Numerische und experimentelle Untersuchungen der Nachdruck- und Abkühlphase des Spritzgießprozesses

Stefan Wuschko

Numerische und experimentelle Untersuchungen der Nachdruck- und Abkühlphase des Spritzgießprozesses

Stefan Wuschko

Research output: Thesis › Master's / Diploma thesis

Abstract

This thesis aims at investigating the packing- and coolingphase of an injectionmoulding-process by using experiments and simulations. The experiments are carried out firstly with two different materials in two different geometries at five different flow rates, on an injection moulding machine VC 200/50 (Engel VC200/50 with 30mm screw diameter). Afterwards, the simulations are realized with the open source software OpenFOAM®. In [Kob15] and [Alt15], the first filling simulations are validated with real experiments by using the injectionMouldingSolver. This solver is investigated from DI Dr. József Nagy (Institute of Polymer Injection Moulding and Process Automation in Linz, Austria). For this master thesis he extended the current solver with a packing- and coolingphase. With the help of the experimental results, the new injectionPackingCoolingSolver gets validated. The solver is built up into the filling-, the packing-, and the cooling- phase, which differ in the boundary conditions. For the mathematical description conservation equations, general transport equation and two-phase modelling are utilized. Furthermore, the change in viscosity is considered with the CrossWLFModel. The description of the cristallization is based on the temperaturedependant heatcapacity data, where the cristallization region is easy to figure out. During this cristallization region, the velocity is reduced linearly to zero. This leads to a representation of the boundary layer and to a more realistic behaviour of the flow velocity. Most of the available software-tools have one defined temperature where the velocity is set to zero.

Original language	German (Austria)
Publication status	Published - Nov 2016

Fields of science

205 Materials Engineering
205011 Polymer engineering
201117 Lightweight design
205012 Polymer processing
205015 Composites
104019 Polymer sciences
301208 Pharmaceutical technology

JKU Focus areas

Nano-, Bio- and Polymer-Systems: From Structure to Function
Engineering and Natural Sciences (in general)

Cite this

@mastersthesis{89efae4d263c4635b94c47b55d798fe8,

title = "Numerische und experimentelle Untersuchungen der Nachdruck- und Abk{\"u}hlphase des Spritzgie{\ss}prozesses",

abstract = "Die vorliegende Arbeit untersucht die Nachdruck- und Abk{\"u}hlphase eines Spritzgie{\ss}prozesses mittels Experimenten und Simulationen. Zun{\"a}chst wird eine experimentelle Parameterstudie an zwei unterschiedlichen Geometrien mit zwei unterschiedlichen Materialien bei f{\"u}nf verschiedenen Volumenstr{\"o}men durchgef{\"u}hrt. Bei den Versuchen gelangt eine holmenlose, hydraulische Spritzgie{\ss}maschine (Engel VC 200/50 mit einem 30 mm Schneckendurchmesser) zur Anwendung. Die Berechnungen erfolgen mit der Open-Source-CFD-Software OpenFOAM{\textregistered}. Als Grundger{\"u}st dient der in [Kob15] und [Alt15] verwendete injectionMouldingSolver, welcher bereits f{\"u}r den F{\"u}llvorgang validiert wurde. F{\"u}r die Berechnung des Nachdruck- und Abk{\"u}hlvorganges erweiterte DI Dr. J{\'o}zsef Nagy vom Institut f{\"u}r Polymer- Spritzgie{\ss}technik und Prozessautomatisierung in Linz, {\"O}sterreich, den von ihm entwickelten injection- MouldingSolver. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird der neue injectionPackingCoolingSolver validiert. Dieser Solver teilt sich in eine F{\"u}ll-, eine Nachdruck- und eine Abk{\"u}hlphase auf, welche sich durch die vorgegebenen Randbedingungen unterscheiden. Die mathematische Beschreibung der Vorg{\"a}nge st{\"u}tzt sich auf die Erhaltungsgleichungen, die allgemeine Form der Transportgleichung und die Zweiphasenmodellierung. Die {\"A}nderung der Viskosit{\"a}t wird mit dem erweiterten CrossWLF-Modell abgebildet. Auf die genaue Darstellung des Kristallisationsvorganges wird verzichtet. Allerdings wird der Kristallisationsbereich aus temperaturabh{\"a}ngigen W{\"a}rmekapazit{\"a}tsdaten herangezogen, um in diesem Bereich die Geschwindigkeit linear zu reduzieren. Dadurch erfolgt einerseits eine Abbildung der Randschicht und andererseits eine langsame Reduktion der Flie{\ss}geschwindigkeit. Die meisten kommerziellen Programme setzen die Geschwindigkeit bei einer definierten Temperatur schlagartig auf Null, was nicht der Realit{\"a}t entspricht.",

author = "Stefan Wuschko",

year = "2016",

month = nov,

language = "Deutsch ({\"O}sterreich)",

}

TY - THES

T1 - Numerische und experimentelle Untersuchungen der Nachdruck- und Abkühlphase des Spritzgießprozesses

AU - Wuschko, Stefan

PY - 2016/11

Y1 - 2016/11

N2 - Die vorliegende Arbeit untersucht die Nachdruck- und Abkühlphase eines Spritzgießprozesses mittels Experimenten und Simulationen. Zunächst wird eine experimentelle Parameterstudie an zwei unterschiedlichen Geometrien mit zwei unterschiedlichen Materialien bei fünf verschiedenen Volumenströmen durchgeführt. Bei den Versuchen gelangt eine holmenlose, hydraulische Spritzgießmaschine (Engel VC 200/50 mit einem 30 mm Schneckendurchmesser) zur Anwendung. Die Berechnungen erfolgen mit der Open-Source-CFD-Software OpenFOAM®. Als Grundgerüst dient der in [Kob15] und [Alt15] verwendete injectionMouldingSolver, welcher bereits für den Füllvorgang validiert wurde. Für die Berechnung des Nachdruck- und Abkühlvorganges erweiterte DI Dr. József Nagy vom Institut für Polymer- Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung in Linz, Österreich, den von ihm entwickelten injection- MouldingSolver. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird der neue injectionPackingCoolingSolver validiert. Dieser Solver teilt sich in eine Füll-, eine Nachdruck- und eine Abkühlphase auf, welche sich durch die vorgegebenen Randbedingungen unterscheiden. Die mathematische Beschreibung der Vorgänge stützt sich auf die Erhaltungsgleichungen, die allgemeine Form der Transportgleichung und die Zweiphasenmodellierung. Die Änderung der Viskosität wird mit dem erweiterten CrossWLF-Modell abgebildet. Auf die genaue Darstellung des Kristallisationsvorganges wird verzichtet. Allerdings wird der Kristallisationsbereich aus temperaturabhängigen Wärmekapazitätsdaten herangezogen, um in diesem Bereich die Geschwindigkeit linear zu reduzieren. Dadurch erfolgt einerseits eine Abbildung der Randschicht und andererseits eine langsame Reduktion der Fließgeschwindigkeit. Die meisten kommerziellen Programme setzen die Geschwindigkeit bei einer definierten Temperatur schlagartig auf Null, was nicht der Realität entspricht.

AB - Die vorliegende Arbeit untersucht die Nachdruck- und Abkühlphase eines Spritzgießprozesses mittels Experimenten und Simulationen. Zunächst wird eine experimentelle Parameterstudie an zwei unterschiedlichen Geometrien mit zwei unterschiedlichen Materialien bei fünf verschiedenen Volumenströmen durchgeführt. Bei den Versuchen gelangt eine holmenlose, hydraulische Spritzgießmaschine (Engel VC 200/50 mit einem 30 mm Schneckendurchmesser) zur Anwendung. Die Berechnungen erfolgen mit der Open-Source-CFD-Software OpenFOAM®. Als Grundgerüst dient der in [Kob15] und [Alt15] verwendete injectionMouldingSolver, welcher bereits für den Füllvorgang validiert wurde. Für die Berechnung des Nachdruck- und Abkühlvorganges erweiterte DI Dr. József Nagy vom Institut für Polymer- Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung in Linz, Österreich, den von ihm entwickelten injection- MouldingSolver. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird der neue injectionPackingCoolingSolver validiert. Dieser Solver teilt sich in eine Füll-, eine Nachdruck- und eine Abkühlphase auf, welche sich durch die vorgegebenen Randbedingungen unterscheiden. Die mathematische Beschreibung der Vorgänge stützt sich auf die Erhaltungsgleichungen, die allgemeine Form der Transportgleichung und die Zweiphasenmodellierung. Die Änderung der Viskosität wird mit dem erweiterten CrossWLF-Modell abgebildet. Auf die genaue Darstellung des Kristallisationsvorganges wird verzichtet. Allerdings wird der Kristallisationsbereich aus temperaturabhängigen Wärmekapazitätsdaten herangezogen, um in diesem Bereich die Geschwindigkeit linear zu reduzieren. Dadurch erfolgt einerseits eine Abbildung der Randschicht und andererseits eine langsame Reduktion der Fließgeschwindigkeit. Die meisten kommerziellen Programme setzen die Geschwindigkeit bei einer definierten Temperatur schlagartig auf Null, was nicht der Realität entspricht.

M3 - Master-/Diplomarbeit

ER -