Die Simulation mit der Software Magmasoft unterstützt die Nutzung von wirtschaftlichen

Die Simulation mit der Software Magmasoft unterstützt die Nutzung von wirtschaftlichen Vielfachformen bei der Produktion von Gussteilen. (Bild: Magma Gießereitechnologie GmbH)

Um Gießprozesse wirtschaftlicher zu gestalten und die Qualität der Gussteile zu erhöhen, setzt der Werkzeughersteller Metabo die Simulations-Software Magmasoft der Magma Gießereitechnologie GmbH ein.
AACHEN (rm). Die produzierten Werkzeuge müssen unter harten Arbeitsbedingungen ausfallsicher und langlebig sein. Die Fertigungstiefe ist deshalb hoch. Auf diese Weise lassen sich Teile, Abläufe, Maschinen und die Mitarbeiter in einen lückenlosen Qualitätsfertigungsprozess integrieren, an dessen Ende ein auf allen Fertigungsstufen durchgeprüftes Gerät steht.

Alle qualitätswichtigen Gussteile der Werkzeuge werden deshalb in der eigenen Gießerei in Nürtingen hergestellt. Aus rund 600 t Aluminium produziert Metabo 2 Mio. Gussteile pro Jahr, die als Sichtteile, Getriebe, Getriebegehäuse oder Verzahnungen den Kern der Werkzeuge bilden.

Um den Gießereibetrieb wirtschaftlich und mit der geforderten Qualität führen zu können, setzt man beim Gießen auf Verfahren, die die Kostennachteile gegenüber der im Ausland produzierenden Konkurrenz zum Teil kompensieren. So gießt man mit kostensparenden Vielfachformen.

Im Zuge der Überlegungen, wie sich Gießprozesse optimieren lassen, um sie wirtschaftlich zu gestalten und gleichzeitig die Qualität der Gussteile zu erhöhen, beschäftigten die Nürtinger sich mit Software für die Gießprozess-Simulation. Denn die Simulationstechnik versprach, die eigene Gießtechnik und die Auslegung der Gusswerkzeuge im Rechner auf optimale Ergebnisse hin überprüfen zu können.

Ohne Simulation lassen sich Gießsysteme nur auf der Basis von Erfahrung entwickeln und eventuelle Fehler werden erst bei den ersten Probeabgüssen oder der Musterung identifiziert. Eine Änderung des Gießsystems ist dann nur noch mit hohem Aufwand oder gar nicht möglich. Zudem lassen sich nicht verschiedene Lösungen optimierend vergleichen. Ohne die Unterstützung durch die Simulation würde sich der Umstieg auf Vielfachformen kaum realisieren lassen.

Um eine geeignete Simulationssoftware auszuwählen, wurden verschiedene Lösungen geprüft, darunter auch die von Magma: Magmasoft beinhaltet Lösungen für alle Gießverfahren und für alle Prozessstufen von der Gussteilentwicklung über den eigentlichen Guss bis zur abschließenden Wärmebehandlung und Bearbeitung.

Nach einer detaillierten Präsentation simulierte Magmasoft als Startprojekt die Herstellung eines großen Bohrhammer-Griffbügels, von dem die Fachleute nicht sicher waren, welches Verzugsverhalten er beim Abkühlen zeigen würde. Sollte er zusammengehen, wie Experten es voraussagten, wäre das für die Montage fatal gewesen. Die Software berechnete den Verzug mit einer Genauigkeit von 0,2 mm, für die Größe des Bauteils sehr exakt, und bestätigte, dass der Griff problemlos wie geplant gegossen werden konnte.

Metabo gießt zwar seine Teile selbst, lässt aber das Gießsystem in enger Zusammenarbeit von Werkzeugbauern extern entwickeln und fertigen. Hierfür entwickelt man selbst die gesamte Prozesskette des Gießprozesses: Die internen Experten definieren, wie die Gussteile angegossen und wie sie aus der Form entnommen werden müssen, damit die vollautomatische Entgratung funktioniert und die Oberflächen lackiergerecht sind.

Außerdem legen die Nürtinger die Anzahl der Teile pro Form und ihre Anordnung in der Form fest. Mit diesen Vorgaben wird der ausgewählte Werkzeugbauer konfrontiert, der dafür dann das Gießsystem entwickelt. Seit der Auswahl von Magmasoft als Standardwerkzeug für die Simulation verlangt Metabo zu jedem Werkzeug eine entsprechende Simulation, die ein optimales Gießsystem dokumentiert.

Hat der Werkzeugbauer das Gießsystem konzipiert, überprüft er mit der Software, ob das flüssige Aluminium so in die Form fließt und erstarrt, wie die Metabo- und Werkzeugentwickler dies vorgesehen haben. Aus dem Simulationsergebnis ist zu sehen, ob der Gießprozess grundsätzlich funktioniert und ob es noch Optimierungsmöglichkeiten gibt. Falls es Gründe gibt, das System zu modifizieren, kann der Werkzeugbauer dies auf Grundlage gesicherter Erkenntnisse tun und danach das Ergebnis mit einer erneuten Simulationsschleife überprüfen.

Seitdem Metabo von den Werkzeugbauern Magmasoft-Simulationen verlangt, musste man nie wieder etwas nachträglich an der Anschnittsdimensionierung oder der Anschnittsgeometrie ändern. Die Standzeiten der Werkzeuge haben sich um 30 % verlängert. Zuvor waren viele Schleifen notwendig, um optimale Gießsysteme zu realisieren – und oft endete die Entwicklung in Sackgassen.

Mit der Optimierung des Anguss-Systems konnte Metabo 50 % des Kreislaufmaterials einsparen. Dies ist der Teil der Schmelze, der nicht in der Form zum Gussteil erstarrt, sondern im Anguss-System und in den Speisern verbleibt. Die Reduzierung des Kreislaufmaterials schlägt sich direkt nieder in sinkende Kosten für Heizenergie, Materiallogistik und Materialtransport.

Insgesamt sind die Stückkosten durch die Nutzung von Vielfachformen, die längeren Standzeiten der Druckgusswerkzeuge und die Einsparungen durch die Reduzierung des Umlaufmaterials um 40 % gesunken.

Die nächste Komplexitätsstufe, die Metabo mit Hilfe der Simulationsmethode angeht, ist das Gießen von Konstruktionselementen. Statt ein Teil komplett zu gießen und beispielsweise ein notwendiges Loch anschließend zu bohren, wird es gleich im Gießprozess produziert. Die wenigen Cent pro Bauteil, die das Gießen von Konstruktionselementen und das Eliminieren von nachträglichen Bearbeitungsschritten wie Bohren oder Fräsen einsparen, addieren sich schnell auf mehrere hunderttausend Euro pro Jahr.

Das Optimierungswerkzeug MagmaFrontier, das Metabo und seine Werkzeugbauer erst seit kurzem einsetzen, durchläuft nach der Definition von gießtechnischen Optimierungszielen und Randbedingungen automatisch ohne Interaktion mit dem Anwender zahlreiche Schleifen bis zum Erreichen der angestrebten Ziele. Hierzu werden so genannte genetische Algorithmen genutzt, die Simulationsergebnisse auswerten und zur automatischen Ermittlung von optimierten Datensätzen nutzen.

Die Nürtinger setzen das Tool beispielsweise ein, um Kaltfluss/Kaltlauf bei Sichtteilen, der die Oberflächenqualität des Teils beeinträchtigt, zu vermindern. Bei Einfachformen der Bauteile sind derartige Optimierungen noch einigermaßen überschaubar. Bei den eingesetzten Zehnfachformen lassen sie sich nur noch mit einem solchen Werkzeug realisieren, das in 400 bis 600 Schleifen viele verschiedene Gießlaufmöglichkeiten durchsimuliert, bis das daraus resultierende Gussteil mit einer perfekt ebenen Oberfläche die Gussform verlässt.

Die dokumentierten Simulationsergebnisse unterstützen eine intensivere Kommunikation über die Entwicklung von Gussteilen und die Gießprozesse. Liegen die Ergebnisse einer Simulation vor, treffen sich alle Beteiligten, um die erforderlichen Maßnahmen zu diskutieren. So wird gemeinsam entschieden, ob man mit einem Gießsystem in die Produktion geht oder noch einmal etwas modifiziert und erneut simuliert.

www.magmasoft.de