Berechnung von Wärmeübergängen für thermo-mechanische Gießsimulationen

In Gießsimulationen von Sandguss führen die ungenau bekannten Randbedingungen der Wärmeübergänge zwischen unterschiedlichen Gießkomponenten wie Kokillen, Formstoffen, Kühlungen und insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Sandes zu unzureichenden Simulationsergebnissen. Eine durch experimentelle Messungen validierte gekoppelte thermo-mechanische Simulationsmethode der Wärmeübergänge und Wärmeleitfähigkeit mit ABAQUS wird in diesem Artikel vorgestellt und diskutiert.Ausgangslage
Die Entwicklung technologisch innovativer und wirtschaftlicher Grossgussbauteile über 10 t mit immer präziserer Formgebung, speziellen Werkstoffen und kürzeren Produktionszeiten verlangt die Weiterentwicklung von Gießprozessen und -technologien. Dies ist durch den Einsatz von Simulationswerkzeugen wie z. B. MAGMASoft oder ABAQUS möglich, da diese die Optimierungszyklen für die Auslegung von Kokillen und aktiven Kühlungselementen z. B. mit Luft gegenüber manueller Optimierung deutlich verkürzen.
Um die mehrtägige Abkühlzeit eines Großgussbauteils in einer Sandform durch passive und aktiv gekühlte Kokillen präzise vorherzusagen, ist eine genaue Kenntnis der Wärmeübergänge zwischen Kokille und Sand sowie der Kühlleistung von aktiven Kokillen notwendig. Hauptverantwortlich für die Dauer des Abkühlvorganges eines Gussteils sind die thermischen Widerstände, welche die Wärmeabfuhr vom Gussstück behindern. Den Hauptanteil des thermischen Widerstands machen die thermische Leitfähigkeit des Formsandes, sowie der Wärmeübergang zwischen dem Gussstück und dem Formsand aus. … 6 Seiten