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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
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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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – WARUM? (2/3)
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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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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – WARUM? (3/3)
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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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*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.
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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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – GIEßZYKLUS (2/4)
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*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.
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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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – GIEßZYKLUS (3/4)
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*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.
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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DREI – PLATTEN – TECHNIK: TECHNOLOGIE, ANWENDUNG, POTENZIALE3PLT – GIEßZYKLUS (4/4)
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*Quelle: Brunnhuber / 1991; S. 270 ff.
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
14.Internationaler Deutscher Druckgusstag – 15. Januar 2014
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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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