Wie Sie Ihre Spritzgusssimulation richtig machen – drei einfache Tipps

Es war der Monat April im Jahr 2012, als wir das erste SOLIDWORKS Plastics Produkt unserer großartigen Community von leidenschaftlichen Designern zur Verfügung gestellt haben. Der Kunststoffspritzgussprozess ist eine komplexe Mischung aus vielen Parametern wie Material, Temperatur, Einspritzpunkt, Zeit, Druck, Nachdruckzeit und vielem mehr.

Jeder, mit dem ich in der Zwischenzeit gesprochen habe, der, entweder mit der Entwicklung von Kunststoffteilen, Werkzeugen oder in der Fertigung von Werkzeugen beteiligt ist, bestätigt, dass sie erwarten und damit planen, einige Schleifen Werkzeugnacharbeit zu drehen, um am Ende Kunststoffteile zu erhalten, die ihrer Qualität, Form und Funktionsanforderungen gerecht werden.

Es spricht sich jedoch langsam herum, dass Einzelpersonen und Firmen, die Spritzguss-Simulationssoftware verwenden, Werkzeugnacharbeit minimieren können, indem potenzielle Probleme früh in der Entwicklungsphase von Teil und Werkzeug identifiziert werden, um sie zu beseitigen, bevor sie wirklich kostspielig werden.

In diesem Artikel möchte ich mit Ihnen einige Erfahrungen teilen, die ich in den letzten Jahren, bei meiner Arbeit beim erfolgreichen Implementieren von Spritzguss-Simulationslösungen bei dutzenden Kunden gewonnen habe. Dieser Artikel ist jedoch kein Ersatz für ein vollständiges SOLIDWORKS Plastics Training bei einem unserer zertifizierten Vertriebspartner. Sollte ich Ihr Interesse geweckt haben, erkundigen Sie sich bei Ihrem Vertriebspartner, wann die nächsten Trainings geplant sind.

Grundsätzlich möchte ich hier drei Dinge ansprechen, die ich immer wieder bei sämtlichen Kunden und Vertriebspartnern empfohlen habe und auch weiterhin empfehlen werde:

1. Stellen Sie sicher, dass Sie 5 Elemente über Ihre Wandstärke haben

Das Modell wird durch die finite Volumen Methode diskretisiert, wie es auch bei unserer CFD (Computational Fluid Dynamics) Lösung für Strömungs-Simulation SOLIDWORKS Flow Simulation bekannt ist. Eine hohe Genauigkeit erhalten Sie nur, wenn Sie mindestens 5 Elemente über Ihre Wandstärke überall in Ihrem Modell sicherstellen können. Diese Empfehlung gilt für alle Arten der Volumenvernetzung. Besonders jedoch ist die leistungsstarke Vernetzungsmethode Hybrid-Vernetzung von SOLIDWORKS Plastics. Diese Technologie füllt Ihr Volumen effizient mit entsprechenden Elementen, erst werden an den Außenflächen zwei Lagen Prisma-Elementen erzeugt und dann der Rest mit Tetraedern aufgefüllt. Sie sollten sich jedoch mit der Funktion “Volumennetzdarstellung” versichern, ob überall 5 Elemente erstellt wurden. Sollten Sie sehr dünne Wandstärken haben, ist es eventuell nötig, den Wert für „Min. Dicke der Elemente auf Begrenzungsebene“ entsprechend anzupassen.

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Nur mit ausreichend Elementen über die Wandstärke kann das Verhalten der Schmelzfront richtig abgebildet werden. Der Kunststoff erstarrt zuerst an der Wand und kühlt dann immer weiter nach Innen hinein bis die Schmelze zum Stillstand kommt. Nicht ausreichend viele Elemente zu haben, würde dazu führen, dass die Schmelzfront nicht richtig berechnet werden kann, woraus ein zu geringer Strömungswiderstand und zu geringe Druckergebnisse resultieren. Weiter würden auch andere Ergebnisse, wie unten dargestellt, z. B. die Temperaturverteilung im Teil zu grob und somit nur ungenau berechnet sein. All diese Ergebnisse werden in den nächsten Schritt, die Nachdruckberechnung, übernommen und führen dort zu einer Verstärkung der Fehler. Dasselbe gilt dann auch für den letzten Schritt, die Verzugsberechnung, hier kann die Aufsummierung der zuvor falsch berechneten Ergebnisse zu starken Ungenauigkeiten führen.

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2. Führen Sie immer eine Kühlberechnung aus, wenn Sie an genauen Verzugsergebnissen interessiert sind

Letztlich wollen wir alle eine Verzugsvorhersage, die so genau wie möglich an die des Realen heranreicht, um schon sehr früh diesem Verzug entgegenzuwirken. Es gibt zwei Ursachen, warum sich ein Teil deformiert: Eines ist die “Residualspannungen”, der Teil der Spannung, der sich während des Füllens und Nachdrucks entwickelt, bis kurz bevor das Teil ausgeworfen wird. Die Andere sind die “Thermalen Spannungen”, die mit der thermischen Kontraktion des Teils verbunden ist, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Wenn Sie keine Kühlberechnung durchführen bevor Sie die Füllung und Nachdruck berechnen, wird davon ausgegangen, dass Sie eine einwandfreie und einheitliche Werkzeugwandtemperatur an allen Wänden haben – das ist die ideale Kühlsituation, die jedoch nur selten vorkommt. Es ist wahrscheinlicher, dass Sie eine ungleichmäßige Temperatur an der Werkzeugwandwand haben, die zu einer ungleichmäßigen Abkühlung des Teils führt. Eine solche ungleichmäßige Kühlung führt zu einem asymmetrischen Zug-Druck Verhalten im Teil, was ein Biegemoment verursacht, das schlussendlich der Grund für einen großen Verzug sein kann.

Für eine bessere Darstellung habe ich ein einfaches Teil (200mm x 40mm x 2mm) erstellt und mehrere Simulationen durchgeführt, zuerst mit einer einheitlichen Werkzeugwandtemperatur und einem zweiten und dritten mit einer Temperaturdifferenz von 10º und 20ºC.

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3. Ihre Ergebnisse können nur so genau sein wie Ihre Eingabeparameter

SOLIDWORKS Plastics gibt Ihnen eine gute automatische Berechnung von Prozessparametern wie z. B. Füllzeit, Nachdruckzeit und Schmelz-Temperatur unter Berücksichtigung Ihrer Geometrie und des Materials, das Sie ausgewählt haben. Was bedeutet das für Sie? Wenn Sie die gleichen Parameter an Ihrer Spritzgussmaschine verwenden, werden Ihre Ergebnisse sehr gut mit denen an der realen Maschine übereinstimmen. Bzw. von der anderen Seite betrachtet: Wenn Sie ein Werkzeug haben, welches Teile produziert, die nicht Ihre Qualitätsstandards erfüllen und Sie sehen möchten, ob eine Simulation Ihnen Antworten geben kann, warum dies geschieht, müssen Sie alle verwendeten Parameter kennen um diese an Ihrer Simulation auch einzustellen.

Um jedoch eine erste Abschätzung der Schmelzfront, der Bindenähte und Lufteinschlüsse zu bekommen ist es völlig ausreichend, mit den von SOLIDWORKS errechneten Parametern zu rechnen. So müssen Sie eigentlich nur vernetzen, das Material auswählen und den Anspritzpunkt setzen – fertig für die Berechnung. Je mehr Sie ins Detail gehen, und umso höher Ihr Anspruch an die Genauigkeit ist, desto mehr müssen Sie darauf achten, die in der Realität vorherrschenden Umstände zu berücksichtigen.

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Sollten wir schon jetzt Ihr Interesse geweckt haben, können Sie direkt eine KOSTENLOSE PRODUKT-DEMO vor Ort anfordern.

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Andreas Klumpp

Andreas Klumpp

Senior Territory Technical Manager Simulation Products at Dassault Systèmes SOLIDWORKS
Passionate in helping companies and designers understand and leverage the value of SOLIDWORKS Simulation Products.
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