Fallbeispiel: Wechsel von einer Raupenachse aus Stahl zu einer Raupenachse aus ADI

Raupenachse aus ADI für Mähdrescher

Bautechniken, Verwendungen und Vorteile einer Raupenachse für Mähdrescher aus Gusseisen ADI im Vergleich zu einer aus Stahl

Ein Fallbeispiel, das beschreibt, wie (und mit welchen Vorteilen) es möglich war, eine Raupenachse für Mähdrescher, die vorher aus Schmiedestahl gefertigt wurde, in eine Raupenachse aus Gusseisen ADI1050-6 umzuwandeln. Diese Achse hat eine sehr wichtige Aufgabe. Sie verbindet die beiden Raupenketten, rechts und links, an den Rahmen des Mähdreschers und trägt das Gewicht.

Industrielle Anwendungen der Raupenachse: Große Mähdrescher

Die Raupenachse wird für große Mähdrescher verwendet. Dieser Maschinentyp wird im Landwirtschaftssektor vor allem für den Einsatz auf sehr große Flächen eingesetzt.
Mähdrescher können mit einem klassischen Radsystem oder, wenn es notwendig ist und auf Basis der durchzuführenden Arbeit, mit einem Raupenkettensystem aus einer Gummiraupenkette, auf dem sich das Fahrzeug auch auf sehr nassem Boden (da der Boden weniger verdichtet wird), aber auch auf der Straße bewegen kann, ausgerüstet sein.

Gewonnene Vorteile und Nutzen mit einer Raupenachse aus ausferritischem ADI

-22% Gewicht

Die Lösung mit ADI1050-6 erlaubt das Gewicht des Fertigbauteils vom 90 kg auf 70 kg zu senken

Weniger Verbrauch für das Fahrzeug

Mit einer Gesamteinsparung von 40 kg pro Fahrzeug (20 Kg für jede Raupenachse) können wir eine erste Einsparung an Kraftstoff zum Bewegen des Fahrzeugs erhalten.

Materialverschwendung

Die Net-To-Shape-Herangehensweise erlaubt, ein Profil des Rohlings aus ADI, das dicht an dem des Fertigteils herankommt, zu erhalten, sodass weniger Abfall bei der mechanischen Bearbeitung produziert wird.

Weniger Kosten bei der mechanischen Bearbeitung

Das Net-To-Shape-Profil erlaubt also in seiner Gesamtheit, die Zahl der mechanischen Bearbeitungen zu mindern und damit auch die dazugehörenden Kosten.

Weniger Gesamtkosten

Die Lösung mit ADI kostet also am Ende weniger als die Lösung mit Stahl, beginnend bei der Fertigung des Rohlings bis zu den Kosten für das Fertigbauteil.

Die Gründe für den Wechsel von Stahl zu ADI bei der Raupenachse

Die Beweggründe des Kunden, einen Wechsel vom geschmiedeten Stahl zum Gusseisen ADI zu erwägen, waren mehrere. Zu den wichtigsten zählen sicherlich die Reduzierung des Gewichts und die Senkung der Herstellungskosten. Die Lösung aus vergütetem Schmiedestahl 42CrMo4V, hatte ihre Grenzen, die mit dem technischen Verfahren selbst verbunden waren (das Schmieden eines Stahlrohlings von 150 kg erfordert sehr starke und kostspielige Pressen) und das Erreichen dieser Ziele erschwerten, zusätzlich erforderte diese Technik eine große Menge an mechanischen Bearbeitungen, um die gewünschte Endform zu erhalten.

Ausgangslösung – Raupenachse aus geschmiedetem Stahl

Materiale
42CrMo4V + Bonificato (trafilato)
Rp0,2
650 MPa
Rm
900-1100 MPa
Fatigue limit σAG; PS50%
420 MPa

Dicke ≥ 100 mm (in Bezug auf die alte Dicke aus Stahl)

Auf Basis der Ziele des Kunden haben wir im Werk Zanardi Fonderie abgewägt, ob man den Stahl mit ausferritischem Gusseisen ADI ersetzen könnte, um dann die zu realisierende Geometrie festzulegen.

Endlösung – Raupenachse aus Gusseisen mit Kugelgraphit ADI1050-6

Materiale
ADI1050-6
Rp0,2
700 MPa
Rm
970 MPa
A5
3%
Fatigue limit σAG; PS50%
360 MPa

Werte pro Werkstück – Dicke 30-60 mm (in Bezug auf die neue Dicke aus ADI, aus der man den Probekörper erhält)

In der folgenden Graphik kann man den Vergleich zwischen Stahl 42Crmo4V + vergütet (gewalzt) und dem Gussgrad ADI1050-6 sehen. Die Graphik zeigt, dass das Gusseisen ADI1050-6 mit dem aktuellen Stahl vergleichbare, in einigen Fällen sogar bessere, Charakteristiken aufweist.

Nach der Gegenüberstellung der beiden Werkstoffe haben wir zusammen mit dem Kunden überlegt, wie man das Bauteil in einem Schmelzverfahren mit ausferritischem Gusseisen ADI1050 umgestalten kann, um alle Vorteile dieses Materials auszunutzen, nämlich:

  • Leichtigkeit: Dank einem spezifischen Gewicht von 10% unter dem von Stahl
  • Gestaltungsfreiheit: Die höhere „Gießbarkeit“ des Gusseisens bietet die Möglichkeit, komplexe Formen, die dicht an der Endform des Bauteils herankommen, zu erhalten
  • Möglichkeit, die neutrale Mittelachse, die nicht gestresst ist, durch die Verwendung eines Kerns aus Sand zu verwerfen; dadurch konnte beträchtlich viel Gewicht eingespart werden.

Auswahlkriterien

  • Zugfestigkeit
  • Ermüdung
  • Entlastung des Bauteils
  • Endkosten des Bauteils

Die Lösung aus ausferritischem Gusseisen ADI1050-6 hat erlaubt, das Bauteil in einer – Net-to-Shape – Sicht neuzugestalten, mit einem Profil des Rohlings, das sehr dicht an die Form des Fertiggussstücks herankommt, sodass auch die Phasen der mechanischen Bearbeitungen, um das erforderliche Außenprofil zu haben, reduziert werden konnten. Dank der größeren Gestaltungsfreiheit beim Schmelzen im Vergleich zum Schmiedeverfahren konnte das Innenloch durch den Einsatz eines Kerns bei Formen realisiert werden.

Dank der vergleichbaren mechanischen Charakteristiken, einem geringeren spezifischen Gewicht und einer korrigierten und verbesserten Geometrie konnte ein leistungsstarkes, leichteres und kostengünstigeres Bauteil gefertigt werden.

Bautechniken der Raupenachse: Gusseisen ADI und geschmiedeter Stahl im Vergleich

Das Stahlschmiedeverfahren könnte unter einem technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkt für mittelgroße-kleine Produktionsserien und für sehr schwere Einheiten nicht kostengünstig sein. Es ging darum, ein Bauteil von 150 kg zu schmieden und danach fast 40% des nicht notwendigen Materials in mechanischer Bearbeitung zu entfernen. Die Lösung mit ADI1050 hat hingegen erlaubt, auf einfachere Weise einen gegossenen Rohling zu erhalten, der sehr dicht an das Fertigbauteil herankommt.

Vergleichstabelle für beide Lösungen

Materiale
Tecnologia
Peso componente finale
S690QL
Soluzione precedente
42CrMo4V + Bonificato
Forgiatura
150 kg
90 kg
Soluzione in ADI
ADI1050-6
Fusione
90 kg
70 kg
Benefici
-
-
-45 %
-22 %

Fallbeispiel

Wahre Fälle, die von der Realisierung der Kundenprojekte erzählen