Volumendefizite in Gussbauteilen nach BDG P 203 analysieren
Kein Gussmaterial ist völlig frei von Gasporen, Schwindungslunkern oder Einschlüssen. Aufgabe der QS ist es, diese Volumendefizite (Ungänzen) zu erfassen und zu analysieren. Der Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG) hat für die Durchführung der Analysen entsprechende Richtlinien herausgegeben, wie speziell für NE-Metalle (Aluminium, Magnesium, Zink) die Richtlinie P 203.
Bild 1: Mit der erweiterten Porositäts-/Einschlussanalyse von VGstudio Max hat der Anwender die Möglichkeit, Porositätsanalysen nach funktionalen Aspekten durchzuführen. So kann er wichtige ROI frei definieren und individuelle Porositätsschlüssel nach der BDG-Richtline P 203 darauf anwenden. (Bild: Volume Graphics GmbH)
Die CT ist die effektivste Technologie, um Diskontinuitäten in Gussbauteilen aufzuspüren und zu kategorisieren, und dies zerstörungsfrei. Den Anwendern der CT-Analysesoftware VGstudio Max von Volume Graphics steht dafür schon seit vielen Jahren das Modul Porositätsanalyse zur Verfügung. Eine erweiterte Porositäts-/Einschlussanalyse bildet daneben auch die Auswertungsmöglichkeiten nach den BDG-Richtlinien P 202 und P 203 für NE-Gussbauteile ab. Als die P 202 formuliert wurde, war es noch üblich, die Werkstücke zu zersägen und Schliffbilder anzufertigen. Analog dazu erlaubt es die Analysesoftware, beliebige virtuelle Schnitte durch ein Bauteil zu legen und mit 3D-Informationen im Hintergrund die klassischen 2D-Auswertungen durchzuführen. Die neue P 203 setzt dagegen vollumfänglich auf den 3D-Informationsgehalt der CT-Modelle und wird den bisherigen Aufwand bei den 2D-Auswertungen deutlich reduzieren oder sogar ersetzen. Mit dem aktuellen Release 3.4.5 von VGstudio Max wurden die wichtigsten Methoden der neuen Richtlinie umgesetzt. Entsprechend sind richtlinienkonforme Auswertungen auf dem neuesten Stand möglich.
Eingabe der Porositätsschlüssel nach BDG P 203
Die Tolerierung der Volumendefizite erfolgt mit Hilfe von Porositätsschlüsseln. Damit sind Aneinanderreihungen der Toleranzen unterschiedlicher Merkmale gemeint wie z.B. das maximale Porenvolumen, der Porendurchmesser oder die Sphärizität. Der Schlüssel PROI7 / Øp5 / Gap1,2 / 0,55 / UØaq0,5 bedeutet beispielsweise: Der Porenvolumenanteil eines definierten Teilbereiches im Gussstück darf max. 7% betragen, der zulässige Porendurchmesser einer Einzelpore max. 5mm und der Mindestabstand zweier Poren muss 1,2mm betragen. Die Sphärizität der Einzelporen muss mindestens 0,55 betragen. Unberücksichtigt bleiben Einzelporen mit einem Äquivalenzdurchmesser 0,5mm. „Da sich je nach Anforderung teilweise komplexe Porositätsschlüssel ergeben, unterstützt unsere CT-Software den Nutzer durch ein vordefiniertes und einfach zu bedienendes Schlüssel-Eingabefeld“, erklärt Dr. Sören Schüller, Product Manager Reconstruction bei Volume Graphics. „Wir erhöhen dadurch die Bedienerfreundlichkeit und minimieren die Gefahr von Eingabefehlern.“
Bild 2: Das Porositätsanalyse-Modul von VGstudio Max erlaubt es, die CAD-Fertigteildaten eines Gussstückes über das CT-Modell zu legen. (Bild: Volume Graphics GmbH)
Flexibles Handling mit ROIs
Volume Graphics hatte bei der Implementierung der P 203 grundsätzlich zwei Herangehensweisen im Auge: Die erste ist der klassische Weg. Dieser besteht darin, die globale, über das gesamte Gussstück verteilte Volumenporosität zu detektieren. Der Fokus richtet sich also auf die allgemeine Verteilung der Diskontinuitäten. Der Nutzer erhält Informationen wie etwa das Porenvolumen insgesamt, die Lage der größten Pore oder des größten Poren-Hotspots, ob vorwiegend Gasporen oder Lunker vorkommen usw. Die zweite Herangehensweise stellt funktionale Aspekte in den Vordergrund. Die Leitfrage lautet: Welche und wie viele Ungänzen treten an den besonders beanspruchten Stellen im Bauteil auf? „Eine wichtige Neuerung unserer Software ist die Anwendung beliebiger Porositätsschlüssel auf einzelne, mit der Definition von ROIs frei wählbare Regionen. Der Nutzer kann damit sehr flexibel den in einer technischen Zeichnung definierten Merkmalen folgen. Eine funktional kritische Region im Gussstück kann er z.B. mit einem enger tolerierten Porositätsschlüssel untersuchen als andere Regionen“, so Andreas Harborth, Product Manager Casting bei Volume Graphics.
Doch die Flexibilität geht noch weiter. Während die BDG-Richtlinie die Oberfläche eines Gussrohteils als Grenzlinie betrachtet, kann VGstudio Max darüber hinaus auch die zu bearbeitenden Konturen einbeziehen. Dafür lassen sich die CAD-Fertigteildaten hinzuladen und über das CT-Modell legen. Bevor das Gussstück auf die Werkzeugmaschine gelangt, wird ersichtlich, ob ein Bohr- oder Fräswerkzeug Volumendefizite anschneidet. Typische Beispiele sind durch Poren oder Schwindungslunker geschwächte Gewindeflanken oder Vertiefungen in Dichtflächen. Beides können entsprechende Ausschusskriterien sein. Andreas Harborth betont: „Werden NIO-Gussrohteile schon in der Gießerei erkannt, lassen sich umgehend Gießprozessoptimierungen einleiten und ungeplante Kosten in den Folgeprozessen vermeiden.“
Ein weiteres Feature der CT-Analysesoftware VGstudio Max ist die Exportoption für die Statistik-Lösungen von Q-DAS. Ob sich die Porenanzahl im gesamten Gussstück oder in einer definierten Region stetig vergrößert, oder ob Erstarrungslunker gegenüber Gasporen die Oberhand gewinnen, wird jetzt über statistische Funktionen nachvollziehbar. „Wir möchten mit dem Export-Feature für die Q-DAS-Statistik-Software dem Anwender eine Basis bieten, mit der er seinen gesamten Herstellungsprozess, etwa im Rahmen eines Industrie-4.0-Szenarios, vollautomatisch steuern und optimieren kann“, fasst Sören Schüller zusammen.
