1. Какво е вложково формоване?
Вложката е елемент, вграден в пластмаса, като метал, стъкло, дърво, влакна, хартия, гума или предварително формован пластмасов компонент. Металът е най-често срещаният материал за вложките. Формоването на вложки е процес, при който вложката първо се закрепва в подходяща позиция вътре в шприцформа. След това пластмасата се инжектира във формата. След като формата се отвори, охладената и втвърдена пластмаса капсулира вложката, създавайки част, съдържаща елементи като резби или електроди.
При формоване с вложки, вложките могат да бъдат поставени във формата по два начина:
1) Ръчно поставяне
което значително увеличава времето за цикъл на шприцване и е подходящо за малки производствени серии или продукти със сложни структури;
2) Автоматизирано позициониране
което е по-добро за масово производство, спомагайки за намаляване на човешките грешки, подобряване на ефективността, съкращаване на времето на цикъла и повишаване на надеждността на продукта.
2. Предимства и недостатъци на вложковото формоване 2.1 Предимства на вложковото формоване
1) Комбинирането на формовъчността и еластичността на пластмасата с твърдостта, здравината и топлоустойчивостта на метала прави възможно производството на здрави, сложни, интегрирани металопластмасови продукти, като същевременно се намаляват размерът и теглото на продукта.
2) Комбинацията от електрическата изолация на пластмасата с електрическата проводимост на метала позволява на формованите части да отговарят на основните функционални изисквания на електрическите продукти. Те могат да отговарят и на специални изисквания като магнитна проводимост, износоустойчивост и закрепване.
3) Добавянето на метални вложки към пластмасата може да увеличи здравината на пластмасовата част.
4) Вложките за формоване осигуряват по-голяма гъвкавост на дизайна и създават нови възможности за комбиниране на пластмаса, метал и други компоненти.
5) Може да елиминира вторични процеси като термично закрепване, заваряване и занитване, което потенциално намалява времето за сглобяване и разходите.
6) Вложките не се ограничават само до метал; те могат да включват също плат, хартия, жици, пластмаса, стъкло, дърво, бобини, електрически компоненти и формовани пластмасови части.
7) За твърди формовани части и гъвкави извити части върху гумени уплътнителни листове, формоването на частите заедно в интегриран продукт може да елиминира сложната задача за подреждане на уплътнителни пръстени и да улесни последващото автоматизирано сглобяване.
8) Тъй като разтопената пластмаса се свързва с метални вложки, хлабината около металните вложки може да бъде проектирана по-малка, отколкото при методите с пресоване, което подобрява надеждността на продукта и го прави по-склонен да премине вибрационни тестове.
9) С подходящи пластмасови материали и условия на формоване, дори части, които са склонни към деформация или повреда, като стъкло, бобини и електрически компоненти, могат да бъдат запечатани и закрепени в пластмаса.
10) С подходящ дизайн на матрицата, вложката може да бъде изцяло капсулирана в пластмаса.
11) Чрез комбиниране на вертикални машини за шприцване с роботи и устройства за подреждане на вложки, повечето операции по шприцване могат да бъдат автоматизирани.
2.2 Недостатъци на вложковото формоване
1) Разположението на вложките често прави структурата на матрицата по-сложна, удължава цикъла на формоване, увеличава производствените разходи и затруднява автоматизацията.
2) Тъй като коефициентите на термично разширение на вложката и пластмасата се различават, в готовия продукт може да се развие остатъчно напрежение и да причини напукване. Този проблем е особено забележим при формоване на вложки за гайки.
3) Разликата в термичното разширение между вложката и пластмасата също може да доведе до изкривяване или деформация на продукта.
4) Вложките, особено гайките, често се нуждаят от предварително загряване или сушене, за да се намали остатъчното напрежение.
5) Вложките трябва да бъдат здраво закрепени във формата; в противен случай ударът на разтопения материал може да доведе до тяхното изместване или деформация.
6) Ако по време на формоването на вложките възникнат дефекти – например непълно формоване, липсващи вложки или неправилно позициониране на вложките – може да се наложи бракуване на целия продукт, което ще доведе до значителни загуби.
7) Вложките за формоване правят рециклирането и изхвърлянето на продукта по-трудно.
3. Приложения на вложково формоване
Вложките за формоване се използват широко в индустрии като автомобилната, медицинската, електрониката и производството на конектори.
4. Насоки за проектиране на вложки за формоване
При проектирането за формоване с вложки, характеристиките на процеса трябва да бъдат напълно взети предвид и дизайнът трябва да следва принципите на Design for Manufacturing (DFM).
Насоките включват:
1) Избор на материал за вложките. Мед, алуминий, стомана, твърди разнородни пластмасови части, керамика, стъкло и пластмаси могат да се използват като материали за вложки. Месингът се използва най-често, защото е устойчив на корозия, лесен за обработка и има умерена цена.
2) Форма на вложката. Използвайте кръгли или аксиално симетрични форми, където е възможно. Избягвайте остри ъгли, за да се насърчи равномерното свиване и да се предотврати локално напрежение или концентрация на напрежение.
3) Приложете принципите на DFM към самата вложка. Металните вложки се произвеждат чрез машинна обработка или щамповане, така че тяхната геометрия трябва да е подходяща за производствения процес.
▲ DFM дизайн на самата пластина
4) За да се улесни поставянето и позиционирането във формата, частта от вложката, която стърчи (частта, разположена във формата), трябва да е цилиндрична, тъй като кръглите отвори са по-лесни за обработка във формата.
▲ Дизайн на изпъкналата част на вложката
5) Вложките трябва да включват уплътнителни рамене или подобни елементи, за да се предотврати изпускането на пластмасата по време на шприцване.
▲ Дизайн на рамото на пластината
6) За да се предотврати изтъняването на пластмасата под вложката и образуването на вълнообразни вдлъбнатини, които влияят на външния вид и здравината, минималното разстояние T от дъното на вложката до пластмасовата стена трябва да бъде T > D/6.
▲ Разстояние между вложката и долната повърхност
Ако разстоянието е твърде малко, може да се използва показаният по-долу дизайн.
▲ Поддържане на равномерна дебелина на стената
7) Разстоянието между вложката и страничната стена на продукта не трябва да е твърде малко, за да може матрицата да запази достатъчна здравина.
▲ Разстояние между пластината и страничната стена
8) Когато вложката се постави в главина, тя трябва да се простира до дъното на главината (като се запази минималната дебелина на дъното), за да се осигури здрава връзка и достатъчна здравина в пластмасовото тяло. Заоблете главата на вложката.
▲ Вмъкване в издатина
9) Малки цилиндрични вложки могат да се закрепят в пластмасовото тяло с помощта на централен жлеб или диамантено назъбване на повърхността. Жлебовете на назъбването трябва да са с дълбочина 1–2 мм.
▲ Закрепване на малки цилиндрични вложки
10) Плосковидните или листовидни вложки могат да се закрепят с помощта на отвори или прозорци. За тънки вложки (с дебелина под 0.5 мм) се препоръчват прорези или огъване.
▲ Закрепване на вложки с форма на плоча или лист
11) Вложките с форма на прът могат да бъдат закрепени чрез сплескване, назъбване, огъване или разцепване на края или чрез сплескване на средната част на кръгъл прът.
▲ Закрепване на пръчковидни вложки (деформиран край)
▲ Закрепване на тръбни вложки (деформирана средна част)
12) При щамповани тръбни вложки, по време на щамповането може да се образува повдигната издатина, за да се подобри задържането.
▲ Закрепване на щамповани тръбни вложки (деформирана средна част)
13) При конекторите, осигуряването на здраво закрепване на клемните вложки в пластмасата е ключово съображение за инженерите по продуктов дизайн. Често срещани методи за значително подобряване на задържането на клемите включват:
- Пробиване на отвори в терминала, вграден в пластмасата
- Придаване на неправилен профил на терминала
- Огъване на терминала
- Добавяне на грапавост на повърхността или повдигнати/вдлъбнати елементи към терминала
- Увеличаване на дебелината на пластмасовата стена
▲ Клемни вложки с отвори, неправилни профили и извивки
5. Насоки за проектиране на вложки за гайки
Вложките за гайки са сред най-разпространените видове вложки. Вложката за гайка и съответната ѝ пластмасова втулка трябва да бъдат проектирани правилно; в противен случай могат да възникнат проблеми с качеството, като например недостатъчна сила на издърпване или напукване на втулката.
5.1 Три метода за монтаж на гайки
Има три метода за вграждане на гайки в пластмасови части:
1) Термозакрепени гайки
Термозакрепването е най-разпространеният метод за монтаж и обикновено се извършва с помощта на машина за термозакрепване или ръчно задействан поялник.
2) Вложки с вложка
Този метод изисква много строг контрол на диаметъра на отвора в пластмасовата вдлъбнатина, обикновено в рамките на 0.05 мм. Гайката се държи на място от формовъчен щифт и се позиционира във формата за шприцване, така че диаметърът на отвора трябва да се контролира според размера на щифта на машината за шприцване.
3) Ултразвуково вмъкване
Ултразвуковите вибрации създават триене между гайката и детайла, повишавайки температурата на границата. Когато температурата достигне температурата на омекване на детайла, гайката се вгражда в пластмасовата част. След като вибрациите спрат, детайлът се охлажда и втвърдява под налягане. Всеки метод има предимства и недостатъци; тази статия се фокусира върху гайки, формовани чрез вложка.
5.2 Външна геометрия на вложните гайки
Външната геометрия на вложните гайки е специално проектирана, за да създаде здраво механично зацепване с пластмасови материали. Ключовите характеристики обикновено включват диамантено или право назъбване, за да се увеличи максимално съпротивлението срещу въртящ момент и издърпване. Често се добавят надлъжни канали или подрязвания, за да се предотврати въртене. Скосена направляваща част в долната част позволява лесно и точно поставяне във формата или предварително формования отвор. Освен това, горен фланец или яка ограничава дълбочината на вмъкване и осигурява аксиална опора. Някои конструкции разполагат с уплътнителен пръстен, за да се предотврати преливането на разтопена пластмаса в резбите. Заедно тези геометрични характеристики осигуряват високонадеждна и издръжлива връзка.
5.3 Примери за спецификации на вложни гайки
5.4 Дизайн на пластмасовата втулка и избор на гайка
1) Основни размери на гайката и пластмасовата втулка
- Размер d е основата на гайката, наричана още направляваща/локираща секция. Преди поставяне, тя пасва на секция C на пластмасовата вдлъбнатина. Следователно, размер d в долната част на гайката трябва да е по-малък от вътрешния диаметър на отвора C на пластмасовата вдлъбнатина, за да се улесни позиционирането.
- Размер D е външният диаметър на гайката и съответства на вътрешния диаметър на отвора C на пластмасовата втулка. При гайките за мобилни телефони диаметърът на пластмасовия отвор обикновено е с около 0.25–0.3 мм по-малък от външния диаметър на гайката.
- Размер L е дължината на гайката и съответства на дълбочината на отвора Y в пластмасовата втулка. Пластмасовият отвор обикновено е проектиран с 0.5–1.0 мм по-дълбок от дължината на гайката, за да се осигури място за излишната пластмаса.
- W е дебелината на пластмасовата стена около отвора. Дебелината на стената на пластмасова втулка обикновено е поне 0.8–1.0 мм. По-големите гайки изискват по-дебели стени. Вижте таблицата с параметрите по-долу.
| Нишка | Външен диаметър D | Дължина L | Пластмасов отвор за глава | Дебелина на пластмасовата стена W | |
| Диаметър C | Дълбочина Y | ||||
| M1.2 * 0.25 | 2.3 | 2.0 | 2.0 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.2 * 0.25 | 2.5 | 2.0 | 2.2 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.3 | 1.8 | 2.0 | 2.8 | 0.8 |
| 2.0 | 3.0 | ||||
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.35 | 2.0 | 2.1 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.5 | 2.0 | 2.2 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.7 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 2.5 | 1.8 | 2.2 | 2.8 | 1.0 |
| 2.0 | 3.0 | ||||
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 2.7 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 1.0 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.0 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.7 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.2 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.8 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.2 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
5.5 Често срещани проблеми и решения
1) Правилното оразмеряване на отвора в пластмасовата втулка е от решаващо значение. Ако отворът е твърде голям, пластмасата няма да се захване адекватно с гайката след завинтване, което ще доведе до недостатъчен въртящ момент и съпротивление при издърпване. Ако отворът е твърде малък, може да се появи пропукване или напукване.
2) Ако размерите на гайката и пластмасата са правилни, но проблемите продължават, помислете за подобряване на дизайна.
Тъй като пластмасовата глава е плитка, използването на двойно наклонена гайка с назъбен шлиц може да доведе до къс назъбен участък след като размерите на гайката бъдат пропорционални. След като е вградена, твърде малко пластмаса се зацепва с назъбения участък, което води до недостатъчен въртящ момент и съпротивление при издърпване. Поради това обикновено се препоръчва отворът на пластмасовата глава да е с дълбочина поне 2.5 мм, а гайката да е с дължина поне 2.0 мм.
Подобрение: Ако модифицирането на матрицата е трудно, помислете за промяна на схемата на накатката на гайката на едностранно наклонена схема BS1, както е показано вдясно. Това увеличава височината на стъпката на накатката и количеството пластмаса, зацепваща се с накатката, като по този начин подобрява въртящия момент и съпротивлението на издърпване.
3) Преливане или напукване около отвора в пластмасовия капак
Когато се използва показаният вляво вид гайка, области A1 и A2 се разширяват след като гайката е вградена в пластмасата, докато област B се свива рязко. Това затруднява оттичането на пластмасата и може да се образуват отлагания в горния и долния край на гайката, което сериозно влияе на външния вид на продукта.
Подобрение: Използвайте секция C като водач и локализиращ елемент, така че гайката да може да се постави здраво в пластмасовия отвор, подобрявайки ефективността и добива. Водещата секция в C позволява изместване на част от пластмасата от зона A2, като същевременно оставя достатъчно пластмаса за зона A1. Освен това, секциите A1 и A2 имат наклонени назъбвания с ъгъл от 90° и наклон от 45°. Тяхното пресичане образува здрав възел, който устоява на периферния въртящ момент, което значително увеличава въртящия момент и съпротивлението на издърпване.
