In dieser Arbeit wird der Einfluss der Materialdaten und Simulationsparameter auf die Schwindungs- und Verzugssimulation untersucht. Hierzu werden experimentelle Spritzgießversuche an einem Kastenformteil durchgeführt und anschließend Schwindung und Verzug ausgewertet. Im Fokus steht ein teilkristallines Polybutylenterephthalat (PBT). Ergänzende Untersuchungen werden an einem kurzglasfaserverstärkten Polybutylenterephthalat (PBT-GF30) sowie einem amorphen Polystyrol (PS) durchgeführt. Ein Messwerterfassungssystem mit einem kombinierten Druck- und Temperatursensor (pT-Sensor) wird verwendet, um Einblicke in lokale Vorgänge während dem Spritzgießen zu erhalten. Materialdaten werden experimentell ermittelt und in die Spritzgießsimulationssoftware CADMOULD® überführt. Die ermittelten Schwindungs- und Verzugswerte, sowie die aufgenommenen Messdaten werden mit den Spritzgießsimulationen kritisch verglichen. Neben qualitativen Gegenüberstellungen von Schwindung und Verzug und des lokalen Druckverlaufs werden Haupteffektediagramme genutzt, um die Haupteinflussgrößen zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass von allen Materialeigenschaften ein Einfluss auf Schwindung und Verzug ausgeht, wobei die Fließgrenztemperatur bei unverstärkten Thermoplasten den größten Effekt zeigt. Bei kurzglasfaserverstärkten Materialien geht zudem ein deutlicher Einfluss von richtungsabhängigen Materialdaten, wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, aber auch den Modellparametern der Faserorientierungsberechnung aus. Neben den Einflüssen der Materialparameter zeigt sich ein deutlicher Einfluss des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Formteil und Kavität in der Nachdruckphase. Aus den Ergebnissen ergibt sich ein Leitfaden für die praktische Anwendung, zur gezielten Optimierung von Materialdaten, für eine möglichst adäquate Vorhersage von Schwindung und Verzug.

Autorentext

Markus Fornoff studierte von 2011 bis 2014 Kunststofftechnik an der Hochschule Darmstadt. Parallel zu seinem Masterstudium war er von 2014 bis 2016 technischer Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in der Gruppe Thermoplastverarbeitung. Von 2016 bis 2023 arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in der Gruppe Mechanik und Simulation (Forschungsschwerpunkt: Simulationsgestützte Auslegungsmethoden spritzgegossener Kunststoffbauteile).
Seit Juni 2023 ist er Application Engineer bei Simcon kunststofftechnische Software GmbH.

Inhalt

Einführung: Einleitung und Motivation, Zielsetzung und Gliederung der Arbeit.- Grundlagen: Morphologische Eigenschaften von Thermoplasten, Spritzgießen von Thermoplasten (Rhologische Prozesse, Faserausrichtung, Schwindung und Verzug), Spritzgießsimulation (Berechnungsmethodik, Materialparameter), Stand der Forschung im Bereich der Spritzgießsimulation.- Experimentelle Spritzgießuntersuchungen: Material und Probekörper, Versuchsparameter, Methodik, Ergebnisse.- Simulation des Schwindungs- und Verzugsverhaltens im Spritzgießprozess: Vergleich Experiment und Simulation.- Systematische Untersuchungen der Berechnungsparameter der Spritzgießsimulation: Untersuchung Simulationsparameter, Ermittlung und Untersuchung der Materialparameter PBT, PBT-GF30, PS.- Ergebnisdiskussion: Untersuchung Simulationsparameter, Materialparameter (PBT, PBT-GF30, PS).- Zusammenfassung der Ergebnisse und Forschungsausblick.