LSR Molding: Qualitätsprobleme frühzeitig entdecken

 (c) SIGMA Engineering GmbH

Abbildung 1 - Die SIGMASOFT® Virtual Molding Analyse berücksichtigt die Interaktion aller Werkzeugelemente über mehrere Zyklen.

Abbildung 1 - Die SIGMASOFT® Virtual Molding Analyse berücksichtigt die Interaktion aller Werkzeugelemente über mehrere Zyklen. (c) SIGMA Engineering GmbH
Abbildung 2 - Die thermische Analyse in der beweglichen Werkzeughälfte zeigte große Temperaturunterschiede zwischen Fuß und Spitze des Silikonnippels auf. (c) SIGMA Engineering GmbH
Abbildung 3 - Vernetzungsgrad nach 30s. Die Annahme einer gleichmäßigen Werkzeugtemperatur von 160°C würde fälschlicherweise zu kürzeren Zykluszeiten führen als eigentlich unter realen Bedingungen benötigt wäre. (c) SIGMA Engineering GmbH

Die Nachfrage nach Produkten aus Flüssigsilikonkautschuk (LSR = liquid silicone rubber) steigt stetig. Besonders in Bereichen der Medizin und der Säuglingspflege machen seine hohe Temperaturbeständigkeit als auch seine guten physiologischen Eigenschaften LSR zum Material der Wahl für eine steigende Anzahl an Anwendungen.

LSR Spritzguss kann trotzdem eine Herausforderung sein. Um den Profit zu maximieren und Ausschuss zu minimieren, ist es wichtig, ein gutes Verständnis des kompletten Prozesses zu gewinnen und mögliche Probleme zu antizipieren. Das schließt Fließ- und Aushärtungsverhalten, als auch Temperaturbedingungen während des gesamten Vorgangs mit ein.

CVA Silicones aus Frankreich wandte sich an SIGMA um ein besseres Verständnis einer seiner Produktanwendungen zu gewinnen. In diesem Fall wollte das Unternehmen ein Werkzeug mit vier Kavitäten zur Herstellung eines Silikonnippels konstruieren. Der zuständige Ingenieur der SIGMA, Denis Mercier, nahm sich der Aufgabe an, das Werkzeugverhalten und die daraus resultierende Bauteilqualität zu analysieren. Die Herausforderung war, die Leistung des Werkzeugs umfassend zu untersuchen und Qualitätsprobleme, welche während der Produktion auftauchen könnten, vorherzusehen.

Die Simulation beginnt mit einem Werkzeug in Raumtemperatur, welches mit Heizelementen auf Produktionstemperatur gebracht wird. Sobald es diese erreicht hat werden mehrere Spritzgusszyklen nacheinander simuliert. So wird – wie in der Produktion – ein stabiler Zustand erreicht, in welchem dann die Analyse von Füllung, Nachdruck und Aushärtung durchgeführt wird (Abbildung 1).

So zeigte sich, dass durch das Temperierlayout die Temperaturverteilung in der beweglichen Werkzeughälfte große Unterschiede aufweist, wie aus Abbildung 2 ersichtlich wird: Während die Temperatur auf dem Grund 170°C betrug, war sie an der Nippelspitze fast 20°C niedriger. „Dieses große Temperaturgefälle führt zu Variationen im Aushärtungsverhalten und so letztendlich zu einer längeren Zykluszeit“, erklärt Mercier.

Diese Anwendung demonstriert, wie wichtig es ist das „Große Ganze“ der thermischen Werkzeugperformance zu betrachten. Zu Vergleichszwecken wurde eine “konventionelle” Spritzgusssimulation durchgeführt, in der von einer homogenen Temperatur ausgegangen wurde. Dieser vereinfachte Ansatz, in dem die gleichmäßige Temperatur 160°C betrug, sagte eine Aushärtungszeit von 30s voraus (Abbildung 3). Die Simulation mit SIGMASOFT® Virtual Molding zeigte, dass die Spitze des Bauteils nach 30s lediglich zu 43% ausgehärtet war. „Das reale Temperaturverhalten des Bauteils nicht zu betrachten würde zu kostspieligen Entscheidungen führen und letztendlich die Bauteilqualität einschränken. In diesem Fall wären wahrscheinlich sehr viele Versuche notwendig um den Grund für den Fehler zu finden“, so Mercier.

Die Anwendung von SIGMASOFT® Virtual Molding im LSR-Spritzguss ermöglicht, Gründe für mögliche Qualitätsprobleme frühzeitig zu erkennen, Aufwand einzusparen und Produktivitätsverlust zu Beginn der Produktion zu vermeiden. Qualitäts- und Entwicklungsprobleme früh erkennen reduziert die nötigen Iterationen in der Entwicklung von Werkzeug und Bauteil – diese eingesparte Zeit kann dann für neue Projekte eingesetzt werden.

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