Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung kollabierbarer Kerne zur Verbesserung der Entformung von Aluminium-Feinguss-Bauteilen und Ermöglichung des Einsatzes filigranerer Kerne

Entwicklung kollabierbarer Kerne zur Verbesserung der Entformung von Aluminium- Feinguss-Bauteilen und Ermöglichung des Einsatzes filigranerer Kerne

Die deutsche Feinguss-Industrie ist eine typisch mittelständisch geprägte Branche, bei der sich viele der Unternehmen in kleine und mittlere Unternehmen (kmU) einordnen lassen. In Deutschland werden vor allem komplexe Teile im Feinguss produziert, bei denen häufig sehr filigrane Kerne benötigt werden. Die Entfernung dieser Kerne stellt eine besondere technische Herausforderung dar und ist mit hohem Ressourcen- und Kostenaufwand, teilweise auch Ausschuss durch Beschädigung der Bauteile, verbunden. Forschungsthema ist die Entwicklung einer neuen Kerntechnologie mit verbesserten Eigenschaften bei der Entkernung von Feingussbauteilen. Erforscht werden Kernmaterialien mit definiert druckstabilen Mikrohohlkugeln als Füllstoff, die nach dem Abguss durch gezielte Druckbeaufschlagung zum Kollabieren gebracht werden können („Kollapskern“). Dieser Effekt führt zum gleichzeitigen Verlust der strukturellen Stabilität des Kerns und zur Verringerung des Kernvolumens. Die Kernrückstände können anschließend ausgespült werden. Das technische Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer neuen Kerntechnologie für den Feinguss. Innerhalb des Vorhabens ist zu zeigen, dass die Kerne eine deutlich verbesserte Entformbarkeit aufweisen, der Putzaufwand reduziert wird und die Gestaltungsfreiheit für die Gussteile erweitert wird. Damit wird der deutschen Feingussindustrie die Möglichkeit an die Hand gegeben, sich durch ein besonders innovatives Produktportfolio von den Mitbewerbern abzuheben. Die Voraussetzung hierfür bilden die durch das Vorhaben ermöglichten hochkomplexen Kerne. Deren Vorteile erlauben den deutschen Feingießern, dem auf sie wirkenden Kostendruck auf wirtschaftlicher wie technologischer Ebene (Technologievorsprung) zu begegnen.

Ergebniszusammenfassung:

Kerne mit geringer Matrixstabilität werden in der isostatischen Presse vollständig zerstört. Kerne mit hoher Matrixfestigkeit werden durch isostatischen Druck erheblich geschwächt und das anschließende Entkernen wird vereinfacht.

Die Herstellung von filigranen, kanalartigen Kernen ist durch die mechanischen Eigenschaften der Kernmassen begrenzt. Je nach Länge und Ausrichtung der Kerne konnten Kerne mit einem Durchmesser von 8 mm hergestellt werden.

Mit gut kollabierbaren Kernmassen geringer mechanischer Festigkeit lassen sich kompakte, nicht filigrane Kerne herstellen. Nach dem Gießen können die Kerne auch durch kleine Löcher sicher entfernt werden .

Kollabierbare Kerne können einfach und schnell in Silikonformen hergestellt werden. Daraus ergeben sich Vorteile für die schnelle Herstellung von Kleinserien, Einzelteilen oder Prototypen. Die Kerne können in den Gießereien hergestellt werden. Bei der Kernherstellung ist die Zeit für Aushärtung und Trocknung in den Formen recht lang und die Grünfestigkeiten recht niedrig. Die Kernmasse härtet nach dem Anmischen aus, die Verarbeitungszeit ist begrenzt.

Eine Temperierung der Kerne (Erwärmung auf Temperatur beim Brennen der Schale) vor der Verwendung im Feingussprozess reduziert Kernbrüche aufgrund von Schwindung und Verformung und erhöht je nach Zusammensetzung der Kerne die mechanische Festigkeit. Eine Imprägnierung mit einem polymeren Härter verbessert das Handling und reduziert die Bruchgefahr bei filigranen Kernen während des Wachsspritzprozesses.

Die geringe Dichte der Kerne bewirkt einen starken Auftrieb in der Schmelze, was zu einer zusätzlichen mechanischen Belastung führt. Die Festigkeit gut kollabierbarer Kernmassen ist für filigrane Kerne zu gering. Kerne mit einer höheren Matrixfestigkeit behalten nach der Behandlung in der isostatischen Presse eine höhere Restfestigkeit. Hierdurch wird der Vorteil einer einfachen Entkernung reduziert.