In der Kunststofftechnik werden zur Auslegung von Kunststoffformteilen und zur Werkzeugauslegung unterschiedliche Computerprogramm eingesetzt. Für die Werkzeugauslegung stehen zum Beispiel Programme wie Cadmould ®, Moldex®, Moldflow® und Sigmasoft® zur Verfügung. Diese Programme berechnen den Füllvorgang, die Nachdruck- und Abkühlphase des Formteils im Werkzeug. Als Ergebnisse lassen sich z.B. Drücke, Temperaturen, Schergeschwindigkeiten und Schubspannungen darstellen. Auch das Schwindungs- und Verzugsverhalten des Formteils kann vorausgesagt werden. Diese Simulationsergebnisse zu verstehen und zu interpretieren ist nicht trivial, obwohl es sich um farblich schöne Darstellungen mit Zahlenwerten handelt. Hier soll das Buch über die Simulationstechnologie ansetzten. Es erklärt die Grundlagen der FEM, d.h. die verschiedenen Netztypen und den Einfluss der FEM auf die Ergebnisqualität. Weiterhin werden die mathematischen Grundlagen der Berechnung erläutert, um deren Einfluss auf das Ergebnis zu verstehen. Zusätzlich zu diesen Einflussgrößen spielen auch die hinterlegten Materialkarten und die Stoffgesetze eine wesentliche Rolle bei der Ergebnisinterpretation. Neben der thermischen Werkzeugauslegung ermöglichen die Programme auch eine mechanische Werkzeugauslegung. So lässt sich zum Beispiel ein Kernversatz voraussagen. Das Buch soll nicht nur bei der Interpretation der Simulationsergebnisse helfen, sondern auch Unterstützung bei der Lösungsfindung bieten. Abschließend wird auf die sogenannte integrative Simulation eingegangen. Durch die Verbindung der oben genannten Simulationsprogramme mit Programmen wie ANSYS®, ABAQUS® etc., die eine Belastungsberechnung ermöglichen, ist eine Formteilauslegung unter anisotropen Bedingungen möglich. Dazu ist ein sogenanntes Mapping der Ergebnisse über eine Schnittstelle, wie z.B. DIGIMAT®, notwendig. Auch auf dieses Thema soll in dem Buch eingegangen werden.
Aktualisiert: 2023-01-24
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In der Kunststofftechnik werden zur Auslegung von Kunststoffformteilen und zur Werkzeugauslegung unterschiedliche Computerprogramm eingesetzt. Für die Werkzeugauslegung stehen zum Beispiel Programme wie Cadmould®, Moldex3D®, Moldflow® und Sigmasoft® zur Verfügung. Diese Programme berechnen den Füllvorgang, die Nachdruck- und Abkühlphase des Formteils im Werkzeug. Als Ergebnisse lassen sich z.B. Drücke, Temperaturen, Schergeschwindigkeiten und Schubspannungen darstellen. Auch das Schwindungs- und Verzugsverhalten des Formteils kann vorausgesagt werden. Diese Simulationsergebnisse zu verstehen und zu interpretieren ist nicht trivial, obwohl es sich um farblich schöne Darstellungen mit Zahlenwerten handelt. Hier soll das Buch über die Simulationstechnologie ansetzten. Es erklärt die Grundlagen der FEM, d.h. die verschiedenen Netztypen und den Einfluss der FEM auf die Ergebnisqualität. Weiterhin werden die mathematischen Grundlagen der Berechnung erläutert, um deren Einfluss auf das Ergebnis zu verstehen. Zusätzlich zu diesen Einflussgrößen spielen auch die hinterlegten Materialkarten und die Stoffgesetze eine wesentliche Rolle bei der Ergebnisinterpretation. Neben der thermischen Werkzeugauslegung ermöglichen die Programme auch eine mechanische Werkzeugauslegung. So lässt sich zum Beispiel ein Kernversatz voraussagen. Das Buch soll nicht nur bei der Interpretation der Simulationsergebnisse helfen, sondern auch Unterstützung bei der Lösungsfindung bieten. Abschließend wird auf die sogenannte integrative Simulation eingegangen. Durch die Verbindung der oben genannten Simulationsprogramme mit Programmen wie ANSYS®, ABAQUS® etc., die eine Belastungsberechnung ermöglichen, ist eine Formteilauslegung unter anisotropen Bedingungen möglich. Dazu ist ein sogenanntes Mapping der Ergebnisse über eine Schnittstelle, wie z.B. DIGIMAT®, notwendig. Auch auf dieses Thema soll in dem Buch eingegangen werden.
Aktualisiert: 2023-02-28
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Effiziente Leistungshalbleitermodule, als Kernbausteine eines intelligenten Energiemanagements, sind unverzichtbar bei der Bewältigung der Energiewende. Wesentliches Verfahren in der Aufbau- und Verbindungstechnik zur Herstellung dieser Module ist das hochfrequente Reibschweißen durch Ultraschall, das sogenannte Ultraschallbonden. Ist eine der zahlreichen Bondverbindungen von mangelhafter Qualität, ist das Modul und damit das gesamte Energiemanagement von Totalausfall bedroht. Vor diesem Hintergrund hängt die erreichbare Verbindungsfestigkeit neben den Prozessparametern vom Verschleißzustand des Werkzeugs ab. Aus der limitierten Werkzeugnutzungsdauer resultieren nicht nur Beschaffungs- und Rüstkosten, sondern auch eine Störung des Produktionsflusses. Die Umstellung von Aluminium auf das effizientere Kupfer als Drahtmaterial mindert die Werkzeug-Nutzungsdauer bis um das 50-fache. Dieser Faktor schlägt sich in den Herstellkosten des Produkts nieder, wodurch sich die Forderung nach verschleißgerechten Werkzeugen verschärft. Jedoch sind Verschleißanalysen durch reale Versuche umfangreich und teuer. Insbesondere können hierbei ursächliche Kontaktvorgänge während des Fügeprozesses nicht beobachtet werden. Angesichts dessen wird in der vorliegenden Arbeit eine Vorgehensweise mit dem Schwerpunkt auf der prozessgerechten Werkzeuggestaltung mithilfe von numerischen Simulationen des Verschleißes entwickelt. Auf diese Weise wird insbesondere die Wechselwirkung zwischen anfänglicher Geometrie und Werkzeugverschleiß sowie der Verbindungsqualität der Fügepartner aufgedeckt. Durch Letzteres erfolgt ein maßgebender Beitrag zur Steigerung des Prozessverständnisses mit dem Ziel der Prozessoptimierung, um die Effizienz und Zuverlässigkeit von Leistungshalbleitermodulen weiter zu forcieren.
Aktualisiert: 2021-04-29
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Die Bedeutung gefüllter und verstärkter Kunststoffe mit hohen Füllstoffanteilen nimmt stetig zu. Ein Beispiel dafür sind Kunststoffe mit bis zu 70 Gew.-% Holzfasern (WPC), welche überwiegend im Extrusionsverfahren verarbeitet werden. Die Prozessführung solcher hochgefüllten Materialien unterscheidet sich aufgrund des komplexen Materialverhaltens und der notwendigen partiellen Erstarrung der WPC-Schmelze im Werkzeug jedoch von der Herstellung klassischer Kunststoffprodukte. WPC-Werkzeuge werden daher zumeist in kosten- und zeitaufwändigen Versuchen optimiert. Simulationen kommen dabei bisher kaum zum Einsatz. Forschungsziel war deshalb die numerische Berechnung des Fließ- und Verformungsverhaltens von WPC im Extrusionswerkzeug und die darauf basierende Erstellung von Empfehlungen für eine optimierte Auslegung von WPC-Werkzeugen.
Im Projekt wurden erforderliche Materialdaten von WPC für die Simulation ermittelt und durch geeignete Materialmodelle beschrieben. Parallel wurden Extrusionsversuche durchgeführt, um die notwendigen Randbedingungen für die Simulation zu ermitteln. Darauf aufbauend wurden numerische Berechnungen der Fließvorgänge im Extrusionswerkzeug durchgeführt. Ein Vergleich zwischen simulierten und gemessenen Werten zeigt eine gute Übereinstimmung für Parallelteile des Werkzeugs. Für Einström- und Übergangsteile mit hohen Dehnströmungen wurden für Kunststoffe mit 70 Gew.-% Holzfasern deutliche Abweichungen festgestellt. Versuche mit einem industrienahen Werkzeug zeigen vergleichbare Abweichungen zwischen Simulation und Experiment. Dennoch kann die Entwicklung neuer WPC-Extrusionswerkzeuge mit Hilfe der numerischen Prognosen zukünftig effektiver und kostengünstiger gestaltet werden, da Fehler im Werkzeugdesign frühzeitig erkannt und vermieden werden können.
Aktualisiert: 2021-03-11
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Obwohl das Angusssystem einen starken Einfluss auf den Spritzgießprozess hat, wird für die Auslegung seiner Komponenten meistens ein relativ geringer Zeit- und Kostenaufwand betrieben. Auch in der Fachliteratur zum Spritzgießen wird die Gestaltung des Angusssystems und dessen Bedeutung oftmals nur am Rande behandelt. Diese Informationslücke wird mit dem Buch "Auslegung von Anguss und Angusskanal", das nun erstmals in deutscher Übersetzung vorliegt, geschlossen.Zunächst werden die rheologischen Eigenschaften der Kunststoffschmelze anschaulich und praxisnah erläutert. Schritt für Schritt entstehen daraus Strategien für die Gestaltung des Angusssystems und der Anschnittposition. Das Buch beschreibt präzise und detailliert die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten bei Kaltkanal- und Heißkanalsystemen. Damit bietet es dem Leser eine unabhängige Betrachtung von Heiß- und Kaltkanalsystemen, ohne ein Urteil zu fällen, welches System sich am besten für eine bestimmte Anwendung eignet. Außerdem enthält das Buch einen umfangreichen, praxisorientierten Leitfaden zur Fehlerbehebung beim Spritzgießen.
Neu in der 2., aktualisierten und erweiterten Auflage:1. Simulation im Spritzgießen2. ThermafloTM Methode zur Charakterisierung für Kunststoffe hinsichtlich des Spritzgießverfahrens3. Überarbeitungen in Kapitel 7 "Behandlung von scherinduzierten Änderungen in der Schmelze"4. Korrekturen und Verbesserungen
Aktualisiert: 2023-05-02
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Silikonkautschuk gehört zur Gruppe der synthetischen Kautschuke und bietet aufgrund seines Eigenschaftsprofils breite Anwendungsmöglichkeiten in einer Vielzahl von Industriezweigen. Die Verarbeitung von Festsilikonkautschuk im Extrusionsprozess stellt hohe Anforderungen an den Verarbeiter im Hinblick auf Prozessverständnis und Materialverhalten. Das Ziel dieser Dissertation ist es, einen Beitrag zur grundlegenden und umfassenden Analyse des Extrusionsprozesses von Festsilikonkautschuk zu leisten.
Aktualisiert: 2022-09-29
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Obwohl das Angusssystem einen starken Einfluss auf den Spritzgießprozess hat, wird für die Auslegung seiner Komponenten meistens ein relativ geringer Zeit- und Kostenaufwand betrieben. Auch in der Fachliteratur zum Spritzgießen wird die Gestaltung des Angusssystems und dessen Bedeutung oftmals nur am Rande behandelt. Diese Informationslücke wird mit dem Buch "Auslegung von Anguss und Angusskanal", das nun erstmals in deutscher Übersetzung vorliegt, geschlossen.
Zunächst werden die rheologischen Eigenschaften der Kunststoffschmelze anschaulich und praxisnah erläutert. Schritt für Schritt entstehen daraus Strategien für die Gestaltung des Angusssystems und der Anschnittposition. Das Buch beschreibt präzise und detailliert die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten bei Kaltkanal- und Heißkanalsystemen. Damit bietet es dem Leser eine unabhängige Betrachtung von Heiß- und Kaltkanalsystemen, ohne ein Urteil zu fällen, welches System sich am besten für eine bestimmte Anwendung eignet. Außerdem enthält das Buch einen umfangreichen, praxisorientierten Leitfaden zur Fehlerbehebung beim Spritzgießen.
Neu in der 2., aktualisierten und erweiterten Auflage:
1. Simulation im Spritzgießen
2. ThermafloTM Methode zur Charakterisierung für Kunststoffe hinsichtlich des Spritzgießverfahrens
3. Überarbeitungen in Kapitel 7 "Behandlung von scherinduzierten Änderungen in der Schmelze"
4. Korrekturen und Verbesserungen
Aktualisiert: 2022-10-11
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Aktualisiert: 2020-06-18
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Kurzzusammenfassung
Bohren zählt zu den am weitesten verbreiteten und wirtschaftlich bedeutendsten Fertigungsverfahren. Es stellt hohe Ansprüche an die eingesetzten Werkzeuge und erfordert zumeist den zielgerichteten Einsatz von Kühlschmierstoff (KSS), um Werkstück und Werkzeug zu kühlen und die erzeugten Späne abzutransportieren. Obgleich heutige Bohrwerkzeuge das Ergebnis zahlreicher Entwicklungsschritte darstellen und generell ein hohes Prozessverständnis vorliegt, so gibt es dennoch Aspekte der Werkzeugauslegung, die weiterer intensiver Forschung bedürfen. Dazu zählt auch die Erforschung der Zuführung von eingesetzten Prozesshilfsstoffen. Die optimale Prozesskühlung stellt eine effektive Möglichkeit dar, die Widerstandfähigkeit und Haltbarkeit von Bohrwerkzeugen zu verbessern. Die Zuführung von KSS mittels im Werkzeuginneren verlaufenden Kühlkanälen (KK) stellt dabei im Bereich anspruchsvoller Bearbeitungsaufgaben den aktuellen Stand der Technik dar. Bislang gab es keine Untersuchungen, die sich spezifisch mit der Positionierung der KK im Werkzeuginneren im Hinblick auf die Kühlung der Werkzeuge und deren Verschleiß beschäftigt haben. In dieser Arbeit wurden die Einflüsse von Kühlkanalaustrittsposition (KKAP) und Größe des KSS - Volumenstroms auf die Werkzeugkühlung und damit einhergehend auf den Werkzeugverschleiß von Vollhartmetall (VHM) Wendelbohrern untersucht. Anhand von CFD Simulationen und durch Temperaturmessungen in realen VHM Wendelbohrern mithilfe von Mantelthermoelementen konnten die sich im Bereich des Schneidkeils einstellenden Temperaturen untersucht werden. Im Rahmen von Verschleißuntersuchungen konnte der sich einstellende Verschleiß in Abhängigkeit zu den untersuchten Einflussgrößen ermittelt werden. Bei allen durchgeführten Untersuchungsmethoden zeigte sich ein deutlicher Einfluss von KKAP und KSS - Volumenstrom auf die Ergebnisgrößen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Aktualisiert: 2020-04-23
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Gesenkschmiedewerkzeuge sind hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dieses führt bei den üblicherweise bei der Warmmassivumformung verwendeten Werkzeugstählen zu Anlasseffekten. Aus diesem Grund müssen neue Werkzeugwerkstoffe wie Keramiken für den Einsatz im Gesenkbau qualifiziert werden. Um das Betriebsverhalten von Gesenken mit Keramikeinsätzen in verschleißkritischen Bereichen zu untersuchen, wurden Schmiedeversuche durchgeführt. Dabei kamen verschiedene Werkzeuggeometrien und Schmierstoffe zur Anwendung. Mit dornförmigen Gesenkeinsätzen und Fließpresswerkzeugen lässt sich in den Schmiedeversuchen ein gutes Einsatzverhalten nachweisen. Die Werkzeugoberfläche der Keramikeinsätze bleibt während der gesamten Lebensdauer des Werkzeuges optisch glatt und adhäsionsfrei. Werkzeugverschleiß konnte durch den Einsatz von Keramik gegenüber konventionellen Warmarbeitsstählen deutlich verringert werden. Eine Riefenbildung oder plastische Deformation wie bei Werkzeugstahl wurde an den Keramikeinsätzen nicht festgestellt. Erprobungen an industriellen Werkzeugen zeigen die derzeitigen Möglichkeiten und Grenzen der Verwendung von Keramikeinsätzen im Gesenkbau auf.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde zuerst die Zerspanbarkeit von ADI analysiert. Die Aufhärtung des ausferritischen Grundgefüges und die Schnittkraftdynamik führen zu stark reduzierten Standzeiten. Durch eine Analyse der die Spansegmentbildung beeinflussenden Faktoren wurden werkzeug- und prozessseitige Einflussgrößen auf die ADI-Drehbearbeitung identifiziert. Durch Anwendung einer 3D FEM-Simulation wurden optimierte Schneidteilgeometrien für das Drehschruppen mit angepassten Prozessen entwickelt.
Aktualisiert: 2021-07-10
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