Beitrag zur optimierten Vorhersage von Schwindungs- und Verzugserscheinungen spritzgegossener Kunststoffbauteile / Mechanik, Werkstoffe und Konstruktion im Bauwesen Bd.71 (PDF)

Schwindung und Verzug zählen zu den grossen Herausforderungen bei der Auslegung thermoplastischer Spritzgiessbauteile in technischen Anwendungen. Um diese Effekte bereits in der Designphase zu berücksichtigen, werden Prozesssimulationen durchgeführt. Für eine möglichst realitätsnahe Vorhersage des Spritzgiessprozesses müssen das Material und die Randbedingungen adäquat definiert werden.
In dieser Arbeit wird der Einfluss der Material- und Simulationsparameter auf die Schwindungs- und Verzugssimulation untersucht. Hierzu werden experimentelle Spritzgiessversuche durchgeführt und anschliessend Schwindung und Verzug ausgewertet. Im Prozess aufgenommene Sensordaten geben Einblick in lokale Vorgänge während dem Spritzgiessen. Materialparameter werden ermittelt und in die Spritzgiesssimulation überführt.
Die Untersuchungen zeigen, dass von allen betrachteten 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 Materialparametern ist der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Formteil und Kavität in der Nachdruckphase von grosser Bedeutung. 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.