Projektübersicht
Für ein automobiles OBD-Diagnosegerät entwickelte JBRplas eine Spritzgießlösung für drei kritische Kunststoffkomponenten: den OBD-Stecker, die hintere Gehäuseabdeckung und die interne Stützhalterung.
Anstatt jede Komponente mit einem separaten Werkzeug zu fertigen, wurde das Projekt als 1+1+1 Mehrkomponenten-Werkzeug konzipiert, sodass die drei Komponenten im selben Werkzeugsystem produziert werden können.
Das Projekt wurde als Bemusterungswerkzeug mit einer angestrebten Werkzeugstandzeit von 50.000 Schuss entwickelt. Das Hauptziel war es, eine zuverlässige Spritzgießleistung zu erreichen und gleichzeitig mehrere herausfordernde Bauteil- und Werkzeugdesignprobleme zu lösen, die während der DFM-Prüfung identifiziert wurden.
Bauteilspezifikationen
Die drei Komponenten haben unterschiedliche Größen und funktionale Anforderungen:
- OBD-Stecker: ca. 7 g
- Hintere Abdeckung: ca. 1 g
- Stützhalterung: ca. 2,5 g
- Wandstärke: ca. 1,56 mm, 0,98 mm und 0,5 mm
- Materialien: schwarzes PC+ABS und transluzent blaues PC
- Werkzeugkonfiguration: 1+1+1 Kavitäten
- Werkzeugabmessungen: ca. 200 × 250 × 306 mm
- Spritzgießmaschine: 120T
- Werkzeugstandard: LKM
- Werkzeugoberfläche: MT11005-Textur
- Angestrebte Werkzeugstandzeit: 50.000 Schuss
Die Kombination unterschiedlicher Komponenten, Materialien, Wandstärken und funktionaler Strukturen machte die Formbarkeitsanalyse vor der Werkzeugfertigung besonders wichtig.
Die zentrale Herausforderung: Drei unterschiedliche Bauteile in einem Werkzeug
Die größte Herausforderung war nicht einfach der Werkzeugbau, sondern das Ausbalancieren der Spritzgießanforderungen von drei verschiedenen Komponenten innerhalb eines Werkzeugsystems.
Während der DFM-Prüfung wurden mehrere Bereiche identifiziert, die potenziell Bauteilschäden, kosmetische Defekte oder Fertigungsschwierigkeiten verursachen könnten.
1. Unzureichende Entformschrägen auf texturierten Oberflächen
Mehrere Bauteiloberflächen wiesen 0° oder nur 0,3° Entformschräge auf.
Da diese Oberflächen eine MT11005-Textur erfordern, könnte eine unzureichende Entformschräge dazu führen, dass die gespritzten Teile während der Entformung an der Werkzeugoberfläche haften bleiben, was zu Texturschäden, Schleifspuren oder Kratzern führt.
JBRplas empfahl daher, die Entformschräge an den relevanten Oberflächen um ca. 1° zu erhöhen.
Für einen kernseitigen Bereich, dessen Oberfläche zudem mit einer Schließkante zusammenhing, wurde eine 3°-Entformschrägenänderung empfohlen, um die Entformungssicherheit zu verbessern.
Diese Änderungen wurden bereits in der DFM-Phase und nicht erst nach der Werkzeugfertigstellung vorgenommen, wodurch das Risiko wiederholter Werkzeugänderungen während der Bemusterung reduziert wurde.
2. Ungleichmäßige Wandstärke und Schwindungsrisiko
Die DFM-Analyse identifizierte zudem mehrere Bereiche mit ungleichmäßiger Wandstärke.
Ungleichmäßige Materialdicke kann zu unterschiedlichem Abkühl- und Schwindungsverhalten während des Spritzgießens führen und das Risiko sichtbarer Einfallstellen erhöhen.
Für die OBD-Gehäusekomponenten war dies besonders wichtig, da einige Oberflächen kosmetische Anforderungen haben.
Der DFM-Bericht identifizierte gezielt Bereiche, in denen ungleichmäßige Wandstärke zu Schwindungsmarkierungen führen könnte, und empfahl eine Designprüfung vor dem Werkzeugbau.
3. Extrem kleine Bohrungen und dünnwandiger Stahl
Ein weiterer herausfordernder Bereich betraf kleine Bohrungen.
Ein Bereich wies einen Bohrungsdurchmesser von nur ca. 0,5 mm auf, während der Abstand zwischen zwei Bohrungen nur etwa 0,3 mm betrug.
Dies würde extrem wenig Stahl zwischen den Bohrungen hinterlassen und eine schwierige Werkzeugeinsatzbedingung schaffen. Es könnte zudem die Kunststofffüllung erschweren.
JBRplas empfahl, die kleine Bohrung auf ca. 0,8 mm zu vergrößern, etwa 5° Entformschräge hinzuzufügen und den Abstand zwischen den Bohrungen auf mindestens 0,5 mm zu erhöhen.
Je nach Funktionsanforderungen umfassten alternative Lösungen das weitere Auseinanderrücken der Bohrungen oder die Reduzierung der Bohrungsanzahl.
Diese Art von Designanpassung ist für Bemusterungswerkzeuge wichtig, da sie das Risiko fragiler Werkzeugstahlbereiche reduziert und die langfristige Spritzgießstabilität verbessert.
4. Entformung und lokale Strukturoptimierung
Ein separater Bereich erforderte einen Flachauswerfer aufgrund des verfügbaren Entformungsraums.
Der ursprüngliche Eckenradius verursachte einen potenziellen Konflikt mit der Auswerferanordnung. JBRplas empfahl daher, die lokale R-Struktur zu ändern und ca. 0,5 mm Material hinzuzufügen, um ausreichend Raum für einen 1 × 2 Flachauswerfer zu schaffen.
Dadurch konnte das Auswerfsystem zuverlässiger integriert werden, ohne die umgebende Werkzeugstruktur zu beeinträchtigen.
Werkzeugentwicklungsstrategie
Unter Berücksichtigung der Projektanforderungen konzentrierte sich JBRplas auf drei Prioritäten:
DFM-Optimierung → Werkzeugfertigbarkeit → stabile Bemusterung
Das Werkzeug verwendet eine 1+1+1-Kavitätenkonfiguration, sodass OBD-Stecker, hintere Abdeckung und Stützhalterung im selben Werkzeugsystem produziert werden können.
Die Werkzeugkonstruktion umfasst Standard-LKM-Werkzeugkomponenten, S136-Stahl für die Kavitäts-/Kerneinsätze und eine Kaltkanal-Konfiguration gemäß der DFM-Dokumentation.
Das Projekt wurde als Bemusterungswerkzeug mit einer angestrebten Standzeit von 50.000 Schuss entwickelt und bietet eine praktische Lösung für die Produktentwicklungs- und Validierungsphase.
Ergebnisse
Durch die Identifizierung potenzieller Probleme während der DFM-Phase konnte JBRplas mehrere Hochrisikobereiche vor dem Werkzeugbau adressieren:
- Verbesserte Bauteilentformung auf texturierten Oberflächen
- Reduziertes Risiko von Schleifspuren und Texturschäden
- Reduzierte potenzielle Einfallstellen durch ungleichmäßige Wandstärke
- Verbesserte Herstellbarkeit von kleinen Bohrungen
- Reduziertes Risiko durch extrem dünnwandigen Werkzeugstahl
- Optimierte lokale Struktur für zuverlässige Entformung
- Integration von drei verschiedenen OBD-Kunststoffkomponenten in ein Werkzeugsystem
Das Projekt zeigt, dass erfolgreiches automobiles Spritzgießen nicht nur in der präzisen Werkzeugbearbeitung besteht. Eine frühzeitige DFM-Analyse ist entscheidend, um Bauteildesignrisiken zu identifizieren, die Werkzeugzuverlässigkeit zu schützen und Trial-and-Error während der Werkzeugentwicklung zu reduzieren.
Warum JBRplas
Für automobile Elektronik- und Diagnosegerätekomponenten bietet JBRplas einen integrierten Prozess, der DFM-Analyse, Werkzeugkonstruktion, Werkzeugbau, Spritzgießen und anschließende Montage oder Oberflächenbehandlung umfasst.
Für dieses OBD-Diagnosegeräteprojekt ermöglichte die Kombination aus Mehrkomponenten-Werkzeugdesign und detaillierter DFM-Analyse, potenzielle Spritzgießprobleme bereits vor dem Werkzeugbau zu identifizieren.
Dieser Ansatz hilft OEMs und Produktingenieuren, unnötige Werkzeugänderungen zu reduzieren, Entwicklungszyklen zu verkürzen und zuverlässigere Kunststoffkomponenten für die Produktionsvalidierung zu entwickeln.
Projekttyp: Automobiles OBD-Diagnosegerät Komponenten: Stecker + Hintere Abdeckung + Stützhalterung Werkzeugkonfiguration: 1+1+1 Material: PC+ABS / PC Angestrebte Werkzeugstandzeit: 50.000 Schuss Werkzeugtyp: Bemusterungswerkzeug Schlüsseltechnologie: DFM-Analyse + Mehrkomponenten-Werkzeugentwicklung
