Faserorientierung im Spritzgießen: Mehr Durchblick

Bild 1 – Vorhersage der Faserorientierung in SIGMASOFT®. / Figure 1 – Fiber orientation prediction in SIGMASOFT® .

Mit der steigenden Nachfrage für faserverstärkte Kunststoffbauteile, steigt auch der Bedarf für akkurate Materialmodelle, um ihre mechanische Leistung vorherzusagen. Diese Modelle hängen auch von der Genauigkeit der vorhergesagten Faserorientierung aus der Spritzgießsimulation ab. SIGMASOFT® Produktmanager Timo Gebauer erklärt auf der Kunststoffe + SIMULATION die nötigen Voraussetzungen für eine genaue Vorhersage der Faserorientierung.

Die Nachfrage nach faserverstärkten Kunststoffen steigt stetig an, hauptsächlich getrieben durch die Automobilindustrie. Mit dem zunehmenden Bedarf für leichtere Fahrzeuge mit geringerem Treibstoffverbrauch, sind Designer auf der Suche nach Metallsubstituten, die eine bessere Steifigkeit im Vergleich zum Gewicht bieten.

Mit dem Gewicht als kritische Größe liegt die höchste Priorität bei der Auslegung von faserverstärkten Bauteilen darauf, eine Überdimensionierung zu vermeiden. Aus diesem Grund sind zuverlässige Materialmodelle für die Struktursimulation, die das Verhalten eines Bauteils unter statischer und dynamischer Belastung akkurat vorhersagen, besonders wichtig.

Dieses Verhalten wird zum Großteil durch die prozessinduzierte Faserorientierung beeinflusst. Die mechanischen Eigenschaften eines Spritzgießbauteils ändern sich lokal in Abhängigkeit von der Faserorientierung, die sich durch das Füllverhalten ergibt. Relevant ist auch die Position von Bindenähten im Bauteil, da die Festigkeit dort geringer ist. Die Dimensionierung ist auch von der Spritzgießsimulation und ihrer Fähigkeit die Faserorientierung vorherzusagen abhängig.

Faserorientierung ist ein Ergebnis, das heute in den meisten kommerziell erhältlichen Simulationspaketen enthalten ist. Manchmal weicht die vorhergesagte Orientierung jedoch ohne ersichtlichen Grund von der gemessenen ab.

Bei der fachbezogenen, vom Hanser Verlag organisierten Konferenz Kunststoffe + SIMULATION 2015, die vom 22. bis 23. April in München stattfindet, behandelt SIGMASOFT® Produktmanager Dipl.-Ing. Timo Gebauer das Thema der Faserorientierung in seinem Vortrag mit dem Titel „Berechnung der Faserorientierung – Kann das funktionieren?“.

„Die in der Prozesssimulation zur Berechnung der Orientierung genutzten Modelle sind oft nicht komplett verstanden. Zusätzlich werden selten alle Eingangsparameter und gemessenen Werte des Modells konsequent berücksichtigt“, erklärt Gebauer. „Dies führt zu Fehlinterpretationen und Ungenauigkeiten.“

In der Präsentation werden die Herausforderungen aufgezeigt, die sich bei der Berechnung von Faserorientierung in der Spritzgießsimulation ergeben. Die klassischen Modelle zur Vorhersage und ihre Eingangsparameter werden genauso vorgestellt, wie die gemessenen Materialdaten und der Einfluss auf die Simulationsergebnisse.

„Die Präsentation gibt für den Anwender einen besseren Überblick über die Spritzgießsimulation und illustriert die nötigen Voraussetzungen für eine genaue Faserorientierungsvorhersage“, erklärt Gebauer.