Simulation des Spritzgießens

Merkmale

Bei der Spritzgussanalyse handelt es sich um die Analyse des Füllverhaltens von Harz, das von einer Spritzgussmaschine in eine Form gespritzt wird.
Es handelt sich um eine gängige Analyse für Kunststoffprodukte im Produktdesign und bei der Konstruktion von Formenspezifikationen. Mit ihr lassen sich Fließmuster, Harzdruckverteilung, Harztemperaturverteilung, Stellen der Schweißnahtentstehung usw. vorhersagen. Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse lässt sich vorhersagen, ob ein Formen möglich ist oder nicht, und es können bei der Herstellung von Formen Voruntersuchungen durchgeführt werden.

Abb. 1 Vorteile/Nachteile der Spritzgussanalyse

● Informationen zur Datenerfassung für die Spritzgussanalyse erhalten Sie hier.

Details zur Spritzgussanalyse

Bei der Spritzgussanalyse sind Füll- und Packanalyse sowie Verzugsanalyse wichtige Simulationen im Spritzgussprozess.

Abfüll- und Packanalyse

Bei der Füll- und Packanalyse handelt es sich um eine Analyse, die simuliert, wie das Harz in die Form fließt (Füllvorgang) und wie die nachfolgende Packphase abläuft (Anwenden von Haltedruck, um das Schrumpfen des Harzes zu unterdrücken). Im Einzelnen konzentriert sie sich auf die folgenden Punkte:

Füllanalyse: Dabei wird simuliert, wie das Harz eingespritzt wird und den Hohlraum in der Form füllt (der Raum, der die Form des geformten Produkts bestimmt). Es wird bestimmt, ob ein Formen möglich ist oder nicht und welche optimalen Formbedingungen auf der Grundlage von Harzfluss, Fließgeschwindigkeit, Temperaturverteilung, Druckverteilung usw. gelten.
Nachfüllanalyse: Nach Abschluss des Füllvorgangs wird der Vorgang des Anwendens von Nachfülldruck zum Ausgleich der Abkühlung und Schrumpfung des Harzes simuliert. Achten Sie auf Einfallstellen, Hohlräume und kurze Spritzer.
Kühlanalyse: Simuliert das Kühlverhalten innerhalb der Form aufgrund von Wärmeleitung und Wärmeübertragung. Berechnet die Oberflächentemperatur der Form und die Temperaturverteilung des Harzes und berücksichtigt das Layout des Kühlkreislaufs und die Temperatur des Kühlmittels. Kann mit einer Füll- und Packanalyse gekoppelt werden.

Abb. 2 Beispiel für den Druck bei V/P-Umschaltung

Verzugsanalyse

Zusätzlich zur oben erwähnten Füll- und Packanalyse analysiert die Verzugsanalyse den Verzug, der während des Abkühlvorgangs des geformten Produkts auftritt. Sie simuliert den Verzug und die Verformung, die aufgrund ungleichmäßiger Schrumpfung auftreten, wenn das Harz nach dem Spritzgießen abkühlt und verfestigt.

Verformungsanalyse: Prognostiziert Schrumpfung und Verformung von Formprodukten nach dem Lösen aus der Form basierend auf den Ergebnissen der Füll-, Verdichtungs- und Abkühlungsanalyse. Die Ursachen für Verformungen können in drei Faktoren eingeteilt werden: Abkühlungsunterschied, Schrumpfungsunterschied und Orientierungsunterschied. Sobald die Ursache identifiziert ist, können Lösungen wie das Ändern der Angussposition oder der Formbedingungen in Betracht gezogen werden.

Fallstudien-1

Optimierung der Angussposition

Eine Ölwanne eines Autoteils wurde modelliert und die Angussposition optimiert, um die Verformung des Flansches zu verringern. Harz floss entlang des Flansches, um die Faserausrichtung zu erhöhen und die Steifigkeit zu verbessern. Ein Vergleich der aus der Analyse ermittelten Verformung mit der tatsächlichen Verformung zeigte eine gute Übereinstimmung.

Weitere Einzelheiten entnehmen Sie bitte der CAE-Fallstudie „Genauigkeitsvalidierung der Verzugsanalyse“.

Beispiel einer Ölwannen-Spritzgussanalyse — Abb. 4 Validierung der optimalen Angussposition und Genauigkeit der Verzugsvorhersage

Fallstudien-2

Überprüfung der Vorhersagegenauigkeit von „Warping“ und „Glasfaserorientierung“

Die Vorhersagegenauigkeit von Verzug und Glasfaserausrichtung wurde anhand eines Modells (Abb. 3) überprüft, das das Heckteil eines Autoteils nachbildet. Bei dieser Überprüfung wurde LEONA™ 14G35 (PA66, GF35%) verwendet. Die tatsächlichen Formbedingungen sind in Abb. 4 dargestellt. Diese Bedingungen wurden auch in die Spritzgussanalyse einbezogen.
Durch die Einbeziehung der tatsächlichen Formbedingungen in die Analyse kann eine bessere Analyse durchgeführt werden.

Verwendetes Modell — Abb. 5 Verwendetes Heckträgermodell

Genauigkeitsvalidierung des Verzugs

Die Verformung wurde anhand der Verschiebung in Z-Achsenrichtung an Messpositionen am Produkt ausgewertet. Wie in Abbildung 5 (links) dargestellt, wurden 20 Messpositionen an der Außenrippe festgelegt und die zum Festlegen der Referenzebene erforderlichen Ankerpunkte an den Nummern 6, 13 und 19 gesetzt. Die Ergebnisse des tatsächlichen Produkts wurden mit einem dreidimensionalen Messgerät gemessen. Für die Analyseergebnisse wurde die Verschiebungsausgabe in Z-Richtung von Autodesk Moldflow zum Vergleich herangezogen, wie in Abbildung 5 (rechts) dargestellt.

Messposition (links) und Ausgabeergebnis der Verschiebung in Z-Richtung (rechts) — Abb. 7 Messpunkte (links) und Ausgabeergebnis der Verschiebung in Z-Richtung (rechts)

Abb. 6 zeigt die Versuchsergebnisse und die Analyseergebnisse zusammen. Die Verschiebungsmenge stimmt gut überein, was darauf hindeutet, dass die Analyse in der Lage war, den tatsächlichen Verzug vorherzusagen.

Abb. 8 Vergleich zwischen experimentellen und analytischen Ergebnissen

Genauigkeitsvalidierung der Glasfaserausrichtung

Bei faserverstärkten Harzen mit Glasfasern, wie dem in dieser Überprüfung verwendeten Material, kann die Faserausrichtung einen erheblichen Einfluss auf die Produktleistung haben, und es ist wichtig, diese Ausrichtung zu berücksichtigen. Um Informationen zur Faserausrichtung zu erhalten, wird der Faserausrichtungstensor von der Spritzgussanalyse ausgegeben. Der Faserausrichtungstensor wurde an einer Messposition ausgewertet, die etwas unterhalb der Mitte des Produkts liegt (Abb. 7 links).

Beispiel für Messpunkte und Querschnittsbilder, die mit einem optischen Mikroskop beobachtet wurden — Abb. 9 Messpunkte und Schnittbild unter dem optischen Mikroskop
(Die Zahlen rechts im Bild geben die Messposition (%) in Richtung der Querschnittstiefe an.)

Der Faserorientierungstensor ist eine Wahrscheinlichkeitsverteilung (0 bis 1) von Faserorientierungen. In Autodesk Moldflow wird der Faserorientierungstensor in drei Achsen ausgewertet: Fließrichtung, orthogonale Fließrichtung und Dickenrichtung, die jeweils als a11-Richtung, a22-Richtung und a33-Richtung bezeichnet werden.
Der tatsächliche Wert des Faserorientierungstensors wurde mithilfe einer Originalmethode aus dem Bild des Querschnitts des Produkts an der mit einem optischen Mikroskop beobachteten Messposition berechnet, wie in Abb. 7 (rechts) gezeigt. In diesem Fall wurde der Faserorientierungstensor berechnet, indem er in Richtung der Dicke des Formprodukts durch 5 % geteilt wurde. Wie in Abb. 9 gezeigt, stimmen die erhaltenen Messwerte (durchgezogene Linie) und die analysierten Werte (gestrichelte Linie) gut überein, was darauf hindeutet, dass der tatsächliche Faserorientierungstensor durch die Analyse vorhergesagt werden konnte. Wie aus Abb. 7 (rechts) und Abb. 9 ersichtlich, sind auf der Oberfläche des Formprodukts mehr Glasfasern in Fließrichtung (a11) ausgerichtet (Messpunkte: 70 – 90 %), während in der Mitte (Messpunkte: 40 – 60 %) mehr Glasfasern orthogonal dazu ausgerichtet sind (a22), was auf eine Streuung hindeutet.