1. Problematik Die Vorhersage von Einfallstellen ist derzeit nur mit unbefriedigender Genauigkeit möglich. Das in Autodesk Simulation Moldflow integrierte Ergebnis Sink Marks Estimate liefert, insbesondere bei der 3D Simulation, ungenaue bzw. fehlerhafte Ergebnisse. Deutlich bessere Ergebnisse erhält man mit der Auswertung der volumetrischen Schwindung über den Bauteilquerschnitt. Unterschiede der volumetrischen Schwindung zwischen der Kern-und Randschicht lassen, nach eigener Erfahrung, einen realitätsnahen Rückschluss auf die Bildung von Einfallstellen zu. Die ermittelten Schwindungswerte gelten aber nicht für alle Kunststoffmaterialien in gleicher Weise. Es lassen sich lediglich Anhaltswerte für die volumetrische Schwindung für bestimmte Materialklassen aufstellen, bei denen mit Einfallstellen zu rechnen ist. Aber auch innerhalb dieser Materialklassen, kann es erfahrungsgemäß zu Abweichungen kommen. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit produzierte Teile mit den Ergebnissen der Simulation abgeglichen. An den Stellen an denen Einfallstellen am Produkt auftraten, wurde die volumetrische Schwindung in der Simulation ermittelt und die Werte archiviert, so daß man bei nachfolgenden Simulationen mit dem gleichen Material eine verbesserte Vorhersage treffen konnte. Diese Vorgehensweise hat deutlich bessere Ergebnisse zur Folge, als die Verwendung der Einfallstellenstellenergebnisse der Software. Bei neuen oder unbekannten Werkstoffen stellt sich die Frage der Einfallstellenbildung bzw. vorhersage jedoch immer wieder erneut. 1
2. Lösungsversuch Ermittlung von Grenzwerten zur Bildung von Einfallstellen Die bereits beschriebene Vorgehensweise, liefert Schwindungswerte, die zur Bildung von Einfallstellen führen immer erst nach Abmusterung des Bauteils. In vielen Fällen ist es auch schwierig die Parameter der Abmusterung zu erhalten, was einen Abgleich zwischen Realität und Simulation erschwert. Aus diesem Grund hat sich wekona entschlossen, Grenzwerte für die volumetrische Schwindung, die zur Bildung von Einfallstellen führen, schon im Vorfeld zu bestimmen. Und dies am Besten für den zur Anwendung anstehenden Kunststoff. Zur Ermittlung dieser Werte wurden ein Versuchswerkzeug konstruiert und gebaut, das es nun erlaubt gespritzte Bauteile mit den Ergebnissen der Simulation abzugleichen. Dabei liefern ein eingebauter Druck-und Temperatursensor Werte, die es gilt, in der anschließenden Simulation möglichst genau abzubilden. Wurde dies erreicht, wird an den am gespritzten Bauteil erkennbaren Einfallstellen die volumetrische Schwindung ermittelt. Für unterschiedliche Einfallstellenausprägungen ergeben sich unterschiedliche Schwindungswerte, die man letztendlich noch klassifizieren kann, z.b. leichte oder tiefe Einfallstelle. 2
3. Das Musterteil Das Bauteil ist im Wesentlichen eine einfache Platte, die mit einem kleinen Filmanguß angespritzt wird. Auf der Unterseite dieser Platte befinden sich Zylinder mit unterschiedliche großen Durchmessern mit variierenden Abständen zum Anspritzpunkt. Diese Zylinder sorgen nun, in Abhängigkeit von Durchmesser und Abstand für unterschiedlich große Einfallstellen, die optisch und auch maßlich beurteilt werden können. 3 Bild 1: Bauteil mit Angußverteiler Bild 2: Bauteil mit Drucksensor (blau) und Temperatursensor (rot)
Verbesserte Vorhersage von Einfallstellen mit Autodesk Simulation Moldflow 4. Das Werkzeug Das Werkzeug wurde in Autodesk Moldflow komplett vernetzt. So konnten alle Werkzeugmaterialien definiert und berücksichtigt werden. 4 Bild 3: Auswerferseite Bild 4: Düsenseite
5. Abmusterung und anschließende Simulation Eine im Vorfeld durchgeführte Simulation mit dem Versuchsmaterial liefert die Ausgangsbasis zur Einstellung des Spritzgießprozesses. Bei der anschließenden Abmusterung werden der Werkzeuginnendruck und die Werkzeugoberflächentemperaturen an den auf Seite 3 gezeigten Positionen aufgezeichnet. Die verwendeten und archivierten Prozeßdaten werden nun in einer weiteren Simulationsrechnung eingegeben. Durch Anpassung des Nachdruckprofils wird versucht, den aufgezeichneten Werkzeuginnendruckverlauf bestmöglich nachzustellen. Bild 5: Werkzeuginnendruckverlauf (infolge Werkzeugatmung fällt der Druck erst nach dem Entformen auf Null ab) Bild 6: Druckverlauf an der Drucksensorposition 5
6. Auswertung Die Einfallstellen werden am gefertigten Bauteil optisch und maßlich (Tiefe) ausgewertet und die ermittelten Ergebnisse in die Tabelle eingetragen. Analog dazu wird für jede Meßstelle aus der Simulation die volumetrische Schwindung ermittelt und ebenfalls aufgezeichnet. Am Ende der Auswertung erhält man Schwindungswerte, die man Einfallstellen unterschiedlicher Ausprägung (keine, geringe oder starke Einfallstelle) zuordnen kann. 6 Bild 7: Bewertungsblatt für die optische und maßliche Ausprägung der Einfallstelle
7. Vergleich Einfallstellenvorhersage AMI 2014 zur Realität In den beiden unten dargestellten Bildern wird das Ergebnis der Einfallstellenvorhersage aus der Simulation mit dem korrelierenden Bauteil aus der Abmusterung verglichen. Man kann gut erkennen, daß die in der Simulation ermittelten Einfallstellen in der Realität überhaupt nicht auftreten. Umgekehrt werden an der Musterplatte auftretende Einfallstellen in der Simulation nicht erkannt. 7 Bild 8: Sink marks estimate Bild 9: zu Bild 8 korrelierende Musterplatte
8. Zusammenfassung Durch die aufgezeigte Methode lässt sich die Vorhersagegüte von Einfallstellen verbessern. Man erhält damit materialspezifische Schwindungswerte, die sich von Einfallstellen an gefertigten Musterteilen ableiten. Für neue Bauteile kann man nun diese Schwindungswerte heranziehen und bekommt anhand der zur Verfügung gestellten Musterteile auch optisch ein Gefühl dafür, welche Einfallstellenausprägung zu erwarten ist. Bild 10: Averaged volumetric shrinkage. Dieses Ergebnis liefert eine deutlich bessere Übereinstimmung zur Realität. Nur eine Aussage über die Einfallstellenausprägung ist damit nicht möglich. Bild 11: zu Bild 10 korrelierende Musterplatte 8