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Integrative Simulation zur mechanischen Spritzgießwerkzeugauslegung am Beispiel des Entformungsvorgangs und des Umspritzens von Einlegeteilen

39,50€ inkl. MwSt.

    Autor: Erler, Ivo
    ISBN: 978-3-95886-101-5
    Auflage: 1
    Seiten: 194
    Einband: Paperback
    Reihe: IKV
    Band: 266

Zum Inhalt

Spritzgießwerkzeuge müssen u. a. sehr hohen Schließkräften, Kavitätsinnendrücken und thermischenSpannungen standhalten. Gleichzeitig müssen sie aber auch sehr hohen Anforderungen hinsichtlich derBauteilqualität und der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses gerecht werden. Bereits kleinsteVerformungen des Werkzeugs können am fertigen Bauteil zu Maßungenauigkeiten führen und sind beiheutigen Qualitätsvorgaben nicht mehr tolerierbar. Ebenso kann beim Entformen eine Überbeanspruchungdes Formteils zu einer Zerstörung führen. Werden Einlegeteile beim Umspritzen mit thermoplastischerSchmelze zu stark belastet, ist die sichere Funktionserfüllung des Endproduktes nicht mehr sichergestellt.Mit der Tendenz zu geometrisch und funktionell anspruchsvolleren Kunststoffbauteilen steigtauch der Bedarf an neuen Auslegungsmethoden, um der zunehmenden Komplexität in der Werkzeug- undProduktentwicklung zu begegnen.Die numerischen Simulationsmethoden leisten bereits einen wichtigen Beitrag bei der thermischen undrheologischen Auslegung des Spritzgießprozesses mittels der Spritzgießsimulation und der mechanischenBauteilauslegung mittels der Struktursimulation. Die Kopplung beider Programmpakete zu einer geschlossenenSimulationskette hat das Potenzial die Genauigkeit der mechanischen Werkzeugauslegungdeutlich zu verbessern. Daher werden in dieser Arbeit zwei integrative Berechnungsmethoden vorgestellt,die die genauere Auslegung des Entformungssystems und die Simulation der Einlegeteilbeanspruchungbeim Umspritzen ermöglichen.Zur Simulation der Entformung werden zunächst die prozessbedingten Bauteilspannungen und die lokalenTemperaturen des Formteils mit der Spritzgießsimulation berechnet. Über eine kommerzielle Schnittstellewerden die Ergebnisse an ein Modell zur Strukturanalyse der Entformung als Anfangsbedingungenaufgegeben und die Beanspruchungen bei der Entformung berechnet. Die prozessnahe Validierung derSimulationsergebnisse erfolgt auf einer Spritzgießmaschine, indem über einen Kraftmesssensor das zumEntformen notwendige Kraftsignal ausgegeben und mit den Berechnungen verglichen wird.Im Vergleich weisen die Simulationsergebnisse aller Prozesseinstellungen eine hohe Genauigkeit auf. Dazuträgt insbesondere die Verwendung prozessnah gemessener Reibungskoeffi zienten bei, die im Simulationsmodellzur Kontaktbeschreibung hinterlegt werden. Abweichungen zwischen der Simulation und denMessungen resultieren aus Werkzeug-Klemmkräften, die im Berechnungsmodell nicht abgebildet werden.Zur Berechnung der Einlegeteilverformung werden die thermischen und mechanischen Belastungendurch die einströmende Schmelze mittels der Spritzgießsimulation ermittelt und anschließend über eineneu entwickelte Schnittstelle an die Struktursimulation zur Vorhersage der resultierenden Verformungenund Einlegeteilbeanspruchung übergeben. Aufgrund der sich zeitlich ändernden Belastungen erfolgt derDatenaustausch automatisiert zu vordefi nierten Zeitpunkten während der Kavitätsfüllung. Außerdemwird eine Rückkopplung der berechneten Verformung über die Schnittstelle an die Spritzgießsimulationvorgenommen. Durch die Neuberechnung der Elementdicke lassen sich auf diese Weise Verformungendes Einlegeteils im nächsten Füll-Zeitschritt berücksichtigen.Die prozessnahe Validierung der Simulationsergebnisse erfolgt auf einem Spritzgießwerkzeug mit einemSichtglas-Einsatz. Dadurch lässt sich mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera der Umströmprozessaufnehmen und anschließend auswerten. Die Ergebnisse weisen auch bei der zweiten Berechnungsmethodeeine sehr hohe Genauigkeit nach, wenn die Verformungsberechnung auf Grundlage der lokalenTemperaturen, Druck- und Schubspannungen erfolgt. Insbesondere die Schubspannungen dominierenderdabei bei allen Untersuchungen die Gesamtverformung zu teilweise über 60 %.

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