Integrierte Prozesssimulation von Thermoformen und Spritzguss

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig wird ein Modell zur numerischen Vorhersage der Grenzschichtfestigkeit am Beispiel eines gekoppelten Thermoform-Spritzguss-Prozesses entwickelt. Als wesentliche Voraussetzung für die Simulation mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) werden zuerst alle notwendigen temperaturabhängigen Materialkennwerte ermittelt sowie Materialmodelle parametrisiert. Diese werden anhand der Einzelprozesse zum Thermoformen und Spritzgießen von faserverstärkten Kunststoffen validiert. Darüber sollen erweiterte Kenntnisse über die lokale Temperatur- und Scherspannungsverteilung beim Thermoformen sowie über die Formfüllung und lokale Temperaturverteilung während des Spitzgussprozesses gewonnen werden. Somit lassen sich grundlegende Aussagen zum Materialverhalten in um- und urformenden Fertigungsverfahren treffen sowie anschließend Prozessgrößen vorhersagen. Im Anschluss daran erfolgen die experimentelle Charakterisierung sowie die Modellierung des Verbunds zur Berechnung der Verbundfestigkeit. Diese ist von entscheidender Bedeutung für die Bauteilqualität. Die Verbundeigenschaften werden dabei maßgeblich durch den Prozess bestimmt. Die wichtigsten Parameter hierbei sind die Temperaturen beider Werkstoffe und der vorliegende Druck in der Grenzschicht. Zuletzt wird ein ganzheitliches Simulationsmodell zur intergierten Prozesssimulation von Thermoformen und Spritzgießen aufgebaut und validiert. Damit steht letztendlich eine KMU-freundliche Methode zur Berechnung und Visualisierung der Verbundfestigkeit zur Verfügung. Im Unterschied zur Simulation der Einzelprozesse wird darüber hinaus die Fluid-Struktur Interaktion zwischen Spritzgussmasse und Organoblech berücksichtigt, sodass eine Verformung des Blechs abgebildet wird. Dadurch kann auch das „Zurückdrängen“ des in die Stempelkavitäten geflossenen Matrixwerkstoffs abgebildet werden.