DE102013016914A1 - Method for simulating injection molding process of injection molding machine, involves notifying parameters of process simulation unit for entering parameters of machine simulation unit corresponding to input mask of machine - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Spritzgießvorgangs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Simulationsvorrichtung zur Simulation eines Spritzgießvorgangs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13 sowie eine Spritzgießmaschine mit einer derartigen Simulationsvorrichtung.The present invention relates to a method for simulating an injection molding process with the features of the preamble of
Es ist bekannt Spritzgießmaschinen zu simulieren, wobei insbesondere die Maschinenbewegungen gemäß dem eingestellten Zyklusablauf und dem Verhalten der Antriebskomponenten berechnet werden. Software dieser Art dient vorrangig der Ausbildung von Bedienpersonal für Spritzgießmaschinen und dem Test von Maschinensoftware.It is known to simulate injection molding machines, wherein in particular the machine movements are calculated according to the set cycle sequence and the behavior of the drive components. Software of this type serves primarily the training of operators for injection molding machines and the testing of machine software.
Weiterhin sind Prozesssimulationen bekannt, in welchen das Spritzgießwerkzeug als 3D-Modell nachgebildet wird, und der Formgebungsprozess beginnend mit dem Einströmen der Schmelze, über die Nachdruckphase und das Abkühlen bin hin zur Entformung des Fertigteils simuliert wird. Für eine vorgegebene Geometrie einer Kavität können dann für jeden Zeitpunkt des Spritzgießprozesses Druck und Temperatur in der Prozesssimulation berechnet werden. Es wird also versucht, das fertige Produkt des Spritzgießprozesses vorauszuberechnen, wobei etwa auch Schwindung und Verzug berücksichtigt wird. Das Verhalten der Spritzgießmaschine an sich muss bei diesen Simulationen weitgehend unberücksichtigt bleiben, die Software berücksichtigt lediglich einige grundsätzliche Daten der Spritzgießmaschine, wie etwa Schneckendurchmesser, maximale Einspritzgeschwindigkeit, maximaler Einspritzdruck oder maximale Schließkraft. Da das genaue Einspritzverhalten, und beim Spritzprägen auch das Schließverhalten, jedoch großen Einfluss auf das Endprodukt des Spritzgießprozesses hat, ist die Genauigkeit dieser Prozesssimulationen jedoch verbesserungsfähig.Furthermore, process simulations are known in which the injection molding tool is modeled as a 3D model, and the molding process is simulated beginning with the inflow of the melt, the Nachdruckphase and the cooling down to demoulding of the finished part. For a given geometry of a cavity pressure and temperature can then be calculated in the process simulation for each time of the injection molding process. It is therefore attempted to predict the finished product of the injection molding process, with about shrinkage and distortion is taken into account. The behavior of the injection molding machine itself must be largely ignored in these simulations, the software takes into account only some basic data of the injection molding machine, such as screw diameter, maximum injection speed, maximum injection pressure or maximum closing force. However, since the precise injection behavior, and also the closing behavior during injection compression, has a great influence on the end product of the injection molding process, the accuracy of these process simulations can be improved.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Simulation eines Spritzgießprozesses bereitzustellen, die die Vorausberechnung des fertigen Produktes mit einer Genauigkeit, die den erlaubten Toleranzen des fertigen Produkts näher kommt, ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and a device for simulating an injection molding process, which enables the prediction of the finished product with an accuracy which comes closer to the permitted tolerances of the finished product.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Simulationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie mit einer Spritzgießmaschine mit einer derartigen Simulationsvorrichtung gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Dies geschieht indem gleichzeitig eine Maschinensimulation und eine Prozesssimulation durchgeführt wird, wobei der Prozesssimulation der von der Maschinensimulation berechnete wenigstens eine erste Parameter – vorzugsweise wenigstens ein Volumenstrom – zur Verfügung gestellt wird und/oder der Maschinensimulation der von der Prozesssimulation berechnete wenigstens eine zweite Parameter – vorzugsweise wenigstens ein Druck in der Kavität – zur Verfügung gestellt wird. Es werden, mit anderen Worten, alle für das Ergebnis des Spritzgießprozesses wesentlichen Elemente simuliert und die Ergebnisse der Simulationen ausgetauscht.This is done by simultaneously performing a machine simulation and a process simulation, wherein the process simulation of at least one first parameter calculated by the machine simulation - preferably at least one volume flow - is made available and / or the machine simulation of at least one second parameter calculated by the process simulation at least one pressure in the cavity - is provided. In other words, all elements essential to the result of the injection molding process are simulated and the results of the simulations exchanged.
Es ist Standard Simulationen schrittweise auszuführen – also die Zeit zu diskretisieren. Natürlich ist auch bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, den Druck und den Volumenstrom sowie gegebenenfalls weitere Parameter nach jedem Simulationsschritt auszutauschen.It is standard to perform simulations step by step - ie to discretize the time. Of course, it is also preferably provided in the present invention to exchange the pressure and the volumetric flow and optionally further parameters after each simulation step.
Durch die Verbesserung der Genauigkeit der Simulation, die durch die Erfindung erzielt wird, ergeben sich zahlreiche Vorteile bei der Herstellung von Spritzgussteilen. Durch die akkurate Vorhersage des Endprodukts des Spritzgießprozesses ist es möglich, etwa den Energiebedarf bei der Herstellung oder die Zykluszeit und damit die zu erwartende Produktivität im Voraus abzuschätzen. Die Auswahl der Spritzgießmaschine für ein zu produzierendes Teil kann aufgrund von erfindungsgemäßen Simulationen zuverlässiger durchgeführt werden, als das mit Prozesssimulationen des Standes der Technik möglich ist. Die Ergebnisse der Simulationen können bei der erreichten Genauigkeit auch dazu verwendet werden, bei auftretenden Problemen die verantwortlichen Komponenten zu identifizieren. Diese können dann zielgenau ausgetauscht werden, ohne dass bei der Problembewältigung nach dem Versuch-Irrtum-Prinzip vorgegangen werden muss.By improving the accuracy of the simulation achieved by the invention, there are numerous advantages in the manufacture of injection molded parts. By accurately predicting the final product of the injection molding process, it is possible to estimate in advance, for example, the energy requirement during production or the cycle time and thus the expected productivity. The selection of the injection molding machine for a part to be produced can be carried out more reliably due to simulations according to the invention than is possible with process simulations of the prior art. The results of the simulations can also be used with the accuracy achieved to identify the responsible components in case of problems. These can then be exchanged accurately, without having to proceed with the problem-solving according to the trial-error principle.
Bevorzugt ist vorgesehen das Spritzgießmaterial gemeinsam mit dem Spritzgießwerkzeug zu simulieren. In diesem Fall ist das Spritzgießwerkzeug in der Prozesssimulation darzustellen und nicht in der Maschinensimulation.It is preferably provided to simulate the injection molding material together with the injection mold. In this case, the injection mold is to be represented in the process simulation and not in the machine simulation.
Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
Um die thermische Situation im Spritzgießwerkzeug optimal zu erfassen, kann in der Maschinensimulation und/oder in der Prozesssimulation wenigstens eine Temperatur eines zu simulierenden Spritzgießwerkzeugs berechnet werden und die wenigstens eine Temperatur der Prozesssimulation und/oder der Maschinensimulation mitgeteilt werden. Bevorzugt vorgesehen ist hierbei eine Ausführungsform, bei der von der Maschinensimulation das Verhalten des Werkzeugheizungsreglers nachgebildet wird.In order to optimally detect the thermal situation in the injection molding tool, at least one temperature of an injection mold to be simulated can be calculated in the machine simulation and / or in the process simulation and the at least one temperature of the process simulation and / or the machine simulation can be communicated. Preferably provided here is an embodiment in which the behavior of the tool heating controller is simulated by the machine simulation.
Es kann vorgesehen sein, dass in der Maschinensimulation wenigstens eine Position und/oder wenigstens eine Geschwindigkeit einer zu simulierenden beweglichen Formaufspannplatte berechnet wird und dass die wenigstens eine Position und/oder die wenigstens eine Geschwindigkeit der Prozesssimulation mitgeteilt wird. Desgleichen kann vorgesehen sein, dass in der Maschinensimulation wenigstens eine Kraft auf eine zu simulierende Formaufspannplatte berechnet wird und dass die wenigstens eine Kraft der Prozesssimulation mitgeteilt wird. Durch diese Maßnahmen kann die Simulation auch für das Spritzprägeverfahren eingesetzt werden.It can be provided that in the machine simulation at least one position and / or at least one speed to is simulated moving platen and that the at least one position and / or the at least one speed of the process simulation is communicated. Likewise, it can be provided that in the machine simulation at least one force is calculated on a mold clamping plate to be simulated and that the at least one force is communicated to the process simulation. Through these measures, the simulation can also be used for the injection-compression molding process.
Für eine besonders genaue Rückführung der Ergebnisse der Prozesssimulation zur Maschinensimulation kann in der Prozesssimulation wenigstens eine Auftreibkraft, die von dem zu simulierendem Spritzgießmaterial ausgewirkt wird, berechnet werden und die wenigstens eine Auftreibkraft der Maschinensimulation mitgeteilt werden.For a particularly accurate return of the results of the process simulation for machine simulation, at least one Auftreibkraft which is affected by the material to be simulated injection molding, and at least one Auftreibkraft the machine simulation can be communicated in the process simulation.
Um Berechnungen von Volumenströmen so genau wie möglich durchzuführen, kann es vorgesehen sein in der Prozesssimulation das Verhalten des Spritzgießmaterials in einer Maschinendüse und bevorzugt in einem Schneckenvorraum nachzubilden.To perform calculations of volume flows as accurately as possible, it may be provided in the process simulation to simulate the behavior of the injection molding material in a machine nozzle and preferably in a screw antechamber.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in der Prozesssimulation oder in der Maschinensimulation der Plastifiziervorgang nachgebildet wird. Als Resultate ergeben sich daraus beispielsweise die Plastifizierleistung und/oder eine Temperaturverteilung und/oder eine Druckverteilung des aufgeschmolzenen Spritzgießmaterials.It can also be provided that the plasticizing process is simulated in the process simulation or in the machine simulation. The results are, for example, the plasticizing performance and / or a temperature distribution and / or a pressure distribution of the molten injection molding material.
Bevorzugt vorgesehen ist weiterhin, dass in der Maschinensimulation und/oder in der Prozesssimulation wenigstens eine Verformung eines Teils – insbesondere eines Spritzgießwerkzeugs – einer zu simulierenden Spritzgießmaschine berechnet wird und dass die wenigstens eine Verformung der Prozesssimulation und/oder der Maschinensimulation mitgeteilt wird. Durch die Berücksichtigung der Verformung des Gesamtsystems, bestehend aus Maschine, Werkzeug und Formteil können auch die Effekte der Werkzeugatmung sowie der Schwindung originalgetreu erfasst werden.It is furthermore preferably provided that in the machine simulation and / or in the process simulation at least one deformation of a part - in particular of an injection molding tool - of an injection molding machine to be simulated is calculated and that the at least one deformation of the process simulation and / or the machine simulation is reported. By taking into account the deformation of the entire system, consisting of machine, tool and molded part, the effects of tool breathing and shrinkage can be recorded true to the original.
Bevorzugt ist außerdem eine Ausführungsform, bei der in der Maschinensimulation Komponenten der Spritzgießmaschine und/oder in der Prozesssimulation Komponenten des Spritzgießwerkzeugs durch austauschbare Komponentensimulationen nachgebildet werden. So wird eine schnelle Anpassung der Simulation durch den Benutzer möglich.Also preferred is an embodiment in which components of the injection molding machine and / or components of the injection molding tool are reproduced in the machine simulation by exchangeable component simulations. This allows a quick adaptation of the simulation by the user.
Um einen Einstelldatensatz für eine Spritzgießmaschine zu erstellen, kann wenigstens eine erfindungsgemäße Simulation durchgeführt werden und aufgrund der Ergebnisse der Einstelldatensatz erstellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, mehrere erfindungsgemäße Simulationen mit verschiedenen Sätzen von Anfangsparametern durchzuführen und dann den Satz von Anfangsparametern auszuwählen, der das beste Ergebnis hervorgebracht hat. Dabei kann gezielt eine automatisierte Optimierung durchgeführt werden, das heißt, definierte Eingabeparameter werden innerhalb vorgegebener Grenzen so lange variiert, bis bestimmte Zielgrößen einen gewünschten Wert erreicht haben. Eingabeparameter können die an der Maschine einstellbaren Sollwerte sein, aber auch geometrsiche Daten von Werkzeug- oder Maschinenkomponenten, weiters Materialdaten des Spritzgießmaterials oder der in der Maschine bzw. im Werkzeug vorkommenden Werkstoffe. Als Zielgrößen werden bevorzugt Qualitätseigenschaften des Bauteils und/oder Parameter, welche die Produktivität des Prozesses beeinflussen (Zykluszeit, Energieverbrauch), definiert.In order to create an adjustment data set for an injection molding machine, at least one simulation according to the invention can be carried out and based on the results of the adjustment data set can be created. It is advantageous to carry out several simulations according to the invention with different sets of initial parameters and then to select the set of initial parameters which has produced the best result. In this case, an automated optimization can be carried out specifically, that is, defined input parameters are varied within predetermined limits until certain target variables have reached a desired value. Input parameters may be the setpoint values that can be set on the machine, but also geometrical data of tool or machine components, material data of the injection molding material or the materials occurring in the machine or in the tool. As target variables, preference is given to defining quality characteristics of the component and / or parameters which influence the productivity of the process (cycle time, energy consumption).
In diesem Sinne kann es vorteilhaft sein, dass Versuchspläne automatisch abgearbeitet werden, wobei mehrere erfindungsgemäße Simulationen mit variierenden Anfangsparametern durchgeführt werden.In this sense, it may be advantageous for experimental plans to be executed automatically, with several simulations according to the invention being carried out with varying initial parameters.
Aus Gründen der einfachen Bedienung bzw. zur Ausbildung von Bedienpersonal kann eine Schnittstelle der Maschinensimulation zur Eingabe von Parametern einer Eingabemaske der Spritzgießmaschine entsprechen.For reasons of simple operation or for the training of operating personnel, an interface of the machine simulation for inputting parameters can correspond to an input mask of the injection molding machine.
Schutz begehrt wird auch für eine Spritzgießmaschine mit einer erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung, wobei die Simulationsvorrichtung mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung der Spritzgießmaschine verbunden ist.Protection is also desired for an injection molding machine with a simulation device according to the invention, wherein the simulation device is connected to a control or regulating device of the injection molding machine.
Bevorzugt vorgesehen ist hierbei, dass eingebbare Parameter der Maschinensimulation von der Steuer- oder Regeleinrichtung der Spritzgießmaschine als Einstelldatensatz übernehmbar sind. Hierdurch wird die Notwendigkeit einer manuellen Eingabe der Parameter für den Spritzgießprozess durch den Bediener eliminiert.It is preferably provided here that user-definable parameters of the machine simulation can be taken over by the control or regulating device of the injection molding machine as an adjustment data record. This eliminates the need for manual input of parameters for the injection molding process by the operator.
Es sind Softwareprodukte zur Berechnung des Aufschmelzvorganges von Kunststoffgranulaten in Schneckenplastifiziereinheiten am Markt erhältlich. Diese benötigen neben Materialdaten und den für die Plastifizierung relevanten Prozessparametern auch die Geometriedaten der Schnecke. Berechnungsergebnisse sind unter anderem die zeitlichen Verläufe der Plastifizierleistung, des erforderlichen Schneckendrehmomentes sowie der Temperatur- und Druckverteilung in der Schmelze. Es kann vorgesehen sein, solche Berechnungsprogramme mit der virtuellen Maschine und/oder mit der Prozesssimulation über geeignete Schnittstellen zu koppeln. Auch hier können die Eingabemasken der Maschinensimulation im einfachsten Fall wieder für die Parametrierung der Plastifiziersimulation verwendet werden. Bevorzugt kann eine iterative Kopplung durchgeführt werden: Die Maschinensimulation gibt eine Schneckendrehzahl für einen ersten Zeitschritt vor. Die Plastifiziersimulation berechnet u. a. die Plastifizierleistung und das erforderliche Moment, und gibt diese an die Maschinensimulation zurück. Die Plastifizierleistung entspricht der pro Zeit plastifizierten Materialmenge. Da dieses Material in den Schneckenvorraum gefördert wird, bewegt sich die Schnecke nach hinten, es kann eine neue Schneckenposition berechnet werden. Das erforderliche Moment führt entsprechend dem Regelungsverhalten der Maschine wiederum zu einer neuen Drehzahl, die als Vorgabe für den zweiten Zeitschritt an die Plastifiziersimulation übergeben wird. Die Schleife wird nun wiederholt, bis die Schnecke den eingestellten Dosierhub erreicht hat. Die Ergebnisse dieser gekoppelten Simulation sind eine realitätsnahe Dosierzeit und eine Temperaturverteilung in der Schmelze, die in die anderen beschriebenen Berechnungen einfließen können.Software products for calculating the melting process of plastic granules in screw plasticizing units are available on the market. In addition to material data and the process parameters relevant for plasticizing, these also require the geometric data of the screw. Calculation results include the time course of the plasticizing capacity, the required worm torque and the temperature and pressure distribution in the melt. It can be provided to couple such calculation programs with the virtual machine and / or with the process simulation via suitable interfaces. Again, the input screens of the machine simulation in the simplest case again for the parameterization of plasticizing simulation be used. Preferably, an iterative coupling can be performed: The machine simulation specifies a screw speed for a first time step. The plasticizing simulation calculates, among other things, the plasticizing capacity and the required moment and returns it to the machine simulation. The plasticizing capacity corresponds to the quantity of material plasticized per time. Since this material is conveyed into the auger, the auger moves backwards, a new auger position can be calculated. The required torque, in accordance with the control behavior of the machine, in turn leads to a new speed, which is passed to the plasticizing simulation as the default for the second time step. The loop is repeated until the screw has reached the set metering stroke. The results of this coupled simulation are a realistic dosing time and a temperature distribution in the melt, which can be incorporated into the other calculations described.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigenFurther advantages and details of the invention will become apparent from the figures and the associated description of the figures. Show
In
Die Schließeinheit ist hier im geöffneten Zustand dargestellt, wodurch eine Formhälfte des Spritzgießwerkzeugs
In der Simulationsvorrichtung
Die Simulationsvorrichtung
Die Regel- oder Steuereinheit
In
Im Detail wird im ersten Simulationsschritt (tE = 0) ein Volumenstrom V . berechnet und dieser and die Prozesssimulation übergeben. Diese berechnet dann den Druck in der Schmelze und übergibt diese wieder der Maschinensimulation MS. Nachdem ein Zähler für die Simulationsschritte erhöht wurde wird von einem Entscheider E entschieden, ob umgeschaltet werden soll von der geschwindigkeitsgeregelten auf die druckgeregelte Phase. Wenn nicht, wird im nächsten Simulationsschritt wieder von der Maschinensimulation MS ein neuer Volumenstrom V . berechnet.In detail, in the first simulation step (t E = 0), a volume flow V. calculated and passed this and the process simulation. This then calculates the pressure in the melt and passes it back to the machine simulation MS. After a counter for the simulation steps has been increased, a decision E decides whether to switch from the speed-controlled to the pressure-controlled phase. If not, in the next simulation step, a new volume flow V is again generated by the machine simulation MS. calculated.
Falls umgeschaltet wird, wird im ersten Simulationsschritt der druckgeregelten Phase (tN = 0) erneut ein Volumenstrom V . berechnet und an die Prozesssimulation PS übergeben. Erneut wird ein Druck p in der Schmelze berechnet und an die Maschinensimulation MS weitergegeben. Nachdem auch der neue Zähler für die druckgeregelte Phase erhöht wurde wird entschieden, ob das Ende der druckgeregelten Phase erreicht wurde. Dies geschieht in diesem Ausführungsbeispiel einfach über eine vorher bestimmte Anzahl von Zeitschritten tN-soll, wenn dies mit Nein zu beantworten ist, wird in dem nächsten Simulationsschritt der druckgeregelten Phase erneut ein Volumenstrom V . berechnet.If it is switched, in the first simulation step of the pressure-controlled phase (t N = 0), a volume flow V is again. calculated and transferred to the process simulation PS. Again, a pressure p in the melt is calculated and passed on to the machine simulation MS. After the new pressure-controlled phase counter has also been increased, a decision is made as to whether the end of the pressure-controlled phase has been reached. This is done in this embodiment simply over a predetermined number of time steps t N-soll , if this is to be answered with no, in the next simulation step of the pressure-controlled phase again a volume flow V. calculated.
Zwar ist es für Prozesssimulationen PS des Standes der Technik üblich in der druckgeregelten Phase vorherbestimmte Drücke geliefert zu bekommen. Würden nun einfach die Solldrücke aus der Maschinensimulation MS an die Prozesssimulation PS weitergegeben werden, bliebe jedoch das Maschinenverhalten unberücksichtigt. Um die Vorteile der Erfindung voll auszuschöpfen, wird in diesem Ausführungsbeispiel als auch in der druckgeregelten Phase ein Volumenstrom V . an die Prozesssimulation PS weitergegeben.Although it is customary for process simulations PS of the prior art to be delivered in the pressure-controlled phase predetermined pressures. If, however, the setpoint pressures from the machine simulation MS were simply forwarded to the process simulation PS, the machine behavior would be disregarded. To fully exploit the advantages of the invention, in this embodiment as well as in the pressure-controlled phase, a volume flow V. passed on to the process simulation PS.
Wenn das Ende der druckgeregelten Phase erreicht ist, stoppt die Simulation.When the end of the pressure-controlled phase is reached, the simulation stops.
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