1
Q
Speisungsregel
A
- Wärmeeinhaltkriterium: Speiser muss später erstarren als Gussteil,
- Volumenkriterium: Speiser muss Volumenkontraktion ausgleichen,
- Verbindungskriterium: Verbindung sollte kein Wärmezentrum sein,
- Speisungswegkriterium: Speisungsweg muss vorhanden sein,
- Druckgradientenkriterium: Druck Speiser > Druck Gussstück,
- Druckkriterium: Ausreichend Druck um Hohlräume zu vermeiden.
2
Q
Anforderung an Formstoff
A
- Bindsamkeit (Ballenprobe),
- Fließfähigkeit,
- Formbeständigkeit,
- Gasdurchlässigkeit,
- Hochtemperaturbeständigkeit,
- Zerfallfähigkeit.
3
Q
Typen und Formen von Speisern
A
Typ:
- Naturspeiser: Speiser aus gleichem Formstoff wie gesamte Form,
- Isolierspeiser: Langsameres Auskühlen der Schmelze durch Isolation,
- Exotherme Speiser: Metall im Speiser wird durch exotherme Reaktion länger flüssig gehalten,
Form:
- Offene Speiser: bis zur Oberseite der Gießform hochgezogen und der Atmosphäre zugänglich,
- Blindspeiser: ist geschlossen und befindet sich innerhalb der Form -> angeschlossen an das Gussstück
- Williams-Speiser (Oberfläche wird durch Kante zum einfallen gebracht).
4
Q
Teile eines Gießsystems:
A
- Eingießsystem:
- > konischer Gießtrichter,
- > zylindrisches Fallrohr,
- > Gießtümpel.
- Lauf:
- > waagerechte Zuführung von flüssigem Metall,
- > nichtmetallische Verunreinigungen zurückhalten (Blindlauf),
-Anschnitte: verbindet Lauf und Formhohlraum.
5
Q
Zusammensetzung vom Formstoff + Bsp.:
A
Formgrundstoff:
- Schamotte,
- Quarzsand,
- Zirkonsand,
Formstoffbindemittel:
- Wasserglas,
- Tone,
- Zement,
Formstoffzusatzstoff:
- Kohlenstaub,
- Holzmehl,
- Eisenoxid.
6
Q
Verfahren zum verdichten des Formstoffes:
A
- Luftstrom-Press-Formverfahren,
- Verdichten durch rütteln,
- Verdichten durch Impuls.
7
Q
SC und CE Werte für untereutektisch, eutektisch und übereutektisch:
A
- Eutektisch:
SC = 1 und CE = 4,3, - Untereutektisch:
SC < 1 und CE < 4,3, - Übereutektisch:
SC > 1 und CE > 4,3.
8
Q
Vor- und Nachteil von Magnesium:
A
+ gute Gießeigenschaften,
+ gute mechanische Bearbeitbarkeit,
+ gute mech. Eigenschaften,
+ Korrosionsbeständigkeit,
- hohes Reaktionsvermögen( unedel),
- schlecht Verformbar,
- hohe Produktionskosten.
9
Q
Vorteile der Simulation
A
- Material und Energieeinsparung (Vermeidung von Fehl- und Probegüssen),
- Kontrolle und Steuerung durch Auswertung von Simulationsrechnungen,
- Optimierung des Gießprozesses durch Vorbestimmung optimaler Parameter mithilfe von Kriteriumsfunktionen
–> Kosten-, Zeit- und Materialersparnis
10
Q
Volumendefizit
A
- Makrolunkervolumen,
- Erstarrungskontraktion,
- kubische Schwindung,
- Innendefizit.
11
Q
Erstarrungsmorphologien
A
Exogene Erstarrung:
- glattwandig,
- rauwandig,
- schwammartig.
Endogene Erstarrung:
- breiartig,
- schalenbildend.
12
Q
Warum Alu als Gusswerkstoff?
A
Verbesserung der:
- Festigkeitseigenschaften,
- Gießeigenschaften,
- Dehneigenschaften.
13
Q
Warum ist Reinalu kein Gussmaterial:
+ Hauptlegierungselemente
A
Rein-Aluminium hat schlechte mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit - 90 MPa
- Silizium,
- Magnesium,
- Kupfer.
14
Q
Typische Alugussbauteile:
A
- Getriebegehäuse,
- Motorblöcke,
- Felgen,
- Kolben,
15
Q
Kernherstellungsverfahren:
A
- Kernschließen (plötzliche Expansion von begrenztem Druckvolumen),
- Kernblasen (mit Druckluft in Kernkasten blasen).
16
Q
Einfluss Abkühlgeschwindigkeit und Legierungsanteil auf Erstarrungsmorphologie
A
Erhöhung Abkühlgeschwind.:
- schwammartig -> rauwandig,
- rauwandig -> glattwandig,
- breiartig -> schalenbildend
Erhöhung Legierungselement:
17
Q
Vorteile Dauerformguss
A
- hohe Formstandzeiten,
- gute Festigkeitseigenschaften,
- gute Oberflächenqualität,
- gute Maßgenauigkeit/ Endabmessungsnähe,
- Diskussionspunkt: Produktivität:
Die Produktivität einer Produktionslinie ist von wesentlich mehr Faktoren abhängig als vom Gießverfahren (Automatisierungsgrad, Zykluszeit)
18
Q
Ablauf des Druckguss-Kaltkammer:
A
- Form schließen,
- Dosieren der Schmelze in Gießkammer,
- Phase (Vorlaufphase),
- Phase (Formfüllung),
- Phase (Nachverdichtung und Erstarrung),
- Formen öffnen,
- Gussteil auswerfen,
- Formen sprühen,
- Form schließen.
19
Q
Druckgussteile:
A
- Autotür,
- Kurbelgehäuse,
- Metallische Kleinteile in Notebooks.
20
Q
Transportgleichungen
A
Wärmeerhaltungskriterum:
- Wie kühlt das Gusstück ab? -> Hotspots erkennen und mit Speisern drauf reagieren,
Impulserhaltungskriterum:
- Wie fließt das Material in die Form ein? Welche Spannungen entstehen bei/vor/nach Erstarrung?
- > Minimierung von Turbulenten und Spannugen,
Konzentrationserhaltung:
- Umverteilung der Wärme
- > Homogenität des Gefüges vorhersagen, Fehler prognostizieren,
Massenerhaltungssatz:
- Wichtig für Speisung. Wo geht die Masse hin?
- > Wichtig für andere Transportgleichungen. Dimensionierung von Speisern.
21
Q
Keimbildungsarten + welche tritt bei realen Gussteilen auf?
A
- homogene: findet im freien Raum statt, d.h. es gibt keine bevorzugten Orte der Keimbildung.
- herterogene: an Orte, die mit einer niedrigen Keimbildungsarbeit verbunden sind, also z.B. Grenzflächen oder festen Partikeln innerhalb der Lösung.
–> heterogene in realen Festkörpern stark bevorzugt.
22
Q
Bedeutung Ktitischer Keimradius
A
Ein Keim muss eine kritische Größe überschritten haben (r sternoben) um wachsen zu können:
- r > r(stern): kann wachsen -> verringerung der freien Enthalpie (delta)G,
- r < r(stern): kann spontan wieder zerfallen.
23
Q
Warum müssen Kokillen vor den eigentlichen Fießprozess vorgewärmt werden?
A
- Reduktion des Thermoschocks -> verlängerung der Formstandzeit,
- schnelles Erreichen stationärer Prozesse,
- vermeidung von Kaltschweißen (Fließfähigkeit steigt),
- Reduzierung der Rissgefahr (Bauteil&Kokille),
- Standzeit der Schlichte.
24
Q
Dauerformgießverfahren:
A
- Schwerkraftkokillenguss / Kippkokillenguss,
- Niederdruckkokillenguss / Gegendruckkokillenguss.
- Druckguss (Warmkammer / Kaltkammer).
25
Welche Anforderungen werden an das Eingießsystem gestellt?
- mitreißen von Luft und Schlacke soll verhindert werden,
- bildung von Turbulenzen verhinden,
- soll keine Errosion verursachen.
26
Grundanfroderungen an Speiser
- Speisemetall bereithalten,
- Speisemetall flüssig halten,
- Speisemetall an die entsprechende Stelle zuführen.
--> ausgleich von Volumendefizite welche beim erstarrung entstehen
27
Erklären sie den Begriff der gelenkten Erstarrung:
Liegt dann vor, wenn in allen Bereichen eines Gussstücks oder einer zu speisenden Gussstückpartie dem Speiser bzw. dem Wärmezentrum näher gelegene Volumenelemente stets später erstarren als weiter entfernte.
28
Wie erzielt man gelenkte Erstarrung?
- Keilverstärkunng,
| - Kühlelemente.
29
Verfahren zur bestimmung des Erstarrungsablaufes
- Ausfließ -bzw. Auskippverfahren:
nur bei einfachen Körpern, die plattenwandig Erstarren. Zurück bleibnt nur das unbewegliche Metall,
- Abschreckverfahren: Proben werden abgeschreckt und metallographisch ausgewertet,
- Verdrängverfahren: Verdrängung der Restschmelze von den bereits erstarrten Kristalliten.
30
Bedingung für Verdrängungsverfahren
- zurVerdrängung benutzte Flüssigkeit sollte eine möglichst geringere Löslichkeit haben,
- Verdrängungsschmelze muss eine größere Dichte haben,
- Schmelzpunkt der Verdrängflüssigkeit darf nicht über dem Schmelzpunkt der Versuchsschmelze liegen.
31
Methoden zur schnellen Unterkühlung
- Kokille temperieren,
- Kühleisen,
- Wasserkühlung.
32
Gießeigenschaften und die zugehörigen Untersuchungsverfahren
Physikalische Eigenschaften:
- Messung der Viskosität.
- Dichte,
- Oberflächenspannung,
Formfüllungsvermögen:
- Gießspirale,
Speisungsvermögen:
- Ausfließversuche.
33
G-Kurve für Heterogene Keimbildung
Bild
34
Bennen von verschiedenen Bindesysteme für Sandformen
- Coldbox Verfahren,
- Kaltharz Verfahren
- Wasserglas-Co2 Verfahren.
35
Benenne verschiedene Formstoffmischer
- Kollermischer: konzentrisch angeordnetet Kegelräder kneten Formstoff durch,
- Flügelmischer: entweder Mischflügel rotiert oder der Mischgutbehälter,
- Turbinenmischer: Mischgutbehälter mit Mischgut dreht sich gegen exentrisch angeordnete Turbine und Mschflügel,
- Wirbelmischer: exzentrisch angeordneter Rotor der mit dem Mischgut gegenläufig zu den Werkzeugen dreht.
36
Unterschiedliche Graphitformen:
Kugelgraphit:
- keine Kerbwirkung,
- keine dauerhafte Unterbrechung der Fe-Matrix -> gute Zugfestigkeit,
Lamellengraphit:
- Kerbwirkung an Lamellenenden,
- Unterbrechung der Metallmatrix durch Graphitschichten -> geringe Zugfestigkeit.
aber Lamellen:
- > gute Dämpungseigenschaften,
- > gute Wärmeleitung
37
Ergebnisse Simulation
Formfüllung:
- Temperaturverteilung,
- Strömungsfeld,
- Lufteinschlüsse,
Erstarrung:
- Erstarrungszeit,
- Abkühlrate,
- Temperaturgradient.
38
Numerische Modellierung
- Problemdefinition,
- Mathematische Formulierung,
- Diskretisierung,
- Numerische Lösung,
39
FEM vs. FDM
FEM:
-> Untersuchtes Gebiet wird in geometrisch einfache, aber flexible Teilgebiete aufgeteilt ( mit wenigen Elementen eine ausreichende Darstellung möglich)
FDM:
-> Einteilung des untersuchten Gemiets in Gitternetz (vielen Elemente zur Darstellung Nötig)
40
Unterscheidet von Simulationsergebnis zur Realität
- Simulationsergebnisse können Realität niemals exakt darstellen (nur Näherung),
- Genauigkeit abhängig von Qualität der Modellbildung sowie Rechengenauigkeit,
- Liefert jedoch Informationen die real nur mit großem Aufwand ermittelt werden könnten.
41
Unterschied numerische Modell und Simulation
Simulation nur so gut wie die nummerische Modellierung zuvor. ( Baur darauf auf)
- numerisch: beschreibung physikalischer Probleme,
- Simulation: Anwendung von Modellen zur Problemlösung.
42
Weißes Gusseisen
- Bruchfläche wirkt weiß durch Eisenkarbide,
- Sehr hart,
- Sehr spröde,
- > für Walzen, Stempel.
43
Formstoffprüfverfahren
- verdichtbarkeit,
| - nasszugfestigkeit.
44
Vorteile Alu
- geringes Gewicht,
- hohe Duktilität,
- hohe Wärmeleitfähigkeit,
- gute Schweißneigung,
- gute Korrosionsbeständigkeit.
45
Was ist Gießsimulation?
Beschreibung realer Phänomene während Gießprozess durch physikalische Modelle
46
Ergebnisse, die man durch Simulation eines Gussbauteils erhält
- Temperaturgradient,
- Formfüllungsvermögen,
- Strömungsverlauf
47
Kriteriumsfunktion
- Druck-, Temperatur - und Oberflächenspannungsabhängige Funktion, die Abbildungsvermögen von mikrostruktierrten Oberflächen wiederspiegelt,
- erlaubt virtuelles Prozessdesign
Gießen
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