Autodesk Moldflow 2010 Vergleich Simulation und Praxis

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Julia Hoch
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TEILNEHMER : 5645214# Autodesk Moldflow 2010

2 Agenda Einleitung Grundlagen für den Vergleich der Simulation mit der Praxis Validierung der Eingabegrößen für die Simulation Verifizierung des Spritzprozesses Zusammenfassung

3 Einleitung Gründe für den Abgleich mit der Praxis Kurzfristig: Aufbau von Vertrauen in und Erfahrung mit Modellierungen Materialdaten Ergebnisinterpretation Längerfristig: Verwendung der Ergebnisse zur Unterstützung von Konstruktionsentscheidungen

Modellierungen Materialdaten Ergebnisinterpretation

4 Welche Ergebnisse werden üblicherweise abgeglichen? Füllphase: Spritzdruck Fließfrontverlauf (Füllstudien) Lage von Bindenähten Schmelzeverzögerungen / Einfriereffekte Nachdruckphase: Druckverlauf Verzug Verformung aus der Ebene heraus Schwindung Längenänderung in der Ebene

Bindenähten Schmelzeverzögerungen / Einfriereffekte Nachdruckphase:

5 Grundlagen für den Vergleich der Simulation mit der Praxis Vorzugsweise wird eine Analysesequenz mit Cool + Fill + Pack + Warp durchgeführt Folgende Eingangsgrößen werden mit dem Realen Prozess abgeglichen: Modellgeometrie Geometrie des Angusssystems Kühlungssystem und Einstellungen Das thermoplastische Material Einstellungen für Füllung und Nachdruck

mit dem Realen Prozess abgeglichen: Modellgeometrie Geometrie des Angusssystems

6 Einflussgrößen für die Simulation Praxis Fomteilgeometrie (Fließfrontverlauf) Angussgeometrie (Druck) Simulation Materialeigenschaften Kühlungssystem & Einstellungen Umschaltpunkt Auf Nachdruck Druckverlust (Maschinendüse) Einspritzprofil Nachdruckprofil

Materialeigenschaften Kühlungssystem & Einstellungen

Formteilgeometrie: Wandstärken Mittelfläche Prüfen und korrigieren der Wandstärke in Abstimmung mit Spritzling Dual Domain Wandstärke und mesh matching prüfen Kleinere

7 Formteilgeometrie: Wandstärken Mittelfläche Prüfen und korrigieren der Wandstärke in Abstimmung mit Spritzling Dual Domain Wandstärke und mesh matching prüfen Kleinere Korrekturen vertretbar 3D Wandstärke wird durch CAD-geometrie vorgegeben Kleinere Korrekturen vertretbar Ursprüngliche Analyse inkorrekt, weil die Konstruktion geändert wurde

Korrekturen vertretbar 3D Wandstärke wird durch CAD-geometrie vorgegeben Kleinere

8 Formteilgeometrie: Wandstärken Beispiel einer Konstruktionsänderung, die bei der Simulation zunächst nicht berücksichtigt wurde

9 Geometrie des Angusssystems Einfluss des Angusses durch: Druckverlust Erzeugung von Scherwärme Strömungsgeschwindigkeit beim Eintritt in die Kavität Kompressibiltät Verhältnis Angussvolumen zum Gesamtvolumen

Strömungsgeschwindigkeit beim Eintritt in die

10 Angusssystem vollständig modellieren Grosses Heisskanalvolumen verlängert die Einspritzzeit in der Praxis, verursacht durch Schmelzekompressibilität Angusssystem sollte bei der Simulation berücksichtigt werden Das Nachstellen der simulierten Einspritzzeit kann andernfalls in der Praxis zu erheblich höherem Druckbedarf führen. Querschnitte der Anschnitte werden oftmals manuell am Werkzeug nachgearbeitet. Abgleich immer sinnvoll

Nachstellen der simulierten Einspritzzeit kann andernfalls in der Praxis zu erheblich höherem Druckbedarf

11 Maschinendüse nach Möglichkeit ebenfalls modellieren Maschinendüse kann bis zu 20 % Druckverlust erzeugen Juncture Losses (Druckabfall durch Querschnittsänderung) kann relativ hoch ausfallen

12 Korrekte Angussgeometrie prüfen Versatz in den Angussquerschnitten kann zu erheblichen Unterschieden beim Druckverlust führen

13 Validierung des Kühlsystems Kühlkreisläufe Alle Verläufe und Querschnitte müssen übereinstimmen Anschlüsse dürfen sich nicht unterscheiden (z.b. Brücken, Fliessrichtung) Vergleichbarkeit nicht gegeben, wenn Druckbedarf zu hoch Kühlkanäle müssen unverstopft und sauber sein Abweichendes Werzeugmaterial und Einsätze Sollten simuliert werden, falls gegeben Werkzeugabmessungen Mold Boundary sollte verwendet werden

Brücken, Fliessrichtung) Vergleichbarkeit nicht gegeben, wenn Druckbedarf zu hoch Kühlkanäle müssen

14 Thermoplastisches Material Muss exakt mit dem verwendeten Material übereinstimmen Die Materialdaten müssen von einer sicheren Quelle stammen Unzuverlässige Materialdaten beeinflussen die Ergebnisse erheblich

15 Druckabhängige Viskositätsdaten Bei manchen Materialien ist die Viskosität stark druckabhängig Druckabhängige Viskositätsdaten sind für nur wenige Materialien verfügbar Falls notwendig, sollte Autodesk Moldflow Plastics Labs kontaktiert werden

Viskositätsdaten sind für nur wenige Materialien verfügbar

16 PvT-Daten Gemessene PvT-Daten müssen verwendet werden, wenn nachdruckabhängige Eigenschaften wichtig sind wie z.b.: Dimensionsstabilität Verzug Druckverläufe

3D Warp kann hiervon beeinflußt werden Hier speziell durch

17 Mechanische Daten Gemessene mechanische Daten sollten verwendet werden Die meisten Materialien haben Ersatzdaten 3D Warp kann hiervon beeinflußt werden Hier speziell durch CTE-Daten Die Kurve zeigt Verzug bei CTE- Änderungen von +/- 25 % & 50%

18 Schwindungsdaten Gemessene Schwindungsdaten sollten für Mittelflächen- und DualDomain-Modellen verwendet werden Uncorrected residual stress (ohne Schwindungsdaten) zeigt den richtigen Trend kann aber von den absoluten Werten abweichen

Uncorrected residual stress (ohne Schwindungsdaten) zeigt

19 Kühlungseinstellung für die Simulation Werkzeugwandtemperatur Wird als Zieltemperatur eingestellt Typischerweise C oberhalb der Temperatur des Kühlmediums Temperatur und Durchflussmenge des Kühlmediums Sollten in Praxis und Simulation identisch sein Schmelzetemperatur Wird idealerweise mit Temperaturfühler im Schneckenvorraum gemessen Werkzeugöffnungszeit Kann sich in der Praxis durch Handlings verlängern, entsprechend einstellen Solver-Parameter Einstellung Ideal ohne mesh aggregation liefert beste Ergebnisse

Schmelzetemperatur Wird idealerweise mit Temperaturfühler im Schneckenvorraum gemessen Werkzeugöffnungszeit Kann sich in der

20 Maschinendefinition Für die meisten Analysen reicht die Standardeinstellung Aus Für eine exakte Übereinstimmung sollte die entsprechende Maschine verwendet oder die Standardmaschine angepaßt werden

exakte Übereinstimmung sollte die entsprechende

21 Einspritzprofil Muss für einen zuverlässigen Vergleich zwingend berücksichtigt werden Einspritzgeschwindigkeit über die Schneckenposition ist eine gebräuchliche Einstellung [mm/sec] Genauer: Volumenrate über Schneckenposition [cm³/sec]

22 Umschaltpunkt Wegabhängiger Umschaltpunkt lässt sich am besten vergleichen Druck am Umschaltpunkt kann je nach Position sehr grosse Unterschiede aufweisen Der Vergleich des maximalen Druckes sollte nicht über Druckspitzen erfolgen

23 Nachdruckphase Immer den spezifischen Druck verwenden Umrechnung von Hydraulischem Druck auf spezifischen Druck kann fehlerbehaftet sein (z.b. durch Kompressibilität des Öls oder durch Reibungswiderstände) Am gebräuchlichsten wird der Druck über die Zeit eingestellt Kann linear oder nichtlinear eingestellt sein

24 Maschinenreaktionszeit Kann bei älteren Maschinen erhöhte Werte aufweisen Kann in der Simulation berücksichtigt werden Standardwert = 0.01 sek

25 Einflussgrößen auf den Verzug Praxis Analyse-Typ Nachdruckhöhe Simulation Nachdruck- & Kühlzeit Faserorientierung Schwindungsdaten Einspannpunkte thermischer Ausdehnungskoeffizient

26 Simulationseinstellungen für den Verzug Netzabhängige Einstellungen Mittelfläche Small deflection / large deflection Corner effect Dual Domain Nur Small deflection Corner effect Matrix solver 3D Nur Small deflection Mesh aggregation

27 Einflussgrößen auf den Verzug in der Praxis Materialvorbereitung Trocknung, Zuschlagsstoffe, Regranulat Einspritzprofil Anzahl Stufen Maschinenkapazität Schliesskraft, Spritzdruck Drücke Werkzeug / Maschine Praxis Simulation Temperaturen Werkzeug / Maschine / Einlegeteile Nachtempern Prozessstabilität Maschinenfähigkeit / Entformung Werkzeugentlüftung

28 Einspritzprofil Eingestelltes Einspritzprofil muss nachgefahren werden können und reproduzierbar sein nicht reproduzierbar reproduzierbar

29 Materialvorbereitung Materialdaten wurden mit ausreichend vorgetrocknetem Material erfasst (Trocknung nach Herstellerangaben) Feuchtegrad hat grossen Einfluss auf Viskosität und damit auf den Druckbedarf

30 Druckvergleich Es sollte nicht einfach der gemessene Höchstdruck mit dem Druck am Umschaltpunkt in der Simulation verglichen werden Die Betrachtung des gesamten Druckkurvenverlaufs ist aussagekräftiger Der gemessene Höchstdruck Muss nicht zwingend am Umschaltpunkt anliegen Kann durch kaltem Pfropfen hervorgerufen werden (Maschinendüse, Anschnitt, Heisskanaldüsenspitze)

31 Druckverlust in der Düse berücksichtigen Wenn die Düsengeometrie nicht vorliegt, sollte der Druckverlust geschätzt werden Durch Ausspritzen ins Freie kann der Druckverlust in der Praxis ermittelt werden. Dabei möglichst unter realistischen Prozessbedingungen arbeiten (Plastifizierung)

32 Druckaufnehmer im Werkzeug Druckaufnehmer im Werkzeug können für den Vergleich sehr hilfreich sein. Druckaufnehmer sollten direkt in der Kavitätenoberfläche liegen. Die Positionierung unterhalb von Auswerfern kann durch Reibungswiderstände die Werte verfälschen.

33 Zustand des Staurings Der Stauring an der Schneckenspitze sollte nicht verschlissen sein und gut abschließen (Massepolster stabil?) Oftmals wird zu diesem Zweck ein Schneckenrückzug eingestellt. Der schneckenrückzugsweg muss aus dem Einspritzweg und aus der Einspritzzeit herausgerechnet werden. Einige Maschinen lassen sich entsprechend einstellen.

34 Zusammenfassung Es ist in jedem Fall eine systematische Vorgehensweise notwendig, wenn die Simulation mit der Praxis verglichen werden soll Eine Vielzahl von Einflussgrößen können das Ergebnis verfälschen Maschinenkapazität / Fähigkeit Materialvorbereitung und Materialdaten Messmethoden Geometrie und Prozesseinstellungen Eine perfekte Übereinstimmung der Simulation mit der Praxis ist wünschenswert aber nicht zu 100 % machbar. Viel wichtiger ist es, ein ausreichend grosses Prozessfenster zu erhalten.

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