TY - THES

T1 - Numerische Simulation von Variothermverfahren - Möglichkeiten und Grenzen der Softwarepakete Cadmould 3D-F, Moldex3D, Autodesk Simulation Moldflow Insight und Sigmasoft

AU - Pichler, Astrid

N1 - gesperrt bis null

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Um die Fähigkeiten der gängigen Spritzgießsimulationsprogramme zur Nachbildung variothermer Werkzeugtemperierung zu beurteilen, wurde ein bestehendes Spritzgießwerkzeug mit zwei variothermen Technologien (elektrische Keramikheizelemente bzw. BFMold® mit Heiß-/Kaltwasser) in den kommerziellen Spritzgießsimulationsprogrammen Cadmould 3D-F Version 6.0, Moldex3D R11.0, Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013 und Sigmasoft Version 5.0 (bzw. Version 5.1) nachgebildet und mit experimentell ermittelten Versuchsergebnissen verglichen. Dazu wurden experimentell systematisch die Einflüsse der Faktoren Zylinder-, Keramikheizelement-, BFMold®-Temperatur und Nachdruckhöhe auf die Bauteilqualität der beiden plattenförmigen Formteile aus POM (Ultraform N2320) mit 2-stufigen vollfaktoriellen Faktorenversuchsplänen mit Zentralpunkt an einer Spritzgießmaschine ermittelt. Pro Versuchseinstellung wurden 5 Formteile entnommen und anschließend Schussgewicht, je 10 Schwindungsmaße und je 20 Oberflächenprofile zur Verzugsermittlung gemessen. Die experimentell ermittelten Längen- und Breitenschwindungswerte liegen bei etwa 2 % bis 3 %. Als wichtigster Einflussfaktor zeigte sich die Nachdruckhöhe, gefolgt von der Zylindertemperatur, der BF-Mold®-Temperatur und der Heizelementtemperatur bzw. Wechselwirkungen dieser Einflussfaktoren. Während die mit Cadmould und Sigmasoft (beide 0,5 bis 1,2 %) bzw. mit Moldflow (1,7 bis 2,2 %) vorhergesagte Schwindung zu gering ist, stimmen die Ergebnisse aus Moldex3D (~ 2,1 bis 2,6 %) am ehesten mit den experimentellen Messungen überein. Die Verzugswerte stimmen tendenziell gut mit den experimentellen Werten überein, wobei Moldflow die beste Vorhersage trifft. Teilweise überschätzt Sigmasoft und teilweise unterschätzt Cadmould den Verzug. Moldex 3D sagt bei 4 Verzugsmaßen einen um 1 mm bis 2 mm zu geringen Verzug vorher. Die experimentell ermittelten maximalen Einspritzdrücke von 1200 bis 1350 bar, werden gut von Cadmould und Moldflow vorhergesagt. In Sigmasoft ergeben sich etwas höhere Maximalwerte, in Moldex 3D hingegen treten unrealistisch hohe Werte und dementsprechende Nachdruckergebnisse auf. Während Cadmould und Moldflow vergleichsweise gut die tatsächlich gemessenen Forminnendruckkurven berechnen, wird in Moldex3D die Abkühlung des Bauteiles deutlich überschätzt. Die virtuellen und praktischen Füllstudien stimmen gut überein. Lediglich die Teilfüllung dünnwandiger Bauteilbereiche (mit 0,5 mm Wandstärke) am Fließwegende kann mit den Simulationsprogrammen noch nicht ausreichend vorhergesagt werden. Die zeitliche Entwicklung der Werkzeugtemperaturverteilung konnte mit allen Simulationsprogrammen hinreichend genau dargestellt werden, lediglich bei Moldflow wurden die elektrischen Heizelemente durch einen Softwarefehler deutlich überhitzt. Die BFMold®-Geometrie musste ebenfalls in allen Simulationsprogrammen durch ein Ersatzmodell dargestellt werden. Zusammenfassend können variotherme Prozesse bereits relativ gut in den Spritzgießsimulationsprogrammen nachgebildet werden. Vor allem durch Softwarefehler in den Simulationsprogrammen besteht die Gefahr der Fehlinterpretation der Ergebnisse, da diese erfahrungsgemäß nur schwierig zu erkennen sind. Ein kritisches Hinterfragender der Simulationsergebnisse durch einen Simulationsexperten ist weiterhin notwendig.

AB - Um die Fähigkeiten der gängigen Spritzgießsimulationsprogramme zur Nachbildung variothermer Werkzeugtemperierung zu beurteilen, wurde ein bestehendes Spritzgießwerkzeug mit zwei variothermen Technologien (elektrische Keramikheizelemente bzw. BFMold® mit Heiß-/Kaltwasser) in den kommerziellen Spritzgießsimulationsprogrammen Cadmould 3D-F Version 6.0, Moldex3D R11.0, Autodesk Simulation Moldflow Insight 2013 und Sigmasoft Version 5.0 (bzw. Version 5.1) nachgebildet und mit experimentell ermittelten Versuchsergebnissen verglichen. Dazu wurden experimentell systematisch die Einflüsse der Faktoren Zylinder-, Keramikheizelement-, BFMold®-Temperatur und Nachdruckhöhe auf die Bauteilqualität der beiden plattenförmigen Formteile aus POM (Ultraform N2320) mit 2-stufigen vollfaktoriellen Faktorenversuchsplänen mit Zentralpunkt an einer Spritzgießmaschine ermittelt. Pro Versuchseinstellung wurden 5 Formteile entnommen und anschließend Schussgewicht, je 10 Schwindungsmaße und je 20 Oberflächenprofile zur Verzugsermittlung gemessen. Die experimentell ermittelten Längen- und Breitenschwindungswerte liegen bei etwa 2 % bis 3 %. Als wichtigster Einflussfaktor zeigte sich die Nachdruckhöhe, gefolgt von der Zylindertemperatur, der BF-Mold®-Temperatur und der Heizelementtemperatur bzw. Wechselwirkungen dieser Einflussfaktoren. Während die mit Cadmould und Sigmasoft (beide 0,5 bis 1,2 %) bzw. mit Moldflow (1,7 bis 2,2 %) vorhergesagte Schwindung zu gering ist, stimmen die Ergebnisse aus Moldex3D (~ 2,1 bis 2,6 %) am ehesten mit den experimentellen Messungen überein. Die Verzugswerte stimmen tendenziell gut mit den experimentellen Werten überein, wobei Moldflow die beste Vorhersage trifft. Teilweise überschätzt Sigmasoft und teilweise unterschätzt Cadmould den Verzug. Moldex 3D sagt bei 4 Verzugsmaßen einen um 1 mm bis 2 mm zu geringen Verzug vorher. Die experimentell ermittelten maximalen Einspritzdrücke von 1200 bis 1350 bar, werden gut von Cadmould und Moldflow vorhergesagt. In Sigmasoft ergeben sich etwas höhere Maximalwerte, in Moldex 3D hingegen treten unrealistisch hohe Werte und dementsprechende Nachdruckergebnisse auf. Während Cadmould und Moldflow vergleichsweise gut die tatsächlich gemessenen Forminnendruckkurven berechnen, wird in Moldex3D die Abkühlung des Bauteiles deutlich überschätzt. Die virtuellen und praktischen Füllstudien stimmen gut überein. Lediglich die Teilfüllung dünnwandiger Bauteilbereiche (mit 0,5 mm Wandstärke) am Fließwegende kann mit den Simulationsprogrammen noch nicht ausreichend vorhergesagt werden. Die zeitliche Entwicklung der Werkzeugtemperaturverteilung konnte mit allen Simulationsprogrammen hinreichend genau dargestellt werden, lediglich bei Moldflow wurden die elektrischen Heizelemente durch einen Softwarefehler deutlich überhitzt. Die BFMold®-Geometrie musste ebenfalls in allen Simulationsprogrammen durch ein Ersatzmodell dargestellt werden. Zusammenfassend können variotherme Prozesse bereits relativ gut in den Spritzgießsimulationsprogrammen nachgebildet werden. Vor allem durch Softwarefehler in den Simulationsprogrammen besteht die Gefahr der Fehlinterpretation der Ergebnisse, da diese erfahrungsgemäß nur schwierig zu erkennen sind. Ein kritisches Hinterfragender der Simulationsergebnisse durch einen Simulationsexperten ist weiterhin notwendig.

KW - Spritzgießen

KW - Spritzgießsimulation

KW - Cadmould

KW - Moldflow

KW - Moldex3D

KW - Sigmasoft

KW - variotherm

KW - BFMold®

KW - Heizelement

KW - IR-Thermographie

KW - Infrarotthermographie

KW - Wärmebildkamera

KW - Schwindung

KW - Verzug

KW - Werkzeuginnendrucksensoren

KW - Wärmeübergangskoeffizient

KW - Füllbarkeit dünnwandiger Bereiche

KW - Teilfüllung

KW - Formteiloberflächentemperatur nach Entformung

KW - Einspritzdruck

KW - injection moulding

KW - injection moulding simulation

KW - Cadmould

KW - Moldflow

KW - Moldex3D

KW - Sigmasoft

KW - variotherm

KW - rapid heat cycle moulding

KW - BFMold®

KW - heating element

KW - infrared thermography

KW - thermal imaging camera

KW - shrinkage

KW - warpage

KW - cavity pressure sensors

KW - heat transfer coefficient

KW - fillability of thin-wall areas

KW - partial filling

KW - part surface temperature after demoulding

KW - injection pressure

M3 - Masterarbeit

ER -