Für den Zylinderkopf ist das Schwerkraftgießen ein etabliertes Gießverfahren. Jedoch gehen die Gießereien in der Ausführung des Schwerkraftgusses unterschiedlich vor. Durch die mannigfaltigen Anschnittsysteme und die sich dadurch ergebenden Vor- bzw. Nachteile bei der Herstellung entstehen Unterschiede bei Qualität und Kosten. Ziel dieser Arbeit ist es, Standards und Vereinheitlichungen während der Produktentstehung eines Zylinderkopfes zu etablieren, um eine gleichbleibende Qualität der Zylinderköpfe in den Gießereien zu gewährleisten. Dazu sind vielfältige Ansatzpunkte zu verfolgen. Eine Möglichkeit ist die geometrische Beurteilung des Zylinderkopfs, wie z.B. Wandstärken, Speisungswege und die Außengeometrien. Die nach Lastenheftvorgaben zu erfüllenden Eigenschaften spielen gleichermaßen eine Rolle und haben Einfluss auf die Wahl des Gießverfahrens. Mit Hilfe von speziellen Entscheidungsmethoden ist eine Vorauswahl für ein Gießverfahren möglich. Des Weiteren werden mittels experimentellen Untersuchungen die Entscheidungen gestützt. Die Gießsimulation ist als zusätzliches Auslegungswerkzeug einzusetzen. Hierbei sind Gussfehler im Bauteil zu lokalisieren und zu vermeiden. Unzureichende Speisungswege oder zu geringe Wandstärken durch komplizierte Kerngeometrien sind zu ermitteln. Des Weiteren sind Vorhersagen zu Dendritenarmabständen und Materialausnutzung (Speiserdimensionierung) möglich, die direkt mit der Wahl des Gießverfahrens zusammenhängen. Die Verzahnung von Geometrie- und Metallurgiefaktoren führt idealerweise zur Definition von Standardisierungsaspekten zur Auswahl der Gießtechnologie bei der Zylinderkopfentwicklung. Durch eine parallele Produkt- und Prozessentwicklung ist eine Verkürzung des Produktentstehungsprozesses erreichbar.

Additive manufacturing can bring several advantages in tooling applications especially hot working tooling as high pressure die casting. Printing of conformal cooling channels can lead to improved cooling and faster solidification, which, in turn, can possibly result in better quality of the cast part. However, few studies on advantages of additive manufactured tools in high pressure die casting are published.The aim of this study was to investigate and quantify the effect of conformal cooling on microstructure and mechanical properties of high pressure die cast aluminum alloy. Two tools each consisting of two die inserts were produced with and without conformal channels using additive manufacturing. Both tools were used in die casting of aluminum alloy. Aluminum specimens were then characterized microstructurally in light optical microscope for secondary arm spacing measurements and subjected to tensile and hardness testing. Cooling behavior of different inserts was studied with a thermal camera and by monitoring the temperature change of cooling oil during casting. Surface roughness of die inserts was measured with profilometer before and after casting.Thermal imaging of temperature as a function of time and temperature change of oil during casting cycle indicated that conformal insert had faster cooling and lower temperature compared to conventional insert. However, thermal imaging of temperature after each shot in a certain point of time showed higher maximum and minimum temperature on conformal die surface but no significant difference in normalized temperature gradient compared to the conventional insert.The average secondary dendrite arm spacing values were fairly similar for samples from conventional and conformal inserts, while more specimens from conventional insert demonstrated coarser structure. Slower cooling in conventional insert could result in the coarser secondary dendrite arm spacing.Tensile strength and hardness testing revealed no significant difference in mechanical properties of the specimens cast in conventional and conformal die inserts. However, reduced deviations in hardness was observed for samples cast with conformal insert. This is in agreement with secondary dendrite arm spacing measurements indicating improved cooling with conformal insert.Surface roughness measurement showed small wear of the inserts. More castings are needed to observe a possible difference in wear between the conventional and conformal inserts.Small observed differences in cooling rate and secondary arm spacing did not result in evident difference in mechanical properties of the aluminum alloy but the variation in properties were reduced for samples cast with conformal cooling. Future work may include more accurate measurement of cooling behavior with a thermocouple printed into the die insert, casting of thicker specimen for porosity evaluation and fatigue testing and longer casting series to evaluate the influence of conformal cooling on tool wear.