Spuitgietmallen: Virtual Molding vereinfacht Entscheidungen bei der Werkzeugherstellung

Afbeelding 1 – Simulatieve vergelijking van de vervorming van kernstiften gemaakt van wolfraamcarbide (links) en 1.4034 (rechts) aan het einde van het inspuiten – onder constante procesomstandigheden vervormt de kern van het materiaal met de lagere E-modulus drie keer meer aan het einde van het vullen. / Figuur 1 – Simulatieve vergelijking van de vervorming van kernstiften gemaakt van wolfraamcarbide (links) en 420 roestvrij staal (rechts) aan het einde van het vullen van de mal – het materiaal met de lagere elasticiteitsmodulus vervormt drie keer meer onder constante procesomstandigheden.

Bild 2 – Darstellung des Schmelzedrucks in zwei Kavitäten mit Kernen aus Wolframcarbid (links) bzw. aus 1.4034 (rechts) – Der obere Bildausschnitt zeigt den Füllstand, bei dem sich das Ungleichgewicht des Schmelzeflusses zum ersten Mal zeigen lässt. Am Ende der Füllphase (im unteren Bildausschnitt) sieht man diese eindeutig. / Abbildung 2 – Demonstration des Schmelzedrucks in zwei Kavitäten mit Kernstiften aus Wolframkarbid (links) und 420er Edelstahl (rechts) – Der obere Abschnitt zeigt den Zeitpunkt im Füllprozess, bei dem das Ungleichgewicht erstmals sichtbar wird. Am Ende des Füllvorgangs (unterer Abschnitt) ist dieses Phänomen deutlich erkennbar.

Afbeelding 2 – Weergave van de smeltdruk in twee holtes met kernstiften van wolfraamcarbide (links) en 1.4034 (rechts) – Het bovenste deel toont het vulniveau, waarbij de onbalans in de smeltdruk voor het eerst zichtbaar wordt. Aan het einde van de vulfase (onderste deel) is deze duidelijk zichtbaar.

Met SIGMASOFT® worden niet alleen vervormingsvoorspellingen voor kunststofonderdelen gedaan, maar ook verschuivingen van inlegonderdelen en de vervormingen van gereedschapsdelen, zoals bijvoorbeeld kernstukken, tijdens het spuitgietproces gesimuleerd. Gebaseerd op de onbalans in de smeltstroom in de holte en de mechanische eigenschappen van de gebruikte materialen, simuleert SIGMA de vervorming van kernstukken uit twee verschillende gereedschapsstaven in vergelijking.

Een van de belangrijkste beslissingen die gereedschapsmakers dagelijks moeten nemen bij hun planning, is welke staalsoort voor welke gereedschapsgeometrie wordt gebruikt, zodat deze tijdig besteld kan worden. Of het nu gaat om de thermische geleidbaarheid van de holte-inzet, de diameter van de uitwerpstiften of de mechanische sterkte van het gereedschapskernstuk, SIGMASOFT® Virtual Molding vereenvoudigt het besluitvormingsproces.

In SIGMASOFT® worden alle gereedschapsmaterialen zoals bijvoorbeeld staal, isolatie enzovoort, mee gesimuleerd met inachtneming van hun thermische en mechanische eigenschappen. Op basis van thermische eigenschappen, zoals de warmtegeleiding en de specifieke warmtecapaciteit, worden bij een processimulatie bijvoorbeeld de opwarmfase en het inregelen van het gereedschap binnen meerdere cycli met minimale inspanning gesimuleerd. Daarnaast simuleert SIGMASOFT®, naast de voorspelling van krimp en vervorming van kunststofonderdelen, ook de verschuiving van inlegonderdelen en de vervorming van kernstukken. Deze berekeningen zijn gebaseerd op mogelijke verschillen in de smeltstroom tijdens de holtevulling (ongebalanceerd vullen) en de mechanische eigenschappen van de gebruikte materialen.

SIGMA Plastic Services Inc. (IL), de Amerikaanse dochteronderneming van SIGMA Engineering GmbH, simuleert in samenwerking met twee lokale bedrijven, CAVAFORM (FL) en Crafts Technology (IL), een interessant project met betrekking tot de vervorming van kernstukken bij het gebruik van twee verschillende materialen. Het gaat om een 16-voudig gereedschap voor het spuitgieten van centrifugebuisjes. In dit gereedschap zijn voor de interne vormgeving van het buisje acht kernstukken van wolfraamcarbide en acht kernstukken van 1.4034 (de zogenaamde Zweedse staalsoort) naast elkaar ingebouwd. Simulatieve onderzoeken van de holtevulling tonen een ongebalanceerde stroom van de smelze in de holte, veroorzaakt door de asymmetrische schroefgeometrie in het dekselgebied van het buisje, en dit wordt zichtbaar vanaf een vulstand van ongeveer 85% (Figuur 2). Uit dit onevenwicht ontstaat een kracht die leidt tot vervorming van het kernstuk tijdens het vulproces. Vanwege de lagere elasticiteitsmodulus van 1.4034 vervormen de kernstukken van dit staal drie keer zoveel in vergelijking met de vervorming van de kernstukken van wolfraamcarbide (Figuur 1).

Dit is een voorbeeld van een van de talloze details in het spuitgietgereedschap, die soms zelfs door ervaren gereedschapsmakers over het hoofd worden gezien. Door een doordachte inzet biedt SIGMASOFT® Virtual Molding een gedetailleerd inzicht in het spuitgietproces. Cases zoals het gepresenteerde voorbeeld kunnen met minimale inspanning worden gesimuleerd en dat volledig op basis van thermofysische en mechanische fenomenen, die in de simulatiesoftware worden gemodelleerd en vastgelegd. Zo kunnen wijzigingen in het gereedschap vooraf worden doorgevoerd en beoordeeld, nog voordat de gereedschapsnormen worden besteld. De simulatie biedt een sterke basis voor besluitvorming en ondersteunt de gereedschapsontwerp vanaf het begin.