Spritzgießsimulation Genauere Faserabbildung verbessert die Konstruktion

Die Spritzgießsimulation kurzfaserverstärkter Formteile setzt eine Software voraus, die nicht nur die Faserorientierung aus der Strömung der Schmelze ableitet. Faser-Faser- und Faser-Wand-Interaktionen sowie die Abhängigkeit zwischen Faserorientierung und Rheologie müssen berücksichtigt werden.

Anbieter zum Thema

Schubert & Salzer Data GmbH

trivid GmbH

SIGMA Engineering GmbH

Ein immer höherer Faservolumenanteil ermöglicht technischen Kunststoffen die stetige Verbreiterung ihres Anwendungsspektrums. Gerade im automobilen Umfeld werden dadurch gezielt Leichtbaupotenziale erschlossen. Eine hohe Faserverstärkung (50 oder 60 Vol.-% Faseranteil) führt zur Erfüllung steigender thermomechanischer Anforderungen.

Um die Anisotropie der Kurzfaserverstärkung in der Struktursimulation abbilden zu können, wird zunächst eine Spritzgießsimulation des Bauteils durchgeführt. Anschließend werden die berechneten Faserorientierungen an die Struktursimulation übergeben (Mapping). Der Qualität der Faserorientierungsberechnung kommt somit eine entscheidende Bedeutung hinsichtlich der Aussagekraft der späteren Struktursimulation oder Crashsimulation zu.

Klassische Spritzgießsimulation führt zu unrealistischen Ergebnissen

Die klassische Spritzgießsimulation arbeitet jedoch mit Berechnungsmodellen, die auf Ansätzen von Folgar und Tucker basieren [1]. Die Folgar-Tucker-Modelle sind für verdünnte Suspensionen gültig, das heißt für Faseranteile deutlich kleiner als 10 Vol.-%. Diese mangelhafte Beschreibung führt insbesondere durch die fehlende Kopplung von Faserorientierung und Rheologie zu unrealistischen Ergebnissen.

Die Prozesssimulationssoftware Sigmasoft der Sigma Engineering GmbH, Aachen, nutzt daher erweiterte Rheologiemodelle, um die Werkzeugfüllung, die Faserorientierung und den Bauteilverzug realistisch abzubilden und somit belastbare Ergebnisse für nachgelagerte Simulationsschritte zur Verfügung zu stellen.

Bei der Software Sigmasoft wurde das Modell daher mehrfach erweitert. Es berücksichtigt eine Faser-Wand-Interaktion, was eine größere Realitätsnähe der Faserorientierung bewirkt. Außerdem erweitert ein topologischer Interaktionsansatz die Faser-Faser-Interaktion, sodass auch bei langen Fasern und Faseranteilen von mehr als 10 Vol.-% die Faserorientierung realistisch wiedergegeben wird. Darüber hinaus gibt es nicht nur eine Faser-Faser- und eine Faser-Wand-Interaktion, auch die Faserorientierung und die Rheologie sind miteinander gekoppelt.

(ID:36286540)