Schwindungs- und Verzugstendenzen eines spritzgegossenen Kunststoffbauteils mit Hilfe einer Spritzgusssimulation bewerten

Stellen Sie sich mal vor, Sie haben das neue Bauteildesign Ihrer bestehenden Baugruppe angepasst. Das Bauteildesign ist festgelegt. Die Materialauswahl steht. Die Toleranzen sind festgelegt. Das Werkzeug ist hergestellt. Das erste Bauteil fällt aus dem Werkzeug. Das Bauteil kühlt ab und Sie wollen es in die Baugruppe setzen. Es passt nicht. Das Bauteil lässt sich nicht in die Baugruppe setzen. Sie werden sich wundern wie häufig der unerwartete Verzug von Kunststoffbauteilen zum ernsthaften Problem wird. Vor allem bei Funktions- und Sichtteilen.

Jedes Material schwindet. Die materialspezifischen Schwindungswerte sollten im Datenblatt stehen und als Aufmaß ins Werkzeug gebracht werden. Bei einer aus PC hergestellten geraden Platte lässt sich das Schwindungsverhalten noch relativ gut vorhersagen. Wie Sie sich denken können, wird aber nicht immer nur PC verarbeitet. Das erste Problem besteht oft schon darin, dass das Schwindungsverhalten von teilkristallinen und faserverstärkten Kunststoffen abhängig von der Fließrichtung ist und sich damit unterschiedliche längs und quer Schwindungswerte ergeben. Werden diese bei besonders engen Toleranzen nicht berücksichtigt muss das Werkzeug nachgefräst werden, weil die Messwerte nicht mit den Prüfmaßen übereinstimmen. Noch komplexer ist die Entstehung von Verzug.

Verzug entsteht aufgrund unterschiedlicher Schwindungspotentiale beim Abkühlen im Bauteil. Vor allem Wanddickenunterschiede und unsymmetrische Geometrien können für einen ungewünschten Verzug Ihres Bauteils sorgen. Durch gezielte Optimierungen, wie z.B. Änderung des Anspritzpunktes zur Beeinflussung der Molekül- und Faserorientierung und Verstärkungsrippen um gegen den Verzug zu arbeiten kann der entstehende Verzug reduziert werden.

Um eine zuverlässige Aussage über das Schwindung- und Verzugsverhalten Ihres thermoplastischen Bauteils treffen zu können nutzen wir SIGMASOFT® Virtual Molding. Auf Grund der Diskretisierung des Bauteils in finite Elemente kann mit Hilfe der Materialeigenschaften das Schwindung- und Verzugsverhalten simuliert werden. Dabei ist es unser Ziel mögliche Fehler zu erkennen und zu vermeiden, bevor sie zu teuren Korrekturkosten und Fehlerbehebungskosten führen.

Die nachfolgende Liste beschreibt verschiedene Problemstellungen und Auswertmöglichkeiten, bei denen die Betrachtung des Schwindung- und Verzugsverhalten sinnvoll sein kann:

  • Verzug des Bauteils
  • Auswertung der Schwindungs- und Verzugstendenzen in allen Raumebenen
  • Abhilfe durch Vorhalten (Bombardieren) im Werkzeug
  • Optimierung des Anspritzkonzeptes inkl. der Angussart,- und geometrie um die Faser- und Molekülausrichtung zu beeinflussen
  • Vermeidung von Eigenspannungen
  • Suchen, finden und optimieren von Einflussfaktoren wie z.B. unterschiedliche Temperierung der Werkzeughälften
  • Bewertung de Maßhaltigkeit
  • Bewertung der Rundheit
  • Bewertung der Oberflächenebenheit z.B. für ein anschließendes Ultraschallschweißen

Abbildung: Schwindung- & Verzugsdarstellung des Bauteils

Die Auswertung der Simulationsergebnisse mit Problemstellen sowie Optimierungsvorschlägen stellen wir Ihnen in einem Abschlussbericht zur Verfügung. Auf Wunsch und bei großen zeitlichen Herausforderungen können wir Ihnen die Ergebnisse live präsentieren und erst mal nur Maßnahmen ableiten, damit Ihr zeitlicher Engpass nicht noch knapper wird. Den Abschlussbericht erhalten Sie dann einige Tage später.

Wir können für Sie kunststoffgerechte Konstruktionen wie beispielsweise das Einbringen von Versteifungsrippen auf Basis der Simulationsergebnisse in unseren iterativen Entwicklungsprozess einbringen. Ist eine geometrische Optimierung nicht möglich und ein Vorhalten im Werkzeug wird notwendig, kann Ihnen ein Falschfarbenvergleich helfen. Dazu wird das spritzgegossene Bauteil mit Hilfe eines CT gescannt. Das gescannte Bauteil kann mit den CAD-Daten übereinandergelegt und der tatsächliche Verzug ermittelt werden. Mit diesen Informationen und mit Hilfe einer Neukonstruktion kann ein bombardiertes Werkzeug hergestellt werde. Wenn noch kein Werkzeug gebaut ist besteht auch die Möglichkeit die Simulationsergebnisse durch einen Export der verzogenen Geometrie zum Vorhalten im Werkzeug zu nutzen.


Haben wir Sie neugierig gemacht? Testen Sie uns!

Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.