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Drei – Platten – Technik (3PLT):Technologie, Anwendung, Potenziale

Jürgen Brocke, Bernd Reinwald, Jörg Beck* - AWEBA Werkzeugbau GmbH

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

Halle 7 / Stand 319www.aweba.de

[email protected]

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALEVORBEMERKUNGEN

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a. Fokus: 3PLT für Kaltkammerverfahren / horizontal

• Warmkammerverfahren / vertikale Druckgießverfahren = nicht berücksichtigt

b. 3PLT = etablierte Werkzeugtechnologie

• ≠ over engineered

• Hinweise in technischer Literatur z.T. älter als 50 Jahre

• analoge Technologien im Spritzgussformenbau weit verbreitet (Heißkanaltechnik;Tunnelangüsse)

• Rotorguss für Elektromotoren (hoch standardisierte Prozesse)


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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – WARUM? (1/3)

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Grundregeln des Gießens:• Formfüllung sollte von großer zu kleiner Wandstärke erfolgen – von

Materialanhäufungen zu dünnwandigen Bereichen

• Füllung der Kavität sollte auf kürzestem Weg vom Anschnitt bis zum Bereich der letzten Füllung erfolgen

• kritische Bereiche am Gußteil sollten direkt beeinflussbar sein

Gußteilkontur:• eingeschränkter Zugang für kritische Bereiche / Anschnitt von Außenbereichen

des Gußteiles → zentrale Eingußposition

• zentrale Eingußposition → Risiko Vorfüllung des Formhohlraumes / der Formhohlräume



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Materialanhäufung +kritische Bereich

(nachfolgende Bearbeitung)

2PLT: möglicheAnschnittpositionen + max.

Füllwege

3PLT: möglicheAnschnittpositionen + max.

Füllwege 2PLT = Zwei – Platten - Technologie


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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – ANGUSSSYSTEM / ANGUSSPFEIFE

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Gussteil

Pfeife

Gießlauf

Gießrest

Anschnittberechnung:

• Anschnitt am Gussteil ist „zweitrangig“ - aber: wird “wie üblich” berechnet

• Angusspfeife ist als fester Bestandteil des Gussteiles zu betrachten

V Gussteil + V Pfeife = V Guss 1 ≠ Gesamtschußvolumen

• kleinster Durchmesser der Angusspfeife = „wahrer Anschnitt“

(Bestimmung des Umschaltpunkt Gießkolbenbewegung)

Anschnitt am Gussteil

kleinsterDurchmesserAngusspfeife

Bemerkungen:

• separate Temperierkreisläufe für die Angusspfeife in der Zwischenplatte sowie Verteilerzapfen empfohlen (gezielter Einfluss auf Erstarrung des Abreißbereiches Pfeife / optimale Durchflussmengen des Temperiemediums (Wasser) müssen beachtet werden)

• Trennmesser: Risiko von Restpartikeln im Schnittbereich Zwischenplatte → Reinigung bevor Form schliesst

Gestaltung Angusspfeife:

• zusätzlicher Absatz vermindert Risiko des Verklemmens der Pfeife während der Formöffnung

• Verhältnis Pfeifenlänge zu Pfeifendurchmesser sollte ausgeglichen sein – bes. für kleine Gussteile!

(Wärmehaushalt; Gasvolumen; abreißen Pfeife)

Bsp. Abreißen Pfeife biszu Ø 42mm


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Wie können die Problemstellungen: eingeschränkter Zugang am Gußteil + Vorfüllung des Formhohlraumes gelöst werden?

DG: Standard

2PLT Form

DG: Sonderfall 2PLTDG: 3PLT -

Form

**

*

Lösungsansatz:Einführung “3. Patte” um:

• mittels zusätzlicher Trennung des Gießlaufsystems den Anschnitt optimal

zu positionieren

• Höhensprung zwischen Füllkammer und Anschnitt zu realisieren –

Vermeidung Vorfüllung

Ergebnis:• optimierte Füllwege (Länge; Verteilung Schmelze)

• optimierte Entlüftung der Kavität (gleichmäßiges Ansprechen der Entlüftungen)

• optimale Wirkung des Nachdruckes der DGM

*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.

Trennung

Höhensprung


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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – GIEßZYKLUS (1/4)

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Form geschlossen Auswerferplatte

Zwischenplatte

Feste Formplatte

Verriegelung Gießlauf:• ohne Zusatzeinrichtung

• mit einfachem Hinterschnitt

• Hinterschnittschieber (mechan. oder hydr. betrieben)

*

Bemerkung:• Druckgießmaschine (DGM) sollte

CNC programmierbar sein

≠

relaisgesteuerte DGM

(Programmierung Gießzyklus und notwendiger Zwischenschritte =

aufwendig!)

Verriegelung Zwischen- und Auswerferplatte:

• mittels Formkontur Gußteil (z.Bsp. Schieber)

• Klinkenzugsystem (z.Bsp. STRACK)

• Verriegelungsschieber – hydr. betrieben

Einflussgrößen für Formöffnung

Führungssystem Form /Zentrierung Formplatten:

• durchgehend über alle drei Platten // getrennt je Formteilungsebene

• ggf. Endlagensicherung Zwischenplatte implementiert

• Standardrundführungen

• Prismenführungen


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Formöffnung Phase 1:Zwischenplatte / feste Platte

*

Geschwindigkeit + Zwischenstopp Öffnungsbewegung Phase 1:• einstellbare Formöffnungsgeschwindigkeit Phase 1 und 2 (Geschwindigkeit, Weg)

• vPhase 1 < vPhase 2 // vPhase 1 = signifikant ↓

(Optimierung Bewegungsabläufe / Verringerung Belastung der Endlagensicherung durch Massenträgheiten)

• bei Verwendung hydr. betätigter Trennmesser // Verriegelung Zwischen- und Auswerferplatte: Zwischenstopp erforderlich + muss exakt definiert und

eingehalten werden

• Erstarrung Gußteil + Abreißvorgang Gießlauf / Angusspfeife kann bei entsprechender Auslegung der Geschwindigkeiten optimal beeinflusst werden

sicheres trennen + entfernen des Gießrest & Gießlaufes (geprüft + geregelt)

Trennung Gießlauf / Angusspfeife:

Trennschnitt: (hydr. betätigtes Trennmesser)

• Gießkolben läuft mit Öffnungsbewegung mit, bis Gießrest aus Füllkammer ist

• Stopp des Gießkolbens an definierter Position ≠ Endposition Zwischenplatte

(Sicherung Zwischenplatte + vermeiden verklemmen Gießrest)

• Endposition Ziwschenplatte → Trennmesser trennt Gießlauf und Pfeife

abreißen mittels Öffnungshub:

(einfaches abreißen, abreißen mittels Hinterschnitt; mech. oder hydr. betätigter

Hinterschnittschieber)

• Stopp Gießkolben bzw. Rückzug Gießkolben um 20-30mm muss

gewährleistet sein!

• auswerfen des Gießrestes + Gießlaufes nach bzw. während entformen des

Gußteiles


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Formöffnung Phase 2:Zwischen-/ Auswerferplatte

Endlage Zwischenplatte: mech. Elemente / Platten; Säulen

• “sanfte”+ sichere Stoppfunktion → Massenträgheitseffekt↓ (vPhase1 < v2Phase 2 / Bewegung Gießkolben)

• zusätzliche Unterstützung Zwischenplatte in DGM

Entriegelung Auswerferplatte:

*

ohne Zwischenstopp von DGM:

z.Bsp. Klinkenzug

• Normteile(Größenbegrenzung)

• zus. Störelemente in HFT (Roboter; spraying)

mit Zwischenstopp von DGM:

z.Bsp. hydr.

Verriegelungszylinder

• exakte Positionierungdurch DGM (CNC)

• Zykluszeit

****Quelle: STRACK Katalog

nach Entriegelung: Umschaltung

Öffnungsgeschwindigkeit v2Phase 2

Verteilerzapfen: Design + Temperierung unterstützen Entformung Gußteil + Pfeife

Formabstützung


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Form geöffnet:Entnahme Gußteil / Vorbereitung Form

Entfernen Gießlauf inkl. Gießrest:

• Gießlauf und Gießrest müssen sicher aus der Form entfernt werden

→ Bestätigung mit J/N Signal vor dem Schliessender DGM!

Sprüh- und Ausblasprozess:

• sprühen und ausblasen Kavität + zwischen fester Formplatte und Zwischenplatte

• ggf. Spezialsprühdüse für Angusspfeife und Schwundzapfen vorsehen

• Sprühkopf = Kollisionsrisiko mit Formelementen hoch ↑

*

Öffnungshub Auswerferseite / Entnahme Gussteil:

• größerer Öffnungshub aufgrund Angusspfeife erforderlich

• Mehrfachformen → grundsätzlich: ein Entnahmegreifer pro Formnest benötigt

• Verfahrwege des Entnahmeroboters = Kollisionsrisiko mit Formelementen hoch ↑

entfernen Gießlauf inkl. Gießrest

Sprühen und Ausblasen in Formteilungen

Öffnungshub Form / auswerfen des Gussteiles


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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – VERGLEICH 2PLT ↔ 3PLT

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Prozessteilnehmer Betrachtung 2PLT 3PLT

Gießprozess • Füllung- und Entlüftungsbedingungen• Schließkraft• Zykluszeit• Sprüh- und Ausblasprozesse• Zwischenhalt

• +++• ↑• ↓• +

• k.A.

• +• ↔ // ↓

• ↑• ++• +++

Die Casting Machine • Zus. Belastungen (Formgewicht; Bewegungen; etc.)• Formhöhe• Formöffnungshub• Formabstützung• Entfernen Gießsystem – Abtransport Gießsystem• Gestaltung Sprühkopf• Entnahme Gussteile für Mehrfachformen• Überprüfungs- und Sicherungsfunktionen der

Steuerung (Zwischenhalt; Trennschnitt; entriegelnZwischenplatte)

• Gegenprüfung Entfernung Gießsystem

• ↓• ↓• +

• k.A.• +• +

• k.A.• k.A.

• k.A.

• ↑• ↑• ↑• ++• ++• ++• ++• +++

• ++

Druckgießform • Formhöhe / Formgewicht• Wärmehaushalt• zusätzliche Formelemente• Ersatzteile / Verschleissteile• Formkosten / Kosten für Formwartung

• ↓• ++• ↓• ↓• ↓

• ↑• +++• ↑• ↑• ↑

Nachgelagerte Prozesse

• entgraten (Angusspfeife) • + • ++(drehen, etc.)

+ = einfach | ++ = komplex | +++ = schwierig |↑ = höher | ↓ = niedriger | ↔ = gleich


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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – ZUSAMMENFASSUNG+ AUSBLICK

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zahlreiche, mögliche Kombinationen von Arbeitsprinzipien Dreiplattenformen(Abreißmechanik; Trennschnitt; Klinkenzug; Zwischenhalt; etc.)

� Anzahl der Arbeitsprinzipien in einer Gießerei sollten eingeechränkt werden (Synergieeffekte vs. “Konfusion”)

� AWEBA präferierte Variante (für DGM bis 1.200t): mechanische betätigte Hinterschnittschieber + Klinkenzugsysteme

� (DGM – sollte CNC programmierbar sein!)

Komplexität der Prozesse mit 3PLT beherrschbar, wenn das Prozessfenster stabil eingehalten wird

� Zusätzliche kritische Momente zu 2PLT: Trennung Gießsystem; Verriegelung Platten; Regelung Gießzyklus(Geschwindigkeiten; Temperaturen; Zeitabläufe; Durchflußraten; etc.)

Ausblick:• sinnvolle + vernünftige Lösung für bestimmtes Teilespektrum ≠ Allheilmittel

• Tunnelanschnitte vs. z. Bsp. Einsatz von Nachverdichtern (für Gussteile stark schwankender Wandstärke und Materialanhäufungen – Strukturguss)

• Mehrfachformen

• (Etagenwerkzeuge)


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