1. इंसर्ट मोल्डिंग क्या है?
इंसर्ट एक ऐसी वस्तु है जिसे प्लास्टिक में जड़ा जाता है, जैसे धातु, कांच, लकड़ी, रेशे, कागज, रबर या पहले से ढाला हुआ प्लास्टिक का पुर्जा। धातु सबसे आम इंसर्ट सामग्री है। इंसर्ट मोल्डिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें सबसे पहले एक इंसर्ट को इंजेक्शन मोल्ड के अंदर उचित स्थान पर स्थापित किया जाता है। फिर मोल्ड में प्लास्टिक इंजेक्ट किया जाता है। मोल्ड खुलने के बाद, ठंडा और ठोस हुआ प्लास्टिक इंसर्ट को घेर लेता है, जिससे धागे या इलेक्ट्रोड जैसी विशेषताओं वाला एक पुर्जा तैयार हो जाता है।
इंसर्ट मोल्डिंग में, इंसर्ट को मोल्ड में दो तरीकों से रखा जा सकता है:
1) मैन्युअल प्लेसमेंट
जिससे इंजेक्शन मोल्डिंग चक्र का समय काफी बढ़ जाता है और यह छोटे उत्पादन बैचों या जटिल संरचना वाले उत्पादों के लिए उपयुक्त है;
2) स्वचालित प्लेसमेंट
जो कि बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बेहतर है, जिससे मानवीय त्रुटियों को कम करने, दक्षता में सुधार करने, चक्र समय को कम करने और उत्पाद की विश्वसनीयता बढ़ाने में मदद मिलती है।
2. इंसर्ट मोल्डिंग के फायदे और नुकसान 2.1 इंसर्ट मोल्डिंग के फायदे
1) प्लास्टिक की ढलाई क्षमता और लोच को धातु की कठोरता, मजबूती और ताप प्रतिरोध के साथ मिलाकर मजबूत, जटिल, एकीकृत धातु-प्लास्टिक उत्पादों का निर्माण करना संभव है, साथ ही उत्पाद के आकार और वजन को भी कम किया जा सकता है।
2) प्लास्टिक के विद्युत इन्सुलेशन और धातु की विद्युत चालकता के संयोजन से ढाले गए पुर्जे विद्युत उत्पादों की मूलभूत कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। साथ ही, ये चुंबकीय चालकता, घिसाव प्रतिरोध और मजबूती जैसी विशेष आवश्यकताओं को भी पूरा कर सकते हैं।
3) प्लास्टिक में धातु के टुकड़े जोड़ने से प्लास्टिक के हिस्से की मजबूती बढ़ सकती है।
4) इंसर्ट मोल्डिंग अधिक डिजाइन लचीलापन प्रदान करती है और प्लास्टिक, धातु और अन्य घटकों को संयोजित करने के लिए नई संभावनाएं पैदा करती है।
5) यह हीट स्टेकिंग, वेल्डिंग और रिवेटिंग जैसी द्वितीयक प्रक्रियाओं को समाप्त कर सकता है, जिससे असेंबली का समय और लागत संभावित रूप से कम हो सकती है।
6) इंसर्ट केवल धातु तक ही सीमित नहीं हैं; इनमें कपड़े, कागज, तार, प्लास्टिक, कांच, लकड़ी, कॉइल, विद्युत घटक और ढाले हुए प्लास्टिक के हिस्से भी शामिल हो सकते हैं।
7) रबर सीलिंग शीट पर कठोर ढाले गए भागों और लचीले घुमावदार भागों के लिए, भागों को एक एकीकृत उत्पाद में एक साथ ढालने से सीलिंग रिंगों को व्यवस्थित करने का जटिल कार्य समाप्त हो सकता है और बाद में स्वचालित असेंबली आसान हो सकती है।
8) चूंकि पिघला हुआ प्लास्टिक धातु के इंसर्ट के साथ बंधता है, इसलिए धातु के इंसर्ट के आसपास की क्लीयरेंस को प्रेस-फिट विधियों की तुलना में छोटा डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे उत्पाद की विश्वसनीयता में सुधार होता है और उत्पाद के कंपन परीक्षण पास करने की संभावना बढ़ जाती है।
9) उपयुक्त प्लास्टिक सामग्री और मोल्डिंग स्थितियों के साथ, कांच, कॉइल और विद्युत घटकों जैसे विरूपण या क्षति के प्रति संवेदनशील भागों को भी प्लास्टिक में सील और सुरक्षित किया जा सकता है।
10) उपयुक्त मोल्ड डिजाइन के साथ, एक इंसर्ट को प्लास्टिक में पूरी तरह से एनकैप्सुलेट किया जा सकता है।
11) रोबोट और इंसर्ट-अरेंजिंग डिवाइस के साथ वर्टिकल इंजेक्शन मोल्डिंग मशीनों को मिलाकर, अधिकांश इंसर्ट-मोल्डिंग ऑपरेशन को स्वचालित किया जा सकता है।
2.2 इंसर्ट मोल्डिंग के नुकसान
1) इंसर्ट प्लेसमेंट अक्सर मोल्ड संरचना को अधिक जटिल बना देता है, मोल्डिंग चक्र को लंबा कर देता है, विनिर्माण लागत को बढ़ा देता है और स्वचालन को अधिक कठिन बना देता है।
2) चूंकि इंसर्ट और प्लास्टिक के ऊष्मीय विस्तार गुणांक भिन्न होते हैं, इसलिए तैयार उत्पाद में अवशिष्ट तनाव उत्पन्न हो सकता है और दरारें पड़ सकती हैं। यह समस्या विशेष रूप से नट इंसर्ट की मोल्डिंग करते समय ध्यान देने योग्य होती है।
3) इंसर्ट और प्लास्टिक के बीच थर्मल विस्तार में अंतर भी उत्पाद के मुड़ने या विकृत होने का कारण बन सकता है।
4) इंसर्ट, विशेष रूप से नट इंसर्ट, को अवशिष्ट तनाव को कम करने के लिए अक्सर पहले से गर्म या सुखाया जाना आवश्यक होता है।
5) सांचे में डाले गए पदार्थ मजबूती से लगे होने चाहिए; अन्यथा, पिघले हुए पदार्थ के प्रभाव से वे हिल सकते हैं या विकृत हो सकते हैं।
6) यदि इंसर्ट मोल्डिंग के दौरान कोई खराबी आती है—उदाहरण के लिए, अपूर्ण मोल्डिंग, इंसर्ट का न होना, या इंसर्ट की गलत स्थिति—तो पूरे उत्पाद को स्क्रैप करना पड़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण नुकसान हो सकता है।
7) इंसर्ट मोल्डिंग से उत्पाद की रीसाइक्लिंग और निपटान अधिक कठिन हो जाता है।
3. इंसर्ट मोल्डिंग के अनुप्रयोग
इंसर्ट मोल्डिंग का उपयोग ऑटोमोटिव, मेडिकल, इलेक्ट्रॉनिक्स और कनेक्टर जैसे उद्योगों में व्यापक रूप से किया जाता है।
4. इंसर्ट मोल्डिंग के लिए डिज़ाइन दिशानिर्देश
इंसर्ट मोल्डिंग के लिए डिजाइन करते समय, प्रक्रिया की विशेषताओं पर पूरी तरह से विचार किया जाना चाहिए और डिजाइन को विनिर्माण के लिए डिजाइन (डीएफएम) सिद्धांतों का पालन करना चाहिए।
दिशानिर्देशों में निम्नलिखित शामिल हैं:
1) इंसर्ट सामग्री का चयन। तांबा, एल्युमीनियम, स्टील, कठोर विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक के पुर्जे, सिरेमिक, कांच और प्लास्टिक सभी को इंसर्ट सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। पीतल का उपयोग आमतौर पर किया जाता है क्योंकि यह संक्षारण-प्रतिरोधी होता है, इस पर मशीनिंग करना आसान होता है और यह किफायती भी होता है।
2) आकृति डालें। जहाँ तक संभव हो, वृत्ताकार या अक्षीय रूप से सममित आकृतियों का उपयोग करें। एकसमान संकुचन को बढ़ावा देने और स्थानीय तनाव या तनाव संकेंद्रण को रोकने के लिए नुकीले कोनों और न्यून कोणों से बचें।
3) इंसर्ट पर ही डीएफएम सिद्धांतों को लागू करें। धातु के इंसर्ट मशीनिंग या स्टैम्पिंग द्वारा निर्मित होते हैं, इसलिए उनकी ज्यामिति निर्माण प्रक्रिया के लिए उपयुक्त होनी चाहिए।
▲ इंसर्ट का डीएफएम डिज़ाइन
4) सांचे में प्लेसमेंट और पोजिशनिंग को आसान बनाने के लिए, इंसर्ट का उभरा हुआ हिस्सा (सांचे में स्थित भाग) बेलनाकार होना चाहिए, क्योंकि सांचे में गोल छेद बनाना आसान होता है।
▲ इंसर्ट के उभरे हुए हिस्से का डिज़ाइन
5) इंजेक्शन मोल्डिंग के दौरान प्लास्टिक को छिटकने से रोकने के लिए इंसर्ट में सीलिंग शोल्डर या इसी तरह की विशेषताएं शामिल होनी चाहिए।
▲ इंसर्ट शोल्डर का डिज़ाइन
6) इंसर्ट के नीचे प्लास्टिक को बहुत पतला होने और लहरदार सिंक मार्क्स विकसित होने से रोकने के लिए जो दिखावट और मजबूती को प्रभावित करते हैं, इंसर्ट के नीचे से प्लास्टिक की दीवार तक न्यूनतम दूरी T, T > D/6 होनी चाहिए।
▲ इंसर्ट और निचली सतह के बीच की दूरी
यदि दूरी बहुत कम है, तो नीचे दिखाया गया डिज़ाइन इस्तेमाल किया जा सकता है।
▲ दीवार की मोटाई को एकसमान बनाए रखना
7) इंसर्ट और उत्पाद की साइडवॉल के बीच का अंतर बहुत कम नहीं होना चाहिए, ताकि मोल्ड में पर्याप्त मजबूती बनी रहे।
▲ इंसर्ट और साइडवॉल के बीच का अंतर
8) जब किसी इंसर्ट को बॉस में लगाया जाता है, तो उसे बॉस के निचले हिस्से तक फैला होना चाहिए (न्यूनतम निचली मोटाई बनाए रखते हुए) ताकि प्लास्टिक बॉडी में सुरक्षित बंधन और पर्याप्त मजबूती सुनिश्चित हो सके। इंसर्ट के सिरे को गोल करें।
▲ बॉस में डालें
9) छोटे बेलनाकार इंसर्ट को प्लास्टिक बॉडी में केंद्रीय स्लॉट या सतह पर डायमंड नर्लिंग का उपयोग करके फिक्स किया जा सकता है। नर्लिंग खांचे 1-2 मिमी गहरे होने चाहिए।
▲ छोटे बेलनाकार इंसर्ट को सुरक्षित करना
10) प्लेट या शीट के आकार के इंसर्ट को छेदों या खिड़कियों का उपयोग करके सुरक्षित किया जा सकता है। पतले इंसर्ट (0.5 मिमी से कम मोटे) के लिए, खांचे या मोड़ने की सलाह दी जाती है।
▲ प्लेट या शीट के आकार के इंसर्ट को सुरक्षित करना
11) छड़ के आकार के इंसर्ट को सिरे को चपटा करके, खांचा बनाकर, मोड़कर या विभाजित करके, या गोल छड़ के मध्य भाग को चपटा करके सुरक्षित किया जा सकता है।
▲ छड़ के आकार के इंसर्ट (विकृत सिरा) को सुरक्षित करना
▲ ट्यूबलर इंसर्ट्स को सुरक्षित करना (विकृत मध्य भाग)
12) स्टैम्प्ड ट्यूबलर इंसर्ट के लिए, प्रतिधारण में सुधार के लिए स्टैम्पिंग के दौरान एक उभरा हुआ बल्ज बनाया जा सकता है।
▲ स्टैम्प्ड ट्यूबलर इंसर्ट्स को सुरक्षित करना (विकृत मध्य भाग)
13) कनेक्टर्स में, यह सुनिश्चित करना कि टर्मिनल इंसर्ट प्लास्टिक में मजबूती से जड़े हों, उत्पाद डिजाइन इंजीनियरों के लिए एक महत्वपूर्ण विचारणीय बिंदु है। टर्मिनलों की मजबूती को बेहतर बनाने के सामान्य तरीकों में निम्नलिखित शामिल हैं:
- प्लास्टिक में लगे टर्मिनल में छेद करना
- टर्मिनल को अनियमित आकार देना
- टर्मिनल को मोड़ना
- टर्मिनल में सतह की खुरदरापन या उभरी हुई/दबी हुई विशेषताएं जोड़ना
- प्लास्टिक की दीवार की मोटाई बढ़ाना
▲ छेद, अनियमित प्रोफाइल और मोड़ वाले टर्मिनल इंसर्ट
5. नट इंसर्ट के लिए डिज़ाइन दिशानिर्देश
नट इंसर्ट सबसे आम प्रकार के इंसर्ट में से एक हैं। नट इंसर्ट और उससे संबंधित प्लास्टिक बॉस का डिज़ाइन सही होना चाहिए; अन्यथा, अपर्याप्त खींचने की शक्ति या बॉस में दरार जैसी गुणवत्ता संबंधी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं।
5.1 नट लगाने की तीन विधियाँ
प्लास्टिक के पुर्जों में नट लगाने के तीन तरीके हैं:
1) ऊष्मा से पकाए गए मेवे
हीट स्टेकिंग सबसे आम इंस्टॉलेशन विधि है और इसे आमतौर पर हीट-स्टेकिंग मशीन या मैन्युअल रूप से संचालित सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करके किया जाता है।
2) इंसर्ट-मोल्डेड नट
इस विधि में प्लास्टिक बॉस में छेद के व्यास पर बहुत सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जो आमतौर पर 0.05 मिमी के भीतर होता है। नट को मोल्डिंग पिन द्वारा अपनी जगह पर रखा जाता है और इंजेक्शन मोल्ड में स्थापित किया जाता है, इसलिए छेद का व्यास इंजेक्शन मोल्डिंग मशीन पर पिन के आकार के अनुसार नियंत्रित किया जाना चाहिए।
3) अल्ट्रासोनिक सम्मिलन
अल्ट्रासोनिक कंपन नट और वर्कपीस के बीच घर्षण पैदा करता है, जिससे इंटरफ़ेस पर तापमान बढ़ जाता है। जब तापमान वर्कपीस के नरम होने के तापमान तक पहुँच जाता है, तो नट प्लास्टिक पार्ट में धंस जाता है। कंपन बंद होने पर, वर्कपीस ठंडा होकर दबाव में जम जाता है। प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं; यह लेख इंसर्ट-मोल्डेड नटों पर केंद्रित है।
5.2 इंसर्ट नट की बाहरी ज्यामिति
इंसर्ट नट की बाहरी ज्यामिति को विशेष रूप से प्लास्टिक सामग्री के साथ मजबूत यांत्रिक इंटरलॉकिंग बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रमुख विशेषताओं में आमतौर पर एंटी-टॉर्क और पुल-आउट प्रतिरोध को अधिकतम करने के लिए डायमंड या स्ट्रेट नर्लिंग शामिल होती है। रोटेशन को रोकने के लिए अक्सर अनुदैर्ध्य खांचे या अंडरकट जोड़े जाते हैं। नीचे की ओर एक चैंफर्ड गाइड मोल्ड या पहले से बने छेद में आसान और सटीक प्लेसमेंट की अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, एक टॉप फ्लेंज या कॉलर इंसर्शन की गहराई को सीमित करता है और अक्षीय सपोर्ट प्रदान करता है। कुछ डिज़ाइनों में पिघले हुए प्लास्टिक को थ्रेड्स में फैलने से रोकने के लिए एक सीलिंग रिंग होती है। ये सभी ज्यामितीय विशेषताएं मिलकर एक अत्यंत विश्वसनीय और टिकाऊ कनेक्शन सुनिश्चित करती हैं।
5.3 इंसर्ट नट विनिर्देशों के उदाहरण
5.4 प्लास्टिक बॉस डिजाइन और नट चयन
1) नट और प्लास्टिक बॉस के मूल आयाम
- आयाम d नट का आधार है, जिसे गाइड/लोकेशन सेक्शन भी कहा जाता है। डालने से पहले, यह प्लास्टिक बॉस के सेक्शन C के साथ फिट बैठता है। इसलिए, नट के निचले भाग का आयाम d प्लास्टिक बॉस के आंतरिक छेद के व्यास C से छोटा होना चाहिए ताकि उसे सही जगह पर लगाना आसान हो।
- आयाम D नट का बाहरी व्यास है और यह प्लास्टिक बॉस के आंतरिक छेद के व्यास C के बराबर होता है। मोबाइल फोन के नटों के लिए, प्लास्टिक के छेद का व्यास आमतौर पर नट के बाहरी व्यास से लगभग 0.25–0.3 मिमी छोटा होता है।
- आयाम L नट की लंबाई है और यह प्लास्टिक बॉस में छेद की गहराई Y के बराबर है। प्लास्टिक का छेद आमतौर पर नट की लंबाई से 0.5–1.0 मिमी अधिक गहरा बनाया जाता है ताकि अतिरिक्त प्लास्टिक के लिए जगह मिल सके।
- W छेद के चारों ओर प्लास्टिक की दीवार की मोटाई है। प्लास्टिक बॉस की दीवार की मोटाई आमतौर पर कम से कम 0.8–1.0 मिमी होती है। बड़े नटों के लिए मोटी दीवारों की आवश्यकता होती है। नीचे दी गई पैरामीटर तालिका देखें।
| धागा | बाह्य व्यास D | लंबाई एल | प्लास्टिक बॉस होल | प्लास्टिक की दीवार की मोटाई W | |
| व्यास C | गहराई 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 सामान्य समस्याएँ और समाधान
1) प्लास्टिक बॉस में छेद का सही आकार अत्यंत महत्वपूर्ण है। यदि छेद बहुत बड़ा होगा, तो प्लास्टिक नट को ठीक से पकड़ नहीं पाएगा, जिसके परिणामस्वरूप अपर्याप्त टॉर्क और खींचने का प्रतिरोध होगा। यदि छेद बहुत छोटा होगा, तो फ्लैश या दरार पड़ सकती है।
2) यदि नट और प्लास्टिक के आयाम सही हैं लेकिन समस्याएँ बनी रहती हैं, तो डिज़ाइन में सुधार करने पर विचार करें।
प्लास्टिक बॉस की गहराई कम होने के कारण, डबल-ऑब्लिक-नर्ल नट का उपयोग करने से नट के आयामों को समायोजित करने के बाद नर्ल्ड सेक्शन छोटा रह सकता है। एक बार अंदर जाने पर, बहुत कम प्लास्टिक नर्लिंग के साथ जुड़ता है, जिससे अपर्याप्त टॉर्क और पुल-आउट प्रतिरोध उत्पन्न होता है। इसलिए आमतौर पर यह सलाह दी जाती है कि प्लास्टिक बॉस का छेद कम से कम 2.5 मिमी गहरा और नट कम से कम 2.0 मिमी लंबा हो।
सुधार: यदि मोल्ड में बदलाव करना मुश्किल हो, तो दाईं ओर दिखाए गए चित्र के अनुसार नट के कर्ल पैटर्न को सिंगल-ऑब्लिक BS1 पैटर्न में बदलने पर विचार करें। इससे कर्ल की ऊँचाई और कर्ल के संपर्क में आने वाले प्लास्टिक की मात्रा बढ़ जाती है, जिससे टॉर्क और पुल-आउट प्रतिरोध में सुधार होता है।
3) प्लास्टिक बॉस में छेद के आसपास दरारें या टूटन
जब बाईं ओर दिखाए गए नट का उपयोग किया जाता है, तो नट को प्लास्टिक में लगाने के बाद क्षेत्र A1 और A2 फैल जाते हैं, जबकि क्षेत्र B तेज़ी से सिकुड़ जाता है। इससे प्लास्टिक का बहना मुश्किल हो जाता है और नट के ऊपरी और निचले सिरों पर अतिरिक्त प्लास्टिक जमा हो सकता है, जिससे उत्पाद की दिखावट पर गंभीर असर पड़ता है।
सुधार: सेक्शन C का उपयोग गाइड और लोकेटिंग फीचर के रूप में करें ताकि नट को प्लास्टिक के छेद में मजबूती से लगाया जा सके, जिससे दक्षता और उत्पादन में सुधार हो। C पर स्थित गाइड सेक्शन A2 क्षेत्र से कुछ प्लास्टिक को विस्थापित करने की अनुमति देता है, जबकि A1 क्षेत्र के लिए पर्याप्त प्लास्टिक बचा रहता है। इसके अलावा, A1 और A2 सेक्शन में 90° के कोण और 45° के ढलान वाले तिरछे खांचे हैं। इनका प्रतिच्छेदन एक मजबूत नोड बनाता है जो परिधीय टॉर्क का प्रतिरोध करता है, जिससे टॉर्क और पुल-आउट प्रतिरोध में काफी वृद्धि होती है।
