1. Hvad er indstiksstøbning?
En indsats er en genstand indlejret i plastik, såsom metal, glas, træ, fibre, papir, gummi eller en præformet plastkomponent. Metal er det mest almindelige indsatsmateriale. Støbning af indsatser er en proces, hvor en indsats først fastgøres i den passende position inde i en sprøjtestøbeform. Plast sprøjtes derefter ind i formen. Efter at formen åbner sig, indkapsler den afkølede og størknede plast indsatsen og producerer en del, der indeholder funktioner såsom gevind eller elektroder.
Ved støbning af indsatser kan indsatser placeres i formen på to måder:
1) Manuel placering
hvilket øger sprøjtestøbningscyklustiden betydeligt og er egnet til små produktionsserier eller produkter med komplekse strukturer;
2) Automatiseret placering
hvilket er bedre til masseproduktion, hvilket hjælper med at reducere menneskelige fejl, forbedre effektiviteten, forkorte cyklustiden og øge produktets pålidelighed.
2. Fordele og ulemper ved indsatsstøbning2.1 Fordele ved indsatsstøbning
1) Ved at kombinere plastikkens formbarhed og elasticitet med metals stivhed, styrke og varmebestandighed er det muligt at fremstille robuste, komplekse og integrerede metal-plastprodukter, samtidig med at produktets størrelse og vægt reduceres.
2) Kombinationen af plastiks elektriske isolering og metals elektriske ledningsevne gør det muligt for støbte dele at opfylde de grundlæggende funktionelle krav til elektriske produkter. De kan også opfylde særlige krav såsom magnetisk ledningsevne, slidstyrke og fastgørelse.
3) Tilføjelse af metalindsatser til plastik kan øge plastikdelens styrke.
4) Indsatsstøbning giver større designfleksibilitet og skaber nye muligheder for at kombinere plast, metal og andre komponenter.
5) Det kan eliminere sekundære processer såsom varmeafstivning, svejsning og nitning, hvilket potentielt reducerer monteringstid og -omkostninger.
6) Indsatser er ikke begrænset til metal; de kan også omfatte stof, papir, ledninger, plastik, glas, træ, spoler, elektriske komponenter og støbte plastdele.
7) For stive støbte dele og fleksible, buede dele på gummitætningsplader kan støbning af delene sammen til et integreret produkt eliminere den komplicerede opgave med at arrangere tætningsringe og gøre den efterfølgende automatiserede samling nemmere.
8) Fordi smeltet plast binder med metalindsatser, kan afstanden omkring metalindsatser designes mindre end med prespasningsmetoder, hvilket forbedrer produktets pålidelighed og gør det mere sandsynligt, at produktet består vibrationstests.
9) Med egnede plastmaterialer og støbeforhold kan selv dele, der er tilbøjelige til deformation eller beskadigelse, såsom glas, spoler og elektriske komponenter, forsegles og fastgøres i plastik.
10) Med et passende støbeformdesign kan en indsats indkapsles fuldstændigt i plastik.
11) Ved at kombinere vertikale sprøjtestøbemaskiner med robotter og indsatsarrangementsanordninger kan de fleste indsatsstøbningsoperationer automatiseres.
2.2 Ulemper ved indsatsstøbning
1) Placering af skær gør ofte formstrukturen mere kompleks, forlænger støbecyklussen, øger produktionsomkostningerne og vanskeliggør automatisering.
2) Da varmeudvidelseskoefficienterne for indsatsen og plastikken er forskellige, kan der opstå restspændinger i det færdige produkt, som kan forårsage revner. Dette problem er især mærkbart ved støbning af møtrikindsatser.
3) Forskellen i termisk udvidelse mellem indsatsen og plastikken kan også forårsage, at produktet vrider sig eller deformeres.
4) Indsatser, især møtrikindsatser, skal ofte forvarmes eller tørres for at reducere restspænding.
5) Indsatserne skal være sikkert fastgjort i formen; ellers kan stødet fra det smeltede materiale få dem til at forskyde sig eller deformere sig.
6) Hvis der opstår defekter under støbning af indsatser – for eksempel ufuldstændig støbning, manglende indsatser eller forkert placering af indsatser – kan det være nødvendigt at skrotte hele produktet, hvilket resulterer i betydelige tab.
7) Indsatsstøbning gør produktgenbrug og bortskaffelse vanskeligere.
3. Anvendelser af indsatsstøbning
Indsatsstøbning er meget udbredt i industrier som bilindustrien, medicinalindustrien, elektronik og stik.
4. Designretningslinjer for indsatsstøbning
Ved design til indsatsstøbning skal processens egenskaber tages fuldt ud i betragtning, og designet bør følge Design for Manufacturing (DFM)-principperne.
Retningslinjerne omfatter:
1) Valg af indsatsmateriale. Kobber, aluminium, stål, hårde plastdele af forskellig art, keramik, glas og plast kan alle bruges som indsatsmaterialer. Messing bruges ofte, fordi det er korrosionsbestandigt, let at bearbejde og har en moderat pris.
2) Indsæt form. Brug cirkulære eller aksialsymmetriske former, hvor det er muligt. Undgå skarpe hjørner og spidse vinkler for at fremme ensartet krympning og forhindre lokal spænding eller spændingskoncentrationer.
3) Anvend DFM-principper på selve skæret. Metalskær fremstilles ved bearbejdning eller prægning, så deres geometri skal være egnet til fremstillingsprocessen.
▲ DFM-design af selve skæret
4) For at lette placering og positionering i formen, bør den del af indsatsen, der stikker ud (den del, der er placeret i formen), være cylindrisk, da runde huller er lettere at bearbejde i formen.
▲ Design af den fremspringende del af indsatsen
5) Indsatser bør have tætningsskuldre eller lignende funktioner for at forhindre plastik i at blinke under sprøjtestøbning.
▲ Design af indsatsskulderen
6) For at forhindre, at plastikken under indsatsen bliver for tynd og udvikler bølgede synkemærker, der påvirker udseende og styrke, skal minimumsafstanden T fra indsatsens bund til plastvæggen være T > D/6.
▲ Afstand mellem indsatsen og bundfladen
Hvis afstanden er for lille, kan nedenstående design anvendes.
▲ Opretholdelse af ensartet vægtykkelse
7) Afstanden mellem indsatsen og produktets sidevæg må ikke være for lille, så formen bevarer tilstrækkelig styrke.
▲ Afstand mellem indsatsen og sidevæggen
8) Når en skær placeres i en knast, skal den strække sig til bunden af knasten (samtidig med den minimale bundtykkelse) for at sikre en sikker binding og tilstrækkelig styrke i plasthuset. Rundt skærhovedet.
▲ Indsæt i en boss
9) Små cylindriske indsatser kan forankres i plasthuset ved hjælp af en central rille eller diamantrifling på overfladen. Rillerne skal være 1-2 mm dybe.
▲ Fastgørelse af små cylindriske indsatser
10) Plade- eller arkformede skær kan fastgøres ved hjælp af huller eller vinduer. Til tynde skær (mindre end 0.5 mm tykke) anbefales hak eller bøjning.
▲ Fastgørelse af plade- eller arkformede indsatser
11) Stangformede indsatser kan fastgøres ved at flade enden ud, lave hak, bøje den eller dele den, eller ved at flade den midterste del af en rund stang ud.
▲ Fastgørelse af stangformede indsatser (deformeret ende)
▲ Fastgørelse af rørformede indsatser (deformeret midtersektion)
12) For prægede rørformede indsatser kan der dannes en hævet bule under prægningen for at forbedre fastholdelsen.
▲ Fastgørelse af prægede rørformede indsatser (deformeret midtersektion)
13) I forbindelse med stik er det en vigtig overvejelse for produktdesigningeniører at sikre, at terminalindsatserne er solidt forankret i plastik. Almindelige metoder til at forbedre terminalfastholdelsen betydeligt omfatter:
- Huller i terminalen indlejret i plastikken
- Giver terminalen en uregelmæssig profil
- Bøjning af terminalen
- Tilføjelse af overfladeruhed eller hævede/forsænkede funktioner til terminalen
- Forøgelse af plastvægtykkelsen
▲ Terminalindsatser med huller, uregelmæssige profiler og bøjninger
5. Designretningslinjer for møtrikindsatser
Møtrikindsatser er blandt de mest almindelige typer indsatser. Møtrikindsatsen og dens tilhørende plastiknav skal være korrekt konstrueret, ellers kan der opstå kvalitetsproblemer såsom utilstrækkelig udtrækskraft eller revner i navet.
5.1 Tre metoder til montering af møtrikker
Der er tre metoder til at indlejre møtrikker i plastdele:
1) Varmepåsatte møtrikker
Varmeafstivning er den mest almindelige installationsmetode og udføres generelt ved hjælp af en varmeafstivningmaskine eller et manuelt betjent loddekolbe.
2) Indstiksstøbte møtrikker
Denne metode kræver meget nøje kontrol af huldiameteren i plastbosset, typisk inden for 0.05 mm. Møtrikken holdes på plads af en støbestift og placeres i sprøjtestøbeformen, så huldiameteren skal styres i henhold til stiftens størrelse på sprøjtestøbemaskinen.
3) Ultralydindsættelse
Ultralydsvibrationer skaber friktion mellem møtrikken og emnet, hvilket hæver temperaturen ved grænsefladen. Når temperaturen når emnets blødgøringstemperatur, indlejres møtrikken i plastdelen. Når vibrationen stopper, afkøles emnet og størkner under tryk. Hver metode har fordele og ulemper; denne artikel fokuserer på indsatsstøbte møtrikker.
5.2 Udvendig geometri af indsatsmøtrikker
Den udvendige geometri af indsatsmøtrikker er specielt konstrueret til at skabe stærk mekanisk sammenlåsning med plastmaterialer. Nøglefunktioner inkluderer typisk diamant- eller lige rifling for at maksimere anti-moment og udtræksmodstand. Langsgående riller eller underskæringer tilføjes ofte for at forhindre rotation. En affaset føring i bunden muliggør nem og præcis placering i formen eller det forstøbte hul. Derudover begrænser en topflange eller krave indsætningsdybden og giver aksial støtte. Nogle designs har en tætningsring for at forhindre smeltet plast i at løbe over i gevindene. Sammen sikrer disse geometriske egenskaber en yderst pålidelig og holdbar forbindelse.
5.3 Eksempler på specifikationer for indsatsmøtrikker
5.4 Design og valg af plastikboss
1) Grundlæggende dimensioner af møtrikken og plastikbosset
- Dimension d er bunden af møtrikken, også kaldet førings-/placeringssektionen. Før indsættelse passer den med sektion C af plastikstudsen. Derfor skal dimension d i bunden af møtrikken være mindre end den indre huldiameter C i plastikstudsen for at lette positioneringen.
- Dimension D er møtrikkens ydre diameter og svarer til den indre huldiameter C i plastikstudsen. For mobiltelefonmøtrikker er plastikhuldiameteren generelt omkring 0.25-0.3 mm mindre end møtrikkens ydre diameter.
- Dimension L er møtrikkens længde og svarer til huldybden Y i plastbøsningen. Plasthullet er generelt designet 0.5-1.0 mm dybere end møtrikkens længde for at give plads til overskydende plast.
- W er plastvægtykkelsen omkring hullet. Vægtykkelsen på et plastboss er generelt mindst 0.8-1.0 mm. Større møtrikker kræver tykkere vægge. Se parametertabellen nedenfor.
| Tråd | Ydre diameter D | Længde l | Plastbosshul | Plastvægtykkelse W | |
| Diameter C | Dybde 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 Almindelige problemer og løsninger
1) Det er afgørende, at hullet i plastikstudsen er korrekt dimensioneret. Hvis hullet er for stort, vil plastikken ikke gribe ordentligt ind i møtrikken efter indstøbning, hvilket resulterer i utilstrækkeligt moment og udtræksmodstand. Hvis hullet er for lille, kan der opstå sprækker eller revner.
2) Hvis møtrikkens dimensioner og plastikdimensioner er korrekte, men problemerne fortsætter, bør man overveje at forbedre designet.
Da plastikbosset er lavt, kan brugen af en dobbelt skrå riflet møtrik resultere i en kort riflet sektion, efter at møtrikkens dimensioner er proportioneret. Når den er indlejret, griber for lidt plastik ind i riflingen, hvilket fører til utilstrækkeligt moment og udtræksmodstand. Det anbefales derfor generelt, at plastikbosshullet er mindst 2.5 mm dybt, og møtrikken er mindst 2.0 mm langt.
Forbedring: Hvis det er vanskeligt at modificere formen, kan man overveje at ændre møtrikkens riflemønster til et enkelt skråt BS1-mønster, som vist til højre. Dette øger rifletrinets højde og mængden af plastik, der griber ind i riflingen, hvorved momentet og udtræksmodstanden forbedres.
3) Blink eller revner omkring hullet i plastikbøsningen
Når møtriktypen vist til venstre anvendes, udvider område A1 og A2 sig, efter at møtrikken er indlejret i plastikken, mens område B trækker sig kraftigt sammen. Dette gør det vanskeligt for plastikken at flyde væk, og der kan dannes afskalning i møtrikkens øvre og nedre ende, hvilket påvirker produktets udseende alvorligt.
Forbedring: Brug sektion C som en guide og lokaliseringsfunktion, så møtrikken kan placeres sikkert i plasthullet, hvilket forbedrer effektiviteten og udbyttet. Guidesektionen ved C tillader, at noget plast forskydes fra område A2, mens der er nok plast til område A1. Derudover har A1- og A2-sektionerne skrå rifler med en 90° inkluderet vinkel og 45° hældninger. Deres skæringspunkt danner en stærk knude, der modstår omkredsmoment, hvilket øger momentet og udtræksmodstanden betydeligt.
