Bindenähte, Lufteinschlüsse, Verzug – Spritzgussprobleme in der Simulation erkennen.
- Spritzgussfehler wie Bindenähte, Lufteinschlüsse, Einfallstellen und Verzug lassen sich bereits am digitalen Modell frühzeitig erkennen.
- Die Simulation zeigt, wo Schmelzfronten zusammentreffen und welche Bereiche im Bauteil konstruktiv entschärft werden sollten.
- Das Füllverhalten macht sichtbar, an welchen Stellen Entlüftungen im Spritzgusswerkzeug erforderlich sind.
- Materialanhäufungen werden auf Schwindung und sichtbare Oberflächenfehler geprüft, bevor Werkzeugänderungen notwendig werden.
- Die Simulation berechnet Verformungstendenzen und zeigt, wo Bauteilgeometrie, Kühlung oder Materialverhalten kritisch werden.
- SOLIDWORKS Plastics und Plastic Injection Engineer unterstützen die Optimierung von Bauteildesign, Werkzeugkonzept und Prozessparametern.
Typische Fehler und ihre Früherkennung.
Der Spritzgießprozess erfolgt in einem geschlossenen Werkzeug, auftretende Probleme können dementsprechend erst nach der Fertigung erkannt werden. Die möglichen Ursachen müssen dann vermutet, als Gegenmaßnahme in das Prototypen-Werkzeug eingebracht und in einer weiteren Fertigungsschleife überprüft werden. Das geht mit teuren und zeitaufwendigen Änderungen an der Werkezuggeometrie oder Anpassungen der Maschinenparameter einher.
Die Spritzgusssimulation ermöglich einen Blick in das Werkzeug, in den Prozess und zeigt auftretende Probleme schon am digitalen Modell auf. Diese können dort analysiert werden, unabhängig davon, auf welchen Fertigungsschritt sie zurückzuführen sind. Ob die Ursache für die Probleme in der Teilekonstruktion, dem Formenbau oder dem eigentlichen Spritzgießvorgang liegen, mit Hilfe vom SOLIDWORKS Plastics oder dem Plastic Injection Engineer auf der 3DEXPERIENCE Plattform können Sie diese Probleme frühzeitig erkennen und deren Behebung testen, bevor Sie in die eigentliche Fertigung einsteigen.
Bindenähte, Lufteinschlüsse, Verzug.
Bindenähte, Lufteinschlüsse oder Verzug können Ihre Ursachen im Teiledesign oder dem Formenbau haben. Sie können auch durch die Wahl des Materials, der angesetzten Kühlung oder den Zykluszeiten verursacht werden. Alle diese Prozessschritte können simuliert und Varianten getestet werden, um so das finale Produkt zu optimieren. Einige dieser typischen Spritzgussfehler sollen nachfolgend als Darstellungen aus Spritzgusssimulationen aufgezeigt, ihre möglichen Ursachen angesprochen und Gegenmaßnahmen diskutiert werden.
Zusätzlich erfolgt eine Abschätzung, wie groß die Übereinstimmung zwischen den Simulationsergebnissen und der Realität ist und welches die größten Unsicherheitsfaktoren sind.
Bindenähte am Fließwegende oder hinter Aussparungen.
Nicht jeder Zusammenfluss von mehreren Fließfronten wird als Bindenaht bezeichnet und ist hinterher am fertigen Produkt als Fehler auffällig. Verschiedene Faktoren spielen hierbei eine Rolle, wie der Winkel unter dem die Fronten zusammenfließen, die Temperatur in den Fließfronten und die Frage, ob der Zusammenfluss am Fließwegende erfolgt oder dieser Bereich hinterher noch gemeinsam durchströmt wird.
Zusammenflüsse lassen sich bei vielen Teilegeometrien nicht verhindern, aber Sie können häufig in Bereiche verschoben werden, die optisch oder strukturell weniger kritisch sind. Da die Analyse der Füllfronten der erste Prozessschritt ist, wird dieser primär durch die eingestellten Randbedingungen bestimmt und zeigt eine sehr hohe Übereinstimmung zwischen Simulation und Praxis auf: Wenn die Parameter richtig gesetzt werden, gibt es hier häufig Übereinstimmungen von 95-99% in den Ergebnissen.
Lufteinschlüsse oder Entlüftungsstellen.
Die wenigsten Spritzgussprozesse erfolgen unter Vakuum bzw. in evakuierten Formnestern. Dementsprechend befindet sich in der Regel Luft in den Kavitäten, die von der eingespritzten Kunststoffschmelze verdrängt wird und aus dem Formnest entweichen muss. Der Formenbauer sieht hierfür Entlüftungsstellen vor, deren Position ihm von der Simulation angezeigt werden.
Sollte eine Entlüftungsstelle fehlen, kann die Luft nicht entweichen und wird oftmals einen sichtbaren Fehler verursachen. Hier können Verbrennungen des Kunststoffs auftreten und die Kavität wird an der Stelle oft nicht vollständig gefüllt. Teilweise werden auch innere Hohlräume als Lufteinschluss bezeichnet, korrekterweise werden diese aber eher als Vakuolen oder Lunker bezeichnet.
Da die Entlüftungsstellen am Ende der Füllung ermittelt werden, weisen die Simulationsergebnisse eine gute Übereinstimmung mit der Realität auf, wenn das Modell fein genug vernetzt wird.
Einfallstellen.
Wenn auf der einen Seite eines Bauteils Verstärkungsrippen, Aufsätze o.ä. eingebracht werden, sind auf der Gegenseite häufig Einfallstellen zu erkennen. Durch die Materialanhäufung in diesen Bereichen kommt es zu einer lokal erhöhten Schwindung im Inneren, wodurch die Außenflächen nach innen gezogen und gewölbt wird. Diese optischen Probleme des Bauteils können durch eine entsprechende Designanpassung abgemildert werden.
Die Prognose der Einfallstellen kann schon auf Basis der Geometrie am Ende der Füllung erfolgen oder die Nachdruckphase mitberücksichtigen und beim Entformen angezeigt werden. Die Positionen der Einfallstellen in der Simulation weist ebenfalls eine sehr hohe Übereinstimmung mit den realen Einfallstellen am Bauteil auf.
Verformung - Schwindung plus Verzug.
Wenn sich die heiße Kunststoffschmelze im Formnest des Werkzeugs abkühlt, ändert sich die spezifische Dichte des Materials und es zieht sich zusammen. Diese Kontraktion des Materials wird als Schwindung bezeichnet und kann nicht verhindert werden. Der Formenbau skaliert dementsprechend die Maße des Hohlraums (der Kavität) und gibt die erwartete Schwindung als Aufmaß hinzu. Der Wert der zu erwarteten Schwindung kann durch die Simulation berechnet und in den Hauptrichtungen gemessen werden.
Bei unterschiedlicher Temperaturverteilung im Bauteil beim Abkühlprozess kommt es häufig zu einer uneinheitlichen Schwindung, die nach der Entformung als Verzug sichtbar wird. Dies kann durch die Formteilkonstruktion genauso bedingt werden wie durch den Abkühlprozess oder orthotropes Materialverhalten, z.B. bei faserverstärkten Kunststoffen.
Die Ursachen von Verzug sind vielfältig, weil die dafür verantwortlichen inneren Spannungen verschiedene Gründe haben. Da die Verformung zudem der letzte Prozessschritt ist, kommt es zu einer Verkettung bzw. Übernahme von Abweichungen und Ungenauigkeit, so dass die Verformungsanalyse den Ergebnisbereich mit der größten Unsicherheit darstellt. Hier liegt die Übereinstimmung zwischen der Simulationsergebnissen und der Realität teilweise nur bei 80%.
Dennoch lässt sich die Tendenz erkennen und eine Optimierung einer einfallenden Wand oder einer sich verziehenden Ecke unabhängig davon durchführen, ob das Ergebnis zu 100% vorherberechnet werden kann. Die Anzahl der erforderlichen Änderungsschleifen oder physikalischer Prototypen lässt sich somit deutlich reduzieren.
Fazit.
Spritzgusssimulation mit SOLIDWORKS Plastics oder dem Plastic Injection Engineer auf der 3DEXPERIENCE Plattform hilft Ihnen, Probleme in Ihrem Spritzgießprozess frühzeitig sichtbar zu machen. Setzen Sie Simulation so früh wie möglich und idealweise bei jedem Prozessschritt ein, solange Ihr Modell und das Werkzeug noch nur digital vorliegen, dann können Sie mögliche Probleme so früh erkennen, dass Änderungen noch keine großen Kosten verursachen, und Sie sparen unnötige Schleifen und Prototypen und damit Zeit und Geld.
Sie wollen mehr erfahren über die Möglichkeiten zur Spritzgusssimulation ? Dann kontaktieren Sie uns, unsere Expertinnen und Experten helfen Ihnen gerne weiter.
