Werkzeugstahl aussuchen

Spritzgießwerkzeuge per Simulation optimieren

Spritzgießwerkzeuge und Temperierkonzepte im Vorfeld zu analysieren und auszuwerten ist gängige Praxis. In diesem System lässt sich auch der anwendungsspezifisch optimale Werkzeugstahl finden.

Die Temperaturverteilung auf dem Werkzeugkern aus dem anfangs geplanten handelsüblichen Formstahl (links), sowie mit den Kerneinsätzen aus CuBE B2 (Mitte) und Moldmax HH. © Sigmasoft

In einem Fallbeispiel für eine Automotive-Anwendung wurde das Werkzeug zunächst mit einem handelsüblichen Formstahl geplant. Um teure Überarbeitungen des Werkzeugs zu vermeiden, wurde die gesamte Konfiguration – inklusive aller Werkzeugkomponenten und ihrer entsprechenden Legierungen – in Sigmasoftaufgesetzt. Die Simulation funktioniert wie eine virtuelle Spritzgießmaschine und berechnet eine Aufheizphase sowie mehrere Spritzgießzyklen, um einen thermisch stabilen Zustand zu erreichen. Die Analyse des thermisch eingeschwungenen Werkzeugs offenbarte Hot-spots in einigen Werkzeugkernen, an denen die Temperatur bis zu 30 Kelvin höher war als im Rest der Kavität. Um eine gleichmäßigere Verteilung zu erreichen, wurden verschiedene mögliche Lösungen simuliert und ausgewertet.

Aufgrund des Gesamtkonzepts für das Werkzeug war die bevorzugte Lösung, den verwendeten Formstahl gegen eine hochleitfähige Legierung auszutauschen, anstatt zusätzliche Kühlkanäle einzusetzen. Hierfür wurden virtuelle Versuche mit Werkzeugeinsätzen aus CuBe B2 und Moldmax HH durchgeführt. So wie in der ersten Analyse wurden auch diese Versuche mit einer Heizphase und mehreren Einspritzphasen berechnet, um einen thermisch eingeschwungenen Zustand zu erreichen. Zum Schluss wurde die Temperaturverteilung an den Kernen mit allen drei Materialien verglichen. Beide hochleitfähige Legierungen zeigen eine signifikant bessere und gleichmäßigere Temperaturverteilung. Da sich die erreichten Temperaturen von beiden Alternativen in demselben Bereich bewegen, boten beide eine zufriedenstellende Lösung, um die Hot-spots zu vermeiden. Aufgrund der Simulationsergebnisse konnte das Werkzeug sofort mit hochleitfähigen Kernen gebaut werden und bildet damit die Grundlage für einen stabilen Prozess.

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