Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verzugskompensation in Aluminiumdruckguss-Prozessketten

Im Rahmen von VerA werden Ansätze entwickelt, die die Herstellung großflächiger Druckgussbauteile mit minimalem Verzug ermöglichen. In einem Fertigungsprozess, der nach dem Gießvorgang eine Wärmebehandlung mit Lösungsglühen vorsieht, wird der letztere Teilschritt genutzt, um über gezielt inhomogene Abschreckung dem Verzug entgegenzuwirken.

Motivation ist, die wirtschaftliche Herstellung großflächiger, dünnwandiger Druckguss-Integralbauteile zu ermöglichen, die den Leichtbauanforderungen der Automobilindustrie genügen. Derzeit beeinträchtigen teils nicht erfüllbare Anforderungen an die Prozessführung, um Maßhaltigkeit von vornherein zu gewährleisten und kostenintensive Korrekturmaßnahmen wie Richten oder Spannungsarmglühen unter Fixierung in der Sollgeometrie die Wirtschaftlichkeit dieser Komponenten und verhindern vielfach ihre Umsetzung. Für die mittelständischen Unternehmen bedeutet daher die erfolgreiche Umsetzung des Vorhabens eine wesentliche Senkung der Fertigungskosten und damit eine deutliche Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit.

Die Vorhersage von Prozessparametern, die zu verzugsarmen Bauteilen führen oder entstandenen Verzug ausgleichen können, ist derzeit ebenso wenig Stand der Technik wie technische Lösungen zur Umsetzung flexibler und lokal variabler Abschreckbedingungen.

VerA entwickelt und validiert – ausgehend von einem Beispielbauteil - eine vollständige Simulationskette des betrachteten Prozesses bis zum Lösungsglühen, die die Einbeziehung bauteilindividueller Prozessdaten für Anpassungen nutzen kann („digital twin“-Ansatz). Eine anschließende, iterative FEM-Simulation des Abschreckprozesses liefert die zur Verzugskompensation benötigte Verteilung des Wärmeaustrags über die Bauteiloberfläche. Diese wird über ein neu zu entwickelndes adaptives Sprühfeldsystem realisiert. Bauteilspezifische Parametersätze für das Sprühfeld ergeben sich aus den lokal erforderlichen Wärmeübergangskoeffizienten über ein inverses Prozessmodell desselben.