Kapitel 25-3, Eigenspannung, Porzellan-Spritzgussform

ABBILDUNG 5. Unterschiedliche Eigenspannungen entstehen und das Teil verformt sich, wenn Schichten mit unterschiedlichem spezifischem Volumen miteinander interagieren

Prozessbedingte Eigenspannung vs. Eigenspannung im Hohlraum

Prozessinduzierte Eigenspannungsdaten sind für die Formsimulation wesentlich nützlicher als Eigenspannungsdaten in der Kavität. Im Folgenden finden Sie Definitionen der beiden Begriffe sowie ein Beispiel, das den Unterschied zwischen ihnen verdeutlicht.

Prozessinduzierte Eigenspannung

Nach dem Auswerfen des Teils werden die Zwänge des Formhohlraums aufgehoben, und das Teil kann sich frei schrumpfen und verformen. Nachdem sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird die verbleibende Spannung im Inneren des Teils als prozessinduzierte Eigenspannung oder einfach als Eigenspannung bezeichnet. Prozessinduzierte Eigenspannungen können fließbedingt oder thermisch bedingt sein, wobei letztere die dominierende Komponente darstellen.

Eigenspannung im Hohlraum

Während das Teil noch im Formhohlraum eingespannt ist, wird die Eigenspannung, die sich während der Erstarrung aufbaut, als Eigenspannung im Formhohlraum bezeichnet. Diese Eigenspannung im Formhohlraum ist die Kraft, die die Schrumpfung und den Verzug des Teils nach dem Auswerfen verursacht.

Beispiel

Die unter Verzug aufgrund von Schwindungsdifferenzen beschriebene Schwindungsverteilung führt zu einem thermisch bedingten Eigenspannungsprofil für ein ausgeworfenes Teil, wie in der Abbildung unten links dargestellt. Das Spannungsprofil in der oberen linken Abbildung ist die Eigenspannung in der Kavität, bei der das Formteil vor dem Auswerfen im Werkzeug eingespannt bleibt. Sobald das Teil ausgeworfen und die Zwangskraft aus der Form freigesetzt wird, schrumpft und verformt sich das Teil, um die eingebaute Eigenspannung (im Allgemeinen Zugspannung, wie dargestellt) abzubauen und einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Der Gleichgewichtszustand bedeutet, dass keine äußere Kraft auf das Teil einwirkt und dass sich die Zug- und Druckspannungen über den Teilquerschnitt die Waage halten sollten. Die Abbildungen auf der rechten Seite entsprechen dem Fall einer ungleichmäßigen Abkühlung über die Bauteildicke und damit einer asymmetrischen Eigenspannungsverteilung.

ABBILDUNG 6: Eigenspannungsprofil im Hohlraum (oben) im Vergleich zum prozessinduzierten Eigenspannungsprofil und der Form des Teils nach dem Auswerfen (unten).

Reduzierung der thermisch bedingten Eigenspannung

Bedingungen, die zu einer ausreichenden Packung und gleichmäßigeren Formwandtemperaturen führen, verringern die thermisch bedingten Eigenspannungen. Dazu gehören:
- Richtiger Packungsdruck und Dauer
- Gleichmäßige Kühlung aller Oberflächen des Werkstücks
- Einheitliche Wandstärke