1. Qu'est-ce que le moulage par insertion ?
Un insert est un élément intégré dans une pièce en plastique, comme du métal, du verre, du bois, des fibres, du papier, du caoutchouc ou une pièce pré-moulée. Le métal est le matériau le plus courant pour les inserts. Le surmoulage est un procédé dans lequel un insert est d'abord positionné à l'endroit voulu dans un moule d'injection. Le plastique est ensuite injecté dans le moule. Après l'ouverture du moule, le plastique refroidi et solidifié encapsule l'insert, produisant une pièce comportant des éléments tels que des filetages ou des électrodes.
En surmoulage, les inserts peuvent être placés dans le moule de deux manières :
1) Placement manuel
ce qui augmente considérablement le temps de cycle du moulage par injection et convient aux petites séries de production ou aux produits aux structures complexes ;
2) Placement automatisé
ce qui est préférable pour la production de masse, car cela contribue à réduire les erreurs humaines, à améliorer l'efficacité, à raccourcir le temps de cycle et à accroître la fiabilité du produit.
2. Avantages et inconvénients du surmoulage 2.1 Avantages du surmoulage
1) La combinaison de la moulabilité et de l'élasticité du plastique avec la rigidité, la résistance et la résistance à la chaleur du métal permet de fabriquer des produits métal-plastique robustes, complexes et intégrés tout en réduisant la taille et le poids du produit.
2) L'association de l'isolation électrique du plastique et de la conductivité électrique du métal permet aux pièces moulées de répondre aux exigences fonctionnelles de base des produits électriques. Elles peuvent également satisfaire à des exigences spécifiques telles que la conductivité magnétique, la résistance à l'usure et la fixation.
3) L'ajout d'inserts métalliques au plastique peut augmenter la résistance de la pièce en plastique.
4) Le surmoulage offre une plus grande flexibilité de conception et crée de nouvelles possibilités de combinaison de plastique, de métal et d'autres composants.
5) Il peut éliminer les processus secondaires tels que le sertissage à chaud, le soudage et le rivetage, réduisant potentiellement le temps et le coût d'assemblage.
6) Les inserts ne sont pas limités au métal ; ils peuvent également inclure du tissu, du papier, des fils, du plastique, du verre, du bois, des bobines, des composants électriques et des pièces en plastique moulé.
7) Pour les pièces moulées rigides et les pièces courbes flexibles sur des feuilles d'étanchéité en caoutchouc, le moulage des pièces ensemble dans un produit intégré peut éliminer la tâche compliquée d'agencer les anneaux d'étanchéité et faciliter l'assemblage automatisé ultérieur.
8) Parce que le plastique fondu se lie aux inserts métalliques, le jeu autour des inserts métalliques peut être conçu plus petit qu'avec les méthodes d'ajustement par pression, améliorant ainsi la fiabilité du produit et augmentant les chances que celui-ci réussisse les tests de vibration.
9) Avec des matériaux plastiques et des conditions de moulage appropriés, même les pièces sujettes à la déformation ou aux dommages, telles que le verre, les bobines et les composants électriques, peuvent être scellées et fixées dans du plastique.
10) Avec une conception de moule appropriée, un insert peut être complètement encapsulé dans du plastique.
11) En combinant des machines de moulage par injection verticale avec des robots et des dispositifs d'agencement d'inserts, la plupart des opérations de moulage par insertion peuvent être automatisées.
2.2 Inconvénients du surmoulage
1) Le placement des inserts rend souvent la structure du moule plus complexe, allonge le cycle de moulage, augmente les coûts de fabrication et rend l'automatisation plus difficile.
2) Les coefficients de dilatation thermique de l'insert et du plastique étant différents, des contraintes résiduelles peuvent apparaître dans le produit fini et provoquer des fissures. Ce problème est particulièrement visible lors du moulage d'inserts pour écrous.
3) La différence de dilatation thermique entre l'insert et le plastique peut également entraîner une déformation du produit.
4) Les inserts, en particulier les inserts d'écrou, doivent souvent être préchauffés ou séchés pour réduire les contraintes résiduelles.
5) Les inserts doivent être solidement fixés dans le moule ; sinon, l'impact du matériau fondu peut les faire bouger ou les déformer.
6) Si des défauts surviennent lors du surmoulage (par exemple, surmoulage incomplet, surmoulage manquant ou sur positionnement incorrect du surmoulage), le produit entier peut devoir être mis au rebut, ce qui entraîne des pertes importantes.
7) Le surmoulage rend le recyclage et l'élimination des produits plus difficiles.
3. Applications du surmoulage
Le surmoulage est largement utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, le médical, l'électronique et les connecteurs.
4. Directives de conception pour le surmoulage
Lors de la conception pour le surmoulage, les caractéristiques du processus doivent être pleinement prises en compte et la conception doit suivre les principes de la conception pour la fabrication (DFM).
Les directives comprennent:
1) Choix du matériau d'insertion. Le cuivre, l'aluminium, l'acier, les pièces en plastique dur de composition différente, la céramique, le verre et les plastiques peuvent tous être utilisés comme matériaux d'insertion. Le laiton est couramment utilisé car il est résistant à la corrosion, facile à usiner et d'un prix abordable.
2) Insérer la forme. Utiliser autant que possible des formes circulaires ou à symétrie axiale. Éviter les angles vifs et les angles aigus afin de favoriser un retrait uniforme et de prévenir les contraintes locales ou les concentrations de contraintes.
3) Appliquer les principes de conception pour la fabrication (DFM) à l'insert lui-même. Les inserts métalliques sont fabriqués par usinage ou estampage ; leur géométrie doit donc être adaptée au processus de fabrication.
▲ Conception DFM de l'insert lui-même
4) Pour faciliter le placement et le positionnement dans le moule, la partie de l'insert qui fait saillie (la partie située dans le moule) doit être cylindrique, car les trous ronds sont plus faciles à usiner dans le moule.
▲ Conception de la partie saillante de l'insert
5) Les inserts doivent comporter des épaulements d'étanchéité ou des caractéristiques similaires pour empêcher le plastique de s'échapper pendant le moulage par injection.
▲ Conception de l'épaulette d'insertion
6) Pour éviter que le plastique sous l'insert ne devienne trop mince et ne développe des marques de retrait ondulées qui affectent l'apparence et la résistance, la distance minimale T du fond de l'insert à la paroi en plastique doit être T > D/6.
▲ Distance entre l'insert et la surface inférieure
Si la distance est trop petite, le modèle présenté ci-dessous peut être utilisé.
▲ Maintenir une épaisseur de paroi uniforme
7) Le jeu entre l'insert et la paroi latérale du produit ne doit pas être trop petit, afin que le moule conserve une résistance suffisante.
▲ Dégagement entre l'insert et la paroi latérale
8) Lors de la mise en place d'un insert dans un bossage, celui-ci doit s'étendre jusqu'au fond du bossage (tout en respectant l'épaisseur minimale requise) afin de garantir une fixation solide et une résistance suffisante du corps en plastique. Arrondir la tête de l'insert.
▲ Insérer dans un boss
9) Les petits inserts cylindriques peuvent être fixés dans le corps en plastique à l'aide d'une fente centrale ou d'un moletage en losange en surface. La profondeur des rainures de moletage doit être de 1 à 2 mm.
▲ Fixation de petits inserts cylindriques
10) Les inserts en forme de plaque ou de feuille peuvent être fixés à l'aide de trous ou de fenêtres. Pour les inserts minces (moins de 0.5 mm d'épaisseur), il est recommandé d'utiliser des encoches ou de les plier.
▲ Fixation des inserts en forme de plaque ou de feuille
11) Les inserts en forme de tige peuvent être fixés en aplatissant, en entaillant, en pliant ou en fendant l'extrémité, ou en aplatissant la partie centrale d'une tige ronde.
▲ Fixation des inserts en forme de tige (extrémité déformée)
▲ Fixation des inserts tubulaires (section centrale déformée)
12) Pour les inserts tubulaires estampés, un renflement surélevé peut être formé pendant l'estampage pour améliorer la rétention.
▲ Fixation des inserts tubulaires estampés (section centrale déformée)
13) Dans les connecteurs, il est essentiel pour les ingénieurs concepteurs de s'assurer que les inserts des bornes sont solidement ancrés dans le plastique. Voici quelques méthodes courantes pour améliorer considérablement la rétention des bornes :
- Perforer des trous dans le terminal intégré dans le plastique
- Donner au terminal un profil irrégulier
- Plier le terminal
- Ajout d'une rugosité de surface ou de caractéristiques en relief/en creux au terminal
- Augmenter l'épaisseur de la paroi en plastique
▲ Inserts terminaux avec trous, profils irréguliers et coudes
5. Directives de conception pour les inserts à écrou
Les inserts à écrou sont parmi les types d'inserts les plus courants. L'insert à écrou et son bossage en plastique correspondant doivent être correctement conçus ; sinon, des problèmes de qualité tels qu'une force d'arrachement insuffisante ou une fissuration du bossage peuvent survenir.
5.1 Trois méthodes d'installation des écrous
Il existe trois méthodes pour incorporer des écrous dans des pièces en plastique :
1) Noix serties à chaud
Le sertissage à chaud est la méthode d'installation la plus courante et se fait généralement à l'aide d'une machine à sertir à chaud ou d'un fer à souder manuel.
2) Écrous moulés par insertion
Cette méthode exige un contrôle très précis du diamètre du trou dans le bossage en plastique, généralement à 0.05 mm près. L'écrou est maintenu en place par une broche de moulage et positionné dans le moule d'injection ; le diamètre du trou doit donc être adapté à la taille de la broche sur la presse à injecter.
3) Insertion ultrasonique
Les vibrations ultrasoniques créent une friction entre l'écrou et la pièce, ce qui élève la température à l'interface. Lorsque la température atteint le point de ramollissement de la pièce, l'écrou est enrobé dans la pièce en plastique. Une fois les vibrations arrêtées, la pièce refroidit et se solidifie sous pression. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients ; cet article se concentre sur les écrous surmoulés.
5.2 Géométrie externe des écrous à insérer
La géométrie externe des écrous à sertir est spécifiquement conçue pour assurer un verrouillage mécanique robuste avec les matières plastiques. Les caractéristiques clés comprennent généralement un moletage en losange ou droit afin d'optimiser la résistance au couple et à l'arrachement. Des rainures longitudinales ou des contre-dépouilles sont souvent ajoutées pour empêcher la rotation. Un guide chanfreiné à la base facilite un positionnement précis dans le moule ou le trou pré-moulé. De plus, une bride ou un collier supérieur limite la profondeur d'insertion et assure un support axial. Certains modèles comportent une bague d'étanchéité pour empêcher le plastique fondu de s'infiltrer dans le filetage. L'ensemble de ces caractéristiques géométriques garantit une connexion extrêmement fiable et durable.
5.3 Exemples de spécifications d'écrous à insérer
5.4 Conception du bossage en plastique et sélection de l'écrou
1) Dimensions de base de l'écrou et du bossage en plastique
- La dimension d correspond à la base de l'écrou, également appelée zone de guidage/positionnement. Avant insertion, elle s'emboîte dans la partie C du bossage en plastique. Par conséquent, la dimension d à la base de l'écrou doit être inférieure au diamètre intérieur C du bossage en plastique afin de faciliter son positionnement.
- La dimension D correspond au diamètre extérieur de l'écrou et au diamètre intérieur C du trou de la pièce en plastique. Pour les écrous de téléphone portable, le diamètre du trou est généralement inférieur de 0.25 à 0.3 mm au diamètre extérieur de l'écrou.
- La dimension L correspond à la longueur de l'écrou et à la profondeur Y du trou dans le bossage en plastique. Ce trou est généralement conçu avec une profondeur de 0.5 à 1.0 mm supérieure à la longueur de l'écrou afin de compenser l'excédent de plastique.
- W représente l'épaisseur de la paroi en plastique autour du trou. L'épaisseur de la paroi d'un bossage en plastique est généralement d'au moins 0.8 à 1.0 mm. Les écrous de plus grande taille nécessitent des parois plus épaisses. Voir le tableau des paramètres ci-dessous.
| Fil à coudre | Diamètre extérieur D | Longueur l | Trou de bossage en plastique | Épaisseur de paroi en plastique W | |
| Diamètre C | Profondeur 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 Problèmes courants et solutions
1) Le dimensionnement correct du trou dans le bossage en plastique est essentiel. Si le trou est trop grand, le plastique ne s'engagera pas correctement dans l'écrou après son insertion, ce qui entraînera un couple insuffisant et une faible résistance à l'arrachement. Si le trou est trop petit, des bavures ou des fissures peuvent apparaître.
2) Si les dimensions de l'écrou et les dimensions du plastique sont correctes mais que les problèmes persistent, envisagez d'améliorer la conception.
Du fait de la faible profondeur du bossage en plastique, l'utilisation d'un écrou à double moletage oblique peut entraîner une section moletée trop courte après le dimensionnement de l'écrou. Une fois engagé, le plastique n'est pas suffisamment en contact avec le moletage, ce qui engendre un couple et une résistance à l'arrachement insuffisants. Il est donc généralement recommandé que le trou du bossage en plastique ait une profondeur minimale de 2.5 mm et que l'écrou ait une longueur minimale de 2.0 mm.
Amélioration : Si la modification du moule s’avère difficile, envisagez de remplacer le moletage de l’écrou par un moletage oblique simple BS1, comme illustré à droite. Cela augmente la hauteur des crans et la surface de plastique en contact avec le moletage, améliorant ainsi le couple et la résistance à l’arrachement.
3) Bavures ou fissures autour du trou dans le bossage en plastique
Lorsque l'écrou illustré à gauche est utilisé, les zones A1 et A2 se dilatent après son insertion dans le plastique, tandis que la zone B se contracte fortement. Le plastique a alors du mal à s'écouler et des bavures peuvent se former aux extrémités de l'écrou, altérant considérablement l'aspect du produit.
Amélioration : Utiliser la section C comme guide et repère de positionnement pour un placement précis de l’écrou dans l’alésage en plastique, améliorant ainsi l’efficacité et le rendement. Le guide en C permet de déplacer une partie du plastique de la zone A2 tout en conservant suffisamment de matière pour la zone A1. De plus, les sections A1 et A2 présentent des moletages obliques avec un angle de 90° et une pente de 45°. Leur intersection forme un nœud robuste qui résiste au couple circonférentiel, augmentant considérablement le couple et la résistance à l’arrachement.
