Extrusion 8-2020

des Laserstrahlabtragens, ermöglichen die wirtschaftliche Her-stellung komple- xer Werkzeuggeometrien. Durch die ge- nannten Technologien können zudem sehr feine Strukturen erzeugt werden, die sich nicht auf der Bauteiloberfläche abzeichnen. Dies konnte bereits bei Spritzgießwerkzeugen ge- nutzt werden, um beispielsweise druckluftbetriebene Auswer- fereinheiten herzustellen [Hof16]. Der Einsatz von luftführen- den Werkzeugkomponenten beim Saugblasformen kann po- tenziell ein Anhaften des Vorformlings an der Formoberfläche verhindern. Der Entstehung von unerwünschten Dickstellen wird entgegengewirkt ohne die Oberflächengüte des Blasform- teils zu verschlechtern. Daher wird erforscht, wie sich die Stützlufteinbringung über an das Werkzeug angepasste additiv gefertigte Düsen auf das Ein- saugverhalten des Vorformlings ausübt. Dazu werden simulati- ve und praktische Untersuchungen durchgeführt, die es ermög- lichen, kritische Stellen im Werkzeug zu Identifizieren an denen Stützluft eingebracht werden soll. Simulation der Luftströmung im Saugblasformen Die Strömungs- und Druckverhältnisse im geschlossenen Saug- blaswerkzeug beim Durchsaugen des Vorformlings sind ent- scheidend für den Saugblasprozess. An kritischen Stellen kann gezielt Luft eingebracht werden, um die Strömungsverhältnisse zu vorteilhaft anzupassen. Bild 1 zeigt das Simulationsmodell sowie die angenommenen Randbedingungen. Randbedingungen sind ein Druck am Einlass von 1 bar, ein Druck am Auslass von 0,1 bar und ein Luftvolumenstrom Aus- lass von 2,5 m³/h. Zusätzlich wird die Stützlufteinbringung si- muliert. Diese strömt im Innenradius der Kavität mit einer Ge- schwindigkeit von 0,28 m/s orthogonal zur Einblasfläche ein. Als Stoffwerte für die Luft wurden eine Dichte von 1 kg/m³ sowie eine kinematische Viskosität von 10 -5 Pa·s angenommen. Die Simulatio- nen mit und ohne Stützlufteinbringung wurden für eine Kavität mit rechtwinkli- ger Umlenkung mit einem Innenradius von 55 mm durchgeführt. 47 Extrusion 8/2020 Bild 2: Simulation der Druckverteilung im Saugblasformen ohne (links) und mit (rechts) Stützlufteinbringung Die Simulationen wurden mit der open-source Software Open- Foam (OpenFOAM Foundation, London, UK) durchgeführt. Zur Berechnung der Strömung wurde das k-epsilon Turbulenzmo- dell verwendet. Da eine Simulation des realen Saugblasprozes- ses sehr aufwendig ist, werden im Rahmen der Modellbildung Vereinfachungen getroffen. Dazu zählt beispielsweise, dass der Schlauch starr in der Werkzeugkavität liegt und sich nicht be- wegt. Dies ermöglicht die Beurteilung des Strömungsfeldes über den Schlauchumfang. Bild 2 zeigt für beide Fälle die Druckverhältnisse, die durch die Luftströmung entstehen. Ohne Stützluft bildet sich in den geraden Werkzeugbereich ein symmetrisches Druckprofil aus. Durch die unterschiedlichen Stromlinienlängen resultiert jedoch, dass sich in den gekrümm- ten Werkzeugbereichen ein asymmetrisches Druckprofil ein- stellt. Der Druck ist an der Innenseite der Umlenkung niedriger als an der Außenseite. Dieses Druckgefälle führt zu einer Kraft auf den Schmelzeschlauch und somit einer Verschiebung in Richtung des niedrigen Druckes. Die für den Extrusionsblas- formprozess kritische Stelle befindet sich somit im Bereich des Innenradius der Umlenkungen. In einer zweiten Simulation wurde an dieser kritischen Stelle Stützluft mit einer Geschwindigkeit von 0,28 m/s eingeblasen. Durch die Stützlufteinbringung am Innenradius ergeben sich günstige Druckverhältnisse. Der Druckverlauf ist nun deutlich homogener und das Druckgefälle zwischen Innen- und Außen- radius der Umlegung kann reduziert werden. Verglichen mit Bild 3: Druckverhältnisse in der Blasform ohne und mit Stützlufteinbringung