Beitrag zur optimierten Vorhersage von Schwindungs- und Verzugserscheinungen spritzgegossener Kunststoffbauteile

Schwindung und Verzug zählen zu den großen Herausforderungen bei der Auslegung thermoplastischer Spritzgießbauteile in technischen Anwendungen. Um diese Effekte bereits in der Designphase zu berücksichtigen, werden Prozesssimulationen durchgeführt. Für eine möglichst realitätsnahe Vorhersage des Spritzgießprozesses müssen das Material und die Randbedingungen adäquat definiert werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Material- und Simulationsparameter auf die Schwindungs- und Verzugssimulation untersucht. Hierzu werden experimentelle Spritzgießversuche durchgeführt und anschließend Schwindung und Verzug ausgewertet. Im Prozess aufgenommene Sensordaten geben Einblick in lokale Vorgänge während dem Spritzgießen. Materialparameter werden ermittelt und in die Spritzgießsimulation überführt. Die Untersuchungen zeigen, dass von allen betrachteten Materialeigenschaften ein Einfluss auf Schwindung und Verzug ausgeht, wobei die Fließgrenztemperatur bei unverstärkten Thermoplasten den größten Effekt zeigt. Bei kurzglasfaserverstärkten Materialien geht zudem ein deutlicher Einfluss von richtungsabhängigen Materialdaten, wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, aber auch den Modellparametern der Faserorientierungsberechnung aus. Neben den Materialparametern ist der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Formteil und Kavität in der Nachdruckphase von großer Bedeutung. Aus den Ergebnissen ergibt sich ein Leitfaden für die praktische Anwendung, zur gezielten Optimierung von Materialdaten, für eine möglichst adäquate Vorhersage von Schwindung und Verzug. Der Inhalt:Einleitung und Motivation, Zielsetzung und Gliederung der Arbeit.- Morphologische Eigenschaften von Thermoplasten, Spritzgießen von Thermoplasten (Rhologische Prozesse, Faserausrichtung, Schwindung und Verzug), Spritzgießsimulation (Berechnungsmethodik, Materialparameter), Stand der Forschung im Bereich der Spritzgießsimulation.- Experimentelle Spritzgießuntersuchungen.- Simulation des Schwindungs- und Verzugsverhaltens im Spritzgießprozess.- Systematische Untersuchungen der Berechnungsparameter der Spritzgießsimulation.- Untersuchung Simulationsparameter, Materialparameter (PBT, PBT-GF30, PS).- Zusammenfassung der Ergebnisse und Forschungsausblick Der Autor:Markus Fornoff war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Gruppe Mechanik und Simulation, Forschungsschwerpunkt: Simulationsgestützte Auslegungsmethoden spritzgegossener Kunststoffbauteile. Seit 06.2023 ist er Application Engineer bei Simcon kunststofftechnische Software GmbH