Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kosten- und Qualitätsoptimierung in einem trennmittelfreien Feingießprozess

Das geplante Vorhaben QualiFei knüpft an dem erfolgreich abgeschlossenen AiF-IGF-Vorhaben 18915N zur Entwicklung des trennmittelfreien Wachsspritzgusses an. Das dort generierte Forschungs¬ergebnis stellt die notwendige technische Voraussetzung für dieses Vorhaben dar. Für die KMU dominierten Feingießbranche werden lukrative Kostenein¬sparungen im Bereich der Schalenerstellung und die Erhöhung der Prozessrobustheit erwartet. Diese entstehen wesentlich durch die Eliminierung bzw. Substitution von Prozess¬schritten, als auch durch eine Reduktion von Defekten am Gussteil.

Konkret widmet sich dieses Folgevorhaben der komplexen Fragestellung, wie die moderne trenn¬mittelfreie Feingießerei der Zukunft aussieht, welche Veränderungen im Prozessablauf damit einhergehen können und welchen Einfluss dies auf die Kosten und die Qualität der Bauteile hat. Hierzu ist die Betrachtung des Einflusses der Wachsmodellbeschaffenheit auf die Benetzungs- und Adhäsionseigenschaften mit keramischen Suspensionen zur Erzeugung der primären Schale als ein Schwerpunkt vorgesehen, da hier mit großem technischem und wirtschaftlichem Potential zu rechnen ist. Die in diesem Zusammenhang signifikant zu verbessernden Hafteigen-schaften der keramischen Formschale werden anhand bisher im Feingussbereich nicht bekannter direkter Messmethoden (Grenzfläche Wachs/Schlicker) quantitativ charakterisiert und bewertet. Insbesondere wird analysiert, ob der zeit- und kostenaufwändige Waschprozess vor dem Auftrag der ersten Keramikschicht ersatzlos entfallen kann bzw. ob er durch einen sehr schnellen, trocken arbeitenden Plasmaaktivierungsprozess ersetzbar ist.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel1: Entwicklung und Bereitstellung einer Messmethodik zur Untersuchung des Benetzungsverhaltens von Wachslingen, insbesondere durch Frontschlicker. Dazu wurde ein Benetzungsprüfkörper aus Wachs entwickelt und eine Verfahrensanweisung erstellt, welche dem Feingießer zur Nutzung frei zugänglich ist.

Ziel2: Entwicklung und Bereitstellung einer Messmethodik zur Untersuchung der Adhäsionseigenschaften von beliebigen Wachs-/ Schlickerkombinationen. Eine Verfahrensanweisung zur Messung der Haftkraft von Frontschlickern auf Wachsoberflächen wurde erarbeitet und steht dem Feingießer zur freien Nutzung bereit.

Ziel3: Untersuchung und Bewertung der Adhäsionseigenschaften für unterschiedliche Wachse und Schlicker. Hierzu wurden Plasmaaktivierungsparameter für Feingusswachse erforscht. Für alle untersuchten Wachse konnten robuste und reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden, die uneingeschränkt für alle Wachse eine Verbesserung der Benetzungseigenschaften zeigten.

Ziel4: Senkung von Prozesskosten durch bessere Benetzung von Frontschichtschlicker auf Wachs, dadurch weniger Ausschuss durch benetzungsbedingte Formschalenfehler. Die verbesserte Benetzung wurde bei mehreren Feingießern in eigenständig durchgeführten Benetzungsversuchen bestätigt. Hierbei konnten selbst eine verbesserte Benetzbarkeit bei mit Trennmittel hergestellter Wachsmodelle erreicht werden, obwohl Silikonölrückstände an der Oberfläche der Wachslinge vor der Plasmabehandlung nicht entfernt wurden.

Ziel5: Senkung von Prozesskosten durch Substitution des Wasch-/Ätzprozesses durch plasmaaktivierte Formen/Wachslinge und dadurch verkürzte Prozesszeiten (gemessen an der Reduktion von Schalendefekten). Die Senkung der Kosten ist mit der Beschaffung einer Plasmaaktivierungsanlage verbunden. Dazu sind mindestens Investitionen von 60k€ zu veranschlagen, je nach benötigter Größe kann die Investitionssumme auch höher liegen. Eine Amortisation der Investition ist individuell für jeden Feingießer durchzuführen.