Gießsimulationen

Gießsimulation bezeichnet die computergestützte Vorhersage des Gießprozesses, insbesondere der Formfüllung, der Erstarrung und der resultierenden Bauteilqualität. Ziel ist es, Fehlstellen wie Lunker, Poren, Verzug oder Kaltläufe frühzeitig zu identifizieren und das Bauteil- oder Formdesign entsprechend zu optimieren.

Zur Modellierung werden numerische Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) oder die Finite-Volumen-Methode (FVM) eingesetzt. Modelle erfassen Strömung, Wärmeleitung und Kristallisationskinetik; oft kommen Enthalpie-Methode oder weitere Phasenwechsel-Modelle hinzu. Wichtige Eingaben sind Werkstoffdaten, Temperatur- und Prozessparameter, Gießform-Geometrie sowie Randbedingungen.

Anwendungsfelder liegen in Gießereien, der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie in Haushalts- und Maschinenbaukomponenten. Gießsimulation dient der Optimierung von Speisungssystemen, Gate- und Risereinrichtungen, Kavitätenfüllung und Abkühlraten. Ergebnisse liefern Druck- und Temperaturverläufe, Füllzeiten, potenzielle Lunker- oder Porenbereiche sowie Verzugsvorhersagen.

Vorteile sind die Reduktion von Ausschuss, kürzere Entwicklungszeiten und geringerer Materialverbrauch durch konstruktive Optimierung. Grenzen ergeben sich aus der Abhängigkeit von exakten Materialdaten, Annahmen bei Turbulenzmodellen und dem Rechenaufwand, besonders bei komplexen Legierungen oder mehrphasigen Prozessen. Eine Validierung gegen Messdaten bleibt essenziell.

Der typische Arbeitsablauf umfasst die Geometrie- und Materialdaten, Netzbildung, Festlegung der Randbedingungen, Durchführung der Simulation, Auswertung der Ergebnisse und iterative Designanpassungen bis zur Prozessstabilität.