Reduzierung der Produktverdrehung an einem bestehenden Spritzgießwerkzeug

Auf der Grundlage aller erhaltenen Daten (3-D-Produktmodell, Produktmaterial, Werkzeugdesign und technologische Parameter) wurde die Spritzgießverfahren-Simulation im Autodesk Moldflow Insight-Softwarepaket durchgeführt. 

Ihr Zweck war es, die tatsächliche Situation zu erfassen und vor allem die Übereinstimmung mit den Ergebnissen eines echten Spritzgießprodukts. Um möglichst realistische Ergebnisse zu erhalten, haben wir eine vollständige Analyse (Kühlung, Befüllung und anschließender Druck, sowie Verbiegen und Schrumpfen) durchgeführt, dh das gesamte Produkt (ein Nesting-Werkzeug) und das Werkzeug wurde zusammen mit dem Zufluss- und Temperiersystem aufgenommen (Abb. 2).

 

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Abb. 1: Verformter Produkt - der Ausgangszustand: a) die Hülsenverformung bei einem festen Deckel, b) die Deckelverformung bei einer festen Hülse 
 

 

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Abb. 2: Ein Computermodell des Werkzeugs

 

Die Ergebnisse zeigten eine vollständige Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Zustand (Verformung des oberen Hülsenteils nach innen um etwa 0,87 mm (Abb. 1a) bzw. das Deckelanheben am Rand um etwa 1,3 mm (Abb. 1b) und zeigten die Ursache an. Die Abbildungen 1a und 1b zeigen die verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten einer Produktverformung.

Die Abbildung 1b erleichtert den Vergleich mit dem tatsächlichen Produkt.

Nach der Überprüfung der grundlegenden Simulationsergebnisse konnten wir aus dem Bild der Produkttemperatur im Moment des Werkzeugöffnens eine starke Überhitzung am Fußende der Problemhülse entnehmen. Die Produkttemperatur zum Zeitpunkt des Werkzeugöffnens ist in Abb. 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass diese Temperatur in der Hülsenwurzel fast 20 °C höher ist als die Temperatur der angrenzenden Oberflächen, was höchstwahrscheinlich der mögliche Grund für eine übermäßige Produktverformung ist.

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Abb. 3: Produkttemperatur beim Auswerfen     Abb. 4: Durchschnittstemperatur des Werkzeugs 

 

Aus der Durchschnittstemperatur des Werkzeuges in Abbildung 4 ist es möglich, die Überhitzung des Werkzeuges in der Ecke der Hülsenwurzel zu entnehmen, das zur Verformung geführt hat. Die Produkthülse wird in Richtung der wärmeren Werkzeugseite verformt, da an dieser Stelle der Schrumpf aufgrund der längeren Massenabkühlung größer ist.

 

Reduzierung der Produktverformung

Um die Verformung der Produkthülse zu reduzieren, ist es notwendig, den Temperaturunterschied in der Wurzel zu verringern.

Nach Gesprächen mit dem Unternehmen und nach Überprüfung der Konstruktionsdokumentation der Werkzeuge haben wir uns dazu entschlossen, einen zusätzlichen Kühlkreislauf im Werkzeug an der Stelle herzustellen, die sich bei der Analyse als problematisch erwies. Natürlich haben wir die genannte mögliche Lösung zuerst mit einer Simulation geprüft.

 

Simulation mit neuem Kühlsystem

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Abb. 5: Ausbesserung der Kühlung der Wurzel des Behälterdeckels

 

Die Abbildung 5 zeigt die neuen Temperatursystemlinien. Eine klassische Schaltung und Kühlung mit einer Sperre wurde dem Werkzeug hinzugefügt.

Mit zusätzlicher Kühlung konnten wir den Temperaturunterschied in der Hülsenwurzel reduzieren. Die Temperatur des Produkts in der Wurzel fiel um etwa 25 °C (Abb. 6), ebenso wurde die Temperaturdifferenz in der Wurzel zwischen der Spritz- und der Auswurfseite des Werkzeugs reduziert (7). Die Simulationsergebnisse zeigten eine Verbesserung des Verformungszustandes (Verformungsreduktion) um etwa 50 % (Abb. 8). Aufgrund einer positiven Verbesserung der Situation haben wir beschlossen, diese Korrekturen auf das eigentliche Tool anzuwenden.

 

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Abb. 6: Produkttemperatur während des Auswurfs bei der neuen Kühlung; Abb. 7: Durchschnittstemperatur des Werkzeugs - neue Kühlung; Abb. 8: Reduzierung der Produktverformung mit neuer Kühlung

 

Verformungsergebnisse eines tatsächlichen Produkts

Nach erfolgten Änderungen am Werkzeug, Tests an der Maschine und dem 3-D-Scannen der Produkte konnten wir die tatsächliche Reduzierung der Produktverformung bestätigen (Abbildung 9).  Das Produkt befindet sich nun im vorgegebenen Toleranzfeld, das seine Funktionalität sicherstellt.

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Abb. 9: Vergleich der Verformung zwischen dem alten und dem neuen Zustand
alter Zustand / neuer Zustand

 

Endergebnis

Numerische Simulationen haben es ermöglicht, die Ursache für übermäßige Hülsenverformung schnell und kostengünstig zu erkennen und zu beseitigen. Nach erfolgten einmaligen Änderungen am Werkzeug, entsprechend den Ergebnissen der Simulationen, haben wir das Produkt im vorgegebenen Toleranzfeld bereitgestellt.

Die Nützlichkeit der Ergebnisse solcher Analysen hängt stark von der Fachkompetenz des Benutzers ab. Der Benutzer muss in der Lage sein, die Ergebnisse richtig zu interpretieren, bevor er die Ursachen beurteilt und Entscheidungen trifft. Ein unerfahrener Benutzer kann sich in umfangreichen Ergebnissen, aus welchen er keine nützlichen Informationen entnehmen kann, leicht verlieren.

 

Von Partnerunternehmen

IGOR ŽIBRET, BSH HIŠNI APARATI, d.o.o., NAZARJE: »Durch den Einsatz moderner Technologien wie Verformungssimulation und optische Produktabtastung sowie durch den Vergleich und die Analyse der gewonnenen Daten konnten wir das Deckelverformungsproblem des BOSCH MCM4-Zerkleinerers schnell und effektiv zu niedrigen Kosten beheben und die Produktion erfolgreich und zeitgerecht starten. Natürlich reichen die modernen Technologien selbst nicht aus, es ist notwendig, die Aufgabe richtig zu stellen, die richtigen Randbedingungen einzugeben und die erhaltenen Daten richtig zu analysieren. Hier waren die Experten von Tecos sehr hilfreich. Da wir mehrere neue Projekte entwickeln, erwarte ich auch in Zukunft eine erfolgreiche Zusammenarbeit mit Tecos.«

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