Spritzgusswerkzeuge entwickeln Softwaretool simuliert das Verhalten von Kunststoffteilen im Werkzeug

Das Spritzgießen erfordert besondere Werkzeuge, die zum einen den meist komplexen Formen und Geometrien und zum anderen den unterschiedlichsten Werkstoffen gerecht werden müssen. Mit einer neuentwickelten Softwarelösung kann der Werkzeugbauer das Fließverhalten dieser Werkstoffe simulieren und optimieren.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Flow Europe GmbH

MECADAT CAD / CAM Computersysteme GmbH

Ein neues Softwaretool namens Visi-Flow wurde als Modul für die rheologische Analyse von Spritzgießteilen entwickelt. Damit können Anwender exakt das Fließverhalten der Kunststoffschmelze in einer Form analysieren, um die für die jeweiligen Spritzgießteile geforderten Qualitäts- und Produktivitätsansprüche zu gewährleisten. Dabei deckt diese Lösung den gesamten Prozess für die Spritzgusswerkzeugauslegung – von der Füllstudie und Toleranzuntersuchung über die Verzugsanalyse und die Temperierung bis hin zur Zykluszeitanalyse – vollständig ab (Bild 1).

Das Programm simuliert das Verhalten aller Kunststofftypen – sowohl verstärkt als auch unverstärkt. Dabei wird der Anwender bei der Auswahl der geeigneten Spritzgießparameter von einer umfangreichen Datenbank geführt. So wird gewährleistet, dass die geforderte Teilequalität auch erreicht wird. In diesem Zusammenhang ist auch sichergestellt, dass die Datenbank um neue Polymere oder Blends erweitert werden kann.

Einschränkungen hinsichtlich Form, Komplexität und Abmessungen der Spritzteile gibt es für den Nutzer nicht. Zusätzlich zur Simulation des konventionellen Spritzgießens kann Visi-Flow auch alle Angussvarianten, wie Heißkanal und innen beheizte Düsen, berechnen. Für das sequentielle (Kaskade) Spritzgießen sowie für Familienwerkzeuge sind spezielle Möglichkeiten implementiert. Das trifft dann zu, wenn verschiedene Artikel in einem Werkzeug angeordnet sind und durch das Öffnen und Schließen von Verschlussdüsen balanciert werden müssen.

Softwaremodule sorgen für eine durchgängige Simulation

Das Softwaremodul beinhaltet mit dem Einspritzen und Füllen, dem Nachdruck und Verzug sowie mit der Temperierung drei Hauptmodule.

Das erste Modul, die Füllstudie, erlaubt dem Benutzer schnell die Herstellbarkeit des Kunststoffteiles zu prüfen. Dies geschieht bereits in einem sehr frühen Stadium des Konstruktionsprozesses, in dem die Kosten für eine Änderung noch sehr gering sind. Das Modul Füllen beinhaltet Funktionen wie Wandstärkenoptimierung, Anspritzpunktplatzierung, Zykluszeit, Schließkraft der Maschine, Einspritz- und Nachdruckzeit sowie auch die Anzeige von Qualitätsmängeln wie beispielsweise der Lage der Bindenähte, der Lufteinschlüsse und der Einfallstellen (Bild 2).

Grundwissen in Werkzeugen und Spritzgießen ist wichtig

Das zweite Modul benutzt die Nachdruckanalyse zur Optimierung des zweiten Teils des Spritzgießprozesses, damit die richtige Balance zwischen Teilequalität, Kosten und Zykluszeit erreicht wird. Der Anwender kann damit Einspritzprofile einstellen und ermitteln, um Fülldruck und Füllzeit optimal zu bestimmen. Durch diese Analyse kann sich der Benutzer einen Überblick über die volumetrische Schwindung, die Zykluszeit und den Temperaturverlauf zur Bestimmung der endgültigen Form und des Verzugs, noch bevor das Werkzeug gefertigt wird, verschaffen.

Das dritte Modul, die Temperierung, bietet ein Werkzeug, mit dem einfach, aber leistungsstark die Werkzeugtemperierung optimiert werden kann. Die auf hohem technischen Niveau und auf Basis von Solid-Elementen ablaufende Berechnung erkennt und optimiert die Temperatur des Mediums, die Durchflussmenge und den erforderlichen Druck in jedem einzelnen Kühlkreislauf.

Für Nutzer soll es einfach sein, Visi-Flow zu bedienen. Dies kann innerhalb weniger Tage erlernt werden. Ein Grundwissen für Werkzeugdesign und Spritzgießen ist aber erforderlich, um die Anfangsbedingungen festzulegen und die Ergebnisse zu interpretieren. Das Vorausberechnen der Auswirkungen, bedingt durch die Änderung verschiedener Prozessparameter, verbessert demnach die Möglichkeit, die richtigen Ergebnisse viel schneller zu erhalten. Das Visi-Flow-Modul bietet sich damit als Ergänzung einer Komplettlösung für den Werkzeug- und Formenbauer und die bisherigen Visi-Module an.MM

Weitere Informationen: Mecadat GmbH, 85416 Langenbach, Ralph Schmitt, Tel. (0 87 61) 76 20-0, ralph@mecadat.de

Visi-Flow verbindet auf eine revolutionäre Art und Weise die Genauigkeit einer fortschrittlichen Simulation mit der sehr kurzen Zeit zur Erzeugung eines FE-Modells (Finite Elemente) und der anschließenden Berechnung. Visi-Flow untersucht sehr schnell alle Phasen des Thermoplastspritzgießens. Die Berechnung beginnt mit einer Analyse der Schmelze und Thermodynamik, um die besten und günstigsten Einspritzbedingungen festzulegen, und endet mit der Berechnung von Schwindung und Verzug, bestimmt vom Gleichgewicht der internen Spannungen, die durch den Spritzgießprozess erzeugt werden. Die Kunststoffdaten sind in der Software hinterlegt. Da die Ausführungen dieser Berechnungen, die auf der Grundlage komplexer physikalischer Modelle beruhen, vollständig von Visi-Flow unterstützt werden, sind keine mathematischen Fähigkeiten erforderlich. Bauteilentwickler können die Software sofort anwenden.

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