung zur Aushärtung oft problematisch: Während Entlüftungen im oberen Werkzeugbereich das Verdichten des Sandes an kritischen Positionen fördern, ist es beim Begasen wichtiger, dass katalytisch wirkendes Amin möglichst schnell auch die unteren Bereiche des Werkzeugs erreicht. Eine größere Anzahl von Entlüftungsdüsen in der oberen Werkzeughälfte verhinderte, dass Amin effizient alle Kernpositionen im unteren Bereich erreichte (Bild 5). Für die Aushärtung wurden überproportional viel Amin und eine vergleichsweise lange Begasungszeit benötigt.
Nach systematischer Erprobung einiger simulationsgeführter Änderungen wurde ein Kompromiss erarbeitet, der zu ausgezeichneten Schießergebnissen führte und auch eine effektive Begasung gewährleistete. Die drei großen Schießdüsen wurden durch sieben kleinere Düsen ersetzt. Im Ergebnis wurde der Sand im Werkzeug gleichmäßiger und höher verdichtet, insbesondere in der Umgebung der Schießdüsen (Bild 6). Mit den kleineren Schießdüsen wurde erreicht, dass die Sandströmung die Werkzeugoberfläche nur in geringem Umfang erosiv belastet.
Eine Reduzierung der Entlüftungsdüsen im oberen Bereich richtete die Strömung durch das Werkzeug besser aus. Auch die unteren Kernbereiche konnten in kurzer Zeit zuverlässig mit Amin durchströmt werden (Bild 7).
Automatisierte Prozesse. Bessere Prozesse?
Automatic Foundry Solutions hat für Botini ein Kernwerkzeug entwickelt, mit dem auf der ebenfalls neu entwickelten Kernschießmaschine von Anfang an gute Kerne produziert werden konnten. Die Kerne wiesen jetzt höhere Festigkeiten auf und der Sandverbrauch wurde reduziert. Für die automatisierte Kernfertigung konnte der Bindergehalt deutlich reduziert werden. Je kg Kernsand wurden anstatt 2 ml nur noch 0,7 ml Amin benötigt, bei einer kürzeren Begasungszeit von 10 s anstatt 30 s. Die höhere Kernfestigkeit und die verbesserte Kernoberfläche erlaubten nun das Stapeln von fünf Ebenen in einer Gießform. Dadurch erhöhte sich das Ausbringen von 73 % auf 90 %.
20 auf einen Streich – Botini produziert nun noch effizienter
Meist unterscheidet sich die optimale Düsenbelegung für den Kernschießprozess und die effiziente Begasung. Die Experten von Automatic Foundry Solutions haben das richtige Werkzeug: Mit MAGMA C+M fanden sie die optimale Lösung für beides. Sie legten damit einen robusteren und effizienteren Prozess aus. Sowohl hinsichtlich Zykluszeit als auch Materialverbrauch und Qualität. Für die Kunden von Automatic Foundry Solutions– nicht nur für Botini – bedeutet das geringere Umweltbelastung, weniger Energieverbrauch und Abfall sowie Vorteile im internationalen Wettbewerb.
