1. Mikä on inserttivalu?
Insertti on muoviin, kuten metalliin, lasiin, puuhun, kuituihin, paperiin, kumiin tai valmiiksi muovattuun muovikomponenttiin upotettu kappale. Metalli on yleisin inserttimateriaali. Inserttien muovaus on prosessi, jossa insertti kiinnitetään ensin sopivaan asentoon ruiskuvalumuotin sisällä. Muovi ruiskutetaan sitten muottiin. Kun muotti avautuu, jäähtynyt ja jähmettynyt muovi kapseloi insertin, jolloin syntyy osa, jossa on ominaisuuksia, kuten kierteitä tai elektrodeja.
Muottivalussa muottikappaleet voidaan sijoittaa muottiin kahdella tavalla:
1) Manuaalinen sijoittelu
mikä pidentää merkittävästi ruiskuvalusyklin aikaa ja sopii pienille tuotantoerille tai monimutkaisille rakenteille;
2) Automaattinen sijoittelu
mikä on parempi massatuotantoon, sillä se auttaa vähentämään inhimillisiä virheitä, parantamaan tehokkuutta, lyhentämään sykliaikaa ja lisäämään tuotteen luotettavuutta.
2. Umpilisämuovauksen edut ja haitat 2.1 Umpilisämuovauksen edut
1) Muovin muovattavuuden ja elastisuuden yhdistäminen metallin jäykkyyteen, lujuuteen ja lämmönkestävyyteen mahdollistaa kestävien, monimutkaisten ja integroitujen metalli-muovituotteiden valmistuksen samalla, kun tuotteen kokoa ja painoa pienennetään.
2) Muovin sähköeristyksen ja metallin sähkönjohtavuuden yhdistäminen mahdollistaa muovattujen osien sähkötuotteiden perustoiminnallisten vaatimusten täyttämisen. Ne voivat myös täyttää erityisvaatimukset, kuten magneettinen johtavuus, kulutuskestävyys ja kiinnitys.
3) Metalliosien lisääminen muoviin voi lisätä muoviosan lujuutta.
4) Muottivalu tarjoaa enemmän suunnittelun joustavuutta ja luo uusia mahdollisuuksia muovin, metallin ja muiden komponenttien yhdistämiseen.
5) Se voi poistaa toissijaiset prosessit, kuten lämpökiinnityksen, hitsauksen ja niittaamisen, mikä voi lyhentää kokoonpanoaikaa ja -kustannuksia.
6) Lisäosat eivät rajoitu metalliin; ne voivat sisältää myös kangasta, paperia, johtoja, muovia, lasia, puuta, keloja, sähkökomponentteja ja valettuja muoviosia.
7) Jäykkien valettujen osien ja joustavien kaarevien osien kumitiivistelevyillä osien valaminen yhteen integroiduksi tuotteeksi voi poistaa tiivisterenkaiden järjestämisen monimutkaisen tehtävän ja helpottaa myöhempää automatisoitua kokoonpanoa.
8) Koska sula muovi tarttuu metallisiin insertteihin, metallisten inserttien ympärillä oleva välys voidaan suunnitella pienemmäksi kuin puristussovitusmenetelmissä, mikä parantaa tuotteen luotettavuutta ja lisää tuotteen todennäköisyyttä läpäistä tärinätestit.
9) Sopivilla muovimateriaaleilla ja muovausolosuhteilla voidaan tiivistää ja kiinnittää muoviin myös muodonmuutoksille tai vaurioille alttiita osia, kuten lasia, keloja ja sähkökomponentteja.
10) Sopivalla muotin suunnittelulla insertti voidaan kapseloida kokonaan muoviin.
11) Yhdistämällä pystysuuntaisia ruiskuvalukoneita robotteihin ja inserttien järjestelylaitteisiin useimmat inserttien muovaustoiminnot voidaan automatisoida.
2.2 Muottivalujen haitat
1) Muottiosien sijoittelu tekee usein muotin rakenteesta monimutkaisemman, pidentää muovaussykliä, lisää valmistuskustannuksia ja vaikeuttaa automatisointia.
2) Koska sisäosan ja muovin lämpölaajenemiskertoimet eroavat toisistaan, valmiiseen tuotteeseen voi syntyä jäännösjännitystä, joka aiheuttaa halkeilua. Tämä ongelma on erityisen havaittavissa mutterisisäosia muovattaessa.
3) Sisäosan ja muovin välinen lämpölaajenemisero voi myös aiheuttaa tuotteen vääntymisen tai muodonmuutoksen.
4) Kääntöterät, erityisesti mutterit, on usein esilämmitettävä tai kuivattava jäännösjännityksen vähentämiseksi.
5) Insertit on kiinnitettävä tukevasti muottiin; muuten sulan materiaalin isku voi aiheuttaa niiden siirtymistä tai muodonmuutoksia.
6) Jos inserttien muovauksen aikana ilmenee vikoja – esimerkiksi epätäydellinen muovaus, puuttuvat insertit tai inserttien virheellinen sijoittelu – koko tuote saatetaan joutua romuttamaan, mikä johtaa merkittäviin tappioihin.
7) Muottivalu vaikeuttaa tuotteen kierrätystä ja hävittämistä.
3. Lisämuovauksen sovellukset
Muottivalua käytetään laajalti esimerkiksi autoteollisuudessa, lääketieteessä, elektroniikassa ja liittimissä.
4. Suunnitteluohjeet inserttimuovausta varten
Inserttivalua suunniteltaessa prosessin ominaisuudet on otettava täysin huomioon ja suunnittelun tulee noudattaa valmistussuunnittelun (DFM) periaatteita.
Ohjeet sisältävät:
1) Terämateriaalin valinta. Terämateriaaleina voidaan käyttää kuparia, alumiinia, terästä, kovia, erilaisia muoviosia, keramiikkaa, lasia ja muoveja. Messinkiä käytetään yleisesti, koska se on korroosionkestävää, helposti työstettävää ja kohtuuhintaista.
2) Lisää muoto. Käytä pyöreitä tai aksiaalisymmetrisiä muotoja aina kun mahdollista. Vältä teräviä kulmia ja teräviä kulmia tasaisen kutistumisen edistämiseksi ja paikallisten jännitysten tai jännityskeskittymien estämiseksi.
3) Sovella DFM-periaatteita itse terään. Metalliset terät valmistetaan koneistamalla tai leimaamalla, joten niiden geometrian on oltava valmistusprosessiin sopiva.
▲ Itse insertin DFM-suunnittelu
4) Muottiin sijoittelun ja asemoinnin helpottamiseksi sisäosan ulkonevan osan (muottiin sijoitetun osan) tulee olla sylinterimäinen, koska pyöreitä reikiä on helpompi työstää muottiin.
▲ Sisäkkeen ulkonevan osan suunnittelu
5) Inserttien tulee sisältää tiivistävät olkapäät tai vastaavat ominaisuudet, jotka estävät muovin värjäytymisen ruiskuvalun aikana.
▲ Terän olkapään muotoilu
6) Jotta lämmityselementin alla oleva muovi ei ohene liikaa eikä siihen muodostu aaltoilevia uurteita, jotka vaikuttavat ulkonäköön ja lujuuteen, lämmityselementin pohjan ja muoviseinän välisen vähimmäisetäisyyden T on oltava T > D/6.
▲ Sisäosan ja pohjapinnan välinen etäisyys
Jos etäisyys on liian pieni, voidaan käyttää alla esitettyä mallia.
▲ Tasaisen seinämän paksuuden ylläpitäminen
7) Muottiosan ja tuotteen sivuseinän välinen rako ei saa olla liian pieni, jotta muotti säilyttää riittävän lujuuden.
▲ Sisäosan ja sivuseinän välinen rako
8) Kun sisäosa asetetaan istukkaan, sen tulee ulottua istukan pohjaan asti (säilyttäen pohjan vähimmäispaksuuden) varmistaakseen tukevan sidoksen ja riittävän lujuuden muovirungossa. Pyöristä sisäosan pää.
▲ Lisää uloke
9) Pienet lieriömäiset insertit voidaan ankkuroida muovirunkoon käyttämällä keskellä olevaa uraa tai pinnalla olevaa timanttiurausta. Urituksen tulee olla 1–2 mm syvä.
▲ Pienten lieriömäisten inserttien kiinnittäminen
10) Levy- tai ohutlevymäiset insertit voidaan kiinnittää reikien tai ikkunoiden avulla. Ohuille inserteille (alle 0.5 mm paksut) suositellaan lovia tai taivutusta.
▲ Levyn tai levyn muotoisten inserttien kiinnittäminen
11) Tangon muotoiset insertit voidaan kiinnittää litistämällä, loveamalla, taivuttamalla tai halkaisemalla pää tai litistämällä pyöreän tangon keskiosa.
▲ Tangonmuotoisten inserttien kiinnittäminen (muodonmuutospää)
▲ Putkimaisten inserttien kiinnittäminen (muodonmuutos keskiosassa)
12) Leimattujen putkimaisten inserttien kohdalla voidaan leimauksen aikana muodostaa kohouma pidon parantamiseksi.
▲ Leimattujen putkimaisten inserttien kiinnittäminen (muodonmuutos keskiosassa)
13) Liittimissä liittimien kiinnitysten tiukka kiinnitys muoviin on tuotesuunnittelijoille keskeinen näkökohta. Yleisiä menetelmiä liittimien pitävyyden parantamiseksi ovat:
- Reikien lävistäminen muoviin upotettuun liittimeen
- Päätelaitteen epäsäännöllisen profiilin antaminen
- Liittimen taivuttaminen
- Pinnan karheuden tai kohotettujen/syvennettyjen ominaisuuksien lisääminen terminaaliin
- Muovin seinämän paksuuden lisääminen
▲ Liitinosat, joissa on reikiä, epäsäännöllisiä profiileja ja taivutuksia
5. Mutterilisäkkeiden suunnitteluohjeet
Mutteriholkit ovat yleisimpiä holkkityyppejä. Mutteriholkki ja sitä vastaava muoviholkki on suunniteltava oikein, muuten voi esiintyä laatuongelmia, kuten riittämätöntä vetovoimaa tai holkin halkeilua.
5.1 Kolme mutterien asennusmenetelmää
Muttereiden upottamiseksi muoviosiin on kolme tapaa:
1) Lämpöpanostetut mutterit
Lämpöpinnoitus on yleisin asennusmenetelmä, ja se tehdään yleensä lämpöpinnoituskoneella tai käsikäyttöisellä juottimella.
2) Valetut mutterit
Tämä menetelmä vaatii muoviosan reiän halkaisijan erittäin tarkkaa hallintaa, tyypillisesti 0.05 mm:n tarkkuudella. Mutteri pidetään paikallaan muottitapin avulla ja sijoitetaan ruiskuvalumuottiin, joten reiän halkaisijaa on säädettävä ruiskuvalukoneen tapin koon mukaan.
3) Ultraäänihoito
Ultraäänivärähtely luo kitkaa mutterin ja työkappaleen välille, mikä nostaa rajapinnan lämpötilaa. Kun lämpötila saavuttaa työkappaleen pehmenemislämpötilan, mutteri uppoaa muoviosaan. Kun värähtely loppuu, työkappale jäähtyy ja jähmettyy paineen alaisena. Jokaisella menetelmällä on etuja ja haittoja; tämä artikkeli keskittyy muovattuihin muttereihin.
5.2 Muttereiden ulkogeometria
Muttereiden ulkogeometria on erityisesti suunniteltu luomaan vahva mekaaninen lukitus muovimateriaaleihin. Tärkeimpiä ominaisuuksia ovat tyypillisesti timantti- tai suora uritus vääntömomentin ja vetäytymisvastuksen maksimoimiseksi. Pituussuuntaiset urat tai alaleikkaukset lisätään usein pyörimisen estämiseksi. Pohjassa oleva viistetty ohjain mahdollistaa helpon ja tarkan asettamisen muottiin tai esimuovattuun reikään. Lisäksi ylälaippa tai kaulus rajoittaa asennussyvyyttä ja tarjoaa aksiaalista tukea. Joissakin malleissa on tiivistysrengas, joka estää sulan muovin valumisen kierteisiin. Yhdessä nämä geometriset ominaisuudet takaavat erittäin luotettavan ja kestävän liitoksen.
5.3 Esimerkkejä pistomutterin eritelmistä
5.4 Muovisen laakerin muotoilu ja mutterin valinta
1) Mutterin ja muoviosan perusmitat
- Mitta d on mutterin pohja, jota kutsutaan myös ohjaus-/kohdistusosaksi. Ennen asennusta se sopii muoviosan C-osaan. Siksi mutterin pohjassa olevan mitan d tulisi olla pienempi kuin muoviosan sisäreiän halkaisija C asemoinnin helpottamiseksi.
- Mitta D on mutterin ulkohalkaisija ja vastaa muoviosan sisäreiän halkaisijaa C. Matkapuhelinmuttereissa muovireiän halkaisija on yleensä noin 0.25–0.3 mm pienempi kuin mutterin ulkohalkaisija.
- Mitta L on mutterin pituus ja vastaa muoviosan reiän syvyyttä Y. Muovireikä on yleensä suunniteltu 0.5–1.0 mm mutterin pituutta syvemmälle, jotta ylimääräiselle muoville jää tilaa.
- W on reiän ympärillä olevan muoviseinämän paksuus. Muovipultin seinämän paksuus on yleensä vähintään 0.8–1.0 mm. Suuremmat mutterit vaativat paksummat seinämät. Katso alla oleva parametritaulukko.
| Kierre | Ulkohalkaisija D | Pituus L | Muovinen pomoaukko | Muoviseinän paksuus W | |
| Halkaisija C | Syvyys 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 Yleiset ongelmat ja ratkaisut
1) Muoviosan reiän oikea koko on ratkaisevan tärkeää. Jos reikä on liian suuri, muovi ei tartu kunnolla mutteriin upottamisen jälkeen, mikä johtaa riittämättömään vääntömomenttiin ja vetolujuuteen. Jos reikä on liian pieni, voi esiintyä halkeilua tai värjäytymistä.
2) Jos mutterin ja muovin mitat ovat oikeat, mutta ongelmia esiintyy edelleen, harkitse suunnittelun parantamista.
Koska muovinen kohouma on matala, kaksoisvinoa pyällettyä mutteria käytettäessä pyälletty osa voi olla lyhyt. Kun muovi on upotettu, pyällettyyn osaan tarttuu liian vähän muovia, mikä johtaa riittämättömään vääntömomenttiin ja vetäytymisvastukseen. Siksi on yleisesti suositeltavaa, että muovisen kohouman reiän syvyys on vähintään 2.5 mm ja mutterin pituus vähintään 2.0 mm.
Parannus: Jos muotin muokkaaminen on vaikeaa, harkitse mutterin urituskuvion muuttamista yksivinoon BS1-kuvioon, kuten oikealla on esitetty. Tämä lisää uritusaskeleen korkeutta ja uritukseen tarttuvan muovin määrää, mikä parantaa vääntömomenttia ja vetolujuutta.
3) Vilkkumaa tai halkeamia muoviosan reiän ympärillä
Kun käytetään vasemmalla näkyvää mutterityyppiä, alueet A1 ja A2 laajenevat, kun mutteri upotetaan muoviin, kun taas alue B supistuu jyrkästi. Tämä vaikeuttaa muovin valumista pois, ja mutterin ylä- ja alapäähän voi muodostua kohoumaa, joka vaikuttaa merkittävästi tuotteen ulkonäköön.
Parannus: Käytä osiota C ohjaimena ja paikannusominaisuudena, jotta mutteri voidaan asettaa tukevasti muovireikään, mikä parantaa tehokkuutta ja saantoa. C:n ohjainosa sallii osan muovin siirtymisen alueelta A2 ja jättää samalla riittävästi muovia alueelle A1. Lisäksi osioissa A1 ja A2 on viistot uritukset, joissa on 90° kulma ja 45° kaltevuus. Niiden leikkauspiste muodostaa vahvan solmukohdan, joka vastustaa kehämäistä vääntömomenttia, mikä lisää huomattavasti vääntömomenttia ja vetolujuutta.
