13. CONNECT!

Einblicke in die Verzugskorrektur 4.0

Ob Designer oder Formenbauer, der Verzug von spritzgegossenen Kunststoffteilen kann als eine der schwierigsten Herausforderungen angesehen werden. In einer Welt, in der wir eine hohe Qualität beim Spritzgießen anstreben, sollten mehrere zeit- und kostenaufwändige Iterationen vermieden werden. SABIC unterstützt neue Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0 und virtuelles Prototyping. Die Anwendung einer Verzugskorrektur auf die Kavität des Formprodukts ist ein Verfahren, das bereits seit vielen Jahren auf dem Markt zu finden ist, wobei die Kompensationswerte entweder auf Prototyping oder Simulation basieren. Wir stellen jedoch fest, dass das Endergebnis in der Regel immer noch einen erheblichen Restverzug aufweist. In enger Zusammenarbeit mit dem Joint Venture Inpro wurde eine Reihe von Softwaretools entwickelt, mit denen das verzugskompensierte Modell automatisch und iterativ erstellt wird, entweder für das gesamte Teil oder für bestimmte Schwerpunktbereiche. Die Ergebnisse wurden experimentell mit einem Spritzgussteil in Originalgröße validiert. In der Präsentation werden der Softwareentwicklungsansatz, die Verbindung zu Moldflow und anderen Softwarepaketen sowie die experimentell validierten Ergebnisse vor und nach der Verzugskompensation vorgestellt.

Neue Simulationsansätze für die Prozesssimulation von Sheet Molding Compound (SMC)

Die Simulation von Fließpressprozessen mit SMC stellte bisher Simulationssoftware auf Grund des speziellen Fließverhaltens vor große Herausforderungen und führte zu einer unzureichenden Vorhersagegüte für die virtuelle Prozessauslegung. Durch eine materialspezifische Charakterisierung, neue Simulationsansätze innerhalb Moldflow, sowie durch einen sequenziellen Ansatz mit einer initialen Umformsimulation in ABAQUS um auch komplexe Materialauslagen abzubilden, wurden in ersten Studien sehr gute Ergebnisse erzielt. Diese Methoden und deren experimentellen Validierung werden in diesem Vortrag anhand einer Wabenstruktur und einer Ultraleichtflugzeugfelge demonstriert.

Simulation und Realität – Erfahrungen aus der Validierung

Im diesem Vortrag werden mehrere Aspekte der Simulation betrachtet und mit der Realität verglichen. Hierzu gehören unter anderem die Verzugsvalidierung an unterschiedlichen Geometrien, Validierung der berechneten Faserorientierung sowie der Abgleich des Druckbedarfs.

Herausforderungen bei der virtuellen Entwicklung des Produktionsprozesses eines umspritzten Bauteils

Virtuelle Validierungstechnologien wie Moldflow helfen, Zeit und Material zu sparen sowie die Ausschussrate durch Verbesserung der Produktqualität zu senken. Generell ermöglichen sie eine schnellere Entwicklung neuer Produkte mit geringeren Kosten.
Der Simulationsingenieur liefert Erkenntnisse, die bei der Konstruktion von Bauteilen, Werkzeugen und Formgebungsverfahren nützlich sind.
Die Genauigkeit der CAE-Analyse hängt in hohem Maße von der Qualität der bereitgestellten Eingabedaten ab. Die vom Berechnungstool (Moldflow) generierten Ergebnisse müssen vom Benutzer korrekt und intelligent interpretiert werden, bevor sie vorgestellt werden. In der Regel kann jede einzelne Analyse eine Vielzahl von Ergebnissen liefern, die eine große Menge an Informationen enthalten. Die Herausforderung für den Ingenieur, der eine solche Analyse durchführt, besteht darin, diese Informationen zu filtern, die kritischen Punkte zu identifizieren und die Risiken zu definieren.
Der Moldflow-Ingenieur befindet sich an der Schnittstelle zwischen Produktion, Labor und Konstruktion. Einerseits muss das Produkt so entworfen werden, dass es seine Funktion erfüllt und in Kombination mit dem gewählten Material allen Belastungen während der Lebensdauer standhält. Andererseits muss das Bauteil herstellbar und kosteneffizient sein.
Im Entwicklungsprozess gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die das Endprodukt beeinflussen.
– Materialeigenschaften für das Produktdesign
– Design für Festigkeit
– Dicke des Teils
– Verstärkung der strukturellen Festigkeit durch Rippen
– Verarbeitungseinstellungen

In dem vorgestellten Beispiel war die Situation noch schwieriger, weil das Produkt mit sehr dünnen Wandstärken umspritzt werden sollte und das Material Glasfasern enthielt. Um ein qualitativ hochwertiges Produkt zu liefern, bestand die gewählte Strategie darin, das Produkt in der Entwurfsphase zu optimieren, es durch numerische Berechnungen und Tests zu validieren, ein Material auszuwählen, das den Anforderungen entspricht, und in der letzten Phase die Einspritzparameter zu optimieren. Es gab viele Entwurfs- und Simulationsschleifen, aber am Ende gelang es uns, einen geeigneten Entwurf zu liefern, der alle Anforderungen erfüllte.

Ein simulationsbasierter Ansatz zur Vorhersage der Verarbeitung und der strukturellen Leistung von umspritzten thermoplastischen Verbundwerkstoffen

Das Umspritzen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist eine Technologie, bei der ein Einsatz aus thermoplastischem Composites hergestellt und anschließend im Spritzgussverfahren umspritzt wird. Obwohl das Verfahren inzwischen sehr gut etabliert ist, fehlt es an Tools für ein auf Anhieb richtiges Design. Es wurde ein Simulationskonzept entwickelt, um die strukturelle Performance von umspritzten thermoplastischen Composites vorherzusagen, einschliesslich der verschiedenen Verarbeitungsschritte und der Ausprägung der Verbindungsfestigkeit. Der Simulationsansatz wird anhand eines speziell entwickelten Musterteils veranschaulicht und experimentell validiert.

Eine holistische Bewertung von Simulationsergebnissen

Die Verknüpfung von Prozessparametern, Simulationsergebnissen und realer Messungen am Beispiel des Verzugs

Dank der Simulation ist es bereits heute möglich den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Schwindungs- und Verzugsergebnisse rein virtuell zu untersuchen.

Welche Grundlagen müssen aber gegeben sein, dass diese Ergebnisse gleichbleibend bewertet und weitergenutzt werden können?

Wie kann der erzeugte Mehrwert auch simulations-fernen Abteilungen zugänglich und vor allem verständlich gemacht werden?

Kai Winter beleuchtet in diesem Vortrag zuerst den aktuellen Stand der Technik zum Thema „holistische Bewertung von Simulationsergebnissen“ und zeigt die wichtigsten Grundlagen für ein abteilungsübergreifendes Zusammenarbeiten auf.

Auf Basis dieser Grundlagen können dann automatisierte und verknüpfte Auswertungen oder gar eine Lösung zur KI-gesteuerten Optimierung der Simulationen genutzt werden.

Entwicklung eines 16-fach Werkzeugs für eine Metall-Hybrid-Kunststoff-Spindelmutter

Durch Simulation die Realität besser verstehen und Prozesse gezielt verbessern

Für die Hybrid-Spindel-Mutter sollte eine vollautomatische Fertigungszelle entwickelt und umgesetzt werden. Als zusätzliche Herausforderung wurde die Anzahl der Kavitäten von 8 auf 16 erweitert.

Die Erkenntnisse aus dem laufenden Werkzeug mit 8 Kavitäten wurden auf die 16 Kavitäten übertragen und mit Simulationen bestätigt. Anhand der Simulation war es möglich eine Ursache für die unzureichende Nachdruckwirkung im neuen Werkzeug zu erkennen und diese vor der Werkzeugreifmachung zu eliminieren, so dass für das 16fach Werkzeug eine qualitativ bessere Ausgangslage für die Korrektur an der Verzahnung erreicht werden konnte.

Der Vortrag zeigt die Ursachenfindung der verkürzten Nachdruckzeit und die Auswirkung auf die Verzahnungsqualität und der robusteren Prozessführung.