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Herstellung form- und maßgenauer Spritzgießbauteile durch eine simulationsbasierte Auslegung der Kavitätsgeometrie und einer dynamischen Inline Werkzeugtemperierung = Production of dimensionally accurate injection molded parts through a simulation based cavity design and a dynamic inline mold temperature control
2024
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-09-12
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-10295
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/995997/files/995997.pdf
Einrichtungen
Projekte
- BMBF 02K19K513 - KMU-innovativ Verbundprojekt: Entwicklung eines innovativen Workflows zur Ermittlung der notwendigen Vorhaltung für Spritzgießwerkzeuge mittels Verzugssimulation (RheoSim); Teilprojekt: Erarbeitung von Grundlagen und Methodik, Durchführung von Materialvermessung und Simulationen, Bereitstellung von Probekörpern (02K19K513) (02K19K513)
- SFB 1120 B03 - Selbstoptimierende Prozessregelungsstrategien für eine hochsegmentierte Werkzeugtemperierung im Spritzgießen (B03) (260065981) (260065981)
- SFB 1120: Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen (236616214) (236616214)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Formgenauigkeit (frei) ; Maßgenauigkeit (frei) ; Prozessregelung (frei) ; Präzision (frei) ; Schwindung (frei) ; Simulation (frei) ; Spritzgießen (frei) ; Verzug (frei) ; dimensional accuracy (frei) ; injection molding (frei) ; precision (frei) ; process control (frei) ; shape accuracy (frei) ; shrinkage (frei) ; warpage (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Form- und Maßgenauigkeit von Spritzgießbauteilen über eine Vorhaltung der Kavität und über eine variable Temperaturführung zu reduzieren. Im ersten Teil der Arbeit wird eine Verbesserung der Form- und Maßhaltigkeit über eine simulationsbasierte Auslegung der Kavitätsgeometrie angestrebt. Die hier vorgestellte Methodik verfolgte eine Beherrschung des Bauteilverzugs über die Verzugsvorhersage mittels kommerzieller Simulationsprogramme und ein in Python geschriebenes Optimierungsprogramm zur Anpassung der STL-Geometrie auf Basis der Simulationsergebnisse. Dabei wird für eine Pi-Case Geometrie mit dem Material POM die Geometrie auf Basis der Simulation ausgelegt und anschließend über einen realen Werkzeugeinsatz praktisch validiert. Es konnte eine Verzugsreduktion um den Faktor 3,4 erzielt werden. Bei der Beherrschung des Verzugs über die Temperatur wird zunächst eine Rastertemperierung weiterentwickelt, die mit Heizkeramiken eine dynamische Änderung lokaler Temperaturen ermöglicht. Über einen selbstoptimierenden Regelungsansatz wird über die Rastertemperierung der Verzug einer plattenförmigen Geometrie um einen Faktor von 1,1 reduziert. Das initial verwendete Konzept wird anschließend auf Simulationsbasis für eine Stapelbox Geometrie weiterentwickelt, wobei auf die Kavität aufgebrachte Heizschichtsysteme gezielt die notwendige Heizenergie zur Verzugsreduktion einkoppeln. Mithilfe der Heizschichten wird für das Material POM eine Verzugsreduktion um einen Faktor 6,8 erzielt.The aim of this work is to reduce the warpage of injection-molded parts via a geometric compensation of the cavity as well as a variable cavity temperature control. In the first part of the work, an improvement in shape and dimensional accuracy is sought by using a simulation-based design of the cavity geometry. The presented method aims to control the warpage with commercial injection molding software. Thereby, commercial simulation software calculates the warpage, and a Python program adapts the STL-geometry based on the warpage result and the CAD. For a pi-case geometry with the material POM, the geometry is designed on the basis of the simulation and then validated in practice using a real mold. In total, the adapted cavity geometry shows a warpage reduction by a factor of 3.4. In order to control warpage via temperature, a grid temperature control system is initially being further developed, which enables a dynamic change in local cavity temperatures using heating ceramics. With a self-optimizing control approach, the warpage of a plate-shaped geometry is reduced by a factor of 1.1 via the grid temperature control. The initially used concept is then developed further for a stacking box geometry on the basis of simulation, whereby heating coating systems applied to the cavity apply the necessary heating output to reduce warpage. With the help of the heating coating system, a warpage reduction by a factor of 6.8 is achieved for the POM material.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT030903428
Interne Identnummern
RWTH-2024-10295
Datensatz-ID: 995997
Beteiligte Länder
Germany
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