Leichtmetallguss

Die allgemeine Forderung nach stetiger Leistungs- und Effizienzsteigerung in allen Bereichen der Industrie macht es insbesondere für die Gießereibranche notwendig, neue Werkstoffe und geeignete Verfahrenstechniken im Druck-, Sand-, Präzisions- und Kokillenguss zu entwickeln. Der Forschungsbereich „Innovative Gießverfahren“ unterstützt diese Bemühungen durch die systemische Erforschung und Optimierung, aber auch Neuentwicklung von Gießprozessen. Hauptaspekte der Forschungsaktivitäten sind grundlegende Werkstoff-, Werkzeug- und Messtechnikentwicklungen, die dazu dienen, Guss und Leichtbaukomponenten in höchster geometrischer Komplexität und Präzision zu fertigen. Einen weiteren Schwerpunkt bilden hierbei Hybridtechnologien, die sich durch neuartige Werkstoff- und Prozesskombinationen (Guss, Blech, Kunststoff, Fasern) auszeichnen und dadurch zu einem gezielten Performancegewinn von Strukturbauteilen beitragen.

Druckguss

Für die Forschung im Bereich Druckguss stehen zwei Druckgießzellen zur Verfügung. Beide basieren auf horizontalen Kaltkammer-Gießmaschinen, zum einen auf einer Bühler H-630 SC, zum anderen auf einer Frech DAK 450 Vacural.

Die automatisierte Kaltkammer-Druckgießeinheit des Typs Bühler H-630 SC (Shot Control) verfügt über eine max. Schließkraft von ca. 700t. Die Echtzeitregelung der Maschine ermöglicht es, die Parameter der Gießkurve exakt einzuhalten. Dazu werden die Geschwindigkeit, der Gegendruck des Metalls am Kolben und der Weg des Gießkolbens überwacht. Die Anlage verfügt über eine Schöpflöffeldosierung und einen mit einem Matrix-Sprühkopf ausgestatteten Sprühroboter der Fa. Wollin. Ein Fondarex-Vakuumsystem ermöglicht vakuumunterstütztes Gießen. Die zweite Gießzelle, basierend auf einer Gießeinheit des Typs Frech DAK 450 Vacural verfügt über eine Schließkraft von ca. 500t. Durch die zahlreichen Beistellaggregate ist die Gießzelle hoch modular aufgebaut und kann für vielfältige Versuche genutzt werden. Die Anlage verfügt neben einem Aluminium-Ofen der Firma Meltec, auch über einen entsprechenden Magnesium-Ofen und kann darüber hinaus mit Hilfe eines dritten Ofens auch für das Frech eigene Vacural-Verfahren genutzt werden. Darüber hinaus ist die Zelle mit einem Kunststoffspritzguss Aggregat der Firma Arburg für die Verarbeitung von Thermo- und Duroplasten ausgestattet. Ein variothermes Temperiergerät der Firma Single rundet die Betriebsbereitschaft der Maschine für die Verarbeitung von Kunststoffen ab.

Aktuelle Forschungsaktivitäten im Bereich Druckguss konzentrieren sich auf Al- und Mg-Legierungen, Verbundwerkstoffe und Verbundbauteile, sowie auf die Temperierung von Gießwerkzeugen.

Werkzeugkonzepte für den Druckguss

In diesem Bereich steht die optimierte Gestaltung einzelner Komponenten mithilfe von numerischer Optimierung im Vordergrund. Neben der Anschnitt-Geometrie soll vor allem auch an der Temperierung gearbeitet werden. In diesem Kontext werden darüber hinaus neue Fertigungskonzepte für Werkzeugeinsätze entwickelt und erprobt. Eine wesentliche Rolle kommt dabei den generativen Fertigungsverfahren zu.

Präzisionssteigerung im Dauerformguss

Dem Thema Präzision widmen sich derzeit gleich mehrere Forschungsprojekte des Gießerei-Institutes. Im Vordergrund steht hier etwa der aus der Fertigung resultierende Bauteilverzug, welchen es zu vermeiden oder auszugleichen gilt. Neben der Bestimmung von Wirkzusammenhängen mittels in-situ Messungen während der Erstarrung geht es vor allem auch darum, gezielt Einfluss auf das Bauteil zu nehmen. Makroskopische Effekte spielen hier ebenso eine Rolle wie das entstehende Gefüge und die daraus resultierenden Bauteileigenschaften.

Hybriddruckguss

Die kombinierte Anwendung etablierter Fertigungsverfahren, Konstruktionsprinzipien und Materialien eröffnet neue Perspektiven zur Realisierung maximaler Gewichtseinsparung und Leistungssteigerung sowie der Effizienzerhöhung von Produktionsprozessen. Durch Umgießen von Blecheinlegestrukturen aus Stahl oder Aluminium mit Al- oder Mg-Leichtmetallschmelzen werden hybride Bauteile gefertigt. Die form-, kraft- und stoffschlüssigen Verbindungen werden durch Lochungen im Einleger oder durch mikroskalige Anbindungsformen, wie funktionale Beschichtungen und Oberflächenstrukturen, sichergestellt. Im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ wird der Metalldruck- mit dem Kunststoffspritzguss in einem zweistufigen Prozess kombiniert. In nur einem Formwerkzeug wird zunächst eine Aluminiumkomponente erzeugt, an die in einem zweiten Schritt eine Kunststoffkomponente angespritzt und adhäsiv angebunden wird.

Schwerkraft- und Kipp-Kokillenguss

Die Kokillen-Kippgießmaschine MBS Senator KMC 4 eignet sich für Schwerkraft-Kokillenguss und Kipp-Kokillenguss. Das max. Formgewicht beträgt 1800kg bei einer Spannfläche von 1000mm x 1200mm. Für das Kippgießen ist die Anlage bis 90° schwenkbar und über neun Steuerungspunkte in Kippwinkel und Geschwindigkeit frei programmierbar. Der Einsatz von Sandkernen und Schiebern ist möglich. Für die Kokillengießverfahren werden Legierungsentwicklungen durchgeführt, auch bauteilspezifische Untersuchungen zum Prozessfenster des Abgusses (Gießkurve, Wärmehaushalt, Schlichte-Einfluss auf das Gefüge etc.) können vorgenommen werden.