Design for Manufacturing FAQ

Haben Sie sich jemals gefragt, was es braucht, um Teile für den Druckgussprozess zu entwerfen? Wo ist der optimale Torstandort? Wie dünn dürfen die Wände sein? Welche Funktionen können hinzugefügt werden?

Der leitende Anwendungsingenieur von Dynacast, Max Gondek, hat einen Abschluss als Maschinenbauingenieur von Purdue und ist seit mehr als zehn Jahren in der Druckgussindustrie tätig. Im Folgenden finden Sie seine Antworten auf häufig gestellte Fragen zum Thema Design for Manufacturing:

Warum ist Design for Manufacturing (DFM) wichtig?

Max Gondek: Es ist wichtig, so früh wie möglich in der Designphase mit einem Dynacast-Ingenieur zusammenzuarbeiten, um Sie bei großen (und kritischen) Änderungen in die richtige Richtung zu lenken.

Bei DFM handelt es sich um relativ geringfügige Änderungen, die einen großen Einfluss auf die Teilequalität, die Standzeit und den Herstellungsprozess im Allgemeinen haben werden.

Max Gondek: Im Querschnitt des Gussteils unten zeigt die linke Ansicht eine große Vertiefung, die entfernt wurde. Dies ist eine Schnittansicht eines Metallsparers, der verwendet wird, um die Wand in dicken Abschnitten auszudünnen.

Auf der rechten Seite der Ansicht haben wir den Metallsparer drastisch reduziert. Normalerweise möchten Sie so viel Material wie möglich aus dem Gussteil entfernen, aber in diesem speziellen Beispiel würde das Entfernen von zu viel Material tatsächlich zu einem dünnwandigen Zustand an der Innenkante des Gussteils führen, was zu möglichen strömungsbedingten Problemen oder schlimmer noch zu einem Loch im Gussteil führt.

Was wir am Ende getan haben, ist, die Tiefe des Metallsparers wirklich zu reduzieren. sowie die Erhöhung der Wandstärke, um sie gleichmäßiger zu machen. Dadurch konnten wir die Gussqualität und den Materialfluss verbessern. Es hat auch unsere Standzeit verbessert und uns einige Bereiche gegeben, in denen wir einige Auswerferstiftpolster herstellen konnten, das sind diese kleinen Kreise.

Max Gondek: Im Querschnitt des Gussteils unten zeigt die linke Ansicht eine große Vertiefung, die entfernt wurde. Dies ist eine Schnittansicht eines Metallsparers, der verwendet wird, um die Wand in dicken Abschnitten auszudünnen.

Auf der rechten Seite der Ansicht haben wir den Metallsparer drastisch reduziert. Normalerweise möchten Sie so viel Material wie möglich aus dem Gussteil entfernen, aber in diesem speziellen Beispiel würde das Entfernen von zu viel Material tatsächlich zu einem dünnwandigen Zustand an der Innenkante des Gussteils führen, was zu möglichen strömungsbedingten Problemen oder schlimmer noch zu einem Loch im Gussteil führt.

Was wir am Ende getan haben, ist, die Tiefe des Metallsparers wirklich zu reduzieren. sowie die Erhöhung der Wandstärke, um sie gleichmäßiger zu machen. Dadurch konnten wir die Gussqualität und den Materialfluss verbessern. Es hat auch unsere Standzeit verbessert und uns einige Bereiche gegeben, in denen wir einige Auswerferstiftpolster herstellen konnten, das sind diese kleinen Kreise.

Haben Sie ein engagiertes Team, das Sie bei DFM unterstützt?

Max Gondek: Ja. Wir machen diese Dinge jeden Tag. Unsere täglichen Aufgaben sind DFM und die Analyse von Gussteilen für Kunden. Wir lieben es, früh einzusteigen und bei der Teilekonstruktion zusammenzuarbeiten.

Unser Team schaut sich jedes Design an und gibt je nach Legierung, Teilegröße, Qualitätsanforderungen usw. Empfehlungen, die für Sie am besten geeignet sind, sowie den Druckgussprozess. Wir nutzen eine Vielzahl von Fachkenntnissen in allen unseren Einrichtungen – wir haben ein facettenreiches Team, das immer zusammenarbeiten wird.

Einmal pro Woche treffen wir uns mit unseren technischen Managern, um die Entwürfe zu überprüfen, an denen wir arbeiten, um sie zu perfektionieren und auf eine Lösung hinzuarbeiten, die nicht nur für eine Anlage, sondern auch für Dynacast als Ganzes funktioniert. Außerdem verwenden wir Gießsimulationssoftware (MAGMA), um uns beim endgültigen Prozess zu unterstützen.

Wie hilft DFM, Schrumpfungsporosität zu vermeiden?

Max Gondek: Das erste, was wir tun, wenn wir ein Modell erhalten, das bewertet werden muss, ist, zu versuchen, es auszudünnen und das Gewicht zu reduzieren, während wir eine gleichmäßige Wandstärke beibehalten. Eine gleichmäßige Wandstärke ist im Druckguss sehr wichtig.

Beim Druckguss wird das Stahlwerkzeug mit geschmolzenem Material gefüllt – Aluminium, magnesium, zink" – mit hoher Geschwindigkeit. Und die Außenseite des Gussstücks verfestigt sich zuerst und arbeitet sich nach innen vor. Beim Erstarren schrumpft die Gusslegierung volumetrisch, so dass die Schrumpfungsporosität entsteht. Dies ist einer der Hauptfehler, die Sie beim Druckguss sehen werden. Im Wesentlichen bleibt das Teil mit kleinen Poren zurück, die einem Schwamm ähneln.

Um Porosität zu vermeiden, empfehlen wir (und dies ist ein sehr vereinfachtes Beispiel), Gewichtssparer oder Metallsparer hinzuzufügen, um so viel wie möglich von dieser Masse zu entfernen.

Das Endziel ist es, eine möglichst gleichmäßige Wandstärke zu erreichen, da dies ein gleichmäßiges Erstarrungsmuster ermöglicht, was wiederum die Schrumpfungsporosität so weit wie möglich verringert. In unserem Beispiel unten haben wir Material von der Oberseite des Teils und der Unterseite des Teils entfernt und der Extrusion an der Vorderseite einige Metallschoner hinzugefügt, um zu versuchen, sie ebenfalls auszudünnen.

Die Gewichtsreduzierung ist relativ einfach, hat aber enorme Auswirkungen auf die Teilequalität und wirkt sich wiederum auf die Produktion aus – wodurch die Zykluszeit drastisch verkürzt wird. Der Druckguss ist im Allgemeinen dadurch begrenzt, wie schnell Sie ein Teil herstellen können, indem Sie Material aus dem Gussteil entfernen, wodurch sich die Teile schneller verfestigen und zu mehr Schüssen pro Stunde führen und im Wesentlichen die Teilekosten gesenkt werden.

Wie wirkt sich die Zugschräge auf das Design von Teilen im Druckguss aus?

Max Gondek: Sobald die allgemeine Form des Teils fertig ist und es ein wenig ausgedünnt ist, ist der Entwurf der nächste entscheidende Punkt, den Sie hinzufügen müssen.

Die beste Analogie, die ich für den Entwurf habe, die immer weniger relevant wird, sind die Eiswürfelbehälter der alten Schule. Du gießt Wasser hinein, stellst es in den Gefrierschrank, wartest eine Weile, nimmst es heraus, und dann biegst du dich und zerknallst das Tablett, während du zusiehst, wie die Eiswürfel herausfallen. Wenn man diese Eiswürfel jedoch herausknackt, sind sie keine perfekten Quadrate. Die Eiswürfelschale hat konische Kanten oder Zugwunden in der Form, damit das Eis herauskommen kann.

Genau die gleiche Logik gilt für den Druckguss. Wenn Sie keinen Luftzug hatten und alle Ihre Wände senkrecht standen, würde der Guss am Werkzeug haften. Sie könnten das Teil nicht aus dem Werkzeug herausholen und weiterhin Gussteile herstellen.

Also haben wir unseren Teil verschlankt, wir haben die Schräge hinzugefügt, und jetzt müssen wir das Hinzufügen von Radien, Verrundungen und Rundungen bewerten.

Was sind die Vorteile von Verrundungen und Radien bei der Teilekonstruktion?

Max Gondek: Verrundungen und Radien brechen die scharfen Ecken des Druckgusses. Als Faustregel gilt, dass Sie bei einem Druckguss keine andere scharfe Ecke als die Trennebene (an der zwei Stücke Werkzeugstahl zusammenkommen) haben dürfen.

Aus Sicht des Gießens wird dies den Materialfluss verbessern und die Spannungskonzentrationen verringern. Wenn sich das Gussteil verfestigt, übt es tatsächlich Materialspannungen auf das Gussteil aus, so dass Rundungen und Verrundungen die Spannungskonzentration verringern und dazu beitragen, dass Ihre Gussteile nicht reißen – definitiv ein großes Plus! Mit diesen Funktionen wird auch die Standzeit verlängert.

Was ist, wenn mein Teil den Test immer wieder nicht besteht? Wie kann DFM helfen?

Max Gondek: Lassen Sie mich Ihnen einen häufigen Fehler erläutern, den die meisten Menschen bei der Konstruktion für den Druckguss machen. Stellen Sie sich vor, Sie unterziehen Ihr Teil einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) und scheitern, weil es die strukturellen Anforderungen nicht erfüllt. Eine Sache, die die meisten Leute versuchen, ist, sie dicker zu machen. Sie fügen mehr Masse hinzu und erhöhen wiederum die Radien und die Wandstärke. Dicker ist stärker, oder? Nein.

Das Beste, was du tun kannst, wenn du versuchst die Gussfestigkeit zu verbessern, ist, Rippen, Stege und ähnliche strukturelle Aspekte dieser Art hinzuzufügen.

Welche Funktion haben Auswerferstift-Naben?

Max Gondek: Also, wie ich bereits erwähnt habe, gibt es Zugluft, es hilft dabei, das Gussteil vom Werkzeug zu lösen, aber eines der Dinge, die das Gussteil tatsächlich abdrücken müssen, sind die sogenannten Auswerferstifte.

Das werden, wissen Sie, Stahlstifte im Werkzeugstahl sein, die das Gussteil tatsächlich betätigen und vom Werkzeug wegbewegen können. Sie schieben den Abguss also physisch ab, was es ermöglicht, ihn auszuwerfen, mit einem Roboter zu greifen und dann, wissen Sie, während der Nachbearbeitung zu verwenden. Einige Gussteile sind von Anfang an sehr gut konstruiert und brauchen nichts Ausgefallenes. Bei anderen Gussteilen muss jedoch möglicherweise eine spezielle Funktion nur für Auswerferstifte hinzugefügt werden.

Das Bild oben rechts kann vielleicht eine Art Auswerferstift zeigen, der an der Seite angebracht ist und es Ihnen ermöglicht, zu drücken. Im Allgemeinen möchten Sie auf die Oberseite einer Rippe drücken, nicht unbedingt auf den Boden einer Box. Wenn Sie etwas mit vielen Kühlkörperlamellen haben, werden wir oft auch Auswerferstift-Naben an diesen anbringen, wie Sie unten rechts sehen. Das wird uns also wieder einen Bereich geben, an dem wir uns abstoßen können, um den Guss vom Werkzeugstahl abzudrücken.

Welche Bedeutung haben Toleranzen im Druckgussprozess?

Max Gondek: Es ist wirklich entscheidend, dass man sein Design so früh wie möglich ausarbeitet. Vielleicht haben Sie ein schönes CAD-Modell. Es sieht toll aus. Es hat alle Entwürfe, Rundungen und Verrundungen, aber wir müssen sicherstellen, dass es auch die Toleranzanforderungen erfüllt.

Auf unserer Seite können wir bei der Konstruktion der Trennlinie, der Werkzeugkonfiguration, der Temperaturvariation und der Analyse helfen, aber es gibt eine Menge Arbeit, die auf der Seite der Teilegeometrie geleistet werden muss, die sich auf die Maßseite auswirkt, wie z. B. die lineare Schrumpfung. Sie müssen auch die Grenzen des Druckgusses verstehen.

Wenn Sie versuchen, die Bearbeitung zu reduzieren, ist Druckguss eine großartige Lösung, um die erforderlichen Toleranzen einzuhalten.

Welche Rolle spielt Material bei Design for Manufacturing?

Max Gondek: Das Material ist im DFM-Prozess genauso wichtig wie jeder der anderen zuvor genannten Schritte. Und die Materialwahl spielt eine große Rolle bei der Konstruktion Ihres Bauteils. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, ist der beste Ort, den ich Ihnen zeigen kann, unser Metallauswahlwerkzeug.  Ich kann dieses Tool sehr, sehr empfehlen. Es ermöglicht Ihnen, in Echtzeit zwischen Wärmeleitfähigkeit, Zugfestigkeiten, Gewichten, Dichten usw. umzuschalten. Sie können wirklich herausfinden, welche Legierung für Sie und Ihr Projekt am sinnvollsten ist.