DE102004038139A1 - Control of moulding in a moulding tool comprises calculating the conditions for at least one point in the tool using a one dimensional calculational process - Google Patents

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DE102004038139A1
DE102004038139A1 DE200410038139 DE102004038139A DE102004038139A1 DE 102004038139 A1 DE102004038139 A1 DE 102004038139A1 DE 200410038139 DE200410038139 DE 200410038139 DE 102004038139 A DE102004038139 A DE 102004038139A DE 102004038139 A1 DE102004038139 A1 DE 102004038139A1
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Erich Dr. Blümcke
Uwe Kahlstorf
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Abstract

A process for managing the moulding in a moulding tool, comprises (2,3) calculating the conditions for at least one point in the tool. The calculation is carried out using a one dimensional calculation process. The input values are determined randomly, and target values are then determined. At least two target values are obtained.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen von Gießläufen, insbesondere betrifft die Erfindung ein Auslegungsverfahren unter Verwendung eines Berechnungsverfahrens.The The present invention relates to a method for laying runners, in particular The invention relates to a design method using a calculation method.

Bei der Herstellung von Gussbauteilen, beispielsweise für die Kraftfahrzeugindustrie, werden Werkzeuge verwendet, die einen Gießlauf umfassen, über den die Bauteilformen mit dem Bauteilmaterial, insbesondere Metall, gefüllt werden können. Es kommen hier sowohl Gieß-Verfahren zum Einsatz, die zum Füllen des Bauteils die Schwerkraft ausnutzen, als auch Verfahren, bei denen das Füllen unter Druck erfolgt. Für eine gute Qualität des gegossenen Bauteils ist unter anderem ein ausreichendes und gleichmäßiges Füllen der Form des Bauteils in dem Werkzeug von Bedeutung. Um ein gleichmäßiges Füllen dieser Form gewährleisten zu können muss hierbei in Abhängigkeit der Geometrie der Bauteilform ein geeignetes Anschnittkonzept beziehungsweise Angusskonzept ermittelt werden, wobei die Geometrie der Kanäle des Gießlaufs und deren Anströmung zu berücksichtigen sind.at the manufacture of cast components, for example for the motor vehicle industry, are used tools that include a casting over which the component forms with the component material, in particular metal, filled can be. Here come both casting process used for filling The component of the gravity exploit, as well as process, at which the filling under pressure. For a good quality of the cast component is, inter alia, a sufficient and even filling the Shape of the component in the tool of importance. To evenly fill this Ensure shape to be able to must be dependent on this the geometry of the component form a suitable bleed concept or Gating concept can be determined, taking the geometry of the channels of the casting run and their flow to take into account are.

Die Werkzeuge zur Herstellung von Gussbauteilen werden heutzutage im wesentlichen empirisch ausgelegt, wobei teilweise Rechenverfahren zur Überprüfung des gewählten Konzepts eingesetzt werden, in denen in dreidimensionaler Weise die Formfüllung und Erstarrung simuliert werden können.The Tools for the production of cast components are nowadays in the Essentially designed empirically, with partial computational methods for verifying the selected Concept can be used in which in a three-dimensional way the mold filling and solidification can be simulated.

Der Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, dass Probleme an dem Bauteil oder bei der Fertigung, die eine Änderung des Werkzeugs notwendig machen, erst zu einem relativ späten Zeitpunkt im Herstellungsverfahren erkannt werden können. Selbst bei der oben genannten Verwendung eines dreidimensionalen Rechenverfahrens wird ein Datensatz, der die Werkzeugform beschreibt, beispielsweise ein CAD-Datensatz, benötigt, um ein Rechenmodell erstellen zu können. Wird die Geometrie des Werkzeugs nach der Erstellung des Datensatzes geändert, so muss dieser in aufwändiger Weise angepasst oder ein neuer Datensatz erstellt werden. Die Ergebnisse der Simulation kommen daher bei dieser Vorgehensweise so spät, dass eine Änderung eines gewählten Angusskonzeptes nicht mehr möglich ist. Liegen keine Berechnungsergebnisse vor, werden Probleme beim erstmaligen Einsatz des Werkzeugs, in aller Regel kurz vor dem Serienlauf, offenkundig. Müssen zu diesem Zeitpunkt Änderungen an dem Werkzeug durchgeführt werden, sind diese kostenintensiv und führen zu einer zeitlichen Verzögerung der Produktion.Of the Disadvantage of this procedure is that problems with the component or in the manufacturing, which make a change of the tool necessary, only to a relatively late Time can be detected in the manufacturing process. Even in the above-mentioned use of a three-dimensional calculation method becomes a record describing the tool shape, for example a CAD record, needed, to create a calculation model. Will the geometry of the tool changed after the creation of the record, so this must be laborious adjusted or a new record is created. The results The simulation is therefore so late in this approach that a change a chosen one Sprue concept no longer possible is. If there are no calculation results, problems with the first use of the tool, usually shortly before the series run, obvious. Have to changes at this time performed on the tool These are costly and lead to a delay in production.

Sollen darüber hinaus Änderungen am Bauteil durchgeführt werden, um dieses beispielsweise bezüglich dessen Funktionalität hin zu optimieren, so können diese zu dem späten Zeitpunkt nur sehr schwer eingebracht werden, da diese sowohl eine Änderung der Form für das Bauteil in dem Werkzeug, als auch gegebenenfalls eine entsprechende Anpassung des Gießlaufs für diese Form notwendig machen. Somit ist die Optimierung des Bauteils auf seine Herstellbarkeit hin nur schwer zu verwirklichen. Insbesondere die Abstimmung zwischen der Funktionalität, das heißt der Erfüllung von Anforderungen während des Gebrauchs des Bauteils, und der Herstellbarkeit des Bauteils ist hierbei nicht möglich.Should about that addition changes performed on the component for example, in terms of its functionality optimize, so can this to the late It will be very difficult to introduce them as they are both a change the form for the component in the tool, and optionally a corresponding one Adjustment of the casting run for this Make shape necessary. Thus, the optimization of the component is on Its manufacturability is difficult to achieve. Especially the coordination between the functionality, that is the fulfillment of requirements during the Use of the component, and the manufacturability of the component is not possible here.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist es daher, ein Auslegungsverfahren für Gießläufe zur Herstellung von Gussbauteilen zu schaffen, bei dem zu einem frühen Zeitpunkt in der Herstellung und Konstruktion des Gusswerkzeugs der Gießlauf optimiert werden kann.The The object underlying the present invention is therefore to a method of interpretation for Runs for Manufacture of cast components to create, at an early stage optimized in the manufacture and construction of the casting tool of the casting can be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Auslegen eines Gießlaufs eines Werkzeugs zur Herstellung von Gussbauteilen gelöst, wobei das Verfahren zumindest den Schritt der Berechnung von Zustandswerten für zumindest eine Stelle in dem Werkzeug aus Eingangswerten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung mittels eines eindimensionalen Berechnungsverfahrens erfolgt.The The object is achieved by a Method for laying out a casting run of a tool for Manufacture of cast components solved, the method at least the step of calculating state values for at least one location in the tool comprising input values, characterized that the calculation by means of a one-dimensional calculation method he follows.

Durch die Verwendung eines eindimensionalen Berechnungsverfahrens wird es möglich, bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Auslegung von Werkzeugen für ein Gussbauteil den Gießlauf, der für dieses Bauteil zu verwenden ist, optimal auszulegen. Dieser Vorteil wird dadurch erzielt, dass in dem eindimensionalen Berechnungsverfahren lediglich einfache Angaben, wie Geometriegrößen und grundsätzliche Topologie-Angaben, ausreichend sind, um Zustandsgrößen zu berechnen. Bei einer dreidimensionalen Berechnung sind die exakten Geometrien notwendige Eingangsgrößen. Diese sind aber zum Beginn der Auslegung des Werkzeugs in der Regel nicht bekannt bzw. müssen gegebenenfalls zur Anpassung des Bauteils geändert werden. Angaben bezüglich der groben Auslegung des Bauteils, wie beispielsweise Symmetrien, sind hingegen auch in dem frühen Stadium bekannt und müssen in der Regel bei der detaillierten Auslegung des Bauteils nicht geändert werden. Da das erfindungsgemäße Verfahren durch Einsatz eines eindimensionalen Berechnungsverfahrens bereits aus diesen Angaben zuverlässige Zustandswerte ermitteln kann, ist die Auslegung der Gießläufe zu diesem Zeitpunkt möglich.By the use of a one-dimensional calculation method becomes it is possible already at a very early age Time in the design of tools for a cast component the run, the for this Component is to use, optimally designed. This advantage will achieved in that in the one-dimensional calculation method only simple information, such as geometry sizes and basic Topology information sufficient to calculate state variables. For a three-dimensional calculation, the exact geometries are necessary input variables. These are but usually not known at the beginning of the design of the tool or have to if necessary, be changed to adapt the component. Information regarding the coarse design of the component, such as symmetries, are but also in the early days Stadium known and must usually not in the detailed design of the component changed become. Since the inventive method by Use of a one-dimensional calculation method already off these data reliable state values can determine the design of the casting runs is possible at this time.

Als Gieslauf wird im Sinne dieser Erfindung insbesondere die Passage für das schmelzflüssige Gießmaterial, insbesondere Metall, die den Zulauf, z.B. eine zentrale Kammer, mit dem Formhohlraum der Druckgussform, insbesondere mit dem Anschnitt, verbindet, bezeichnet.As casting in the context of this invention, in particular the passage for the molten Casting material, in particular metal, which connects the inlet, for example a central chamber, with the mold cavity of the die-casting mold, in particular with the gate.

Das Berechnungsverfahren, das erfindungsgemäß vorzugsweise verwendet wird, stellt ein Simulationsverfahren dar, das aufgrund eines Modells arbeitet, bei dem Eingangswerte als zu variierende Parameter hinterlegt sind. Insbesondere ist das Modell nach strömungstechnischen Aspekten ausgelegt, Eine kommerziell erhältliche Software, mit der dieses Berechnungsverfahren durchgeführt werden kann, ist das Produkt Flowmaster®, das in der Regel für Berechnungen von Strömungsberechnungen verwendet wird.The calculation method which is preferably used according to the invention represents a simulation method which operates on the basis of a model in which input values are stored as parameters to be varied. In particular, the model is designed according to flow technical aspects, a commercially available software, with this calculation method can be carried out, the product flow Master ®, which is usually used for calculations of flow calculations.

Die Zustandswerte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden, können beispielsweise Werte bezüglich einzelner Stellen in dem Gießlauf, beispielsweise an Verzweigungen, sein. Es können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch Zustandswerte, die sich auf den gesamten Gießlauf oder aber auf die Form des Bauteils in dem Werkzeug beziehen, ermittelt werden.The State values which are determined by the method according to the invention can for example, values individual places in the run, for example, at branches, be. It can with the inventive method but also state values that affect the entire watering run or but refer to the shape of the component in the tool determined become.

Als Eingangswerte für das Berechnungsverfahren können im Sinne der Erfindung einfache Geometriegrößen, wie die Länge und der Querschnitt einzelner Kanäle des Gießlaufs und eine prinzipielle Topologie des Anschnittskonzepts verwendet werden. Hierbei sind vom Benutzer des Verfahrens oder von einem anderen System sowohl die Größen als auch Werte-Bereiche, innerhalb derer die Werte für die einzelnen Größen variieren können, anzugeben. Die vom Benutzer eingegebenen Werte werden im folgenden auch als Eingabewerte bezeichnet.When Input values for the calculation method can Within the meaning of the invention, simple geometry quantities, such as the length and the cross section of individual channels of the casting run and uses a principal topology of the bleed concept become. Here are the user of the method or a other system both the sizes as also value ranges, within which the values for the individual sizes vary can, specify. The values entered by the user are as follows also referred to as input values.

Um das Ergebnis des Berechnungsverfahrens zu verbessern ohne die Berechungsdauer oder den Aufwand für den Benutzer zu erhöhen, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die Eingangswerte aufgrund eines Zufallsauswahlverfahrens ermittelt. Die Eingangswerte werden hierzu aus Eingabewerten ausgewählt, die vom Benutzer eingegeben oder durch ein anderes System bereit gestellt wurden. Durch Eingabe dieser Eingabewerte wird eine Vielzahl von möglichen Kombinationen der Werte für unterschiedliche Eingabegrößen geschaffen. Aus dieser Vielzahl an Kombinationen kann mittels einer Zufallsauswahl, insbesondere nach dem Zufallszahlenprinzip, eine Anzahl von Werte-Paaren der als Eingangswerte für das Berechnungsverfahren zu verwendenden Werte gebildet werden. Diese Parameterpaarungen können jeweils zur Simulation unterschiedlicher Situationen verwendet werden. Die Paarungen, die mehr als zwei Eingangswerte umfassen, können in einer Tabelle oder Matrix abgelegt werden, auf die das Programm, das die Simulation beziehungsweise die Berechnung durchführt, zugreifen wird. Durch diese Flexibilität kann wird es möglich, eine große Anzahl von Einzelsimulationen durchzuführen, bei denen jeweils unterschiedliche Kombinationen von Parametern angewendet werden Können.Around to improve the result of the calculation process without the calculation period or the effort for to increase the user be in the inventive method preferably the input values based on a random selection method determined. The input values are selected for this purpose from input values that entered by the user or provided by another system were. By inputting these input values, a plurality of potential Combinations of values for created different input sizes. From this variety of combinations, by means of a random selection, especially according to the random number principle, a number of value pairs as input values for the calculation method to be used values to be formed. These parameter pairings can each used to simulate different situations. The pairings, which include more than two input values, may be in a table or matrix to which the program, which performs the simulation or the calculation, access becomes. Through this flexibility can will it be possible a big Number of individual simulations, each with different Combinations of parameters can be applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise einen, dem eindimensionalen Berechnungsverfahren nachgeschalteten Schritt der Ermittlung von Zielwerten aus den in dem Berechnungsverfahren ermittelten Zustandswerten. Die Zielwerte stellen vorzugsweise eine Zusammenfassung einzelner Zustandswerte dar. So kann beispielsweise der Zeitpunkt des Eintritts des Gießmaterials in den Anschnittquerschnitt als Zustandswert für einzelne Anschnittsquerschnitte der Form des Bauteils in dem Werkzeug verwendet werden und ein daraus ermittelter Zielwert die zeitliche Abweichung der einzelnen Zustandswerte voneinander darstellen.The inventive method preferably comprises one, the one-dimensional calculation method subsequent step of determining target values from the in state values determined using the calculation method. Set the target values preferably a summary of individual state values For example, the time of entry of the casting material in the gate cross section as state value for individual gate cross sections the shape of the component can be used in the tool and one from it determined target value, the temporal deviation of the individual state values represent each other.

Die Zusammenfassung der Zustandswerte erfolgt erfindungsgemäß anhand vorgegebener Zielgrößen. Diese Zielgrößen werden insbesondere nach strömungsmechanischen beziehungsweise thermodynamischen Ansätzen abgeleitet. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zielgrößen vorzugsweise vorgegeben und während der Auslegung eines Angusssystems nicht verändert. Es liegt allerdings im Rahmen der Erfindung nach Abschluss eines Auslegungsverfahrens neue Zielgrößen, die für eine andere Anwendung bestimmt wurden, zu verwenden.The Summary of the state values according to the invention is based on predetermined target values. These Goals are especially after fluid mechanics or derived thermodynamic approaches. For the implementation of the inventive method the target sizes preferably given and during the design of a gating system not changed. It lies however in the context of the invention after completion of a design process new Goals that for one other application were intended to use.

Bevorzugt werden mindestens zwei Zielgrößen und besonders bevorzugt mindestens zehn Zielgrößen definiert, zu denen aus den Zustandswerten jeweils Zielwerte ermittelt werden. Durch die Berücksichtigung von mehr als einer Zielgröße kann das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert werden.Prefers be at least two outcomes and particularly preferably defines at least ten target variables to which Target values are respectively determined for the state values. By the consideration of more than one target size the result of the method according to the invention be improved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise nach der Ermittlung der Werte für die Zielgrößen die Abhängigkeit der Zielwerte von den Eingangsgrößen und deren Werten ermittelt. Dies erfolgt durch einen so genannten Sensitivitätsanalyseschritt. In diesem Schritt wird die Änderung eines Zielwerts in Abhängigkeit der Änderung einer Eingangsgröße überprüft. Diese Überprüfung erfolgt anhand der mittels des Berechnungsverfahrens berechneten Zustandswerte, die anschließend zu Zielwerten zusammengefasst wurden. Diese können in einer Tabelle zusammen mit den Eingangswerten abgelegt sein. Bei der Sensitivitätsanalyse wird vorzugsweise die Abhängigkeit der Änderung aller Zielwerte von den Werten eines Eingangswerts überprüft. Aufgrund dieses Ergebnisses kann eine Optimierung der Zielwerte erfolgen, wobei diese Optimierung in der Regel in einem Kompromiss besteht, da die Abhängigkeit einer Eingangsgröße zu einer ersten Zielgröße gegenläufig zu der Abhängigkeit derselben Eingangsgröße zu einer anderen Zielgröße sein kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch die Variation des Eingangswerts und der Überprüfung der damit erhaltenen Zielwerte ein Abgleich vorgenommen werden, der zu einer möglichst guten Annäherung aller Zielwerte an deren optimale Werte führt. Da die Eingangswerte beispielsweise in Tabellen festgehalten sind und die Simulationsergebnisse durch das Berechnungsverfahren für unterschiedliche Eingangswerte ermittelt wurde, ist es für die Sensitivitätsanalyse nicht notwendig, erneute Berechnungen beziehungsweise Simulationen durchführen zu müssen. Vielmehr kann der Einfluss einer Eingangsgrößen auf einzelne Zielwert aus den gegebenen Werten entnommen werden.In the method according to the invention, the dependence of the target values on the input variables and their values is preferably determined after the determination of the values for the target variables. This is done by a so-called sensitivity analysis step. In this step, the change of a target value is checked depending on the change of an input quantity. This check is made on the basis of the calculation of the calculated state values, which were then combined into target values. These can be stored in a table together with the input values. In the sensitivity analysis, the dependence of the change of all target values on the values of an input value is preferably checked. Due to this result, an optimization of the target values can take place, whereby this optimization usually consists in a compromise, since the dependence of an input quantity on a first target quantity ge can be inverse to the dependence of the same input to another target size. By means of the method according to the invention, a comparison can be made by varying the input value and checking the target values thus obtained, which leads to the best possible approximation of all target values to their optimum values. Since the input values are recorded in tables, for example, and the simulation results were determined by the calculation method for different input values, it is not necessary for the sensitivity analysis to carry out new calculations or simulations. Rather, the influence of an input variable on individual target value can be taken from the given values.

Vorzugsweise werden nacheinander oder gleichzeitig alle Eingangswerte bezüglich deren Einfluss auf alle Zielwerte untersucht.Preferably be successively or simultaneously all input values with respect to their Influence on all target values examined.

Diese Optimierung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, da in einer relativ geringen Zeit eine verhältnismäßig hohe Anzahl an Simulationen durchgeführt werden kann, deren Ergebnisse die Abhängigkeit der einzelnen Eingangsgrößen auf einzelne Zielgrößen zuverlässig wiedergeben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise 100 bis 500 Einzelsimulationen durchgeführt werden, deren Ergebnisse dann als Basis für die Optimierung dienen können.These Optimization is possible in the method according to the invention, since in a relatively short time a relatively high number of simulations carried out whose results show the dependence of the individual input variables on reliably reproduce individual target values. With the method according to the invention can for example, 100 to 500 individual simulations are performed, whose results can then serve as the basis for the optimization.

Die Eingabegrößen, die von dem Benutzer für das jeweils auszulegende Werkzeug und für die jeweils Wertebereiche anzugeben sind, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise Angaben bezüglich der Geometrie des Gießlaufs sein. Insbesondere können Angaben zur Topologie des Angusssystems, wie beispielsweise eine vorhandene Symmetrie und die Anzahl der Verzweigungen, die Länge der einzelnen Gießkanäle und deren Querschnitt als Eingabegrößen verwendet werden. Diese dienen nach der Auswahl und der Bildung von Wertepaaren für das Berechnungsverfahren als Eingangsgrößen. Somit erfolgt die eindimensionale Berechnung auf der Basis einfacher Geometriegrößen, wie Abmessungen der Kanäle des Gießlaufs und einer prinzipiellen Topologie des Anschnittskonzepts. Diese einfachen Angaben reichen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Simulation des Fortschreitens der Schmelzfront in den Kanälen des Gießlaufs aus, da hierbei beispielsweise strömungstechnische Aspekte bereits in dem Modell, das für die eindimensionale Berechnung verwendet wird, berücksichtigt sind. Insbesondere kann eine Auflösung der Bauteilgeometrie, die bei einer dreidimensionalen Simulation notwendig ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfallen.The Input sizes that by the user for the tool to be designed and the respective value ranges can be specified in the method according to the invention For example, information regarding the geometry of the run. In particular, you can Information on the topology of the gating system, such as a existing symmetry and the number of branches, the length of the individual sprues and their Cross section used as input sizes become. These are used after the selection and the formation of value pairs for the Calculation method as input variables. Thus, the one-dimensional Calculation on the basis of simple geometry sizes, such as dimensions of the channels of the run and a basic topology of the gating concept. This simple Information is sufficient in the method according to the invention for simulation the progress of the melt front in the channels of the casting, since this example aerodynamic aspects already in the model that for the one-dimensional calculation is used. In particular, a resolution can the geometry of the component, which is the result of a three-dimensional simulation is necessary, omitted in the process according to the invention.

Die Zielgrößen werden erfindungsgemäß so gewählt, dass diese sowohl strömungstechnischen als auch thermodynamischen Ansätzen Rechnung tragen können. Die Zielgrößen sind vorzugsweise nicht auf die Geometrie des Gießlaufs des Werkzeugs beschränkt, sondern berücksichtigen auch Angaben bezüglich des herzustellenden Bauteils, wobei diese Angaben relativ allgemein gehalten werden können. Beispielsweise kann das Gewicht des herzustellenden Bauteils bei einer Zielgröße Berücksichtigung finden. Auch die Zeit zum Füllen der Form für das Bauteil in dem Werkzeug kann in einer Zielgröße wiedergegeben werden.The Goals are According to the invention chosen so that these both fluidic as also thermodynamic approaches Can take account. The goals are preferably not limited to the geometry of the run of the tool, but consider also information regarding of the component to be produced, this information being relatively general can be kept. For example, the weight of the component to be manufactured at a target size consideration Find. Also the time to fill the form for that Component in the tool can be rendered in a target size.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die folgenden Zielgrößen für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet:

  • • die Synchronisation der Füllung einzelner Anschnittquerschnitte;
  • • das Gewicht des Gießlaufs in Relation zu dem Bauteilgewicht;
  • • das Volumen- zu Oberflächenverhältnis des Gießlaufs;
  • • die Druckverluste über die Anschnittquerschnitte;
  • • die Druckverluste über den Verzweigungen im Gießlauf;
  • • die Zeit, die benötigt wird, das Bauteil zu füllen;
  • • die Grenzwerte für die maximal so wie minimal auftretenden Geschwindigkeiten im Gießlauf während des Füllvorgangs;
  • • die Abweichung der Aufteilung der über die einzelnen Anschnittquerschnitte in das Bauteil einzubringenden Volumenströme von Vorgabewerten.
In a preferred embodiment, the following target variables are used for the method according to the invention:
  • • the synchronization of the filling of individual gate cross sections;
  • • the weight of the run in relation to the weight of the component;
  • • the volume to surface ratio of the run;
  • • the pressure losses over the gate cross sections;
  • • the pressure losses across the branches in the run;
  • • the time it takes to fill the component;
  • • the limit values for the maximum and minimum speeds in the run during the filling process;
  • • the deviation of the distribution of the volume flows of standard values to be introduced into the component via the individual gate cross-sections.

Mit diesen Zielgrößen kann ein optimales Gießsystem beschrieben werden. Unter Annahme bestimmter Ideal- oder Optimalwerte, die während der Auslegung des Gießlaufs angestrebt werden, kann dieser somit optimiert werden.With these goals can an optimal casting system to be discribed. Assuming certain ideal or optimal values, during the Design of the casting run can be sought, this can thus be optimized.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, bereits auf der Basis einer groben Dimensionierung des zu erstellenden Werkzeugs einen auf Zielwerte hin optimierten Gießlauf zu ermitteln.With the method according to the invention is it thus possible already on the basis of a rough dimensioning of the to be created Tool to a target value optimized towards watering determine.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass im wesentlichen handelsübliche Systeme für das Ausführen des Verfahrens verwendet werden können. Diese handelsüblichen Systeme können beispielsweise die aus der Fluidstromsimulation bekannten Systeme Flowmaster® für den eindimensionalen Berechungsschritt und das System STORM für die Zufallsauswahl und Sensitivitätsanalyse sein.Another advantage of the present invention is that substantially commercial systems can be used to carry out the process. These commercial systems can, for example, known from the fluid flow systems Simulation Flow Master ® for the one-dimensional Berechungsschritt and be the system STORM for the random selection, and sensitivity analysis.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu dienen, Angusskonzepte, die in sich bereits optimiert sind, gegenüber zu stellen, um das beste Konzept herausfinden zu können.The inventive method can also serve sprue concepts that are already optimized in itself are opposite to find out the best concept.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.The inventive method is below with reference to an embodiment with reference explained on the figures.

1 zeigt ein schematisches Fußdiagramm, das den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; 1 shows a schematic foot chart showing the sequence of an embodiment of the method according to the invention;

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Rechenmodells für das erfindungsgemäß verwendete Berechnungsverfahren; und 2 shows a schematic representation of a calculation model for the calculation method used in the invention; and

3 zeigt eine schematische Darstellung einiger Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a schematic representation of some results of the method according to the invention.

Typische Angussysteme eines Druckgussbauteils weisen in der Regel eine zentrale Kammer auf. Von dieser wird die Schmelze über den Gießlauf in das Bauteil geführt. Die Schmelze wird im Gießlauf auf mehrere Kanäle verteilt, die an verschiedenen Positionen im Bauteil münden. Es gilt, die Kanäle des Gießlaufs geeignet auszulegen, um eine optimale Füllung des Bauteils zu erreichen.typical Gating systems of a die-cast component generally have a central one Chamber up. From this, the melt is fed through the casting into the component. The Melt is in the run on several channels distributed, which open at different positions in the component. It applies, the channels of the casting run designed to be suitable for optimum filling of the component.

Ein für diesen Zweck erfindungsgemäß verwendetes 1-D Rechenmodell ist in 2 schematisch dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform wird dieses Modell für das Programm Flowmaster® verwendet. Die wesentlichen Komponenten des Gießlaufs sind in dem Rechenmodell erfasst.A 1-D calculation model used according to the invention for this purpose is in 2 shown schematically. In the illustrated embodiment, this model is used for the program Flowmaster ®. The essential components of the casting run are recorded in the calculation model.

Wie sich aus 1 entnehmen lässt, werden vom Benutzer Eingabewerte durch Angabe der für Eingabegrößen zulässigen Werte-Bereiche eingegeben. Aus dieser Vielzahl von Werten werden erfindungsgemäß Wertepaare gebildet, wobei diese für jede Eingangsgröße einen Wert umfassen. So kann beispielsweise ein Wert für die Länge eines Kanals mit dessen Querschnitt in einem Wertepaar zusammengefasst werden.As it turned out 1 The user enters input values by specifying the value ranges allowed for input variables. From this multiplicity of values, value pairs are formed according to the invention, wherein these include a value for each input variable. For example, a value for the length of a channel can be summarized with its cross section in a value pair.

Die so erzeugten Wertepaare werden in eine Tabelle eingetragen, aus der in einem folgenden Verfahrensschritt die Eingangswerte entnommen werden.The value pairs generated in this way are entered in a table taken in a subsequent process step, the input values become.

Die Auswahl der für das Berechnungsverfahren zu verwendenden Wertepaare erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise auf der Basis eines Zufallszahlenprinzips. Mit den so ausgewählten Wertepaaren wird jeweils eine Einzelsimulation, das heißt eindimensionale Berechnung und Auswertung durchgeführt. Die einzelnen Teile der Geometrie des Gießlaufs werden in dem Rechenmodell beispielsweise bezüglich deren Länge und dem Querschnitt durch die Auswahl unterschiedlicher Wertepaare systematisch variiert. Zudem kann auch das sogenannte Schussprofil variiert werden. Bei diesem Ansatz ist das Auflösen des Bauteils selber nicht notwendig.The Selection of for the calculation method to be used value pairs is carried out according to the invention preferably based on a random number principle. With the pairs of values selected in this way each a single simulation, that is one-dimensional calculation and evaluation performed. The individual parts of the geometry of the casting run are in the calculation model for example their length and the cross section through the selection of different value pairs varies systematically. In addition, the so-called weft profile can also be varied. In this approach, the dissolution of the component itself is not necessary.

Als Ergebnis dieser Simulation erhält man beispielsweise den Zeitpunkt, zu dem die Schmelze aus dem Gießlauf in das Bauteil eintritt. Es wird angestrebt, die Füllzeitpunkte der einzelnen Anschnittquerschnitte zu synchronisieren, um ein ideal ausgebildetes Bauteil zu erhalten. Daraus ergibt sich als ein Zielwert, den es zu minimieren gilt, die Abweichung der Zeitpunkte, zu denen die Schmelze das Bauteil über die unterschiedlichen Kanäle erreicht. Der Wert für diese Zielgröße wird für die unterschiedlichen Simulationen durch Zusammenfassen der Ergebnisse der Simulationen für die einzelnen Anschnittquerschnitte ermittelt.When Result of this simulation receives For example, the time at which the melt from the run in the component enters. It is aimed at filling times of each To synchronize gate cross sections to an ideally designed Get component. It turns out to be a target that it To minimize, the deviation of the dates to which the Melt the component over the different channels reached. The value for this target size will for the different simulations by summarizing the results of the Simulations for the individual gate cross sections are determined.

In einer Sensitivitätsanalyse wird überprüft, welche Eingangsgrößen einen Einfluss auf die Zielgröße, beispielsweise die Synchronisation der Eintrittszeitpunkte der Schmelze in die Form des Bauteils, besitzen und wie groß dieser Einfluss ist. In der 3 ist das Ergebnis einer solchen Sensitivitätsanalyse schematisch dargestellt, wobei hier nur der Einfluss einer Eingangsgröße auf vier von zehn insgesamt zu berücksichtigenden Zielgrößen gezeigt ist. Mittels der Analyse kann somit beispielsweise festgestellt werden, welcher Geometrieparameter den größten Einfluss auf einen Zielwert aufweist.In a sensitivity analysis, it is checked which input variables have an influence on the target variable, for example the synchronization of the entry times of the melt into the shape of the component, and how large this influence is. In the 3 the result of such a sensitivity analysis is shown schematically, wherein here only the influence of an input variable on four out of ten total target sizes to be considered is shown. By means of the analysis it is thus possible to determine, for example, which geometry parameter has the greatest influence on a target value.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in Kenntnis dieser Abhängigkeit ein optimaler Gießlauf ausgelegt werden, da auch das Verhältnis der einzelnen Zielgrößen zueinander berücksichtigt werden kann, die teilweise konträr verlaufen können. In der 3 ist dies wiedergegeben durch die Angabe dreier Zielwerte auf den Achsen des Koordinatensystems und der vierten Zielgröße als Punktgröße. Das absolute Optimum für die vier Zielgrößen befindet sich hierbei bei kleinen Werten der Zielwerte Ziel 2, Ziel 6 (dargestellt als Punktgröße) und Ziel 7, sowie bei großen Werten des Zielwerts Ziel 1. Die Farbinformation der Punktewolke kennzeichnet den Wert der Eingangsgröße, die variiert wurde. Es ist offensichtlich, dass nicht alle Zielwerte gleichzeitig optimiert werden können. Allerdings bietet das erfindungsgemäße Verfahren durch die zur Verfügung stehenden Ergebnisse einer großen Anzahl von Einzelsimulationen eine ideale Basis um die Zielgrößen gegebenenfalls nacheinander alle optimieren zu können. Die Erfassung dieser komplexen Zusammenhänge auf der Basis einiger weniger experimenteller Befunde wäre nicht möglich.With the method according to the invention, knowing this dependency, an optimal runner can be designed, since the ratio of the individual target variables to one another can also be taken into account, which can be partially contrary. In the 3 This is represented by the specification of three target values on the axes of the coordinate system and the fourth target size as a point size. The absolute optimum for the four target values is here for small values of the target values target 2, target 6 (shown as point size) and target 7, as well as for large values of the target value target 1. The color information of the point cloud indicates the value of the input variable which varies has been. It is obvious that not all target values can be optimized at the same time. However, the method according to the invention offers an ideal basis for optimally optimizing the target variables in succession, as a result of the available results of a large number of individual simulations. It would not be possible to record these complex relationships on the basis of a few experimental findings.

Insgesamt werden vorzugsweise 10 Zielwerte definiert. Aus den insgesamt durchgeführten Einzelsimulationen wird dann ein Optimum ausgewählt, das den angegebenen Zielwerten am nächsten kommt. Mit dieser Vorgabe kann ein Werkzeug konstruiert werden, das ideal ausgelegt ist.All in all Preferably 10 target values are defined. From the total individual simulations then an optimum is selected that the closest to specified target values. With this specification, a tool can be constructed that is ideal is designed.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit die Möglichkeit statt mittels einer aufwendigen dreidimensionalen Simulation eine Vielzahl an eindimensionalen Simulationen durchführen zu können, aus denen sich Abhängigkeiten und Einflüsse von Eingangsgrößen auf Zielgrößen und die Abhängigkeit der Zielgrößen untereinander bestimmen lassen und so eine Auslegung des Gießlaufs eines Druckgusswerkzeugs auf einfache und zuverlässige Weise erlauben.The inventive method thus offers the possibility instead of using a complex three-dimensional simulation one To be able to carry out a large number of one-dimensional simulations that make dependencies and influences of input variables Target sizes and the dependence the target sizes with each other let determine and so a design of the casting run of a die-casting tool on simple and reliable Allow way.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen im wesentlichen darin, dass es möglich wird, in einer sehr frühen Entwicklungsphase unterschiedliche Werkzeugkonzepte zu beurteilen und wesentliche Auslegungsparameter des Werkzeugs zu optimieren. Hiermit wird die Anzahl von zeit- und kostenintensiven Änderungsschleifvorgängen verringert.The Advantages of the method according to the invention Essentially, it is possible to do so at a very early stage of development to judge different tool concepts and essentials To optimize the design parameters of the tool. This will be the Reduced number of time and cost intensive change loops.

Zudem ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die simultane Optimierung von Bauteilen hinsichtlich der Herstellbarkeit und Funktionalität, da die hierzu notwendigen Informationen bereits in der Konstruktionsphase des Bauteils vorliegen.moreover allows the application of the method according to the invention the simultaneous optimization of components in terms of manufacturability and functionality since the information necessary for this already in the construction phase of the component.

Claims (7)

Verfahren zum Auslegen eines Gießlaufs eines Werkzeugs zur Herstellung von Gussbauteilen, wobei das Verfahren zumindest den Schritt der Berechnung von Zustandswerten für zumindest eine Stelle in dem Werkzeug aus Eingangswerten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung mittels eines eindimensionalen Berechnungsverfahrens erfolgt.Method for laying out a casting run of a tool for producing cast components, the method comprising at least the step of calculating state values for at least one point in the tool from input values, characterized in that the calculation is carried out by means of a one-dimensional calculation method. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswerte aufgrund eines Zufallsauswahlverfahrens ermittelt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the input values are determined based on a random selection method become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem eindimensionalen Berechnungsverfahren ermittelten Zustandswerte einem weiteren Verarbeitungsschritt zugeführt werden, in dem aus den Zustandswerten Zielwerte ermittelt werden.Method according to one of claims 1 or 2, characterized that determined in the one-dimensional calculation method State values are fed to a further processing step, in which target values are determined from the state values. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zielwerte ermittelt werden und diese miteinander verarbeitet, insbesondere gegeneinander abgeglichen werden, um eine optimale Kombination der Zielwerte zu erhalten.Method according to claim 3, characterized that at least two target values are determined and these with each other processed, in particular, to be balanced against each other, for optimal To get combination of target values. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Sensitivitätsanalyseschritt umfasst, in dem eine Änderung der Zielwerte in Abhängigkeit einer Änderung der Eingangswerte überprüft wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that this one sensitivity analysis step in which a change in the Target values in dependence a change the input values is checked. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabegrößen Angaben bezüglich der Geometrie des Gießlaufs darstellen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the input sizes are indications in terms of represent the geometry of the casting run. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielgrößen Angaben bezüglich des Gießlaufs und/oder bezüglich der Form des Bauteils in dem Werkzeug beinhaltet.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the target sizes information in terms of of the casting run and / or re the shape of the component in the tool includes.
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