Mehrskalige Simulation zur präziseren Vorhersage von Schwindung und Verzug teilkristalliner Bauteile
Für Hersteller präziser Spritzgießbauteile ist eine zuverlässige Vorhersage von Verzug entscheidend, um Ausschuss zu reduzieren, Abstimmphasen zu verkürzen und enge Maßtoleranzen sicher einzuhalten. Bei teilkristallinen Kunststoffen reichen makroskopische pvT-basierte Schwindungsmodelle allein häufig nicht aus, um den Verzug nach dem Entformen zuverlässig vorherzusagen. Der Grund dafür ist, dass lokale Temperatur- und Druckverläufe unterschiedliche Kristallisationsgrade erzeugen. Dadurch entstehen lokal anisotrope thermo-mechanische Eigenschaften im Bauteil.
© IKVIn diesem Teilprojekt B04 des SFB 1120 entwickelte das IKV ein integriertes Multiskalen-Simulationsmodell (Abbildung 1), um die thermo-mechanische Verzugsanalyse teilkristalliner Bauteile zu verbessern. Der Ansatz koppelt die nichtisotherme Füllsimulation mit einer hierarchischen Modellierung von Kristallisation und Materialeigenschaften. So wird erfasst, wie lokale Abkühlbedingungen den Kristallisationsgrad, die effektiven Eigenschaften und schließlich die Bauteilverformung beeinflussen.
Die Ergebnisse an einer Stufenplatte zeigen, dass kristallisationsabhängige lokale Eigenschaften berücksichtigt werden müssen, um Schwindung und Verzug zuverlässig vorherzusagen. Gegenüber einer Beschreibung mit konstanten Materialeigenschaften konnte die Vorhersagegenauigkeit um etwa den Faktor sechs verbessert werden. Damit unterstreicht das Projekt den industriellen Nutzen prozess-struktur-eigenschaftsbasierter Simulation.
Über den SFB 1120
Der Sonderforschungsbereich 1120 der RWTH Aachen University erforscht seit 2014 neue wissenschaftliche Ansätze und Technologien zur Beherrschung von Prozessen, bei denen der Werkstoff eine schmelzflüssige Phase durchläuft, um die Geometrie präzise zu fertigen. Neben den metallischen Schweiß-, Gieß- und Fügeverfahren wurde im Großprojekt auf Seiten des IKVs mit drei Teilprojekten das Kunststoffspritzgießen erforscht. So wurde mit der Auslegung von Temperierkanallayouts, dynamsicher Werkzeugtemperierung und Multiskalens-Prozesssimulationen die Schmelzedynamik, die Erstarrung und Methoden zu deren Beeinflussung bzw. Modellierung auf unterschiedlichen Ebenen untersucht.
Projektdaten und Förderung
Wir danken der DFG für die Förderung des Projekts im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1120 und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
