Entformungsprobleme strategisch lösen

Kontaktdruck und Verzug durch Entformung simulieren

Mit der steigenden Nachfrage für komplexe Bauteile nimmt auch der Bedarf an effektiven Entformungssystemen für Spritzgießwerkzeuge zu. Statt „Troubleshooting“ während der Anlaufphase ist es sinnvoller, den Entformungsvorgang zu simulieren, um Schwachstellen der Werkzeugkonstruktion vorab zu erkennen.

Der Kontaktdruck im Bauteil zeigt, dass die Durchbrüche auf ihre Werkzeugkerne aufschwinden

Die Anordnung der Auswerferstifte in Spritzgießwerkzeugen, die Auslegung von Kontaktfläche und Entformungsdruck basieren häufig rein auf Erfahrung. Probleme werden dann erst identifiziert, wenn mit dem Werkzeug auf der Maschine erste Versuche gefahren werden. Wird beispielsweise zu spät festgestellt, dass der erforderliche Entformungsdruck zum Durchbrechen des Bauteils führt oder Auswerferstifte ineffektiv sind, führen späte Änderungen im Entformungssystem zu vergleichsweise hohen Kosten und der Produktionsstart verzögert sich. Es ist außerdem durchaus üblich, einzelne Auswerferstifte nicht aktiv am Entformungsprozess beteiligt sind, da das Bauteil von ihnen „weg“ schwindet. In diesem Fall sind die resultierende Werkzeugkomplexität und die Herstellungskosten verschwendet.

Eine üble Situation ergibt sich, wenn der Spritzling in der falschen Werkzeughälfte hängen bleibt, so dass die Entformung kaum möglich ist. Mit der generellen Nachfrage nach Funktionsintegration ursprünglich unterschiedlicher Bauteile in einem Kunststoffteil sowie der zunehmenden Notwendigkeit von Designvarianten steigt die Komplexität der Werkzeugkomponenten. In manchen Fällen reicht das aus vorherigen Anwendungen gesammelte Wissen zu effektiven Entformungssystemen nicht aus.

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Beispielbauteil mit Anordnung der Auswerferstifte.

So wurde für das rot abgebildete Bauteil ein Entformungssystem geplant, in dem acht kleine Auswerferstifte auf dem zylindrischen Verbindungsstück die Entformung durch drei große Stifte in den Ecken unterstützen. In der Praxis blieb das Bauteil jedoch in der falschen Werkzeughälfte. In einer Simulation wurden Zyklen mit dem Werkzeug gefahren, um herauszufinden, was das Problem verursachte. In der Software Sigmasoft Virtual Molding wurden die relevanten Werkzeuginformationen einschließlich Entformungssystem betrachtet, um nach mehreren virtuellen Spritzgießzyklen Füllvorgang, Nachdruck und Entformung zu analysieren.

Erst mit Simulation mehrerer thermischer Zyklen lassen sich Faktoren wie die thermische Ausdehnung und thermisch induzierte Spannungen und deren Auswirkungen beurteilen. Genutzt wurde in der Simulation ein viskoelastisches Materialmodell, um die im Bauteil entstehenden Eigenspannungen zu berechnen, während es unter Kontaktdruck auf die Werkzeugkerne schwindet. Berechnet wurde neben der Bauteilverformung während der Entformung der sich aufbauende Kontaktdruck im Bauteil. Es war offensichtlich, dass die kleinen Durchbrüche das Bauteil in der falschen Werkzeughälfte hielten. Das Teil blieb in der beweglichen Hälfte, weil die Werkzeugkerne, die die Löcher ausformten, es festhielten. Das Teil schrumpfte auf diese Kerne auf. Der Effekt wurde bei der Analyse des Kontaktdrucks in den Löchern sichtbar.

Der Lösungsvorschlag sah die Auswerferstifte gleichzeitig als Kerne zur Ausformung der Durchbrüche vor. Bilden die Stifte gleichzeitig die Kerne, wird das Entformungssystem voraussichtlich korrekt funktionieren. In diesem Fall reichte eine detaillierte Analyse des Verzugsverhaltens, um die Ursache für das Problem aufzudecken und eine passende und kostengünstige Lösung zu finden.

Zu erwarten ist, dass auch andere Entformungssysteme nicht optimal arbeiten. das kann die Werkzeugkomplexität und Kosten erhöhen, die Zykluszeit und Bauteilqualität negativ beeinflussen. Die Beurteilung während des Produktion ist schwierig, zumeist wird nur erkannt, ob das Bauteil entformt und ob es dabei beschädigt wird. Wird es beschädigt wird, verschwendet man nicht nur mögliche Produktionszeit, sondern muss auch das komplette Entformungssystem überdenken.

Neben der Einsparung von Iterationsschleifen im Werkzeugbau bringe die Entformungssimulation auch ein Verständnis für die eigentlichen Ursachen von Entformungsproblemen. Die Werkzeugkonstrukteure können aus den Erkenntnissen lernen und sie in folgenden Projekten berücksichtigen. Außerdem werden die Werkzeugleistung verbessert und die Phase zum Serienanlauf verkürzt.

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