Institut für Fahrzeugsystemtechnik - Institutsteil Leichtbautechnologie

Spritzguss

Als Bestandteil des Prozesssimulationsschrittes der CAE-Kette wird hier die Formfüllung von Spritzgussbauteilen betrachtet. Dies beinhaltet die Modellierung der Viskosität unter Berücksichtigung von Temperatur, Scherrate und evtl. Aushärtung. Im Falle von faserverstärkten Materialien wird die sich ausprägende Faserorientierung berechnet. Zudem wird unter Rücksichtnahme auf Faserattribute (Länge, Volumenanteil, Orientierung) ein Viskositätstensor berechnet um anisotropes Fließen zu modellieren [1]. Zur physikalischen Vorhersage von Lufteinschlüssen wird der Prozess als zweiphasig simuliert (Luft und Polymer), um den Einfluss der Luft auf Temperatur, Druck, etc. berücksichtigen zu können [2]. Über diese Qualitätskriterien findet eine Optimierung von Prozessparametern statt, um die Herstellkosten zu senken und die Bauteilqualität zu erhöhen.

Die Modelle sind sowohl für thermoplastischen als auch für reaktiven Spritzguss anwendbar. Anders als beim thermoplastischen Spritzguss, ist das Werkzeug im Reaktivspritzguss deutlich wärmer als das injizierte Material, wodurch eine niederviskose Randschicht entsteht. Aufgrund dieser Randschicht gleitet das Material im Kernbereich ab, sodass sich eine undefinierte Fließfront mit partiellem Wandkontakt ausbilden kann. Dieser Effekt kann mit den verwendeten Ansätzen modelliert werden [1,2]. Zur Prozesssimulation wird die kommerzielle Software Moldflow, sowie die Open Source CFD Software OpenFOAM verwendet.

Abb. 1: Multiphasen Formfüllsimulation eines Elektromotorgehäuses

Abb. 2: Unterschiedliche Materialausbreitung aufgrund unterschiedlicher Faserorientierung beim Kavitätseintritt [1]

[1]          Wittemann F, Maertens R, Kärger L, Henning F. Injection molding simulation of short fiber reinforced thermosets with anisotropic and non-Newtonian flow be-havior. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2019;124:105476.

[2]          Wittemann F, Maertens R, Bernath A, Hohberg M, Kärger L, Henning F. Simula-tion of Reinforced Reactive Injection Molding with the Finite Volume Method. J. Compos. Sci. 2018;2(1):5.