WESPRO

Problemstellung
Die schnelle Herstellung von Bauteilprototypen mit Serien identischen Eigenschaften ist hinsichtlich immer kürzerer Produktlebenszyklen und damit einhergehend ständig schneller werdender Produktentwicklungsprozesse von wettbewerbsentscheidender Bedeutung für Teileproduzenten. Gleiches gilt für die Herstellung von individualisierten und Nischen-Produkten und damit für die schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen in kleinen Stückzahlen. Werden metallische Bauteile gießtechnisch gefertigt, ist die kostengünstige und schnelle Bereitstellung der erforderlichen Formen - insbesondere in der von kleinen und mittleren Unternehmen dominierten Gießereibranche - ein entscheidendes Effektivitätskriterium.

Projektziele und erreichte Ergebnisse
Im Verbundprojekt wurde ein Verfahren zur schnellen Herstellung von Kokillen- und Druckgusswerkzeugen für die Prototypen- und Vorserienfertigung entwickelt. Die schnellere Bereitstellung der Werkzeuge wird maßgeblich durch endformnahes Vorgießen erreicht. Die für die optimale Temperierung des Bauteil-Gießprozesses erforderlichen konturnahen Kühlkanäle werden mit generativen Verfahren vorgefertigt und mit in das Werkzeug eingegossen. Mit solchen Urformwerkzeugen gefertigte Bauteile weisen bereits weitgehend geforderte Serien-Qualitäten auf (mechanische und Gefügeeigenschaften), ermittelte technologische Gießprozessparameter können somit direkt für den gesicherten Anlauf der gießtechnischen Großserienfertigung genutzt werden.
Es wurden folgende Teilergebnisse erreicht:
- Eine Prozesskette für die Erzeugung vorgegossener Kokillen- und Druckgusswerkzeuge mit integrierten konturnahen Kühlkanälen wurde entwickelt.
- Ein Simulationsprogramm zur Darstellung des thermischen Haushalts solcher Gießwerkzeuge und zur Berechnung der Lage, Geometrie und thermischen Leistung erforderlicher Kühlkanäle wurde entwickelt.
- Die Herstellung der Sandformen für das Vorgießen der Werkzeuge erfolgt ohne Modelleinrichtung durch Direktes Formstofffräsen.
- Das generative Fertigungsverfahren Laminated Object Manufacturing (LOM) wurde für die schichtweise Herstellung metallischer Hohlkörper mit geometrisch freien Querschnitten aus Metallfolien qualifiziert:
Es wurden geeignete Folienmaterialien (Dicke 0,1 mm) zur Herstellung schmelzeresistenter Hohlstrukturen ausgewählt.
Das Paketieren der Folienlagen erfolgt mittels Laserpunktschweißen und Laserschneiden.
Durch anschließendes Diffusionsschweißen wird ein gefügedichtes Bauteil erzeugt.
Die Kühlstruktur wird mit Standard-Anschlusselementen zum Einlegeteil in die Sandform komplettiert.
- Für die Prototypenfertigung von Realbauteilen wurde ein Kokillenwerkzeug und ein Druckguss-Formeneinsatz - jeweils mit integrierter Kühlung - hergestellt und erprobt.
- Mit werkstofftechnischen Untersuchungen und Funktionstests wurden serienidentische Bauteileigenschaften der mit WESPRO-Werkzeugen gegossenen Bauteile nachgewiesen.
Mit der schnellen Herstellung von Kokillen- und Druckgusswerkzeugen mit integrierter konturnaher Kühlung durch endkonturnahes Vorgießen können am Beispiel des Kokillengussteils "Radträger" im Vergleich zur Fertigungszeit für ein Serien-Gießwerkzeug Bauteilprototypen mit serienidentischen Eigenschaften doppelt so schnell bereitgestellt werden.

Ausblick
Für ca. 90 größtenteils mittelständische Kokillen- und Druckgießereien am Standort Deutschland beinhaltet die Nutzung der WESPRO-Prozesskette erhebliches Potenzial
für die Verbesserung ihrer Wettbewerbssituation im Marktsegment Prototypen- und Kleinserienguss. Gleiches gilt für den Dienstleistungsbereich Werkzeug- und Formenbau. Die neue Technologie der Gießwerkzeugfertigung ist darüber hinaus auch im Bereich des konventionellen Graugusses und Stahlgusses und ebenso in der Kunststoffspritzgussindustrie nutzbar. Dies lässt auch die engagierte Mitarbeit ungeförderter Gießereiunternehmen im Rahmen eines projektbegleitenden IAK erwarten.

Zitat eines Projektpartners
"Die schnelle Herstellung von Kokillengusswerkzeugen mit optimierter integrierter Kühlung durch endkonturnahes Vorgießen mit der WESPRO-Technologie ermöglicht uns die Herstellung von Prototypen hoch beanspruchter und komplizierter Fahrwerksbauteile quasi im Seriengießverfahren und mit Serieneigenschaften. Am Beispiel eines Radträgers konnten verbesserte Bauteilprototypen erzeugt und der gießtechnische Serienanlauf mit gesicherten Prozessparametern aus der Prototypenfertigung erfolgen um ca. 6 Wochen verkürzt werden."
Hans-Werner Scholz, Leiter technische Entwicklung,Volkswagen AG, Werk Braunschweig

Intelligente Werkzeuge für die Erzeugung seriennaher metallischer Prototypen und Kleinserien für das Druck- und Kokillengießen

Autor: Behm, I.

Verlag: Eigenverlag Otto-v.-Guericke-Universität, Magdeburg

Erscheinungsjahr: 2005

Beschreibung: Im Verbundprojekt wurde ein Verfahren zur schnellen Herstellung von Kokillen- und Druckgusswerkzeugen für die Prototypen- und Vorserienfertigung entwickelt. Die schnellere Bereitstellung der Werkzeuge wird maßgeblich durch endformnahes Vorgießen erreicht. Die für die optimale Temperierung des Bauteil-Gießprozesses erforderlichen konturnahen Kühlkanäle werden mit generativen Verfahren vorgefertigt und mit in das Werkzeug eingegossen. Mit solchen Urformwerkzeugen gefertigte Bauteile weisen bereits weitgehend geforderte Serien-Qualitäten auf (mechanische und Gefügeeigenschaften), ermittelte technologische Gießprozessparameter können somit direkt für den gesicherten Anlauf der gießtechnischen Großserienfertigung genutzt werden.