Simulationsgestützte Generierung von Kühlkanallayouts auf Basis des lokalen Kühlbedarfs
Im abgeschlossenen Teilprojekt B01 des SFB 1120 wurde eine simulationsgestützte Methodik entwickelt, mit der Temperiersysteme für Spritzgießwerkzeuge automatisch und nachvollziehbar ausgelegt werden können. Ziel war es, den Verzug von Kunststoffbauteilen zu reduzieren und gleichzeitig den Aufwand bei der Werkzeugabmusterung zu verringern.
© IKVAusgangspunkt der Arbeiten war die Berechnung des lokalen Kühlbedarfs eines Formteils. Mithilfe FEM-basierter Simulationen und eigenen Gütefunktionen wurde analysiert, an welchen Stellen des Werkzeugs mehr oder weniger Wärme abgeführt werden muss. Aus dieser optimalen thermischen Verteilung wurden anschließend geeignete Kühlkanallayouts abgeleitet. Die entwickelten Gütefunktionen bewerten die Temperatur, Kühlrate und Eigenspannungen während der Abkühlung.
Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der automatisierten Generierung unterschiedlicher Temperiersysteme. Neben konturnahen Kühlkanälen, die dem Verlauf der Bauteilgeometrie folgen, wurden auch fertigungsgerechte gradlinige Kühlkanäle algorithmisch erzeugt. Die Abbildung zeigt beispielhaft ein gradliniges und ein konturnahes, automatisch generiertes Kühlkanalsystem.
Simulative und experimentelle Untersuchungen zeigen bei automatisch generierten Kühlkanälen einen vergleichbaren bis geringeren Verzug. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung der Werkzeugauslegung und zeigt, wie simulationsbasierte Algorithmen künftig zu robusteren und effizienteren Spritzgießprozessen beitragen können.
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.
