1. Co je to vkládací lisování?
Vložka je předmět zalitý v plastu, jako je kov, sklo, dřevo, vlákna, papír, guma nebo předlisovaný plastový komponent. Kov je nejběžnějším materiálem pro vložky. Vstřikování vložek je proces, při kterém se vložka nejprve upevní na vhodném místě uvnitř vstřikovací formy. Poté se do formy vstříkne plast. Po otevření formy vložku zapouzdří ochlazený a ztuhlý plast, čímž vznikne díl obsahující prvky, jako jsou závity nebo elektrody.
Při vstřikování vložek lze vložky umístit do formy dvěma způsoby:
1) Ruční umístění
což výrazně prodlužuje dobu cyklu vstřikování plastů a je vhodné pro malé výrobní série nebo výrobky se složitými strukturami;
2) Automatické umístění
což je lepší pro hromadnou výrobu, pomáhá snižovat lidské chyby, zvyšovat efektivitu, zkracovat dobu cyklu a zvyšovat spolehlivost produktu.
2. Výhody a nevýhody vkládání do forem 2.1 Výhody vkládání do forem
1) Kombinace tvárnosti a pružnosti plastu s tuhostí, pevností a tepelnou odolností kovu umožňuje vyrábět robustní, složité a integrované kovovo-plastové výrobky a zároveň snížit jejich velikost a hmotnost.
2) Kombinace elektrické izolace plastu s elektrickou vodivostí kovu umožňuje, aby lisované díly splňovaly základní funkční požadavky elektrických výrobků. Mohou také splňovat speciální požadavky, jako je magnetická vodivost, odolnost proti opotřebení a upevnění.
3) Přidání kovových vložek do plastu může zvýšit pevnost plastové součásti.
4) Vstřikování do forem poskytuje větší flexibilitu designu a vytváří nové možnosti kombinování plastových, kovových a dalších komponentů.
5) Může eliminovat sekundární procesy, jako je tepelné spojování, svařování a nýtování, což potenciálně zkracuje dobu montáže a náklady.
6) Vložky se neomezují pouze na kov; mohou zahrnovat také tkaniny, papír, dráty, plasty, sklo, dřevo, cívky, elektrické součástky a lisované plastové díly.
7) U tuhých lisovaných dílů a flexibilních zakřivených dílů na pryžových těsnicích deskách může spojení dílů do integrovaného produktu eliminovat složitý úkol uspořádání těsnicích kroužků a usnadnit následnou automatizovanou montáž.
8) Protože se roztavený plast spojuje s kovovými vložkami, lze vůli kolem kovových vložek navrhnout menší než u metod lisování, což zlepšuje spolehlivost výrobku a zvyšuje pravděpodobnost, že výrobek projde vibračními testy.
9) S vhodnými plastovými materiály a podmínkami pro lisování lze i díly náchylné k deformaci nebo poškození, jako je sklo, cívky a elektrické součástky, utěsnit a zajistit v plastu.
10) S vhodným návrhem formy lze vložku kompletně zapouzdřit do plastu.
11) Kombinací vertikálních vstřikovacích lisů s roboty a zařízeními pro uspořádání vložek lze automatizovat většinu operací vstřikování.
2.2 Nevýhody vkládání do forem
1) Umístění břitových destiček často ztěžuje konstrukci formy, prodlužuje lisovací cyklus, zvyšuje výrobní náklady a ztěžuje automatizaci.
2) Protože se koeficienty tepelné roztažnosti vložky a plastu liší, může se v hotovém výrobku vyvinout zbytkové napětí a způsobit praskání. Tento problém je obzvláště patrný při lisování maticových vložek.
3) Rozdíl v tepelné roztažnosti mezi vložkou a plastem může také způsobit deformaci nebo zdeformaci výrobku.
4) Vložky, zejména maticové vložky, je často nutné předehřát nebo vysušit, aby se snížilo zbytkové pnutí.
5) Vložky musí být bezpečně upevněny ve formě, jinak může náraz roztaveného materiálu způsobit jejich posunutí nebo deformaci.
6) Pokud se během vstřikování vložek vyskytnou vady – například neúplné vstřikování, chybějící vložky nebo nesprávné umístění vložek – může být nutné celý výrobek sešrotovat, což má za následek značné ztráty.
7) Vstřikování do forem ztěžuje recyklaci a likvidaci výrobku.
3. Aplikace vstřikování do forem
Vstřikování do forem se široce používá v průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl, lékařství, elektronika a konektory.
4. Pokyny pro návrh vložek do forem
Při navrhování vstřikování do forem je nutné plně zohlednit charakteristiky procesu a návrh by měl splňovat principy Design for Manufacturing (DFM).
Pokyny zahrnují:
1) Výběr materiálu břitových destiček. Jako materiály břitových destiček lze použít měď, hliník, ocel, tvrdé odlišné plastové díly, keramiku, sklo a plasty. Mosaz se běžně používá, protože je odolná vůči korozi, snadno se obrábí a má střední cenu.
2) Tvar vložky. Kdykoli je to možné, používejte kruhové nebo osově symetrické tvary. Vyhněte se ostrým rohům a ostrým úhlům, abyste podpořili rovnoměrné smrštění a zabránili lokálnímu napětí nebo jeho koncentraci.
3) Aplikujte principy DFM na samotnou břitovou destičku. Kovové břitové destičky se vyrábějí obráběním nebo ražením, takže jejich geometrie musí být vhodná pro daný výrobní proces.
▲ DFM konstrukce samotné břitové destičky
4) Pro usnadnění umístění a polohování ve formě by měla být část vložky, která vyčnívá (část umístěná ve formě), válcová, protože kulaté otvory se ve formě snáze obrábějí.
▲ Provedení vyčnívající části vložky
5) Vložky by měly mít těsnicí ramena nebo podobné prvky, aby se zabránilo přelévání plastu během vstřikování.
▲ Konstrukce ramene břitové destičky
6) Aby se zabránilo přílišnému ztenčení plastu pod vložkou a vzniku zvlněných propadlin, které by ovlivnily vzhled a pevnost, měla by být minimální vzdálenost T od spodní části vložky k plastové stěně T > D/6.
▲ Vzdálenost mezi břitovou destičkou a spodním povrchem
Pokud je vzdálenost příliš malá, lze použít níže uvedený návrh.
▲ Udržování rovnoměrné tloušťky stěny
7) Mezera mezi vložkou a boční stěnou výrobku nesmí být příliš malá, aby si forma zachovala dostatečnou pevnost.
▲ Vůle mezi břitovou destičkou a boční stěnou
8) Pokud je vložka vložena do výstupku, měla by sahat až ke spodní části výstupku (při zachování minimální tloušťky dna), aby byla zajištěna bezpečná vazba a dostatečná pevnost plastového tělesa. Zaoblete hlavu vložky.
▲ Vložit do výstupku
9) Malé válcové vložky lze ukotvit v plastovém tělese pomocí centrální drážky nebo diamantového vroubkování na povrchu. Vroubkované drážky by měly být hluboké 1–2 mm.
▲ Zajištění malých válcových vložek
10) Vložky ve tvaru desek nebo plechů lze upevnit pomocí otvorů nebo okének. U tenkých vložek (tloušťky menší než 0.5 mm) se doporučují zářezy nebo ohýbání.
▲ Upevnění vložek ve tvaru destiček nebo plechů
11) Tyčovité vložky lze upevnit zploštěním, zářezem, ohnutím nebo rozdělením konce, případně zploštěním střední části kulaté tyče.
▲ Zajištění tyčovitých vložek (deformovaný konec)
▲ Zajištění trubkových vložek (deformovaná střední část)
12) U lisovaných trubkových vložek lze během lisování vytvořit vyvýšené vyboulení pro zlepšení retence.
▲ Zajištění lisovaných trubkových vložek (deformovaná střední část)
13) U konektorů je pro konstruktéry produktů klíčovým hlediskem zajištění pevného ukotvení vložek svorkovnice v plastu. Mezi běžné metody, které výrazně zlepšují uchycení svorkovnice, patří:
- Děrování otvorů v terminálu zapuštěném v plastu
- Dávání terminálu nepravidelného profilu
- Ohnutí terminálu
- Přidání drsnosti povrchu nebo vyvýšených/zapuštěných prvků na terminál
- Zvětšení tloušťky plastové stěny
▲ Vložky svorek s otvory, nepravidelnými profily a ohyby
5. Pokyny pro návrh maticových vložek
Maticové vložky patří mezi nejběžnější typy vložek. Maticová vložka a její odpovídající plastový náboj musí být správně navrženy, jinak může dojít k problémům s kvalitou, jako je nedostatečná vytahovací síla nebo praskání náboje.
5.1 Tři metody instalace matic
Existují tři metody pro zapuštění matic do plastových dílů:
1) Tepelně kolíkované matice
Tepelné svařování je nejběžnější metodou instalace a obvykle se provádí pomocí tepelného svařovacího stroje nebo ručně ovládané páječky.
2) Vložené matice
Tato metoda vyžaduje velmi přesnou kontrolu průměru otvoru v plastovém nálitku, obvykle s přesností na 0.05 mm. Matice je držena na místě tvarovacím čepem a umístěna ve vstřikovací formě, takže průměr otvoru musí být řízen podle velikosti čepu na vstřikovacím lisě.
3) Ultrazvukové vkládání
Ultrazvukové vibrace vytvářejí tření mezi maticí a obrobkem, čímž zvyšují teplotu na rozhraní. Když teplota dosáhne teploty měknutí obrobku, matice se zalije do plastového dílu. Jakmile vibrace ustanou, obrobek se pod tlakem ochladí a ztuhne. Každá metoda má své výhody a nevýhody; tento článek se zaměřuje na matice vyráběné vstřikováním.
5.2 Vnější geometrie vložkových matic
Vnější geometrie vložných matic je speciálně navržena tak, aby vytvořila silné mechanické spojení s plastovými materiály. Mezi klíčové vlastnosti obvykle patří diamantové nebo rovné vroubkování pro maximalizaci odolnosti proti krouticímu momentu a vytažení. Často se přidávají podélné drážky nebo podříznutí, aby se zabránilo otáčení. Zkosené vedení ve spodní části umožňuje snadné a přesné umístění do formy nebo předlisovaného otvoru. Horní příruba nebo límec navíc omezuje hloubku zasunutí a poskytuje axiální oporu. Některé konstrukce jsou vybaveny těsnicím kroužkem, který zabraňuje přetečení roztaveného plastu do závitů. Tyto geometrické prvky společně zajišťují vysoce spolehlivé a odolné spojení.
5.3 Příklady specifikací vložkových matic
5.4 Konstrukce plastového náboje a výběr matice
1) Základní rozměry matice a plastového pouzdra
- Rozměr d je základna matice, nazývaná také vodicí/upevňovací část. Před vložením zapadá do části C plastového pouzdra. Proto by měl být rozměr d ve spodní části matice menší než průměr vnitřního otvoru C plastového pouzdra, aby se usnadnilo umístění.
- Rozměr D je vnější průměr matice a odpovídá průměru vnitřního otvoru C plastového náboje. U matic mobilních telefonů je průměr plastového otvoru obvykle o 0.25–0.3 mm menší než vnější průměr matice.
- Rozměr L je délka matice a odpovídá hloubce otvoru Y v plastovém náboji. Plastový otvor je obvykle navržen o 0.5–1.0 mm hlouběji než délka matice, aby poskytl prostor pro přebytečný plast.
- W je tloušťka stěny plastu kolem otvoru. Tloušťka stěny plastového náboje je obvykle alespoň 0.8–1.0 mm. Větší matice vyžadují silnější stěny. Viz tabulka parametrů níže.
| Vlákno | Vnější průměr D | Délka L | Plastový otvor pro výčnělek | Tloušťka plastové stěny W | |
| Průměr C | Hloubka 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 Běžné problémy a řešení
1) Správné dimenzování otvoru v plastovém náboji je zásadní. Pokud je otvor příliš velký, plast po zapuštění dostatečně nezapadne do matice, což má za následek nedostatečný krouticí moment a odolnost proti vytažení. Pokud je otvor příliš malý, může dojít k protržení nebo prasknutí.
2) Pokud jsou rozměry matice a plastu správné, ale problémy přetrvávají, zvažte vylepšení konstrukce.
Protože plastový výstupek je mělký, může použití dvojitě šikmé vroubkované matice po zarovnání rozměrů matice vést ke krátké vroubkované části. Po zapuštění se do vroubkování dostane příliš málo plastu, což vede k nedostatečnému točivému momentu a odolnosti proti vytažení. Proto se obecně doporučuje, aby otvor v plastovém výstupku byl alespoň 2.5 mm hluboký a matice alespoň 2.0 mm dlouhá.
Vylepšení: Pokud je úprava formy obtížná, zvažte změnu vzoru vroubkování matice na jednoduchý šikmý vzor BS1, jak je znázorněno vpravo. Tím se zvětší výška kroku vroubkování a množství plastu zasahujícího do vroubkování, čímž se zlepší krouticí moment a odolnost proti vytažení.
3) Blikající nebo praskající povrch kolem otvoru v plastovém náboji
Při použití matice zobrazené vlevo se oblasti A1 a A2 po zapuštění matice do plastu roztáhnou, zatímco oblast B se prudce smrští. To ztěžuje odtok plastu a na horním a dolním konci matice se mohou tvořit otřepy, které vážně ovlivňují vzhled výrobku.
Vylepšení: Použijte sekci C jako vodítko a polohovací prvek, aby bylo možné matici bezpečně umístit do plastového otvoru, což zvýší účinnost a výtěžnost. Vodicí sekce v C umožňuje posunout část plastu z oblasti A2 a zároveň ponechat dostatek plastu pro oblast A1. Kromě toho mají sekce A1 a A2 šikmé vroubkování s úhlem 90° a sklonem 45°. Jejich průsečík tvoří silný uzel, který odolává obvodovému krouticímu momentu, což výrazně zvyšuje odolnost proti krouticímu momentu a vytažení.
