Abbildung des optimierten Wärmehaushalts in Spritzgießwerkzeugen
Ein neuer Python-basierter Ansatz ermöglicht die automatisierte Konstruktion gradliniger Kühlkanäle in Spritzgießwerkzeugen. Mit angepassten Pfadfindungsalgorithmen werden lokal optimierte, kollisionsfreie Layouts entwickelt, die den Verzug minimieren und thermische Effizienz gewährleisten – ein Schritt zur Standardisierung und Kostenreduktion in der thermischen Werkzeugauslegung.
Ausgangssituation / Problemstellung:
Die thermische Auslegung von Spritzgießwerkzeugen ist in der Regel ein aufwendiger und iterativer Konstruktionsprozess, der bis heute nur in geringem Maße automatisiert ist. Kühlkanallayouts werden manuell konstruiert und das Ergebnis ist subjektiv und erfahrungsabhängig. Somit wir der lokale Kühlbedarf des Formteils nicht ganzheitlich realisiert. Das IKV untersucht Ansätze, eine automatisierte Erstellung von Kühlkanälen zu erreichen und damit die thermische Auslegung zu beschleunigen sowie Bauteile mit minimalem Verzugspotenzial zu realisieren.
Die Minimierung des Verzugs wird während der Optimierung durch ein gleichmäßig verteiltes Schwindungspotenzial sichergestellt, welches auf einer homogenen Kühlraten- und Temperaturverteilung basiert. Ein bestehender Algorithmus ermöglicht die Ableitung von konturnahen Temperierkanälen, welche jedoch mithilfe additiver Fertigungsverfahren hergestellt werden müssen. Die additive Fertigung von Werkzeugeinsätzen bietet mehr geometrische Freiheiten als das Bohren von gradlinigen Kühlkanälen, jedoch ist das Verfahren deutlich kostenintensiver und die Wartung sowie Aufbereitung der Kanäle komplexer.
Zielsetzung:
Auf Basis der Ergebnisse eines bestehenden Algorithmus zur Optimierung der lokalen Wärmeströme wird eine automatisierte Ableitung von gradlinigen Kühlkanälen mithilfe der Programmiersprache Python erstellt. Ziel ist eine möglichst minimale Einflussnahme des Anwenders und eine Berücksichtigung der fertigungs- und betriebstechnischen Randbedingungen. Hierbei sind mögliche Kollisionen mit dem Formteil, sowie anderen relevanten Bereichen im Werkzeug, wie Trennebenen zu vermeiden.
Lösungsweg und Ergebnisse:
Innerhalb der bestehenden Auslegungsroutine wird der Approximations- und Pfadfindungsalgorithmen auf die Zielstellung angepasst. Dazu werden signifikante Knotenpunkte identifiziert und die beste Kombination der Verbindung dieser Punkte mit gradlinigen Segmenten berechnet. Anschließend wird der Einfluss der generierten, gradlinigen Kanäle simulativ anhand eines komplexen Formteils untersuchen und mit den Ergebnissen eines bestehenden manuell ausgelegten Kühlkanallayouts vergleichen. Dabei werden der Verzug und thermische Prozessgrößen als Qualitätsgröße für das generierte Kühlkanallayout herangezogen.
Projektdaten und Förderung
Die vorgestellten Arbeiten werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1120 „Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in der Produktionstechnik“ im Teilprojekt B01 („Algorithmen zur Auslegung eines Temperierlayouts für Spritzgießwerkzeuge unter Berücksichtigung des lokalen Kühlbedarfs“) finanziell gefördert. Ihr gilt unser ausdrücklicher Dank.
Projektlaufzeit: 7/2014 bis 6/2026
