ESI verbessert Simulation großer Schleuderguss-Titan-Teile

ESI Group, Anbieter von Lösungen im Bereich der virtuellen Prototypenerstellung für die Fertigungsindustrie, hat eine Studie veröffentlicht, deren Fokus auf der Prozessmodellierung des Schleudergussverfahrens für große Titan-Bauteile liegt. Die Ergebnisse der Studie sollen zur schnelleren Entwicklung kosteneffizienter Fertigungstechniken für Titan-Bauteile im luftfahrttechnischen Bereich beitragen.

Die erzielten Fortschritte steigern die Wettbewerbsfähigkeit Europas und Chinas in der Luftfahrt und stärken die strategische Kooperation beider Regionen. Die Studie wurde im Rahmen des sogenannten Colts-Projekts durchgeführt, einem Forschungsprojekt, das von der Europäischen Kommission gefördert wurde.

Der Schwerpunkt des Colts-Projekts lag auf der Untersuchung von Titanlegierungen aufgrund des hohen Potenzials für Gewichtseinsparungen von Bauteilen in Luft- und Raumfahrt (Rumpfstrukturen, Raumfahrzeug- und Flugzeugantriebe) sowie der daraus resultierenden Brennstoffeinsparung und Reduktion von Treibhausgasen.

Ole Köser, Leiter des ESI-Kompetenzzentrums für Gießtechnik und Metallurgie und Leiter des Colts-Teams, kommentiert: „Europäische Projekte sind ein signifikanter Bestandteil der ESI-Forschungsaktivitäten und ermöglichen eine bessere Unterstützung unserer Kunden beim Vorantreiben industrieller Innovationen.“

Die kostengünstigste Methode zur Herstellung solcher Titan-Bauteile ist die Verwendung der sogenannten Skull-Melting-Technik (SMT), bei der die Temperatur der Schmelze lediglich 40°C über dem Schmelzpunkt liegt. Die relativ niedrige Temperatur der Schmelze erfordert eine Fertigung im Schleuderguss- oder in einem anspruchsvollen Kokillengussverfahren.

Die Projektpartner wählten Procast – eine Software von ESI zur Gießsimulation, um den Einsatz von Schleudergussverfahren zu unterstützen. Sie eignet sich auch für die Simulation dünnwandiger Titan-Strukturen.

Zur effektiven Projektunterstützung musste die Gießsimulation die frühzeitige Vorhersage potenzieller Probleme ermöglichen, wie beispielsweise füllungsbezogene Defekte wie Einschlüsse, Auslauffehler, Gasporosität oder Porositätsbildung während der Erstarrung sowie Verformungen während der anschließenden Abkühlung. Dabei sollte der Einfluss der einzelnen Prozessparameter (einschließlich Füllzeit, Fülltemperatur, Vorheiztemperatur der Gussform und Rotationsgeschwindigkeit) problemlos bewertet werden können.

ESI hat im Zuge des Projektes den Leistungsumfang der Simulationssoftware ProCAST signifikant erweitert. So wurde der Strömungssolver verbessert, um komplexe turbulente Strömungen berechnen zu können, ebenso wird der Einfluss der Fliehkraftrichtung bei der Porositätsbildung berücksichtigt.

„Die durch das Colts-Projekt erweiterten Funktionalitäten von Procast werden im industriellen Umfeld von unschätzbarem Wert sein, um kosteneffiziente Fertigungsprozesse für im Schleudergussverfahren hergestellte Titan-Bauteile einzurichten. Hersteller, welche die Software nutzen, werden eine beachtliche Menge an Zeit und Geld gewinnen und gleichzeitig zur Fertigung qualitativ besserer Teile für Luftfahrt-Anwendungen in Europa und China beitragen.“ sagt Rui Yang, Direktor des Institutes für Metallforschung in China, der ebenfalls am Colts-Projekt beteiligt war.