Was ist eine Harzflussanalyse?
Bei der Harzflussanalyse wird der Fluss des geschmolzenen Harzes in einer Form oder einem Werkzeug analysiert und visualisiert, um Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Fließzustand und Schrumpfung des Harzes anhand von Berechnungen vorherzusagen, wenn das Harz in einer Formmaschine geformt wird. Die Simulation kann zur Vorhersage von Gießfehlern wie Schweißnähten, Verformungen und Eigenspannungen sowie zur Analyse der Ursachen von Gießfehlern verwendet werden.
Die Analyse des Spritzgießens umfasst die Analyse der Füllung des geschmolzenen Harzes, des Drucks und der Abkühlung in der Form, die Verzugsanalyse, die Analyse der Abkühlung der Form und die Analyse der Duroplastreaktion des Harzes. Die Analyse des Strangpressens umfasst die Analyse des Harzflusses in der Düse, die Analyse der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Strangpressen, die Vorhersage der Formverformung nach der Abkühlung, die Fließanalyse beim Mehrschichtpressen, die Analyse der Formverformung mittels gekoppelter Analyse und die Analyse der Fließeigenspannung. Darüber hinaus werden auch Analysen zum Blasformen, Thermoformen und Vakuumformen durchgeführt.
Anwendungen der Harzflussanalysen
Die Harzflussanalyse kann in den Abteilungen Produktdesign, Werkzeugdesign und Formenbau eingesetzt werden, um Probleme auf dem Schreibtisch im Voraus zu erkennen und zu lösen und so die Lieferzeiten zu verkürzen, die Kosten zu senken und die Qualität zu verbessern.
Ein Beispiel für eine Anwendung im Bereich der Formentechnik ist die Optimierung der Anschnittgestaltung durch eine Fließanalyse, bei der das Harz virtuell von der Soll-Nahtstelle aus eingespritzt wird.
Im Bereich des Spritzgießens wird die numerische Analyse mit der CIP-Methode eingesetzt, um gleichzeitig nicht nur das Verhalten des Harzes, sondern auch das Verhalten der Luft innerhalb der Form zu analysieren. Weitere Beispiele sind die detaillierte Analyse des Harzflusses an Stufen, die Faserorientierungssimulationstechnologie für das CF-SMC-Formen und die Fließwegauslegung für Mehrkavitätenwerkzeuge mit Hilfe der Harzflussanalyse für duroplastische Harze.
Weitere Anwendungen sind die Visualisierungsanalyse von Prozessen zur Erzeugung und zum Verschwinden von Bindenähten beim Ultra-Hochgeschwindigkeits-Spritzgießen, die Bewertungstechnologie für Extrusionsmischmaschinen, die Phenolharz-Extrusion und Phenolharz-Rohranwendungen.
Merkmale der Harzflussanalyse
Die Fließanalyse des geschmolzenen Materials in der Form wird auf die Strömung zwischen den Platten in einem engen Spalt vereinfacht, da Kunststoffformprodukte aufgrund ihrer hohen Viskosität oft dünnwandig und dreidimensional geformt sind. Zunächst werden die Kontinuitäts-, Bewegungs- und Energiegleichungen im lokalen kartesischen Koordinatensystem formuliert. Es werden Werte für die Materialeigenschaften benötigt, wobei für die Viskosität die experimentellen Gleichungen für Schergeschwindigkeit und Temperatur verwendet werden.
Die Gleichungen werden dann numerisch auf einem Computer gelöst. Es werden verschiedene Methoden der numerischen Analyse verwendet. Dazu gehören die Differenzmethode, die Finite-Elemente-Methode, die Randelementmethode, die BFM (Branching Flow Method) und die FAN-Methode (Flow Analysis Network Method). Eine Reihe von Softwarepaketen für Harzflussanalysen, die diese Methoden verwenden, sind im Handel erhältlich, so dass es für Konstrukteure von Kunststoffprodukten, Formen und Werkzeugen sowie für Produktionsingenieure relativ einfach ist, Simulationen durchzuführen.
Die Temperatur, der Druck, die Durchflussmenge, die Geschwindigkeit und die Schrumpfung jedes Teils in der Form können aufgezeigt und visualisiert werden, so dass die Simulationsergebnisse auf einen Blick ersichtlich sind. Fließmuster, Schweißnähte, Verformungen und Schrumpfung können dann vorhergesagt werden, um Formfehler zu vermeiden, Anschnittpositionen festzulegen und Formtemperaturen in der Konstruktionsphase auszuwählen.