Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Ermittlung temperaturab- hängiger Festigkeitskennwerte von Kernformstoffen

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20173

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In den vergangenen Jahren konnten die ehrgeizigen Ziele der Automobilindustrie zur Gewichtsreduktion insbesondere durch steigende Funktionsintegration mit innovativen Gusslösungen erfolgreich umgesetzt werden. Zur konsequenten Fortführung dieser zukunftsträchtigen Leichtbaukonzepte werden von den Gießereien zunehmend eigene Entwicklungskompetenz, die gießtechnische Umsetzung der so erarbeiteten Konzepte und zuletzt die seriensichere Fertigung komplexer Gusskonstruktionen gefordert. Konsequenter Leichtbau lässt sich bei diesen Anwendungen im Wesentlichen über die Realisierung geringster aber anforderungsgerechter Wanddicken erreichen. Dies wiederum setzt voraus, dass die gegossenen Komponenten höchstmöglichen Anforderungen an die Maßhaltigkeit genügen müssen. Mit dem Sand- und auch Kokillenguss existieren wirtschaftliche und ausgereifte Gießverfahren, die insbesondere mit der Verwendung von Sandkernen einen höchstmöglichen Grad an Gestaltungsfreiheit für die Bauteilauslegung bieten. Sandkerne bilden in dem zu fertigenden Gussteil die spätere Innenkontur bzw. formtechnisch komplexe Hinterschneidungen und werden daher vielfach sowohl im Sandguss als auch Kokillenguss verwendet. Infolge der absehbaren Entwicklungen bei gegossenen Bauteilen steigen auch die Anforderungen an die Sandkerne, speziell hinsichtlich Festigkeit, geometrischer Komplexität und Maßhaltigkeit. Des Weiteren ist die Herstellung komplexer Gussteile komplett im sogenannten Kernblockverfahren absehbar. Hierbei wird das gesamte Gussstück inklusive Lauf-, Anschnitt- und Speisersystem in einem Kernpaket verformt. Insbesondere vor dem Hintergrund der Entwicklung neuer innovativer und kraftstoffsparender Motorenkonzepte ist in Zukunft für den Motorenguss mit einer beträchtlichen Reduzierung der geforderten Maßtoleranzen zu rechnen, da bereits geringe Maßabweichungen der durch Sandkerne gebildeten Strömungskanäle zu einem Leistungsverlust von mehreren kW führen können. Vor diesem Anforderungsprofil ist es erforderlich geworden, Sandkerne als eigenständige Bauteile zur verstehen, die mit spezifischen Eigenschaftsprofilen in der Formtechnik der Gießerei zum Einsatz kommen und hier höchsten Ansprüchen genügen müssen. In dieser Arbeit soll daher die werkstofftechnische Grundlage für die Verwendung von bekannten FEM-Analysen für die Auslegung von Sandkernen erarbeitet werden. Beispielhaft für ein Formstoffsystem werden zunächst die für die Simulation benötigten temperaturabhängigen mechanischen und thermophysikalischen Stoffdaten wie der E-Modul und die Streckgrenze in Abhängigkeit von der Temperatur experimentell ermittelt. Mit Kenntnis dieser Daten zum Spannungs- und Dehnungsverhalten gelingt es, Formstoffe als Werkstoffe und folglich Sandkerne als Bauteile zu behandeln. Die experimentelle Ermittlung und Bereitstellung der erforderlichen aber noch unbekannten temperaturabhängigen mechanischen und thermophysikalischen Werkstoffeigenschaftswerte eines Formstoffsystems bereiten den Weg für die Simulation des thermischen Verhaltens von Sandkernen als Basis für die Voraussage der daraus resultierenden Maßhaltigkeit der Gussteile. Mit der Möglichkeit zur Simulation des Ausdehnungs- und Verformungsverhaltens von Sandkernen unter thermischer Belastung soll die Methodik der Konstruktionstechnik für die Bauteil- bzw. in diesem Falle die Kernauslegung genutzt werden.

2012. 109 Seiten. 14,8 x 21,0 cm.

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