Spritzgießwerkzeuge optimal gestalten

Mit Hilfe von Sigmasoft Virtual Molding testen Werkzeughersteller ihre Konzepte im Voraus auf einer virtuellen Spritzgießmaschine.

Sigma Engineering präsentiert auf der Moulding Expo 2019 (21. bis 24. Mai 2019 in Stuttgart) die Sigmasoft Virtual Molding Technologie. Die Software hilft in einem frühen Designschritt, Spritzgießwerkzeuge und Temperierkonzepte zu analysieren und auszuwerten. Sie unterstützt so den Anwender dabei, die optimale Kombination aus Werkzeuglegierung und Temperierkonzept zu finden. Dadurch ermöglicht es die Software dem Werkzeughersteller, Werkzeuge zu produzieren, die auf der Maschine von Beginn an gute Bauteile hervorbringen.

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 Sigmasoft aufgesetzt. 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 (siehe Bild, links), an denen die Temperatur bis zu 30° C höher war als im Rest der Kavität. Um eine gleichmäßigere Verteilung zu erreichen, wurden verschiedene mögliche Lösungen mit Sigmasoft Virtual Molding 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 verbesserte und gleichmäßigere Temperaturverteilung (Bild, Mitte und rechts). Da sich die erreichten Temperaturen von beiden Alternativen in demselben Bereich bewegen, stellen beide eine zufriedenstellende Lösung dar, 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.

Sigmasoft ermöglicht es, auf einfache Weise geplante Werkzeugkonfigurationen zu analysieren und zu bewerten noch bevor das Werkzeug gebaut wird. Mit Hilfe der Software können thermisch kritische Bereiche identifiziert und verschiedene Lösungsansätze überprüft werden, um das Werkzeug zu verbessern und den Spritzgießprozess stabiler zu machen.

jl