TY - THES

T1 - Bestimmung des Schwindungsverhaltens von spritzgegossenen, glasfaserverstärkten Kunststoffen

AU - Zirnig, Tabea

N1 - gesperrt bis 26-05-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die Schwindung von Kunststoffen ist auf Grund verschiedenster Einflussfaktoren schwer vorherzusagen. Dennoch ist eine möglichst genaue Vorhersage essentiell, um die Korrekturschleifen der Werkzeuge im Spritzgussprozess bestmöglich zu minimieren und die Bauteilqualität zu verbessern. Dadurch können Ressourcen wie Rohstoffe, Energie, Zeit und somit Kosten gespart werden. Ein Ziel dieser Arbeit ist ein umfassender Simulations-Praxis-Abgleich von spritzgegossenen Prüfkörpern mit der Schwindungs- und Verzugsberechnung aus Simulationsmodellen. In dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Typen von glasfaserverstärkten Polyamiden untersucht. Um die benötigten Daten zu ermitteln, wurden die Probekörper mit einer Spritzgussmaschine hergestellt und anschließend deren Verarbeitungs- und Gesamtschwindung mit einem Koordinatenmessgerät bestimmt. Die Versuche wurden bei fünf unterschiedlichen Druckstufen sowie zwei Wandstärken durchgeführt. Diese Daten wurden sowohl für die Schwindung parallel sowie normal zur Fließrichtung, als auch für die Dickenschwindung ausgearbeitet. Die Simulation wurde mit der Software Autodesk Moldflow® Insight 2021.1 (AMI) mit einem 3D-Modell und einem Midplane-Modell durchgeführt. Der Herstellungsprozess wurde in der Simulation anhand des Umschaltpunktes und des Forminnendrucks nachgestellt um den möglichst exakten Prozess zu imitieren. Die praktischen Schwindungswerte wurden anschließend der Simulation gegenübergestellt und die Unterschiede erörtert. Dabei stellte sich heraus, dass die Schwindungswerte der dickeren Prüfkörper parallel zur Fließrichtung sehr gut mit der Simulation übereinstimmen. Normal zur Fließrichtung und für die Prüfkörper mit einer dünnen Wandstärke ergaben sich jedoch hohe Abweichungen zu den praktischen Werten. Bemerkenswert sind auch die Unterschiede zwischen den einzelnen Simulationsmodellen für letztere Ergebnisse. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Datenbank mit gemessenen Schwindungswerten erstellt. Ziel dieser Datenbank ist die Abschätzung der Schwindung neuer Artikel anhand vorheriger, ähnlicher Bauteile. Die Anwendung der Datenbank soll Konstrukteuren*innen ein Werkzeug zur Verfügung stellen, welches ihnen ermöglicht, bei neuen Projekten möglichst genaue Vorhersagen mit geringem Aufwand zu treffen. Dafür werden die Bauteile nach Material und Artikelgruppen gefiltert. Sind passende Einträge vorhanden, können die Konstruktionsdetails, Prozessparameter, sowie Schwindungswerte der Produkte eingesehen und für neue vergleichbare Produkte angewendet werden.

AB - Die Schwindung von Kunststoffen ist auf Grund verschiedenster Einflussfaktoren schwer vorherzusagen. Dennoch ist eine möglichst genaue Vorhersage essentiell, um die Korrekturschleifen der Werkzeuge im Spritzgussprozess bestmöglich zu minimieren und die Bauteilqualität zu verbessern. Dadurch können Ressourcen wie Rohstoffe, Energie, Zeit und somit Kosten gespart werden. Ein Ziel dieser Arbeit ist ein umfassender Simulations-Praxis-Abgleich von spritzgegossenen Prüfkörpern mit der Schwindungs- und Verzugsberechnung aus Simulationsmodellen. In dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Typen von glasfaserverstärkten Polyamiden untersucht. Um die benötigten Daten zu ermitteln, wurden die Probekörper mit einer Spritzgussmaschine hergestellt und anschließend deren Verarbeitungs- und Gesamtschwindung mit einem Koordinatenmessgerät bestimmt. Die Versuche wurden bei fünf unterschiedlichen Druckstufen sowie zwei Wandstärken durchgeführt. Diese Daten wurden sowohl für die Schwindung parallel sowie normal zur Fließrichtung, als auch für die Dickenschwindung ausgearbeitet. Die Simulation wurde mit der Software Autodesk Moldflow® Insight 2021.1 (AMI) mit einem 3D-Modell und einem Midplane-Modell durchgeführt. Der Herstellungsprozess wurde in der Simulation anhand des Umschaltpunktes und des Forminnendrucks nachgestellt um den möglichst exakten Prozess zu imitieren. Die praktischen Schwindungswerte wurden anschließend der Simulation gegenübergestellt und die Unterschiede erörtert. Dabei stellte sich heraus, dass die Schwindungswerte der dickeren Prüfkörper parallel zur Fließrichtung sehr gut mit der Simulation übereinstimmen. Normal zur Fließrichtung und für die Prüfkörper mit einer dünnen Wandstärke ergaben sich jedoch hohe Abweichungen zu den praktischen Werten. Bemerkenswert sind auch die Unterschiede zwischen den einzelnen Simulationsmodellen für letztere Ergebnisse. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Datenbank mit gemessenen Schwindungswerten erstellt. Ziel dieser Datenbank ist die Abschätzung der Schwindung neuer Artikel anhand vorheriger, ähnlicher Bauteile. Die Anwendung der Datenbank soll Konstrukteuren*innen ein Werkzeug zur Verfügung stellen, welches ihnen ermöglicht, bei neuen Projekten möglichst genaue Vorhersagen mit geringem Aufwand zu treffen. Dafür werden die Bauteile nach Material und Artikelgruppen gefiltert. Sind passende Einträge vorhanden, können die Konstruktionsdetails, Prozessparameter, sowie Schwindungswerte der Produkte eingesehen und für neue vergleichbare Produkte angewendet werden.

KW - shrinkage

KW - injection molding

KW - polyamide

KW - glass fiber

KW - moldflow

KW - simulation

KW - database

KW - Schwindung

KW - Spritzgießprozess

KW - Polyamid

KW - Glasfaser

KW - Moldflow

KW - Simulation

KW - Datenbank

M3 - Masterarbeit

ER -