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
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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 -