Genaue Materialdaten sind Grundvoraussetzung für realitätsnahe Ergebnisse in der Simulationswelt. Bei Kunststoffen sind diese in der Regel von den Herstellern im Labor, teils vor langer Zeit, ermittelt worden. Neben mechanischen Werten wird hier natürlich auch das Fließ- und Erstarrungsverhalten in Abhängigkeit von Druck und Temperatur in standardisierten Methoden beschrieben.

Die Leistungsfähigkeit moderner Prozesssimulation ist in den letzten zwei Dekaden enorm gestiegen. Ingenieur:innen erwarten heute nicht nur die präzise Umsetzung des Füll- und Erstarrungsvorgangs, sondern wollen genau wissen, wie das Bauteil nach der Entformung und Abkühlung aussieht. Hier treten durch Schwindung und Verzug die teuersten Probleme auf, die es natürlich zu vermeiden gilt. Die klassischen Labordaten stoßen hier an ihre Grenzen, weil sie keine Informationen zur realen Verarbeitung erhalten. Sigmasoft hat hierzu mit Virtual Thermoplastics einen Ansatz entwickelt, wie thermoplastische Datensätze für die Simulation erweitert und optimiert werden können.

Für die präzise Simulation von Kunststoff-Spritzguss mit Virtual Molding sind die gesamten Werkzeugdaten inklusive aller Details, dem gesamten Temperiersystem, jeder Werkzeugplatte, jeder Schraube und jedem Einsatz von großer Bedeutung. Diese werden im Modell mit ihren jeweiligen typischen Materialkennwerten angelegt. Die Herausforderung einer passgenauen Simulation ist das dynamische Verhalten der Kunststoffe im Prozess, abhängig von den lokalen Parametern. Wird ein bestehendes Materialgesetz für zwei verschiedene Bauteile eingesetzt, kommt es vor, dass unterschiedlich passende Simulationsergebnisse berechnet werden  – das eine besser, das andere schlechter. Die Gründe dafür können vielseitig sein: Komplexität und Größe des Bauteils, die eingestellten Parameter (zum Beispiel Werkzeugtemperatur, Massetemperatur) oder auch die Simulation mit klassischen, prozessunabhängigen Materialdaten. Warum sich aber prozessabhängig bestimmte Daten besser eignen, zeigt das folgende Sigmasoft-Projekt von Tecnifreza.

Schwindung und Verzug in der Praxis

Schwindung und Verzug kann durch viele Faktoren beeinflusst werden, wie beispielsweise die lokale Werkzeugwandtemperatur, das Abkühlverhalten oder der Erstarrungsdruck. Auch Molekül- und Faserorientierung, die Einspritzgeschwindigkeit, geometrische Durchbrüche, Wanddickensprünge oder auch Bindenähte sind neben vielen weiteren Einflüssen zu berücksichtigen, wenn genaue Ergebnisse erzielt werden sollen. Der Sigmasoft-Virtual-Molding-Ansatz macht es bereits jetzt möglich, die gesamte Werkzeugkonstruktion mit in die Simulation einzubeziehen.

In Abbildung 1 ist ein von zwei Seiten angespritztes Steckergehäuse zu sehen, das in der ersten Simulation mit dem Herstellerdatensatz berechnet wurde – das Bauteil ist verzogen. Dargestellt ist die ursprüngliche Form (transparent) gegenüber dem Verhalten des Bauteils (maßstäblich verstärkt dargestellt).

Genau dieses Verhalten konnte auch im Prototyping beobachtet werden. Die Bindenaht liegt in der Mitte des Bauteils. Ihre Position wurde als Ursache für den Verzug identifiziert, denn sie führt lokal zu einem Wechsel der Faserorientierung. Mechanisch gesehen ist das Bauteil aufgrund der Bauteilgeometrie in der Mitte am instabilsten. Das Ziel der simulativen Optimierung war, die Bindenaht in einen formstabilen Bereich des Bauteils mit Rippen zu verschieben.