Vergleich zwischen Niederdruck- und Schwerkraft-Sandguss für einen dünnwandigen Aluminiumrotor aus der Legierung A356

Ein Verdichter-Rotor aus Aluminium A356 wurde mit zwei unterschiedlichen Formfüllverfahren im Sandguss hergestellt: Niederdruckguss und Schwerkraftguss. Das Gussteil hat eine begrenzte Größe (170 mm Durchmesser, 1,2 kg) und eine sehr komplizierte Form, sodass es sich besonders gut für den 3D-Formendruck eignet. Die Herstellung dieses Teils unter Verwendung des herkömmlichen Modell-Kernkasten-Prozesses umfasste die Montage von 12 Kernen innerhalb der Form; hierbei waren sehr enge Maßtoleranzen erforderlich, da die Rotorblätter nur 2 mm dick sind. Folglich wurden die Niederdruck-Gussformen auf dem ExOne M-Flex-Drucker im Centre de Métallurgie du Québec (CMQ) hergestellt, während die Schwerkraft-Gussformen auf dem Voxeljet
VX1000-Drucker bei Lycée Hector Guimard produziert wurden. Eine Anzahl von Rotoren wurde gemäß jedem Verfahren für unterschiedliche Gießtemperaturen und Füllzeiten (nur für Niederdruck) gegossen, um die Formfüllungsfähigkeit des Niederdruckprozesses mit dem Schwerkraftverfahren zu vergleichen. Ein Kriterium zur Vorhersage von Auslauffehlern ergab sich aus der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics - CFD) -Modellierung der Formhohlraumfüllung; dieses Kriterium gilt sowohl für Niederdruck- als auch für Schwerkraftguss.

Comparing Low-Pressure and Gravity Sand Casting
of a Thin-Bladed Aluminum A356 Rotor
An aluminum A356 compressor rotor was sand cast with two different cavity-filling methods: low-pressure and gravity. The casting is limited in size (170 mm diameter, 1.2 kg) and very intricate in shape thus lending itself particularly well to 3D mold printing. Producing this part using the traditional pattern-core box route involved mounting 12 cores inside the mold while very stringent dimensional tolerances were required, as the rotor blades are only 2 mm thick. Consequently, the low-pressure molds were produced on the ExOne M-Flex printer at the Centre de Métallurgie du Québec (CMQ) while the gravity poured molds were produced on the Voxeljet VX1000 printer at Lycée Hector Guimard. A number of rotors were cast according to each technique for different pouring temperature and filling times (for low pressure only) so as to compare the filling capability of the low-pressure process versus gravity. A criterion to predict misruns was obtained from computational fluid dynamics (CFD) modeling of the mold cavity filling, criterion which applies both in low pressure and gravity.

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