Gehäuse für ein robustes Handgerät: Kaltkanal-Ausgangsstudie und 3D-Heißkanal

Kann ein komplexes Gehäuse einen ebenen Dichtungsrand halten, und ändert eine dreidimensionale Modellierung des Heißkanals diese Antwort?

Das intern entwickelte Gehäuse vereint ein Displayfenster, zwölf Tastenbohrungen, ein Lautsprechergitter, Schraubdome und ein inneres Rippennetz. Die Sichtfläche muss frei von Anschnitten bleiben, und für den offenen Rand gilt ein angegebener Ebenheitsgrenzwert von 0.30 mm.

Diese Ausgangsstudie umfasst die gesamte Kette: fertigungsgerechte CAD-Details, Anschnittvergleich, ein modelliertes Heißkanalsystem, Kühlkreisläufe und einen 3D-Lauf Cool + Fill + Pack + Warp. Sie ist die Studie hinter dem auf dieser Website angebotenen Beispielbericht.

Der zweite Teil rechnet dasselbe Gehäuse neu, wobei Verteiler, Abgänge und beide Anschnitte als Schmelzevolumen vernetzt und mit dem Bauteil verschmolzen sind, sodass sich nur die Abbildung des Angusssystems ändert. Die Düsen wurden mit einem Auswahlwerkzeug aus dem Heißkanalkatalog ausgewählt und nicht von Hand bestimmt.

Ein nachvollziehbares Berechnungsmodell.

Ausgangsstudie: Drei Anschnittkonfigurationen wurden auf einem einheitlichen Netz verglichen, ein mittiger Anschnitt, zwei gleichzeitig öffnende Anschnitte und zwei sequenzielle Nadelverschlussdüsen. Die sequenzielle Variante erzeugte weniger kritische Bindenähte und wurde gewählt. Zwei Kühlkreisläufe wurden in einem generierten Werkzeugblock modelliert. Der Lauf nach ursprünglicher Vorgabe verwendete 25 °C Kühlmittel; ein zweiter Lauf erhöhte die Eintrittstemperatur auf 80 °C, um den thermischen Betriebspunkt zu finden.

3D-Angusssystem: Zweistufige Vernetzung zu 203,812 Knoten und 1,054,336 Tetraedern, am Anschnittsteg und -konus auf 0.4 mm verfeinert, was etwa 6.5 Elementlagen über den 2 mm großen Anschnitt ergibt. Das Netzvolumen stimmt bis auf 0.049 Prozent mit dem CAD überein, und jeder modellierte Bereich liegt innerhalb von 0.83 Prozent seines CAD-Referenzvolumens.

Ein Anschnitt wird zeitgesteuert, der zweite über die Fließfront. Der Solver protokollierte das Öffnen des zweiten Nadelverschlusses am vorgegebenen Auslöseknoten zwischen 0.898 s, bei 66.75 Prozent Füllung, und 0.920 s, ein Verhalten, das ein Balkenangusssystem nicht zeigen kann.

Das Ergebnis im Zusammenhang bewerten.

Das Gehäuse der Ausgangsstudie füllt sich in 1.355 s. Die maximale Gesamtverformung beträgt 0.864 mm, die Ebenheit des funktionalen Dichtungsrands dagegen 0.147 mm. Die Bewertung der Fläche, die abdichten muss, liefert eine aussagekräftigere Antwort als die Beurteilung des Bauteils anhand des globalen Maximums.

Die modellierten Kühlmittelbedingungen verändern den thermischen Zustand deutlich. Die Erhöhung der Eintrittstemperatur von 25 °C auf 80 °C bringt die Werkzeugrandtemperatur auf 71.6-83.2 °C und senkt den ausgewiesenen Einspritzdruck am Füllende von 56.8 auf 50.5 MPa, um den Preis von 30.0 s statt 22.7 s bis zur Entformungstemperatur. Die Ebenheit des Dichtungsrands bleibt mit 0.165 mm innerhalb des Grenzwerts.

Die Neuberechnung mit einem 3D-Schmelzevolumen verändert das Bauteilergebnis kaum: Gesamtverformung 0.899 mm gegenüber 0.872 mm beim Balkenangusssystem, Ebenheit des Dichtungsrands 0.161 mm gegenüber 0.165 mm, Bauteilmasse am Ende des Nachdrucks 50.74 g gegenüber 50.88 g, Füllzeit 1.276 s gegenüber 1.335 s.

Das Ergebnis für das Angusssystem ändert sich erheblich. Der Einspritzdruck am Umschaltpunkt fällt von 63.14 auf 54.42 MPa und der Druck am Füllende von 50.51 auf 43.53 MPa, und nur das 3D-Modell löst das Scherfeld im Angusssystem auf: 46,172 pro Sekunde im ersten Anschnittbereich und 159,629 pro Sekunde im zweiten, bei einem Schmelzeinhalt von 18.245 cm3, davon 2.712 cm3 ein numerisches Einspritzpolster, das aus jeder Verweilzeitangabe herauszurechnen ist.

Die kritischsten Bindenähte auf der Sichtfläche konzentrieren sich bei jeder untersuchten Anschnittvariante am Lautsprechergitter, was die nächste Konstruktionsiteration auf die Gittergeometrie lenkt und nicht auf die Anschnitte.

Von den Ergebnissen zur Umsetzung.

Behalten Sie den Lauf mit 80 °C Kühlmittel als Referenz für die Prozessentwicklung bei und prüfen Sie die Kühlzeit anhand der ermittelten 30.0 s bis zur Entformung neu; der Lauf nach ursprünglicher Vorgabe bleibt als nachvollziehbarer Ausgangszustand erhalten. Überprüfen Sie in der nächsten Iteration die Geometrie des Lautsprechergitters und dessen Entlüftung.

Verwenden Sie ein aufgelöstes 3D-Angusssystem, wenn die Frage dem Angusssystem selbst gilt: Scherung im Anschnitt, Verweilzeit der Schmelze oder ein Nadelverschluss, der über die Fließfront ausgelöst wird. Für die Bauteilverformung allein liefert das Balkenmodell dieselbe Antwort mit weit weniger Aufwand.

Führen Sie den Werkzeugblock wieder ein, bevor Sie thermische Werte oder Schließkraftwerte aus dem Lauf mit 3D-Angusssystem zitieren, und modellieren Sie die Verschlussnadel, sobald der Solver sie tragen kann, damit Verweilzeit und Scherung im Abgang nicht mehr optimistisch sind.