Füllbildsimulation für Spritzgießwerkzeuge
Bevor ein Span Stahl fällt, steht fest, wie die Schmelze in Ihr Bauteil läuft: aus welcher Lage der Anguss füllt, wo Fließfronten aufeinandertreffen, wo Luft stehen bleibt und wie stark das Teil beim Abkühlen verzient. Gerechnet wird über 40 Typen mit werkstoffspezifischen Daten, zum Ergebnis gehören ein schriftlicher Bericht und eine Füllanimation, die Sie abnehmen, bevor der Werkzeugbau beginnt.
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12 Typen
Simulierte Teile
40 Typen
Werkstoffdatenbank
Materialien
| Sorte | Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| ABS und ABS-PC | Massetemperatur 210 bis 250 °C, Werkzeugtemperatur 40 bis 80 °C, Schwindung 0,4 bis 0,7 %, mittlere Fließfähigkeit, reagiert empfindlich auf ungleichmäßige Wandstärken | Gerätegehäuse, Blenden, Halter, Strukturrahmen, Rastabdeckungen |
| Polycarbonat (PC) | Massetemperatur 280 bis 300 °C, Werkzeugtemperatur 80 bis 120 °C, Schwindung 0,5 bis 0,7 %, hohe Viskosität verlangt mehr Einspritzdruck, deutliche Eigenspannungen | Durchsichtabdeckungen, Linsen, klare Schalen, warm beanspruchte Bauteile |
| PC/ABS-Blend | Massetemperatur 230 bis 260 °C, Werkzeugtemperatur 50 bis 90 °C, Schwindung 0,4 bis 0,6 %, höhere Schlagzähigkeit als PC bei besserem Fließen, Standardwerkstoff für Elektronikgehäuse | Gehäuse für Notebooks und Tablets, Monitorblenden, Körper von Elektrowerkzeugen, Geräteschalen |
| Polyamid PA6 und PA66 | Massetemperatur 250 bis 285 °C, Werkzeugtemperatur 60 bis 100 °C, Schwindung je nach Faseranteil 0,8 bis 2,0 %, zieht vor dem Verarbeiten Feuchtigkeit | Strukturhalter, Clips, Scharniere, Steckverbinder, Fahrzeuginnenraum |
| PBT und PET | Massetemperatur 240 bis 280 °C, Werkzeugtemperatur 40 bis 90 °C, Schwindung 0,3 bis 0,6 %, gute Formstabilität, geringer Verzug an planen Teilen | Steckergehäuse, Reihenklemmen, Präzisionszahnräder, elektrische Isolierteile |
| Polypropylen (PP) | Massetemperatur 200 bis 240 °C, Werkzeugtemperatur 30 bis 80 °C, Schwindung 1,0 bis 2,5 %, höchster Wert unter den gängigen Typen, verzieht sich entsprechend leicht | Behälter, Clips, Deckel, Verpackungen, gering belastete Gehäuse |
| POM (Acetal) | Massetemperatur 190 bis 220 °C, Werkzeugtemperatur 40 bis 90 °C, Schwindung 1,8 bis 2,5 %, teilkristallin und deshalb auf gleichmäßige Kühlung angewiesen, ausgezeichnetes Verschleißverhalten | Präzisionszahnräder, Buchsen, Verschlüsse, Rasthaken, Mechanikteile |
| PEEK und PEI (Hochtemperatur) | Massetemperatur 340 bis 400 °C, Werkzeugtemperatur 120 bis 200 °C, Schwindung 1,0 bis 2,0 %, benötigt beheiztes Werkzeug und eine saubere Trocknung | Medizintechnik, Luftfahrtteile, warm beanspruchte Elektroteile, Träger für die Halbleiterfertigung |
Prozessparameter
| Parameter | Standardbereich |
|---|---|
| Berichtsfrist | 24 h für 2D, 48 h für die 3D-Füllanimation |
| Bauteilgröße in der Rechnung | bis 500 × 500 × 400 mm und 2,5 kg Schussgewicht |
| Simulierte Kavitätenzahl | 1 bis 32 Kavitäten, ausbalancierte Anordnung |
| Werkstoffdatenbank | 40 Typen in 12 Werkstoffgruppen |
| Massetemperaturfenster | 190 bis 400 °C je nach Werkstoff |
| Werkzeugtemperaturfenster | 30 bis 200 °C je nach Werkstoff |
| Prognostizierte Längenschwindung | 0,3 bis 2,5 % je nach Werkstoff und Faseranteil |
| Prognostizierter Verzug | Vektorbild statt einer einzelnen Zahl |
| Auswirkung der Bindenähte auf die Festigkeit | angegeben in Prozent der Grundfestigkeit |
| Verglichene Angussarten | Rand-, Seiten-, Tunnel-, Nadelverschluss-, Heißkanal- und Mehrfachanguss |
| Rechentiefe (3D) | Fließen, Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Scherrate, Kühlung, Verzug |
| Ausgabeform | PDF-Bericht, Füllanimation, kommentiertes STEP mit Anguss- und Kühlplan |
Oberflächenbehandlungen
VDI 3400 Strukturerosion
Chemisch erodierte Kavitätenflächen aus Edelstahl mit feinem Mattkorn, das sich auf das Teil überträgt. Das ist die gängige Sichtfläche für offen sichtbare Gehäuse; als Richtwert für die nötige Entformungsschräge gelten 0,025 mm Korn je Grad.
Hochglanzpolitur
Diamantpolitur in mehreren Stufen bis zum Spiegelbild, für transparente oder glänzende Teile. Werden Politur und Struktur zusammen gebraucht, kommt die Politur zuerst, und die DFM-Prüfung markiert die Zonen, in denen der Glanz innerhalb der Struktur wieder verloren geht.
Strahlen und Sprühstruktur
Glas- oder Keramikstrahlmittel ergibt eine gleichmäßig matte Fläche, die Werkzeugansätze kaschiert und sich griffig anfasst. Strukturen dieser Familie verlangen keine Entformungsschräge, deshalb sind sie der praktische Weg bei schrägenfreien Wänden.
Elektropolitur und Feinstreinigung
Das elektrochemische Polieren der Kavität nimmt Mikrospitzen fort und senkt damit das Risiko, dass ein hochglänzendes Teil Fließlinien zeigt. Ein letzter Reinigungsgang entfernt Polierreste vor dem ersten Schuss, denn dort sitzt meist der Ursprung von Schmutzflecken.
Einbindung eines Heißkanals
Bei Mehrkavitätenwerkzeugen oder großen Programmen wird ein Verteiler mit mehreren Anspritzpunkten ausgelegt, damit jede Kavität im selben Takt füllt. Die Rechnung prüft diese Anordnung mit denselben Kriterien für Füllung und Temperatur wie ein Kaltkanalwerkzeug.
Formstahl nach Werkstoffwahl
Grundaufbau und Kavitätenstahl werden passend zum Kunststoff und zur Zykluszeit festgelegt, bei glasfaserverstärkten Typen in korrosionsfester Ausführung, weil Schwefelausscheidungen ungeschützten Formstahl über die Laufzeit angreifen.
Fertigungsgerechtes Design (DFM)
- Die Abweichung der Wandstärke unter 25 % der Nennwand halten, ein Absatz in der Wand ist die häufigste Ursache für Fließmarken und schwache Bindenähte
- An sichtbaren Gehäusen eine durchgehende Wand von 1,0 bis 1,5 mm führen und auf der dem Betrachter zugewandten Seite 0,3 bis 0,5 mm Weichkomponente einplanen
- Zwei bis drei Grad Entformungsschräge auf alle Wände setzen, die vom Kern abziehen, und nie darauf vertrauen, dass eine Struktur eine fehlende Schräge ausgleicht
- Angusspunkte von Sichtflächen fernhalten, Anspritzrest und die Orientierungsmarke der Umgebung bleiben unter Streiflicht sichtbar
- Mehrere Anspritzpunkte auf einer Wand nur bei großen Teilen vorsehen, ein zweiter Anguss erzeugt eine zweite Bindenäht und verdoppelt die Chance auf eine sichtbare Fließfrontteilung
- Am Ende des Fließwegs eine Absperrung und eine Entlüftung einplanen, ein eingeschlossenes Luftpolster bringt Einfallstelle und Kurzschuss genau im letzten gefüllten Bereich
- Kühlkanäle an dicken Querschnitten und um Dome herum vorsehen, ungleichmäßige Kühlung macht aus einem Füllproblem einen Verzugsfehler
- Rippen mit 50 bis 60 % der Nennwanddicke auslegen, das hält den Fließweg ruhig und vermeidet den Rippenabdruck auf der Gegenwand
- Auswerfer auf Dome und dicke Stellen setzen statt auf Sichtflächen, ein Ansatzring versteckt die Auswerfermarke zusätzlich
- STEP, IGES oder DXF hochladen; der Bericht kommt innerhalb von 24 Stunden und enthält Angusslagen, Füllzeit, Druck und Kühlempfehlung
Werkzeuge & Kapazität
| Typ | Lieferzeit | Geeignet für |
|---|---|---|
| Nur Berechnung (kein Werkzeug) | 24 h für den 2D-Bericht, 48 h für die 3D-Animation | Absicherung im Konstruktionsstadium, Angebotsunterlage, Entscheidung über die Angusslage vor dem Stahlschnitt |
| Aluwerkzeug für Vorserien | 2 bis 3 Wochen | Vorserien ab 25 bis 500 Stück, Markterprobung, DVT-Aufbauten |
| Stahlwerkzeug für die Serie | 4 bis 6 Wochen | Jahresmengen über 50.000 Stück sowie Teile mit engen Anforderungen an Maß oder Aussehen |
| Heißkanalwerkzeug | 5 bis 7 Wochen | Mehrkavitätenprogramme mit hohem Volumen, bei denen Angussabfall und Zykluszeit die Kosten treiben |
Qualitätssicherung
- Werkstoffdaten stammen aus dem Datenblatt der konkret bestellten Type, nicht aus einem Gruppenmittelwert
- Füllzeit, Spitzendruck und Schließkraft werden als Rechenwerte samt Annahmen berichtet
- Lage und Ausrichtung der Bindenähte sind auf der Zeichnung markiert und mit einer Prognose der Restfestigkeit versehen
- Lufteinschlüsse und Einfallstellen sind am Modell bezeichnet, dazu der Vorschlag für Entlüftung oder Absperrung
- Verzug erscheint als Vektorbild mit Richtung und Betrag der Bewegung an jedem kritischen Merkmal
- Zum vorgeschlagenen Kühlkanalbild gehört die genannte Auswirkung auf die Zykluszeit in Sekunden
- Der DFM-Bericht zum Spritzgießen geht mit der Rechnung raus und umfasst Schrägen, Wände, Rippen, Angüsse und Auswerfer
- Das Erstteil vom ersten Schuss wird gegen die Simulation gehalten, um das Füllbild zu bestätigen
- Eine unabhängige Kontrolle durch SGS, Bureau Veritas oder TÜV lässt sich jederzeit einbinden
- Maßbericht, Werkstoffzeugnis und Ursprungszeugnis gehen mit jedem Los in den Versand
Anwendungen
- Schalen und Blenden von Konsumelektronik
- Innenverkleidung und Strukturteile im Fahrzeug
- Gehäuse und Montagehalter für Medizingeräte
- Verpackungskomponenten und Verschlüsse
- Gehäuse und Bedienblenden von Hausgeräten
- LED- und Leuchtengehäuse
- Steckverbinder und Reihenklemmen
- Schalen und Griffe an Kleingeräten
- Spielzeug und Zubehörartikel
Warum FHY Precision wählen
Die Daten kommen aus dem Datenblatt Ihrer Type, gerechnet wird also mit Ihrem Werkstoff statt mit einem Mittelwert
Die Rechnung läuft, solange noch kein Stahl geschnitten ist: ein ungünstiger Anguss mit Fließmarken oder Verzug fällt auf, solange die Änderung nichts kostet
Bericht in 24 Stunden für die zweidimensionale Rechnung und in 48 Stunden für die Füllanimation, mit offengelegten Annahmen, damit Ihr Konstrukteur widersprechen kann
Dieselbe Mannschaft rechnet und baut das Werkzeug, Empfehlung und Fertigungspraxis laufen also nicht auseinander
Der erste Schuss wird der Simulation gegenübergestellt, damit Abweichungen zwischen Rechnung und Wirklichkeit auffallen
Prüfschritte sind schriftlich niedergelegt; auf Wunsch kommt SGS, Bureau Veritas oder TÜV sowie ein Zeugnis nach EN 10204 3.1 hinzu
Berechnet wird von dem Team in China, das die Maschine später auch bedient
Analyse, Werkzeug, Bemusterung und Serienteile laufen über einen einzigen Auftrag
Häufig gestellte Fragen
1. Was leistet eine Füllbildsimulation und was nicht?
Sie rechnet nach, wie die Schmelze Ihre Kavität ausfüllt. Das Ergebnis nennt die Reihenfolge, in der die Masse die einzelnen Bereiche erreicht, wo die Front langsamer wird, wo zwei Fließfronten zusammenlaufen und eine Bindenäht bilden, wo Luft stehen bleibt und wie sich das Teil beim Erkalten verzieht. Heraus kommen Zahlen und markierte Stellen, kein Ja oder Nein. Der Nutzen liegt darin, dass eine ungünstige Angusslage am Nachmittag auf dem Bildschirm erscheint statt an der Maschine, nachdem das Werkzeug steht.
2. Wie lange dauert die Berechnung?
Die zweidimensionale Auswertung mit Angussvorschlag, Druck, Füllzeit und Anmerkungen zur Kühlung liegt 24 Stunden nach Eingang des Modells vor. Dreidimensional gerechnet wird in 48 Stunden, weil Vernetzung und Kühllöser mehr Rechenzeit brauchen, dafür gibt es Füllanimation, Temperatur- und Schergefälle sowie ein Verzugsvektorbild. Parallel zum Schneiden des Stahls ist möglich, empfehlen würde ich es nicht: eine Angussänderung nach dem Stahlschnitt ist die teuerste Variante.
3. Was muss ich für die Rechnung schicken?
Ein 3D-Modell als STEP oder IGES, die vorgesehene Werkstofftype, die Jahresmenge und, falls schon festgelegt, Angaben zur Sichtfläche und zur Toleranz an planen Bereichen. Eine 2D-Zeichnung hilft bei den Toleranzangaben. Ist die Type noch offen, genügen Einsatzbedingungen und mechanische Erwartung, wir rechnen dann zwei Kandidaten, damit Sie sehen, welcher besser füllt und welcher weniger verzieht.
4. Garantiert die Simulation, dass das Teil sauber formt?
Nein, und das Gegenteil zu behaupten wäre unseriös. Eine Simulation ist ein Modell des Prozesses und hängt an den Werkstoffdaten, an der angenommenen Kühlung und an der Netzfeinheit. Ihr Wert ist vergleichend: Sie ordnet Ihren Entwurf gegen andere Angusslagen, Wandstrukturen und Kühlbilder ein und benennt die Fehlerbilder, auf die beim ersten Muster zu achten ist. Erst der Abgleich des ersten Schusses mit der Vorhersage macht aus der Rechnung einen Beleg.
5. Wie genau ist die Verzugsvorhersage?
Verlässlich in der Richtung, grob im Betrag. Das Vektorbild sagt zuverlässig, wohin sich das Teil zieht und welches Merkmal am stärksten wandert, und genau das brauchen Sie für die Entscheidung über Rippen oder Angusslage. Die absolute Millimeterzahl hängt an den Kühlannahmen und an der Faserorientierung, deshalb gilt sie uns als Reihenfolge, nicht als Toleranzaussage. Der wirkliche Verzug wird am Erstteil gemessen.
6. Rechnen Sie auch Mehrkavitätenwerkzeuge und Heißkanäle?
Ja. Die Rechnung gleicht den Verteiler ab und zeigt, ob jede Kavität im gleichen Takt und bei gleicher Temperatur füllt; genau das ist der übliche Grund, warum ein Mehrkavitätenwerkzeug Ausschuss in der letzten Kavität bringt. Bei Heißkanälen werden die Düsenpositionen genauso durchgerechnet, zusätzlich mit der Frage, ob die Masse zwischen zwei Schüssen über der Zersetzungstemperatur bleibt. Damit wird die Grenze der Zykluszeit sichtbar, noch bevor der Verteiler bestellt ist.
7. Was kostet die Ausarbeitung?
Im Preis für das Werkzeug ist sie enthalten, und wenn wir das Werkzeug bauen, berechnen wir sie nicht gesondert. Wer die Rechnung als eigenständige Leistung für ein Werkzeug braucht, das anderswo entsteht, bekommt ein Angebot dafür; es deckt Bericht, kommentiertes Modell und ein Gespräch mit Ihrem Konstrukteur über die Ergebnisse.
8. Was passiert, wenn die Rechnung ein Problem zeigt?
Sie hören es von uns, und zwar in dem Stadium, in dem die Änderung noch billig ist. Mal hilft ein anderer Anspritzpunkt, mal eine Korrektur der Wand oder des Rippenbildes, mal heißt es, eine Grenze zu akzeptieren und das Sichtkonzept darum herum zu bauen. Wir schneiden kein Werkzeug auf einen Entwurf, von dem wir wissen, dass er schlecht füllt; die Bemusterung würde sonst zu einem bezahlten Versuch mit Ihrem Namen darauf.
9. Welche Werkstoffe sind hinterlegt?
Vierzig Typen aus zwölf Gruppen, darunter ABS, ABS-PC, PC, PC/ABS, PA6, PA66, glasgefülltes PA, PBT, PET, PP, POM, PEI und PEEK. Bei unbekannten Sorten greifen wir auf das Datenblatt der Type zurück, die Sie einkaufen wollen, und wenn das Blatt fehlt, sagen wir, welche Werte wir angenommen haben. Hochtemperaturwerkstoffe wie PEEK bringen die Frage der Werkzeugheizung mit, weil die Kühlannahmen über brauchbar oder unbrauchbar entscheiden.
10. Wie wird die Schwindung behandelt?
Schwindung hängt am Werkstoff, am Faseranteil und an der Fließrichtung, und deshalb können ein Typ mit 0,3 % und einer mit 2,5 % kein gemeinsames Werkzeug teilen. Wir setzen den typspezifischen Wert ein, weisen Längen- und Volumenschwindung aus und spiegeln die kritischen Maße erst dann gegen die Toleranz, wenn die Werkzeugmaße feststehen. Enge Toleranzen quer zur Fließrichtung verlangen einen Ausgleich im Werkzeug, und die Rechnung sagt, wo er hingehört.
11. Ist die Rechnung im Werkzeugangebot enthalten?
Zum Standardangebot gehören der zweidimensionale Bericht und die Prüfung des ersten Schusses; die Animation mit dem Verzugsbild kommt ab 50.000 Stück im Jahr dazu oder wenn das Teil eine plane Sichtfläche trägt. Wer Lieferanten vergleicht, sollte jeden nach dem Füllergebnis für das eigene Modell fragen. Ein Anbieter, der ein Werkzeug ohne Rechnung anbietet, kalkuliert nur die Werkzeugkosten, und das ist nicht die ganze Rechnung.
12. Wie geht es nach der Freigabe weiter?
Ein Aluminiumwerkzeug steht in 2 bis 3 Wochen und passt für 25 bis 500 Stück. Das Stahlwerkzeug braucht 4 bis 6 Wochen und wird ab etwa 50.000 Stück im Jahr zur wirtschaftlichen Wahl, ein Heißkanalwerkzeug liegt bei 5 bis 7 Wochen. Bemusterung und Erstteilprüfung sind in diesen Zeiten enthalten; gezählt wird ab dem Tag, an dem Sie das Füllergebnis freigegeben haben und der Entwurf eingefroren ist.
13. Welche Angaben brauchen Sie für ein Angebot über Rechnung und Werkzeug?
Geben Sie uns ein Modell als STEP oder IGES, eine 2D-Zeichnung mit Toleranzen und Angaben zur Sichtfläche, Werkstoff und Faseranteil, Jahresmenge, gewünschte Teilezahl je Kavität und, falls vorhanden, Ihren Zielpreis je Stück. Bewegt sich die Konstruktion noch, benennen Sie eingefrorene und offene Artikelnummern, damit sich die Rechnung auf die Teile konzentriert, die zuerst ins Werkzeug gehen.
14. Mit welcher Software rechnen Sie?
Für Füllung und Kühlung nutzen wir einen kommerziellen dreidimensionalen Löser, für schnelle Prüfungen von Anguss und Wand eine zweidimensionale Rechnung. Wichtiger als das Programm sind die Eingaben, und dort fällt die Genauigkeit: Datenblatt der Type, wirkliche Wandgeometrie, Lage der Kühlkanäle, Werkzeugtemperatur. Sämtliche Annahmen stehen im Bericht, damit Ihr Konstrukteur sie nachvollziehen und bestreiten kann.
15. Beeinflusst die Werkstoffwahl den Formstahl?
Ja, und die Entscheidung gehört nach vorn. Glasgefüllte Typen wie glasgefülltes PA oder PBT geben beim Fahren Schwefel ab, der ungeschützten Formstahl über die Laufzeit angreift; für diese Programme legen wir korrosionsfesten Stahl fest. Hochtemperaturwerkstoffe wie PEEK oder PEI treiben das Werkzeug deutlich über 200 °C und verlangen damit eine andere Sorte und eine andere Vergütung unter der Kavität. Die Rechnung ist der richtige Zeitpunkt dafür, weil der Stahl da noch nicht bestellt ist.
16. Können wir eine Prüfung durch eine neutrale Stelle einbinden?
Gewiss. Welche Abschnitte SGS, Bureau Veritas oder TÜV begleiten, bestimmen Sie: von der Prüfung des angelieferten Formstahls bis zur Maß- und Funktionskontrolle an geformten Teilen vor dem Verladen. Sie erhalten damit einen Bericht von Prüfern, die nicht Ihre eigenen sind, und genau das steht häufig in der Forderung eines Endkunden vor dem ersten Los eines neuen Lieferanten.