Mould Filling Process

7/22/2019 Mould Filling Process

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Werkzeugfüllvorgangdünnwandiger Spritzgieß-

teile berechnen

• Wanddicken kleiner 1 mm

• Finite-Element-Differenz Verfahren

• Gute Praxisannäherung

Die Anwendung rheologischer Berechnungsprogramme bei derKonstruktion von Spritzgussteilen und Spritzgießwerkzeugen istheute Stand der Technik. Programme dafür sind in den letztenJahren stetig weiterentwickelt worden. Die jüngste Programm-generation ermöglicht es durch Aufteilung des Fließkanal-querschnitts in eine Anzahl von Schichten, auch sehr dünn-wandige Spritzgussteile zu berechnen. Einfriereffekte lassen sichpraxisgerecht simulieren (Diese Effekte spielen besonders beidünnwandigen Formteilen eine wesentliche Rolle). Die Mög-lichkeiten dieser Schichten-programme und die Unterschiede zuBerechnungen ohne Schichten stellt dieser Beitrag an einemkonkreten Kunststoff teil vor.

Verbesserte Programme …

Neue Programme bieten die Möglichkeit, das Modell über denQuerschnitt (d. h. in Scherrichtung) in Schichten zu teilen.Damit lassen sich u. a. die Temperaturprofile über dem Fließ-kanalquerschnitt und somit die Dicke von eingefrorenenRandschichten exakter erfassen. Dieses Berechnungsschemakombiniert die Finite-Elemente-Methode (FEM) mit demFinite-Differenzen-Verfahren: Beim Berechnen der GrößenTemperatur, Schergeschwindigkeit, Viskosität und Fließ-geschwindigkeit werden nicht nur die Unterschiede längs desFließwegs, sondern auch über dem Querschnitt berücksichtigt.

Calculating the mould-fillingprocess for thin-walledinjection mouldings

• wall thicknesses of less than 1 mm

• finite element difference method

• good approximation of the actual situation

The application of rheological calculation programs in the designof injection mouldings and injection moulds is now state-of-the-art. The programs required have undergone constant furtherdevelopment over the past few years. With the latest genera-tion of programs, it is possible to divide up the f low channelcross-section into a number of layers and thus calculate injectionmouldings with very thin walls as well. Freezing effects can

be simulated under conditions similar to those that prevail inpractice (These effects play a key role, particularly with thin-walled moulded parts). The possibilities offered by these layerprograms and the difference compared with calculations with-out layers are presented in this article, taking the example of an actual component.

Improved programs ...

New programs offer facilities for dividing up the model into lay-ers over its cross-section (i.e. in the direct ion of shear). In thisway, it is possible to model the temperature profiles over the flowchannel cross-section more accurately, and hence the thicknessof the frozen edge layers too. This calculation method combinesthe finite element method (FEM) with the finite differencemethod. When the parameters of temperature, shear rate, visco-sity and flow rate are calculated, allowance is made for the dif-ferences not only over the length of the flow path but also overthe cross-section.

Allgemein/GeneralAnwendungstechnischeInformation

Application TechnologyInformation

ATI1118d, e

Geschäftsbereich Kunststoffe

Plastics Business Group

Ersetzt ATI 1118 vom 30.08.1999

ReplacesATI 1118 of 30.08.1999

O. Zöllner



Konventionelle Berechnungsprogramme beschreiben mit Hilfeder FEM und mit Schalenelementen den Füllvorgang vonthermoplasti schen Formteilen. Dabei ist das Berechnen vonTemperaturspitzen und Einfriereffekten nur bedingt möglich.Typisch f ür Schalenelemente war es bislang, dass man nur mitüber die Wanddicke gemittelten Werten f ür Temperaturen, Vis-kositäten und Schergeschwindigkeiten gerechnet hat. Bei Form-teilen mit sehr geringer Wanddicke oder mit großen Wand-dickensprüngen (z. B. Formteilen mit Filmscharnier) ist eineVorausberechnung des Füllvorgangs dann nur s ehr ungenaumöglich. Bereiche mit geringer Fließgeschwindigkeit derSchmelze und mit Einfr iereffekten der Randschichten treten beisolchen Artikeln in der Praxis auf, konnten aber kaum erfasstwerden.

… mit dem Finite-Differenzen-Verfahren …

Neuere Berechnungsprogramme kombinieren die FEM mit demFinite-Differenzen-Verfahren. Dazu wird die Wanddicke desFließkanals in eine bestimmte Anzahl von Schichten geteilt. In

jeder Schicht werden Temperatur, Schergeschwindigkeit undViskosität berechnet. Dabei ergibt sich z. B. f ür die Temperaturin jeder Schicht ein anderer Wert. Er wird unter Ber ück-sichtigung der Wärmeleitung zu Nachbarschichten bzw. zurWerkzeugwand sowie der Erwärmung durch Scherung ermittelt.

Conventional calculation programs describe the filling processfor thermoplastic mouldings with the aid of the FEM and shellelements. Temperature peaks and f reezing effects can only becalculated to a limited extent. With shell elements, calculationshave typically only been performed with values averaged outover the wall thickness for temperatures, viscosities and shearrates. In the case of moulded parts with very thin walls or withbig jumps in wall thickness (e.g. parts with film hinges), thisonly permits a very imprecise advance calculation of the fillingprocess. Areas with a low melt flow rate and with freezingeffects in the outer layers are to be found on such parts inpractice but can scarcely be modelled.

... with the finite difference method ...

More recent computation programs combine the FEM with thefinite difference method. This involves the wall thickness of theflow channel being divided up into a specif ic number of lay-ers. The temperature, shear rate and viscosity are calculated ineach layer. This then gives a dif ferent value for the temperatu-re in each layer, for instance. This is established by making allo-wance for the heat conduct ion to adjacent layers or to the cavitywall as well as for heating due to shear.

Bild 1: Schichtenmodell für Formteil und Werkzeug für rheologische Berechnungen beim Spritzgießen a: Werkzeug, b: schmelzegefüllte Kavität,c: Kühlkanal, d: Schicht zur rechnerischen Erfassung des Wärmeübergangs von der Schmelze zum Werkzeug

Der Wärmeübergang zur Werkzeugwand wird oft mit einerspeziell definierten Übergangsschicht berechnet. Der weitereWärmetranspor t von der Werkzeugoberfläche zum Kühlkanalkann durch die Einteilung des Abstands zwischen Kühlkanalund Werkzeugoberfläche in zusätzlichen Schichten berücksich-tigt werden (Bild 1). So lassen sich Lage und Abstand der Kühl-kanäle zur Werkzeugoberfläche in die Berechnung einbeziehen.Dies ergibt genauere Aussagen über Fließgeschwindigkeiten undEinfriereffekte.

Fig. 1: Layer model for moulded part and mould for rheological calculations in injection moulding a: mould, b: melt-filled cavity,c: cooling channel, d: layer for the mathe- matical modelling of the heat transfer from the melt to the mould

The heat transfer to the mould wall is frequently calculated witha specially defined transitional layer. The continued transport of heat from the mould surface to the co oling channel can thenbe taken into account by dividing the distance between the cool-ing channel and the mould surface into additional layers (Fig. 1).In this way it is possible to include the position and the spacingof the cooling channels in the calculation. This provides moreaccurate statements on flow rates and freezing effects.



… f ühren zu genaueren Ergebnissen.

Der Füllvorgang beansprucht die Schmelze im Düsenanguss-system sowie in der Kavität mechanisch und thermisch stark.Die Haupteinflussgrößen sind

– die Düsen- und Angussgeometrie,

– die Formteilwanddicke,

– die Füllgeschwindigkeit,

– die Temperatur der Formmasse,

– die Werkzeug-Wandtemperatur.

... lead to more precise results.

The filling process imposes high mechanical and thermal stres-ses on the melt in the nozzle and gate system. The main influ-encing parameters are

– the nozzle and gating geometry

– the moulded part wall thickness

– the filling rate

– the temperature of the moulding compound

– the mould wall temperature.

Bild 2: Qualitativer Verlauf von Geschwindigkeit v x ,Schergeschwindigkeit und Temperatur T M ü ber dem Formteilquerschnitt

Im Formteilquerschnitt hat die Geschwindigkeit das f ür struktur-viskose Flüssigkeiten charakteristische abgeplattete Profil in derKanalmitte (Bild 2). D ie Schergeschwindigkeit weist in denrandnahen Schichten (hoher Geschwindigkeitsgradient) einMaximum auf. Die Temperaturverteilung kann ebenfalls einmehr oder weniger stark ausgeprägtes Maximum haben. IhrVerlauf ergibt sich aus der Wärmeableitung zur Kanalwand undder Wärmezufuhr durch Friktion und innerer Reibung. Der Ein-fluss der Scherwärme kann bei kleinen Durchmessern oderWanddicken, niedrigen Massetemperaturen und hohen Fließ-geschwindigkeiten von großer Bedeutung sein, sie kannausgeprägte Temperaturspitzen hervorrufen.

Fig. 2: Qualitative profile of the speed v x , shear rate and temperature T M over the cross-section of the moulded part

The speed over the moulded part cross-section shows thecharacteristic flattened profile for fluids with structural visco-sity (Fig. 2). The shear rate displays a peak in the layers close tothe edge (higher speed gradient). The temperature distributioncan similarly have a greater or lesser peak. The temperaturedistribution profile results from the elimination of heat towardsthe channel wall and the introduction of heat through fr iction,including internal friction. The influence of the shear heat canbe of great importance with small diameters, low wall thick-nesses, low melt temperatures and high flow rates, and can leadto pronounced temperature peaks.

Bild 3: Geometrie des Plattenwerkzeugs f ü r rheologische Modellrechnungen

Fig. 3: Geometry of the plate mould for rheological calculations



Ein plattenf örmiges Formnest (Bild 3) zeigt den Einf luss vonMassetemperatur und Wanddicke auf den Verlauf von Scherge-schwindigkeit und Temperatur. Die dargestellten Ergebnisse sindmit einem Finite-Differenzen-Programm berechnet. Den Einf lussverschiedener Massetemperaturen auf den Temperaturverlauf beigleicher Füllzeit zeigt Bild 4. Das Temperaturmaximum ist beiniedriger Massetemperatur stärker ausgeprägt als bei hoherMassetemperatur. Bei der kleineren Temperatur ist die Viskositätund damit die in die Schmelze eingebrachte Scherenergie höher.Die Maximaltemperaur wächst mit steigender Massetemperatur[1].

A plate-shaped cavity (Fig. 3) shows the influence of melt tem-perature and wall thickness on the shear rate and the tempera-ture profiles. The results presented have been calculated witha finite difference program. Figure 4 shows the influence of dif-ferent melt temperatures on the temperature profi le for an iden-tical filling time. With a lower melt temperature, the peak tem-perature is less pronounced than with a high melt temperature.At the lower temperature, the viscosity, and hence the shear ener-gy introduced into the melt is higher. The maximum temperatu-re increases with the melt temperature [1].

Bild 4: Einfluss der Massetemperatur T M auf das Temperaturprofil im Flie ß kanal (Programm: Mold-flow MFLP, Werkstoff: ABS,

Typ Novodur P2MT, Verarbeitungsbedingungen: Werkzeugtemperatur 60 °C, F ü llzeit 0,4 s)

In Bild 5 ist der Einfluss der Formteildicke auf das Temperatur-und Schergeschwindigkeitsprofil dargestellt. In der linken Bild-hälfte beträgt die Wanddicke 3 mm, in der rechten 1 mm. DieFüllzeit ist in beiden Fällen gleich groß. Im dünnwandigenBereich ist durch die stärkere Scherung die Temperaturerhöhungungef ähr doppelt so groß. Trotz höherer Maximaltemperatur istdie über den Querschnitt gemittelte Temperatur wegen derstärkeren Abk ühlung beim dünnen Formteil niedriger [1].

Diese Berechnungsmöglichkeiten der Schichtenprogrammeerlauben es, die Strömungsverhältnisse in einer Thermoplast-schmelze besser als ohne Schichteneinteilung zu beschreiben.Besonders wichtig ist die Schichteneinteilung bei extremen Ver-arbeitungsbedingungen, bei stark variierenden Fließkanalquer-schnitten und vor allem bei geringen Wanddicken. Die Wech-selwirkungen zwischen starker Abk ühlung und Schererwärmunglassen sich nur durch eine Schichtenberechnung über dem Fließ-querschnitt erfassen.

Fig. 4: Influence of the melt temperature T M on the temperature profile in the flow channel (program: Mold-flow MFLP, material: ABS, type

Novodur P2MT, processing conditions: mould temperature 60 °C, filling time 0.4 s)

Figure 5 shows the influence of the moulded part thickness onthe temperature and shear rate profile. On the left-hand side of the Figure, the wall thickness is 3mm, and in the right-hand side,1 mm. The filling time is identical in both cases. In the thin-walled area, the more pronounced shear leads to a temperatureincrease that is almost twice as high. Despite a higher maximumtemperature, the temperature averaged out over the cross-sectionis lower for the thinner part on account of the more pronoun-ced cooling [1].

With this type of calculation using the layer calculation it is pos-sible to describe the flow conditions in a thermoplastic meltmore accurately than without the divis ion into layers. This divi-sion into layers is part icularly important with extreme proces-sing conditions, with flow channel cross-sections that vary agreat deal and, in par ticular, with low wall thicknesses. Theinteraction between pronounced cooling and shear heating canonly be recorded by a layer calculation over the flow cross-sec-tion.



Bild 6: Geometriemodell einer Steckerleiste aus

Grundk ö rper a und Verschlussdeckel b mit

einem Filmscharnier c und Verbindungsstegen d;

der Anguss e liegt stirnseitig am Grundk ö rper.

Die Steckerleiste besteht aus einem Grundk örper und einem Ver-schlussdeckel. Beide sind durch ein Filmscharnier verbunden.

Die Wanddicke im Grundk örper und im Verschlussdeckel liegtzwischen 0,9 und 1,6 mm. Die Wanddicke im Filmscharnier gehtvon 0,45 mm an den Übergangsstellen auf 0,3 mm im Mittel-bereich des Scharniers zurück. An der oberen und unteren Kante

Fig. 6: Geometry model of an edge connector compri- sing the basic connector a and the cover b with a film hinge c and connector bars d; the gate e is on the front end of the basic connector.

The edge connector is made of a basic connector and a cover.The two parts are connected via a film hinge. The wall thickness

of the basic connector and the cover is between 0.9 and 1.6 mm.The wall thickness in the film hinge falls from 0.45 mm at thetransition points to 0.3 in the central section of the hinge. At theupper and lower edge, a thin connector bar (1 mm in diameter)

Bild 5: Einfluss der Wanddicke (links 3 mm, rechts 1 mm) auf den Verlauf von Temperatur T und Schergeschwindigkeit (Programm: Moldflow MFLP, Werkstoff und Verarbeitungsbedingun- gen wie bei Bild 4, Schmelzetemperatur 240 °C)

Zweischalige Steckerleiste mit Filmscharnier

Das Beispiel einer zweischaligen Steckerleiste (Bild 6) auselastomermodifiziertem Polybutylenterephthalat (PBT) soll dieMöglichkeiten eines Schichtenprogramms und die Unterschiedezu konventionellen Programmen darlegen.

Fig. 5: Influence of the wall thickness (left, 3 mm, right 1 mm) on the course of the temperature T and the shear rate (program: Moldflow MFLP,material and processing conditions as per Fig. 4, melt temperature 240 °C)

Twin-shell edge connector with film hinge

The example of a twin-shell edge connector (Fig. 6) in elasto-mer-modified polybutylene terephthalate (PBT) has beenincluded to highlight the potential of fered by a layer programand the differences compared with conventional programs.



Bild 7: Teilf ü llung der Steckerleiste aus Bild 6 bei einem F ü llgrad von 45 % (A, am Verbindungs- steg a str ö mt Schmelze zum Verschlussdeckel)

bzw. 60% (B)

In Bild 7 B ist ein Füllgrad von rund 60 % erreicht. Der Grund-k örper ist fast ganz gef üllt, der Filmscharnierbereich noch kaumdurchströmt. Wegen des hohen Fließwiderstands im Film-scharnier wurde der Grundk örper bevorzugt gef üllt. Dies f ührtzu einem zeitweiligen Schmelzestillstand im Filmscharnier undzum partiellen Einfrieren der Schmelzefront im Scharnier. DerVerschlussdeckel wi rd weiter durch den rechten Verbindungs-steg gef üllt.

Auch bei einem Füllgrad von 85 % hat die Schmelze den Schar-

nierbereich noch nicht vollständig durchströmt (Bild 8). Nunströmt auch durch den linken Verbindungssteg Schmelze ausdem Grundk örper in den Verschlussdeckel. Die Temperaturen anden Fließfronten im Filmscharnier sind bis unter die Fließ-grenztemperatur abgesunken.

Fig. 7: Partial filling of the connector from Fig. 6 with the cavity 45% full (A, at connector bar, a, melt flows into the cover) and 60% full (B)

In Fig. 7B the mould is around 60% full. The basic connector isalmost completely filled while virtual ly no melt has flowedthrough the film hinge. The high flow resistance in the filmhinge causes the basic connector to be filled first. This leadsto a temporary standstill of the melt in the film hinge and to apartial freezing of the melt front in the hinge. The covercontinues to be filled through the right-hand connector bar.

Even when the cavity is 85 % full, the melt has still not flowed

right through the hinge zone (Fig. 8). Melt is now also flowingthrough the left-hand connector bar into the cover. The tempe-ratures at the flow fronts in the film hinge have fallen to belowthe flow limit temperature.

dient ein dünner Verbindungssteg (1 mm Durchmesser)zwischen Grundk örper und Verschlussdeckel zur Ausrichtungin einer Montagevorrichtung. Er w ird beim Verschließen derSteckerkammern automatisch zerstört. Die Anbindung liegt ander rechten Stirnseite des Grundk örpers.

Verlauf des Füllvorganges mit Schichtenberechnung

Bei den Berechnungen ist die Lage der Kühlkanäle im Werkzeugnicht berücksichtigt. Vielmehr wurde eine einheitliche Ober-flächentemperatur von 80 °C f ür das gesamte Formnest an-genommen.

Bild 7A zeigt die berechnete Füllung bei etwa 45 % Füllgrad.Die Schmelze strömt in den Grundk örper und fließt senkrechthierzu in das Filmschar nier hinein. Gleichzeitig erreicht denVerschlussdeckel eine weitere Schmelzefront durch den rechtenVerbindungssteg.

between the basic connector and the cover serves to align theconnector in a mounting device. This is automatically destroyedwhen the connector chambers are closed. The gate is on theright-hand side of the front end of the connector.

Course of filling process with layer calculation

The position of the cooling channels in the mould is not takeninto account for the calculations. Instead, a uniform surfacetemperature of 80 °C was taken for the entire cavity.

Figure 7A shows the calculated filling process with the cavityabout 45 % full. The melt flows into the basic connector and,from there, perpendicularly into the film hinge. At the sametime, another flow front reaches the cover through the right-handconnector bar.

A B



Bild 8: Verschiedene Berechnungsergebnisse an der Steckerleiste bei 85% F ü llgrad A: Berechnetes F ü llbild, B: Temperaturen in der Kanalmitte (blau: 95 °C, Flie ß grenztem-peratur 210 °C), C: Anteil der eingefrorenen Rand- schichten (rot: 100% des Flie ß kanals eingefroren)

Die Position der Schmelzefronten im Filmscharnier ist auch bei95% Füllgrad unverändert (Bild 9A). Im linken Filmscharnier-bereich bildet sich eine Bindenaht aus bereits erstarrter Schmelze

und dem Schmelzestrom, der aus dem Verschlussdeckel in dasScharnier strömt. In der Deckelseitenfläche deutet sich ein Luft-einschluss an. Die vollständige Formteilf üllung (als Berech-nungsergebnis) zeigt schließlich Bild 9B.

Fig. 8: Different calculation results for an edge connector with the cavity 85% full A: computed flow pattern, B: temperatures in the centre of the channel (blue: 95 °C, flow limit temperature 210 °C). C: percentage of frozen edge layer (red: 100% of the flow channel frozen)

The position of the melt fronts in the film hinge is still unchan-ged when the cavity is 95% full (Fig. 9A). In the left-hand sec-tion of the film hinge, a flow line forms from already-solidified

melt and the flow of melt from the cover into the hinge. Thereare signs that air will become entrapped on the side surface of the cover. Figure 9B shows the situation when the mould is com-pletely full (obtained as the result of the calculation).

Bild 9: F ü llzustand der Steckerleiste bei einem F ü llgrad von 95% (A) bzw. 100% (B)

Spritzgießversuche bestätigen die Rechnung

Die berechneten Füllstufen stimmen mit den Teilf üllungen imSpritzgießwerkzeug (Bild 10) gut überein. Das starke Bremsendes Schmelzestroms im Filmsc harnier, die Entstehung einerBindenaht im Filmscharn ier und das Füllen des Verschluss-deckels fast ausschließlich durch die beiden Verbindungsstegegibt die Rechnung mit dem Schichtenprogramm gut wieder.

Fig. 9: Filling state of the edge connector with the cavity 95% full (A) and 100% full (B)

Injection moulding tests confirm the calculation

The calculated filling levels tally well with the partial fillingof the inject ion mould (Fig. 10). The sharp deceleration of themelt flow in the film hinge, the development of a flow line in thefilm hinge and the filling of the cover virtually exclusively viathe two connector bars reflects the calculation by the layer pro-gram with a good degree of accuracy.

A B

A B

C



Bild 11: Die ohne Anwendung eines Schichtenprogramms berechneten F ü llbilder der Steckerleiste (geord-

net nach wachsendem F ü llgrad) zeigen erheb-

liche Abweichungen von den tats ä chlichen Teil-

f ü llungen in Bild 10. Programm Moldflow MFL4.

Fig.11: The flow patterns obtained for the edge connector without the use of a layer program (arranged

according to an increasing filling level) display

considerable deviations from the actual short

shots in Fig. 10. Program: Moldflow MFL4.

Bild 10: Im Spritzgie ß versuch ermittelte Teilf ü llungen der Steckerleiste bei seitlicher Angusslage

Fig. 10: Partial fillings of the edge connector, as obtained in injection moulding tests with a lateral gate position

A B

C

E

D



Die Berechnung mit einem konventionellen Programm ohneSchichteinteilung f ührt zu einer vom realen Füllverhalten stark abweichenden Füllung. Bild 11 zeigt dies f ür f ünf Füllstufen.Gemäß diesem Ergebnis durchströmt die Schmelze das Film-scharnier als kaum merklichen Fließwiderstand.

Bessere Ergebnisse mit dreifachem Anspritzen

Rechnung und Praxis haben gezeigt, daß bei stirnseitiger Anbin-dung die Schmelze im Filmscharnier einfriert. Solche Einfrier-effekte lassen sich bei vielen Kunststoff-Formteilen beobachten,bei denen gleichzeitig Bereiche mit stark unterschiedlicherWanddicke gef üllt werden sollen.

Eine Kunststoffschmelze fließt in Richtung des geringsten Fließ-widerstands, also zuerst in dickwandige Bereiche. Sie dringtkaum in den dünnwandigen Bereich ein. Zum weiteren Fließenim dünnwandigen Bereich wäre ein höherer Druck als im dick-wandigen Bereich notwendig. Als Folge kann es zu einem zeit-weiligen Schmelzestillstand und zu partiellem Einfrieren derSchmelze im dünnen Bereich kommen.

Einfriereffekte im Filmscharnier lassen sich mit dem Anspritz-konzept in Bild 12 vermeiden. Der Grundk örper ist dreimal ander Seitenfläche angebunden. Dadurch wird der Grundk örpersehr schnell gef üllt. Anschließend ist die Schmelze gezwungen,durch das Filmscharnier zu fließen. Zwei zusätzliche Durch-brüche im Scharnier verhindern, daß die Schmelze durch dieangussnahen Kammerwände zu schnell in das Filmscharnierströmt. Dadurch läßt sich das Einfrieren der Schmelze vermei-den.

The calculation using a conventional program without divisioninto layers produces a filling pattern that deviates greatly fromthe actual fi lling phase. Figure 11 shows this for five fillinglevels. On the basis of this result, the melt flows through the filmhinge as a scarcely noticeable flow resistance.

Better results with three injection points

It has been seen both from the calculation and in practice that,when the gate is positioned on the front end, the melt f reezesin the film hinge. Freezing effects of this type are evident on alarge number of plastic mouldings where areas with highlydiffering wall thicknesses have to be filled at one and the sametime.

Molten plastic flows in the direction of the least flow resistance,i.e. into thick-walled areas to begin with. It scarcely penetratesthe thin-walled section. For the melt to flow further into the thin-walled section, it would be necessary to have a higher pressurethan in the thick-walled zone. As a result, the melt can cometo a temporary standstill and can start to freeze in thin sections.

Freezing effects in the film hinge can be avoided with the injec-tion concept shown in Fig. 12. The basic connector has threegates along the lateral surface. This ensures that it can be filledvery quickly. Following this, the melt is forced to flow throughthe film hinge. Two additional perforations in the hinge preventthe melt from flowing too fast into the film hinge through thechamber walls located close to the gate. This makes it possibleto avoid melt freezing.

Bild 12: Die dreimalige seitliche Anbindung der Steckerleiste ergibt ein g ü nstiges F ü llverhalten A: F ü llgrad 50%, B: F ü llgrad 100%

Die dargestellte dreimalige seitliche Anbindung stellt f ür Kunst-stoffartikel wie die betrachtete Steckerleiste vom Füllverhalteneine optimale Lösung dar. In der Praxis ist man jedoch oftgezwungen, Kompromisse einzugehen.

Die seitliche Anbindung konnte aus werkzeugtechnischen Grün-

den nicht realisiert werden. Aufgrund des sehr kompliziertenWerkzeugaufbaus (Schieber, Kombinationswerkzeug f ür ver-schiedene Steckergrößen) musste an der stirnseitigen Anbindungfestgehalten werden. Die zu Beginn auftretenden Füllprobleme

Fig. 12: The triple gating on the side of the edge connector ensures favourable filling behaviour A: filling level 50%, B: filling level 100%

The triple lateral gating shown on the Figure constitutes the opti-mum solution for plastic articles such as the edge connector interms of filling behaviour. In practice, however it f requentlybecomes necessary to accept a compromise.

The lateral gating proved impossible to achieve in mould

engineering terms. The highly complex structure of the mould(slide, combination mould for different plug sizes), m ade itnecessary to retain the gate on the front end). The fillingproblems that arose to begin with were eliminated by partially

A B



konnten durch partielle Wanddickenanhebung im Scharnier unddurch opt imale Verarbeitungsbedingungen beseitigt werden,so dass einwandfreie und funktionstüchtige Teile gefertigtwurden.

Zusammenfassende Wertung

Die bislang gewonnenen Erfahrungen beim Berechnen dünn-wandiger Formteile mit Hilfe von Finite-Differenzen-Program-men k önnen als positiv bewertet werden. Der Rechenaufwandgegenüber Berechnungen ohne Schichteneinteilung ist jedocherheblich höher. Im vorliegenden Fall war die Berechnungszeitim Schichtenverfahren f ünfmal so lang.

Bei der derzeit auf dem Markt zur Verf ügung stehenden Hard-ware und unter der Berücksichtigung der stetigen Weiterent-wicklung zu immer leistungsf ähigeren Rechnern liegen dieBerechnungszeiten beim Schichtenverfahren in einem ver-tretbaren Rahmen und werden immer k ürzer werden. Aufgrundder vorliegenden Erfahrungen und nach der Aussage von Soft-wareherstellern sollte das Schichtenverfahren bei Formteilenunter 1,5 mm Wanddicke angewandt werden. Dies gilt besondersdann, wenn die Wanddicken in einem Formteil zusätzlich stark variieren. Die bei diesen Teilen auftretenden Einfr iereffekte unddie unterschiedlichen Fließfrontgeschwindigkeiten geben Nicht-schichtenprogramme nicht genügend genau wieder.

Schichtenprogramme eignen sich auch dazu, die Verhältnisse inder Nachdruckphase zu berechnen. Die Ergebnisse aus der Füll-berechnung dienen dabei als Eingangsgrößen. Mit Daten zurAbhängigkeit des spezifischen Volumens von Temperatur undDruck (pvT-Daten) lassen sich u. a. Volumenschwindung undVerzug in verschiedenen Bereichen des Formteils berechnen.Erste Progamme hierzu werden seit einiger Zeit getestet, und dieErfahrungsberichte machen einen optimistischen Eindruck.Doch wird es sicher noch einige Zeit dauern, bis sich mit solchenProgrammen der gesamte Spritzgießprozess und alle Einflüsseauf das Spritzgussteil genau und praxisgerecht beschreibenlassen.

Die Tendenz zu immer komplexeren, aber auch leistungsf ähige-ren Rechenprogrammen nimmt sicherlich zu. Doch werden sieden erfahrenen Kunststoff-Fachmann nicht ersetzen k önnen. Ermuss mit kritischem Urteil die Fülle der Berechnungsergebnisseauswerten und in die Praxis umsetzen.

Literatur / Reference

[1] Thienel, P.: Der Formf üllvorgang beim Spritzgießen vonThermoplasten. Diss., RWTH Aachen 1977

increasing the wall thickness in the hinge and through optimumprocessing conditions, thereby permitting perfect, functionalparts to be produced.

Concluding appraisal

The experience acquired to date in the calculation of thin-walledmouldings with the aid of finite difference programs can be ratedas positive. The computation outlay is considerably higher,however, than for calculations without a division into differentlayers. In the present case, the computation time with the layermethod was five times as long.

With the hardware currently on the market and makingallowance for the constant further development of increasinglyhigher-performance computers, the computation times for thelayer method are within acceptable limits and will becomeincreasingly short. On the basis of the experience acquired todate and according to information supplied by software pro-ducers, the layer process ought to be applied for moulded partswith a wall thickness of less than 1.5 mm. This is part icularlyimportant if the wall thicknesses in a component also vary agreat deal. The freezing effects that occur with these parts andthe different flow f ront velocities are not reflected suf ficientlyaccurately by programs without layers.

Layer programs can also be used to calculate the conditions pre-vailing in the holding pressure phase. The results of the fillingcalculation serve as the input variables here. With data on thecorrelation between the specific volume and the temperature andpressure (pvT data), it is possible to calculate volume shrinkageand warpage in different areas of the moulded part, among otherthings. Initial programs for this have been undergoing testing forsome time, and t he reports on the experience acquired makean optimistic impression. However, it will doubtless be sometime before the entire injection moulding process and all thefactors that influence the injection moulding can be describedaccurately and in a manner that does justice to the actualsituation.

The trend towards increasingly complex and also higher-performance computing programs is doubtless set to continue.These programs will not be able to replace the experiencedplastics expert, however. The expert will be called upon tocritically assess the wealth of calculation results obtained and toimplement these in practice.



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