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RATGEBER ZUR VERMEIDUNG VON LUNKERN IN SPHÄROGUSSTEILEN

19.02.2013

Dieses Handbuch wurde auf der Grundlage der Forschung und der Erfahrungen von Fumbarri, der Zusammenarbeit mit Kunden und Lieferanten und den Informationen der metallurgischen Technologiezentren mit dem Ziel erstellt, seine Produkte zu verbessern und das Auftreten von Defekten zu minimieren.

Historisch geschah es häufig, dass bei der Bearbeitung der Werkstückgeometrie, Zapfenlöchern, Löcher oder Gehäusen größere oder kleinere Porositäten (Mikro-oder Makrolunker) in Sphärogussteilen (GGG oder JS) auftraten. Aus diesem Grund hat Fumbarri das vorliegende Handbuch mit dem Ziel erstellt, die Ursachen des Auftretens von Lunkern im Innern der Werkstücke zu untersuchen und diese durch eine korrekte Definition der Werkstückgeometrie in der Konstruktions- oder Fabrikationsphase der Formen zu minimieren.

Die in diesem Handbuch enthaltenen Informationen und Empfehlungen sind erklärender Natur und eine Ergänzung zu dem im Jahr 2004 von Fumbarri erstellten “Ratgeber-Handbuch für den Bau und die Kontrolle von  Polystyrenformen”. Ihr Ziel ist es, Defekte aufgrund der Metallschrumpfung zu verhindern (Lunker).

 

RATGEBER-HANDBUCH ZUR VERMEIDUNG VON LUNKERN IN SPHÄROGUSSTEILEN

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Finden Sie bitte als Anlage pdf version ; FUMBARRI – RATGEBER-HANDBUCH ZUR VERMEIDUNG VON LUNKERN IN SPHÄROGUSSTEILEN

INDEX

1.     EINLEITUNG

2.     SACHVERHALT

3.     LUNKER – DEFINITION

4.     ALLGEMEINE MERKMALE VON LUNKERN

5.     URSACHEN

6.     VORBEUGENDE MASSNAHMEN

7.     EMPFEHLUNGEN BEIM BAU DER FORME

8.         FALLSTUDIEN

1.     EINLEITUNG

Dieses Handbuch wurde auf der Grundlage der Forschung und der Erfahrungen von Fumbarri, der Zusammenarbeit mit Kunden und Lieferanten und den Informationen der metallurgischen Technologiezentren mit dem Ziel erstellt, seine Produkte zu verbessern und das Auftreten von Defekten zu minimieren.

Historisch geschah es häufig, dass bei der Bearbeitung der Werkstückgeometrie, Zapfenlöchern, Löcher oder Gehäusen größere oder kleinere Porositäten (Mikro-oder Makrolunker) in Sphärogussteilen (GGG oder JS) auftraten. Aus diesem Grund hat Fumbarri das vorliegende Handbuch mit dem Ziel erstellt, die Ursachen des Auftretens von Lunkern im Innern der Werkstücke zu untersuchen und diese durch eine korrekte Definition der Werkstückgeometrie in der Konstruktions- oder Fabrikationsphase der Formen zu minimieren.

Die in diesem Handbuch enthaltenen Informationen und Empfehlungen sind erklärender Natur und eine Ergänzung zu dem im Jahr 2004 von Fumbarri erstellten “Ratgeber-Handbuch für den Bau und die Kontrolle von  Polystyrenformen”. Ihr Ziel ist es, Defekte aufgrund der Metallschrumpfung zu verhindern (Lunker).

2.     SACHVERHALT

Nachstehend werden beispielhaft Abbildungen von Werkstücken mit Lunkern gezeigt:

–            Lunker im Gehäuse der Kolbenführungshülse.

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Anmerkungen zum Defekt: In den Formen fehlten die Löcher für das Gehäuse der Führungshülsen.

–            Lunker am Boden des Zapfenlochs für den Austritt des Blechdetektors.

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Anmerkungen zum Defekt: In der Form waren weder die Austritte für die Blechdetektoren noch für die Zentralisatoren ausgeführt.

–            Lunker in den Austritten für den Durchgang der Türmchen auf den Kolben.

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Anmerkungen zum Defekt: In der Form waren die Austritte für den Durchgang der Türmchen nicht ausgeführt, was zur Bildung einer großen Masse führte.

–            Lunker in den Austritten für den Durchgang der Türmchen auf den Kolben.

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Anmerkungen zum Defekt: Bei der Bearbeitung des Zapfenlochs wird ein Lunker sichtbar.

–            Lunker in den Bohrlöchern für die Spindelgehäuse.

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Anmerkungen zum Defekt: In der Polystyrenform waren die Bohrlöcher für die Spindelgehäuse nicht ausgeführt. Dies erzeugte große Massen und das Auftreten von Lunkern.

–            Lunker in den Matrizenwassersammlern der Heißprägegussform.

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Anmerkungen zum Defekt : Beim Anbringen von Wasserdruck läuft das Wasser aufgrund des Vorhandenseins von Lunkern durch die Rillen des Sammlers. Faktisch sind die Rillen in der Form zu, wodurch isolierte Massen entstehen, in denen sich die Lunker befinden.

–            Lunker im Zylindergehäuse.

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Anmerkungen zum Defekt: Bei der Bearbeitung der Nut für das Zylindergehäuse werden Lunker sichtbar. Hätte man die Nut in der Form ausgeführt, wäre der Defekt nicht aufgetreten.

–            Lunker im Nutenboden.

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Anmerkungen zum Defekt: Bei der Bearbeitung der Rillen erscheinen Lunker auf dem Nutenboden. Dieser Fehler erklärt sich daraus, dass die Kernform ohne Nuten hergestellt wurde.

–            Lunker am Boden des Zylindergehäuse.

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–            Lunker in den Nuten und Löchern der Führungszylinder.

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Anmerkungen zum Defekt: Sehr häufig auftretender Fehler. Bei der Bearbeitung der Zylindergehäuse zeigen sich Lunker am Nutenboden. Dies ist dadurch bedingt, dass diese Form keine Nuten für die Zylindergehäuse vorgesehen hatte.

–            Lunker in den Nuten für die Gummibegrenzungen und im Sitz der Kolbenführungsschiene.

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Anmerkungen zum Defekt: Bei der Bearbeitung der Nuten und Löcher für die Gummibegrenzungen wurden Lunker sichtbar. Der Fehler ist dadurch bedingt, dass die Kolbenform ohne Nuten hergestellt wurde. Gleichzeitig zeigten sich auch Lunker in den Sitzen für die Führungsschienen. Dies ist dadurch bedingt, dass die Form in diesen Bereichen Augbolzen zur Handhabung des Werkstückes vorgesehen hatte und die Lunker bei der Bearbeitung  sichtbar wurden.

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–            Lunker in den Nuten und Löchern der Führungszylinder.

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Anmerkungen zum Defekt: Sehr häufig auftretender Fehler. Bei der Bearbeitung der Nuten und Löcher für die Gehäuse und die Führungszylinder zeigen sich Lunker am Nutenboden und im Innern der Löcher. Dies ist dadurch bedingt, dass die Form keine Nuten für die Zylindergehäuse vorgesehen hatte.

3.     LUNKER – DEFINITION

Durch Flüssigkeitsschrumpfung entstandener Hohlraum. Normalerweise sehr unregelmäßig, mit rauen, dentritenähnlichen Wänden. Er befindet sich im aller Regel im Inneren des Werkstückes, bei Veränderungen der Werkstückdicke oder im Inneren fester Bereiche und manchmal als Oberflächenvertiefung unterschiedlicher Größe.

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5.     ALLGEMEINE MERKMALE VON LUNKERN

Lunker erscheinen als zur Außenoberfläche der Werkstücke offene Hohlräume oder als geschlossene Hohlräume im Inneren des Werkstücks. Die Innenoberflächen können glatt sein (Primärlunker) oder eine dentritische Morphologie aufweisen (Mikrolunker oder Sekundärlunker). Bei bestimmten eutektischen Legierungen können Primärlunker dentritische Innenoberflächen aufweisen.

Bei diesem Defekt handelt es sich um einen Schrumpfungsdefekt, der hauptsächlich in den Bereichen der Enderstarrung (thermische Mittelpunkte des Werkstücks) entsteht. Er kann in Bereichen mit Innenwinkeln entstehen, wobei er oftmals während der Bearbeitung sichtbar wird, sowie in der Nähe von Kernen, Abstrichrinnen usw. bedingt durch Schwierigkeiten bei der Wärmeableitung, einem Phänomen, das die Erstarrung des flüssigen Metalls verzögert.

Sein Vorkommen hängt von der Flüssig-Fest-Schrumpfung der Legierung ab. Im Fall von Gusseisen mit Graphit neigt der Sphäroguss eher zur Bildung von Sekundärlunkern im Hinblick auf Mikro- und Makrodefekte als der Lamellenguss aufgrund ihrer unterschiedlichen Erstarrungsformen.

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DENTRITISCHE MORPHOLOGIE

5.     URSACHEN

Technisch entstehen die Lunker aufgrund der starken Schrumpfung des Metalls beim Wechsel von der flüssigen zur festen Phase. So drängen die geometrisch massiven Bereiche, die langsamer abkühlen als die übrige Werkstückgeometrie, Material in die schneller abkühlenden Bereiche und erzeugen im Innern dentritische Hohlräume (Lunker). Zugleich unterscheidet man folgende Ursachen für das Auftreten von Lunkern:

  • Eine unangemessene Konstruktion des Gussteils, sowie ungeeignete Gießmethoden.
  • Der Hauptgrund ist die Schrumpfung, die das Metalls nach dem breiigen oder halbfesten Zustand bis zur endgültigen Erstarrung erfährt. Je geringer die Schrumpfungsneigung des Metalls selbst ist, desto geringer ist das Risiko des Auftretens dieses Defektes.
  • Bei Gusseisen mit Graphit entsteht eine Ausdehnung aufgrund der Graphitbildung im Metall. Dieses Phänomen kann zu Anschwellungen im Innern der Werkzeuge führen und das Volumen der Werkstücke erhöhen.
  • Gleichzeitig müssen auch die Schwierigkeiten bei der Beschickung beachtet werden, die in dem Maße entsteht, in dem der Feststoffanteil steigt: falscher Durchmesser und/oder Konstruktion der Eingussnarben,  Verwendung eines dünnwandigen Eingussstücks für das Metall, das schnell erstarrt, falsches Design der Werkstücke (ISOLIERTE FESTE ABSCHNITTE) usw.
  • Die Verwendung hoher Gießtemperaturen erhöht aufgrund der starken Hitze die Instabilität der Form und verzögert den Erstarrungszeitraum. Zu niedrige Gießtemperaturen führen zu schneller Erstarrung der Eingänge oder Hälse, auch in den Eingussnarben.

6.     VORBEUGENDE MASSNAHMEN

Vorbeugende Maßnahmen zur Vermeidung des Auftretens von Lunkern:

  • Angemessene Zusammensetzung, Kugelbildungs- und Inokulationsbehandlung des Metalls. Effiziente Beschickung des Werkstücks. Verwendung einer angemessenen Gießtemperatur.
  • Anpassung der Konstruktion zur Erzielung gleichmäßigerer Metallabschnitte. Falls nötig, Kühler für dickere Abschnitte verwenden. Vereinheitlichung der Erstarrungsgeschwindigkeit der massiven Bereiche durch die Homogenisierung der Dicken, wobei das Entstehen massiver Bereiche vermieden wird. Hierfür sollte man das gewünschte Werkstück  immer skizzieren, wobei darauf geachtet werden muss, dass die Abschnittänderungen progressiv sind und abrupte Abschnittänderungen vermieden werden. Die Bildung massiver Abschnitte vermeiden, beziehungsweise abrupte Veränderungen des Abschnitts durch Verbindung der Abschnitte einschränken. Nachstehend einige Beispiel hierzu:

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  • Bei der Herstellung der Form die Bearbeitungszugaben konstant bei mindestens 5 mm und maximal 15 mm halten. So müssen Zapfenlöcher, Löcher und allgemein tiefe oder in massiven Bereichen befindliche Bearbeitungen immer in der Form angefertigt werden. Man darf sie niemals blind lassen, um sie später durch Bearbeitung im Gussteil zu erzielen.

So verwendet die Gießerei Fumbarri ein gesteuerte Abkühlung genanntes Verfahren, das darin besteht, Kühler in den Zapfenlöchern oder dem Inneren der massiven Bereiche der Formen einzubauen. Zur Anwendung dieser Methode ist es unerlässlich, dass diese Bereiche zuerst aus der Form gelöst werden, um die Kühler einzubauen. Diese Methode wird üblicherweise in Eisen- und Stahlgiessereien verwendet und ist auch in wissenschaftlich-technischen Kreisen anerkannt. Die vom siderurigischen Labor “Azterlan” herausgegebenen Dokumente, die dies belegen, befinden sich im Anhang.

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  • Eine andere Lösung besteht darin, Material im Moment der Erstarrung einzuspritzen (Beschickung und Abschlagen). Wir verwenden diese Technik gelegentlich, aber im Falle von Graten ist Abschlagen nicht üblich, da es den Preis des Werkstücks zu stark erhöht, den Liefertermin aufgrund der durch das Abschlagen erforderlichen Analyse hinauszögert und die mittels Abschlagen erzielten Ergebnisse aufgrund der Geometrie des Werkstückes nicht zufriedenstellend sind. Deshalb verwenden wir beim Abgraten die gesteuerte Abkühlung mit Kühlern und wo dies möglich ist, eine Reduzierung der Masse. Zur Anwendung dieser Technik und für den Fall, dass die Anforderungen derart sind, dass kein Porenbereich erlaubt ist, muss im Vorfeld eine Erstarrungssimulation mit finiten Elementen durchgeführt werden, um zu bestimmen, wo und wie abzugraten ist, um die Schrumpfung auszugleichen.

7.     EMPFEHLUNGEN BEIM BAU DER FORME

Bearbeitungszugaben: Wir empfehlen, dass diese 15mm keinesfalls überschreiten sollten.

Um tiefe Bearbeitungen zu vermeiden, sollte der Werkzeugmacher darauf achten, bei allen Arten von Vertiefungen, Eindrücken oder Löchern eine Höchstzugabe von 15 mm zu beachten. Besonders notwendig ist es, im Modell Aushebungen für die nachstehend aufgeführten Elemente durchzuführen:

–         Löcher für Spindeln und Führungsbuchsen,

–         Zylindergehäuse und Löcher für die Zylinderführungen,

–         Aushebung oder Gehäuse für Zentralisatoren und Detektoren,

–         Zapfen- oder Türmchendurchgang,

–         Zapfenlöcher für Begrenzungsbolzen oder Sicherheitsbolzen,

–         Sowie allgemein Bearbeitungen von Zylindergehäusen oder tiefen Löchern (>30 mm).

Um die im vorstehenden Absatz genannten Kalzinierungen in diesen Vertiefungen sollten sich der Werkzeugmacher und der Kontrolleur nicht sorgen, da dem Giesser verschiedene Mittel  zu ihrer Vermeidung zur Verfügung stehen: Chromitsand, Graphit, Eisenstäbe, usw.

Die Beachtung dieser Prinzipien beim Bau einer Form vermeidet das Vorhandensein  überflüssiger Massen, die zur Entstehung von Lunkern führen, welche die Anwendung von nicht immer wirksamen Beschickungssystemen oder Speisersystemen erfordern, da ihre Berechnung von schwer vorhersehbaren Faktoren beeinflusst werden kann.

Wenn sich der Werkzeugmacher  aufgrund einer etwaigen Konstruktionsänderung gezwungen sieht, keine Aussparungen vorzunehmen und feste Bereiche zu lassen, empfiehlt es sich, mit dem Gießer Rücksprache zu halten, damit dieser am Modell prüft, wie dieser Bereich am besten beschickt wird und falls notwendig, die Konstruktionsänderung mit dem Konstrukteur bespricht, um das Padding zu schaffen, das eine korrekte Beschickung ermöglicht.

Das Anbringen von Proben, Augbolzen und sonstigen festen Teilen im Bearbeitungsbereich vermeiden. Diese Art von Elementen begünstigen das Auftreten von Defekten und verhindern das Anbringen von Kühlern.

8.    FALLSTUDIEN

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DIESE FORMEN ZEIGEN, WIE LÖCHER MIT KLEINEM DURCHMESSER UND SCHMALE VERJÜNGUNGEN AUS DER FORM ERZIELT WURDEN. DER GIESSER IST VERANTWORTLICH DAFÜR, IHRE KALZINIERUNG ZU VERHINDERN. DIE ABWESENHEIT VON LUNKERN IST GARANTIERT, SODASS MAN EIN FEHLERFREIES PRODUKT ERHÄLT.

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SACKLOCH MIT KLEINEM DURCHMESSER           NUTEN FÜR ZYLINDERGEHÄUSE

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FORM MIT VIER TIEFEN NUTEN FÜR ZYLINDERGEHÄUSE UND SACKLOCH IM INNERN FÜR DIE ZYLINDERFÜHRUNG

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IN VERSCHIEDENEN FORMEN DURCHGEFÜHRTER GUSS ZUR VERMEIDUNG MASSIVER BEREICHE. VON VIELEN WERKZEUGBAUERN VERWENDETE, ÜBLICHE UND RICHTIGE METHODE

Gelegentlich sind Ringe, Schlaufen und Augbolzen ungünstig auf den Arbeitsflächen angebracht. Dies erzeugt Hot Spots, die Lunker verursachen können und die Anbringung von Kühlern verhindern.

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Das gleiche Problem gibt es bei den Stützbolzen in der ersten Bearbeitungsphase oder bei Prüfstäben, die im Kopierbereich angebracht sind, weshalb wir empfehlen, die vorstehend erläuterten Kriterien anzuwenden.

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 Aus diesem Grund empfehlen wir, wenn immer möglich, diese Elemente auf nicht-funktionellen Oberflächen anzubringen, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Lunkern zu minimieren.

BEISPIELE FÜR ZYLINDERGEHÄUSE – RICHTIGE ART DER BESTIMMUNG DER ZYLINDER UND ANDERER AUSSPARUNGEN IM WERKSTÜCK.

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Der Kern hat zwei  Zapfenlöcher für das Zylindergehäuse, sowie Löcher mit Ø20 für den Durchgang des Hubzylinders.

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Die Form hat  Zylindergehäuse, sowie  Löcher für die Führungen des Hubzylinders.

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ZAPFENLOCH MIT BEARBEITUNGSZUGABE UND LOCH FÜR DEN  DURCHGANG DES HUBZYLINDERS

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Wir hoffen, dass die in diesem Handbuch zusammengestellte Information schlüssig ist und dazu beiträgt, das Auftreten von Lunkern zu verhindern. Für den Fall, dass die vorstehend angeführten Empfehlungen bei der Konstruktion oder in der Form nicht angewendet werden, ist es sehr schwer für uns,  sie nach dem Guss festzustellen, da wir nicht wissen, in welchem Bereich diese Art von Hohlräumen auftreten werden. Bei Nichtumsetzung dieser Empfehlungen werden sich auch in Zukunft Lunker bilden.

Bei weiteren Fragen oder für Zusatzerläuterungen können Sie sich gerne mit dem technischen Personal von Fumbarri in Verbindung setzen.

Durango, 24. September 2012

Gezeichnet:

Ignacio Martínez Del Agua

Qualitätslenker

Fundiciones Fumbarri-Durango