1. ¿Qué es el moldeo por inserción?
Un inserto es un elemento incrustado en plástico, como metal, vidrio, madera, fibras, papel, caucho o un componente de plástico premoldeado. El metal es el material más común para los insertos. El moldeo por inserción es un proceso en el que primero se fija un inserto en la posición adecuada dentro de un molde de inyección. Luego se inyecta el plástico en el molde. Una vez abierto el molde, el plástico enfriado y solidificado encapsula el inserto, produciendo una pieza con características como roscas o electrodos.
En el moldeo por inserción, los insertos se pueden colocar en el molde de dos maneras:
1) Colocación manual
lo que aumenta significativamente el tiempo del ciclo de moldeo por inyección y es adecuado para series de producción pequeñas o productos con estructuras complejas;
2) Colocación automatizada
lo cual es mejor para la producción en masa, ya que ayuda a reducir el error humano, mejora la eficiencia, acorta el tiempo de ciclo y aumenta la fiabilidad del producto.
2. Ventajas y desventajas del moldeo por inserción 2.1 Ventajas del moldeo por inserción
1) La combinación de la moldeabilidad y elasticidad del plástico con la rigidez, resistencia y resistencia al calor del metal permite fabricar productos metal-plástico robustos, complejos e integrados, al tiempo que se reduce el tamaño y el peso del producto.
2) La combinación del aislamiento eléctrico del plástico con la conductividad eléctrica del metal permite que las piezas moldeadas cumplan con los requisitos funcionales básicos de los productos eléctricos. Además, puede satisfacer requisitos especiales como la conductividad magnética, la resistencia al desgaste y la fijación.
3) Agregar inserciones de metal al plástico puede aumentar la resistencia de la pieza de plástico.
4) El moldeo por inserción proporciona una mayor flexibilidad de diseño y crea nuevas posibilidades para combinar plástico, metal y otros componentes.
5) Puede eliminar procesos secundarios como el termofijado, la soldadura y el remachado, lo que podría reducir el tiempo y el coste de montaje.
6) Los insertos no se limitan al metal; también pueden incluir tela, papel, cables, plástico, vidrio, madera, bobinas, componentes eléctricos y piezas de plástico moldeado.
7) Para piezas moldeadas rígidas y piezas curvas flexibles sobre láminas de sellado de caucho, el moldeo conjunto de las piezas en un producto integrado puede eliminar la complicada tarea de colocar anillos de sellado y facilitar el posterior ensamblaje automatizado.
8) Debido a que el plástico fundido se adhiere a los insertos metálicos, el espacio libre alrededor de estos insertos puede diseñarse para que sea menor que con los métodos de ajuste a presión, lo que mejora la fiabilidad del producto y aumenta la probabilidad de que supere las pruebas de vibración.
9) Con los materiales plásticos y las condiciones de moldeo adecuados, incluso las piezas propensas a deformarse o dañarse, como el vidrio, las bobinas y los componentes eléctricos, pueden sellarse y fijarse en plástico.
10) Con un diseño de molde adecuado, un inserto puede quedar completamente encapsulado en plástico.
11) Al combinar máquinas de moldeo por inyección vertical con robots y dispositivos de colocación de insertos, la mayoría de las operaciones de moldeo por inserción pueden automatizarse.
2.2 Desventajas del moldeo por inserción
1) La colocación de los insertos suele hacer que la estructura del molde sea más compleja, alarga el ciclo de moldeo, aumenta los costes de fabricación y dificulta la automatización.
2) Debido a que los coeficientes de dilatación térmica del inserto y del plástico son diferentes, pueden generarse tensiones residuales en el producto final y provocar grietas. Este problema se observa especialmente al moldear insertos para tuercas.
3) La diferencia en la dilatación térmica entre el inserto y el plástico también puede provocar que el producto se deforme o se tuerza.
4) Los insertos, especialmente los insertos de tuerca, a menudo necesitan ser precalentados o secados para reducir la tensión residual.
5) Los insertos deben estar fijados de forma segura en el molde; de lo contrario, el impacto del material fundido puede provocar que se desplacen o se deformen.
6) Si se producen defectos durante el moldeo por inserción (por ejemplo, moldeo incompleto, inserción faltante o posicionamiento incorrecto de la inserción), es posible que sea necesario desechar todo el producto, lo que ocasionará pérdidas significativas.
7) El moldeo por inserción dificulta el reciclaje y la eliminación del producto.
3. Aplicaciones del moldeo por inserción
El moldeo por inserción se utiliza ampliamente en industrias como la automotriz, la médica, la electrónica y la de conectores.
4. Directrices de diseño para el moldeo por inserción
Al diseñar para el moldeo por inserción, se deben considerar plenamente las características del proceso y el diseño debe seguir los principios de Diseño para la Fabricación (DFM, por sus siglas en inglés).
Las pautas incluyen:
1) Selección del material de inserción. Se pueden utilizar cobre, aluminio, acero, plásticos duros de materiales diferentes, cerámica, vidrio y otros plásticos como materiales de inserción. El latón se usa comúnmente debido a su resistencia a la corrosión, facilidad de mecanizado y precio moderado.
2) Inserte la forma. Utilice formas circulares o axialmente simétricas siempre que sea posible. Evite las esquinas puntiagudas y los ángulos agudos para favorecer una contracción uniforme y prevenir la concentración de tensiones localizadas.
3) Aplique los principios de DFM al propio inserto. Los insertos metálicos se fabrican mediante mecanizado o estampado, por lo que su geometría debe ser adecuada para el proceso de fabricación.
▲ Diseño DFM del propio inserto
4) Para facilitar la colocación y el posicionamiento en el molde, la parte del inserto que sobresale (la parte ubicada en el molde) debe ser cilíndrica, ya que los agujeros redondos son más fáciles de mecanizar en el molde.
▲ Diseño de la parte sobresaliente del inserto
5) Los insertos deben incluir hombros de sellado o características similares para evitar que el plástico rebote durante el moldeo por inyección.
▲ Diseño del hombro de inserción
6) Para evitar que el plástico debajo del inserto se vuelva demasiado delgado y desarrolle marcas de hundimiento onduladas que afecten la apariencia y la resistencia, la distancia mínima T desde la parte inferior del inserto hasta la pared de plástico debe ser T > D/6.
▲ Distancia entre el inserto y la superficie inferior
Si la distancia es demasiado pequeña, se puede utilizar el diseño que se muestra a continuación.
▲ Mantener un espesor de pared uniforme
7) La holgura entre el inserto y la pared lateral del producto no debe ser demasiado pequeña, para que el molde conserve la resistencia suficiente.
▲ Espacio libre entre el inserto y la pared lateral
8) Cuando se coloca un inserto en un saliente, este debe extenderse hasta el fondo del mismo (manteniendo el espesor mínimo del fondo) para asegurar una unión firme y una resistencia suficiente en el cuerpo de plástico. Redondee la cabeza del inserto.
▲ Insertar en un jefe
9) Se pueden anclar pequeños insertos cilíndricos en el cuerpo de plástico mediante una ranura central o un moleteado en forma de diamante en la superficie. Las ranuras del moleteado deben tener una profundidad de 1 a 2 mm.
▲ Sujeción de pequeños insertos cilíndricos
10) Los insertos en forma de placa o lámina se pueden fijar mediante orificios o ventanas. Para insertos delgados (de menos de 0.5 mm de espesor), se recomienda hacer muescas o doblarlos.
▲ Fijación de insertos en forma de placa o lámina
11) Los insertos en forma de varilla se pueden asegurar aplanando, haciendo muescas, doblando o dividiendo el extremo, o aplanando la sección central de una varilla redonda.
▲ Fijación de insertos en forma de varilla (extremo deformado)
▲ Fijación de los insertos tubulares (sección central deformada)
12) En el caso de los insertos tubulares estampados, se puede formar una protuberancia elevada durante el estampado para mejorar la retención.
▲ Fijación de insertos tubulares estampados (sección central deformada)
13) En los conectores, asegurar que los insertos de los terminales estén firmemente anclados en el plástico es una consideración clave para los ingenieros de diseño de productos. Los métodos comunes para mejorar considerablemente la retención de los terminales incluyen:
- Perforar agujeros en el terminal incrustado en el plástico.
- Dándole al terminal un perfil irregular
- Doblar el terminal
- Agregar rugosidad superficial o características elevadas/hundidas al terminal.
- Aumentar el espesor de la pared de plástico
▲ Insertos terminales con agujeros, perfiles irregulares y dobleces
5. Directrices de diseño para insertos de tuercas
Los insertos para tuercas son uno de los tipos de insertos más comunes. El inserto y su correspondiente soporte de plástico deben diseñarse correctamente; de lo contrario, pueden surgir problemas de calidad, como una fuerza de extracción insuficiente o el agrietamiento del soporte.
5.1 Tres métodos para instalar tuercas
Existen tres métodos para incrustar tuercas en piezas de plástico:
1) Nueces termofijadas
La fijación mediante calor es el método de instalación más común y generalmente se realiza utilizando una máquina de fijación por calor o un soldador manual.
2) Tuercas moldeadas por inserción
Este método requiere un control muy preciso del diámetro del orificio en el saliente de plástico, generalmente con una tolerancia de 0.05 mm. La tuerca se sujeta mediante un pasador de moldeo y se coloca en el molde de inyección, por lo que el diámetro del orificio debe controlarse según el tamaño del pasador en la máquina de moldeo por inyección.
3) Inserción ultrasónica
La vibración ultrasónica genera fricción entre la tuerca y la pieza de trabajo, elevando la temperatura en la interfaz. Cuando la temperatura alcanza el punto de reblandecimiento de la pieza, la tuerca queda incrustada en la pieza de plástico. Una vez que cesa la vibración, la pieza se enfría y solidifica bajo presión. Cada método tiene sus ventajas y desventajas; este artículo se centra en las tuercas moldeadas por inserción.
5.2 Geometría externa de las tuercas de inserción
La geometría externa de las tuercas de inserción está diseñada específicamente para crear un fuerte enclavamiento mecánico con materiales plásticos. Sus características principales suelen incluir moleteado en forma de diamante o recto para maximizar la resistencia a la torsión y a la extracción. A menudo se añaden ranuras longitudinales o rebajes para evitar la rotación. Una guía biselada en la parte inferior permite una colocación fácil y precisa en el molde o en el orificio preformado. Además, una brida o collar superior limita la profundidad de inserción y proporciona soporte axial. Algunos diseños incorporan un anillo de sellado para evitar que el plástico fundido se desborde hacia las roscas. En conjunto, estas características geométricas garantizan una conexión altamente fiable y duradera.
5.3 Ejemplos de especificaciones de tuercas de inserción
5.4 Diseño del soporte de plástico y selección de tuercas
1) Dimensiones básicas de la tuerca y el saliente de plástico
- La dimensión d corresponde a la base de la tuerca, también llamada sección guía/de posicionamiento. Antes de la inserción, encaja con la sección C del saliente de plástico. Por lo tanto, la dimensión d en la base de la tuerca debe ser menor que el diámetro del orificio interior C del saliente de plástico para facilitar su posicionamiento.
- La dimensión D es el diámetro exterior de la tuerca y corresponde al diámetro interior del orificio C del saliente de plástico. En el caso de las tuercas para teléfonos móviles, el diámetro del orificio de plástico suele ser entre 0.25 y 0.3 mm menor que el diámetro exterior de la tuerca.
- La dimensión L es la longitud de la tuerca y corresponde a la profundidad del orificio Y en el saliente de plástico. El orificio de plástico suele diseñarse entre 0.5 y 1.0 mm más profundo que la longitud de la tuerca para dejar espacio para el exceso de plástico.
- W es el espesor de la pared de plástico alrededor del orificio. El espesor de la pared de un saliente de plástico suele ser de al menos 0.8–1.0 mm. Las tuercas más grandes requieren paredes más gruesas. Consulte la tabla de parámetros a continuación.
| Hilo | Diámetro exterior D | Longitud L | Agujero de jefe de plástico | Espesor de pared de plástico W | |
| Diámetro C | Profundidad 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 Problemas comunes y soluciones
1) El tamaño correcto del orificio en el soporte de plástico es fundamental. Si el orificio es demasiado grande, el plástico no se ajustará adecuadamente a la tuerca tras su inserción, lo que provocará un par de apriete y una resistencia a la extracción insuficientes. Si el orificio es demasiado pequeño, pueden producirse rebabas o grietas.
2) Si las dimensiones de la tuerca y del plástico son correctas, pero persisten los problemas, considere mejorar el diseño.
Debido a la poca profundidad del alojamiento de plástico, el uso de una tuerca con moleteado doble oblicuo puede resultar en una sección moleteada corta tras ajustar las dimensiones de la tuerca. Una vez insertada, el plástico entra en contacto con el moleteado de forma insuficiente, lo que provoca un par de apriete y una resistencia a la extracción inadecuados. Por lo tanto, se recomienda que el orificio del alojamiento de plástico tenga al menos 2.5 mm de profundidad y que la tuerca tenga al menos 2.0 mm de longitud.
Mejora: Si modificar el molde resulta complicado, considere cambiar el patrón de moleteado de la tuerca a un patrón BS1 oblicuo simple, como se muestra a la derecha. Esto aumenta la altura del escalón del moleteado y la cantidad de plástico que entra en contacto con él, mejorando así el par de apriete y la resistencia a la extracción.
3) Rebabas o grietas alrededor del orificio en el saliente de plástico.
Cuando se utiliza el tipo de tuerca que se muestra a la izquierda, las áreas A1 y A2 se expanden después de que la tuerca se incrusta en el plástico, mientras que el área B se contrae bruscamente. Esto dificulta que el plástico se distribuya correctamente y puede generar rebabas en los extremos superior e inferior de la tuerca, lo que afecta seriamente la apariencia del producto.
Mejora: Utilice la sección C como guía y elemento de posicionamiento para que la tuerca se coloque de forma segura en el orificio de plástico, mejorando así la eficiencia y el rendimiento. La sección guía en C permite desplazar parte del plástico del área A2, dejando suficiente para el área A1. Además, las secciones A1 y A2 presentan moleteados oblicuos con un ángulo incluido de 90° y pendientes de 45°. Su intersección forma un nodo robusto que resiste el par circunferencial, aumentando considerablemente la resistencia al par y a la extracción.
