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

Jürgen Brocke, Bernd Reinwald, Jörg Beck* - AWEBA Werkzeugbau GmbH Halle 7 / Stand 319 www.aweba.de [email protected] 14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

1

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE VORBEMERKUNGEN

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)

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

2

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

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

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

3

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – WARUM? (2/3)

Materialanhäufung + kritische Bereich (nachfolgende Bearbeitung) 2PLT: mögliche Anschnittpositionen + max. Füllwege 3PLT: mögliche Anschnittpositionen + max. Füllwege 14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

2PLT = Zwei – Platten - Technologie 4

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – ANGUSSSYSTEM / ANGUSSPFEIFE

Anschnittberechnung: Anschnitt am Gussteil

• Anschnitt am Gussteil ist „zweitrangig“ - aber: wird “wie üblich” berechnet • Angusspfeife ist als fester Bestandteil des Gussteiles zu betrachten

kleinster Durchmesser Angusspfeife

Bsp. Abreißen Pfeife bis zu Ø 42mm

V Gussteil + V Pfeife = V Guss 1 ≠ Gesamtschußvolumen • kleinster Durchmesser der Angusspfeife = „wahrer Anschnitt“ (Bestimmung des Umschaltpunkt Gießkolbenbewegung)

Pfeife )

Gestaltung Angusspfeife: • zusätzlicher Absatz vermindert Risiko des Verklemmens der Pfeife während der Formöffnung

Gießlauf

Gussteil

Gießrest

• Verhältnis Pfeifenlänge zu Pfeifendurchmesser sollte ausgeglichen sein – bes. für kleine Gussteile! (Wärmehaushalt; Gasvolumen; abreißen Pfeife)

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 14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

5

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – WARUM? (3/3)

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

Höhensprung

)

DG: Standard 2PLT Form

*

DG: Sonderfall 2PLT

Lösungsansatz: Einführung “3. Patte” um: • mittels zusätzlicher Trennung des Gießlaufsystems den Anschnitt optimal zu positionieren •

Höhensprung zwischen Füllkammer und Anschnitt zu realisieren – Vermeidung Vorfüllung

*

DG: 3PLT Form

*

Ergebnis: •

optimierte Füllwege (Länge; Verteilung Schmelze)

•

optimierte Entlüftung der Kavität (gleichmäßiges Ansprechen der Entlüftungen) •

optimale Wirkung des Nachdruckes der DGM

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff. 6

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – GIEßZYKLUS (1/4) Zwischenplatte

Form geschlossen

Auswerferplatte

Feste Formplatte

Einflussgrößen für Formöffnung

Verriegelung Gießlauf: • ohne Zusatzeinrichtung • mit einfachem Hinterschnitt • Hinterschnittschieber (mechan. oder hydr. betrieben)

Führungssystem Form / Zentrierung Formplatten:

Verriegelung Zwischen- und Auswerferplatte:

• durchgehend über alle drei Platten // getrennt je Formteilungsebene • ggf. Endlagensicherung Zwischenplatte implementiert

)

*

• Standardrundführungen

• mittels Formkontur Gußteil (z.Bsp. Schieber) • Klinkenzugsystem (z.Bsp. STRACK) • Verriegelungsschieber – hydr. betrieben

• Prismenführungen

Bemerkung: •

Druckgießmaschine (DGM) sollte CNC programmierbar sein ≠ relaisgesteuerte DGM (Programmierung Gießzyklus und notwendiger Zwischenschritte = aufwendig!) 14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff. 7

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – GIEßZYKLUS (2/4)

Geschwindigkeit + Zwischenstopp Öffnungsbewegung Phase 1:

Formöffnung Phase 1: Zwischenplatte / feste Platte

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

*

Trennung Gießlauf / Angusspfeife: )

abreißen mittels Öffnungshub: (einfaches abreißen, abreißen mittels Hinterschnitt; mech. oder hydr. betätigter Hinterschnittschieber)

Trennschnitt: (hydr. betätigtes Trennmesser) • Gießkolben läuft mit Öffnungsbewegung mit, bis Gießrest aus Füllkammer ist •

• Stopp Gießkolben bzw. Rückzug Gießkolben um 20-30mm muss gewährleistet sein! • auswerfen des Gießrestes + Gießlaufes nach bzw. während entformen des Gußteiles

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

Stopp des Gießkolbens an definierter Position ≠ Endposition Zwischenplatte (Sicherung Zwischenplatte + vermeiden verklemmen Gießrest) • Endposition Ziwschenplatte → Trennmesser trennt Gießlauf und Pfeife

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

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

8

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – GIEßZYKLUS (3/4)

Formöffnung Phase 2: Zwischen-/ Auswerferplatte

Formabstützung

Verteilerzapfen: Design + Temperierung unterstützen Entformung Gußteil + Pfeife

* 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 Positionierung durch DGM (CNC)

Endlage Zwischenplatte: mech. Elemente / Platten; Säulen • “sanfte”+ sichere Stoppfunktion → Massenträgheitseffekt↓ (vPhase1 < v2Phase 2 / Bewegung Gießkolben) • zusätzliche Unterstützung Zwischenplatte in DGM

• Zykluszeit

nach Entriegelung: Umschaltung Öffnungsgeschwindigkeit v2Phase 2 **Quelle: STRACK Katalog *Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.

**

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

9

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – GIEßZYKLUS (4/4)

Form geöffnet: Entnahme Gußteil / Vorbereitung Form Sprüh- und Ausblasprozess: • sprühen und ausblasen Kavität + zwischen fester Formplatte und Zwischenplatte • ggf. Spezialsprühdüse für Angusspfeife und Schwundzapfen vorsehen • Sprühkopf = Kollisionsrisiko mit Formelementen hoch ↑ Sprühen und Ausblasen in Formteilungen entfernen Gießlauf inkl. Gießrest

)

*

Öffnungshub Form / auswerfen des Gussteiles 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: • Gießlauf und Gießrest müssen sicher aus der Form entfernt werden → Bestätigung mit J/N Signal vor dem Schliessen der DGM!

*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff. 14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

10

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

Betrachtung Füllung- und Entlüftungsbedingungen Schließkraft Zykluszeit Sprüh- und Ausblasprozesse Zwischenhalt

Gießprozess

• • • • •

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; entriegeln Zwischenplatte) • Gegenprüfung Entfernung Gießsystem • • • • • • • •

Druckgießform

• • • • •

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

Nachgelagerte Prozesse

• entgraten (Angusspfeife)

2PLT

3PLT

• +++ • ↑ • ↓ • + • k.A.

• + • ↔ // ↓ • ↑ • ++ • +++

• ↓ • ↓ • + • k.A. • + • + • k.A. • k.A.

• • • • • • • •

• k.A.

• ++

• • • • •

↓ ++ ↓ ↓ ↓

• +

• • • • •

↑ ↑ ↑ ++ ++ ++ ++ +++

↑ +++ ↑ ↑ ↑

• ++ (drehen, etc.)

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

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

11

DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE 3PLT – ZUSAMMENFASSUNG+ AUSBLICK

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)

14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014

12