1. Mi az a betétes öntés?
A betét egy műanyagba, például fémbe, üvegbe, fába, rostba, papírba, gumiba vagy előre fröccsöntött műanyag alkatrészbe ágyazott tárgy. A fém a leggyakoribb betétanyag. A betétöntés egy olyan eljárás, amelynek során a betétet először a megfelelő helyzetben rögzítik a fröccsöntő formában. Ezután műanyagot fecskendeznek a formába. Miután a forma kinyílik, a lehűlt és megszilárdult műanyag körülveszi a betétet, így egy olyan alkatrész jön létre, amely olyan jellemzőket tartalmaz, mint a menetek vagy az elektródák.
A betétformázás során a betéteket kétféleképpen lehet a formába helyezni:
1) Kézi elhelyezés
ami jelentősen növeli a fröccsöntési ciklusidőt, és alkalmas kis gyártási sorozatokhoz vagy összetett szerkezetű termékekhez;
2) Automatizált elhelyezés
ami jobb a tömegtermeléshez, segít csökkenteni az emberi hibákat, javítani a hatékonyságot, lerövidíteni a ciklusidőt és növelni a termék megbízhatóságát.
2. A betétes öntés előnyei és hátrányai 2.1 A betétes öntés előnyei
1) A műanyag formázhatóságának és rugalmasságának a fém merevségével, szilárdságával és hőállóságával való kombinálása lehetővé teszi robusztus, bonyolult, integrált fém-műanyag termékek gyártását, miközben csökkenti a termék méretét és súlyát.
2) A műanyag elektromos szigetelésének és a fém elektromos vezetőképességének kombinációja lehetővé teszi, hogy a fröccsöntött alkatrészek megfeleljenek az elektromos termékek alapvető funkcionális követelményeinek. Speciális követelményeknek is megfelelhetnek, mint például a mágneses vezetőképesség, a kopásállóság és a rögzítés.
3) Fémbetétek hozzáadása a műanyaghoz növelheti a műanyag alkatrész szilárdságát.
4) A betétes öntés nagyobb tervezési rugalmasságot biztosít, és új lehetőségeket teremt a műanyag, fém és egyéb alkatrészek kombinálására.
5) Kiküszöbölheti a másodlagos folyamatokat, mint például a hőszigetelést, a hegesztést és a szegecselést, ami potenciálisan csökkentheti az összeszerelési időt és költségeket.
6) A betétek nem korlátozódnak fémre; tartalmazhatnak szövetet, papírt, huzalokat, műanyagot, üveget, fát, tekercseket, elektromos alkatrészeket és fröccsöntött műanyag alkatrészeket is.
7) Merev, öntött alkatrészek és rugalmas, ívelt alkatrészek gumitömítő lemezeken történő összeöntése egyetlen integrált termékké kiküszöbölheti a tömítőgyűrűk elrendezésének bonyolult feladatát, és megkönnyítheti a későbbi automatizált összeszerelést.
8) Mivel az olvadt műanyag fémbetétekhez tapad, a fémbetétek körüli hézag kisebbre tervezhető, mint a sajtolóillesztéses módszereknél, ami javítja a termék megbízhatóságát és növeli a rezgéstesztek sikeres teljesítésének valószínűségét.
9) Megfelelő műanyagokkal és formázási körülmények között még a deformációra vagy sérülésre hajlamos alkatrészek, például üveg, tekercsek és elektromos alkatrészek is lezárhatók és rögzíthetők műanyaggal.
10) Megfelelő formakialakítással a betét teljesen műanyagba burkolható.
11) A függőleges fröccsöntőgépek robotokkal és betétrendező eszközökkel való kombinálásával a legtöbb betétformázási művelet automatizálható.
2.2 A betétes öntés hátrányai
1) A betétek elhelyezése gyakran bonyolultabbá teszi a forma szerkezetét, meghosszabbítja a fröccsöntési ciklust, növeli a gyártási költségeket, és megnehezíti az automatizálást.
2) Mivel a betét és a műanyag hőtágulási együtthatói eltérőek, a késztermékben maradékfeszültség keletkezhet, ami repedéseket okozhat. Ez a probléma különösen az anyabetétek öntésekor észrevehető.
3) A betét és a műanyag közötti hőtágulási különbség a termék vetemedését vagy deformálódását is okozhatja.
4) A betéteket, különösen az anyabetéteket, gyakran elő kell melegíteni vagy szárítani a maradék feszültség csökkentése érdekében.
5) A betéteket biztonságosan rögzíteni kell a formában; ellenkező esetben az olvadt anyag ütése elmozdulást vagy deformációt okozhat.
6) Ha a betétek fröccsöntése során hibák merülnek fel – például hiányos fröccsöntés, hiányzó betétek vagy helytelen betétpozicionálás –, akkor a teljes terméket selejtezniük kell, ami jelentős veszteségeket eredményez.
7) A betétes öntés megnehezíti a termék újrahasznosítását és ártalmatlanítását.
3. A betétes öntés alkalmazásai
A betétes öntést széles körben használják olyan iparágakban, mint az autóipar, az orvostudomány, az elektronika és a csatlakozók.
4. Betétformázás tervezési irányelvei
A betétes öntés tervezése során a folyamat sajátosságait teljes mértékben figyelembe kell venni, és a tervezésnek a gyártástervezés (DFM) alapelveit kell követnie.
Az irányelvek a következőket tartalmazzák:
1) Lapkaanyag kiválasztása. Réz, alumínium, acél, kemény, eltérő műanyag alkatrészek, kerámia, üveg és műanyagok mind használhatók lapkaanyagként. A sárgarezet általában azért használják, mert korrózióálló, könnyen megmunkálható és mérsékelt árú.
2) Helyezzen be alakzatot. Lehetőség szerint kör alakú vagy tengelyszimmetrikus alakzatokat használjon. Kerülje az éles sarkokat és hegyesszögeket az egyenletes zsugorodás elősegítése és a helyi feszültségek vagy feszültségkoncentrációk megelőzése érdekében.
3) Alkalmazza a DFM elveket magára a lapkára. A fémlapkákat megmunkálással vagy sajtolással gyártják, ezért geometriájuknak alkalmasnak kell lennie a gyártási folyamatra.
▲ Magának a lapkának a DFM-kialakítása
4) A formában történő elhelyezés és pozicionálás megkönnyítése érdekében a betét kiálló részének (a formában található résznek) hengeresnek kell lennie, mivel a kerek lyukakat könnyebb megmunkálni a formában.
▲ A betét kiálló részének kialakítása
5) A betéteknek tömítő vállakkal vagy hasonló jellemzőkkel kell rendelkezniük, hogy megakadályozzák a műanyag felvillanását a fröccsöntés során.
▲ A lapkaváll kialakítása
6) Annak érdekében, hogy a betét alatti műanyag ne váljon túl vékonysá és ne alakuljon ki rajta hullámos süllyedés, amely befolyásolja a megjelenést és a szilárdságot, a betét aljától a műanyag falig mért minimális T távolságnak T > D/6-nak kell lennie.
▲ A betét és az alsó felület közötti távolság
Ha a távolság túl kicsi, az alább látható kialakítás használható.
▲ Egyenletes falvastagság fenntartása
7) A betét és a termék oldalfala közötti hézag nem lehet túl kicsi, hogy a forma megtartsa a kellő szilárdságot.
▲ A betét és az oldalfal közötti hézag
8) Amikor egy betétet a hüvelybe helyeznek, annak a hüvely aljáig kell nyúlnia (miközben meg kell őrizni a minimális alsó vastagságot), hogy biztosítsa a biztonságos kötést és a megfelelő szilárdságot a műanyag testben. Kerekítse le a betét fejét.
▲ Beszúrás egy főnökbe
9) Kis hengeres betétek rögzíthetők a műanyag testben egy középső nyílással vagy a felületen található gyémánt bordázattal. A bordázatnak 1–2 mm mélynek kell lennie.
▲ Kis hengeres betétek rögzítése
10) A lemez- vagy lemez alakú betétek rögzítése furatokkal vagy ablakokkal történhet. Vékony betétek esetén (0.5 mm-nél vékonyabb) bevágások vagy hajlítás ajánlott.
▲ Lemez- vagy lemez alakú betétek rögzítése
11) A rúd alakú betétek rögzítése történhet a végük lapításával, bevágásával, hajlításával vagy hasításával, illetve egy kerek rúd középső szakaszának lapításával.
▲ Rúd alakú betétek rögzítése (deformált vég)
▲ Csőbetétek rögzítése (deformált középső rész)
12) A sajtolt csőbetétek esetében a sajtolás során kiemelkedő dudor alakítható ki a jobb tartás érdekében.
▲ Sajtolt csőbetétek rögzítése (deformált középső rész)
13) A csatlakozók esetében a csatlakozóbetétek műanyagba való szilárd rögzítése kulcsfontosságú szempont a terméktervező mérnökök számára. A csatlakozók rögzítésének jelentős javítására szolgáló gyakori módszerek a következők:
- Lyukak készítése a műanyagba ágyazott terminálon
- A terminálnak szabálytalan profilt ad
- A terminál hajlítása
- Felületi érdesség vagy kiemelt/süllyesztett elemek hozzáadása a terminálhoz
- A műanyag falvastagság növelése
▲ Lyukakkal, szabálytalan profilokkal és hajlításokkal ellátott csatlakozóbetétek
5. Anyabetétek tervezési irányelvei
Az anyabetétek a leggyakoribb betéttípusok közé tartoznak. Az anyabetétet és a hozzá tartozó műanyag hüvelyt megfelelően kell megtervezni, ellenkező esetben minőségi problémák, például elégtelen kihúzóerő vagy a hüvely repedése léphet fel.
5.1 Három módszer az anyák beszerelésére
Három módszer létezik az anyák műanyag alkatrészekbe történő beágyazására:
1) Hőkezelt anyák
A hőstacking a leggyakoribb telepítési módszer, és általában hőstaking géppel vagy kézi forrasztópákával végzik.
2) Betétes anyák
Ez a módszer a műanyag dudor furatátmérőjének nagyon szigorú, jellemzően 0.05 mm-en belüli szabályozását igényli. Az anyát egy öntőcsap tartja a helyén és helyezi el a fröccsöntő formában, ezért a furatátmérőt a fröccsöntőgépen lévő csap méretének megfelelően kell szabályozni.
3) Ultrahangos behelyezés
Az ultrahangos rezgés súrlódást hoz létre az anya és a munkadarab között, ami megemeli a hőmérsékletet a határfelületen. Amikor a hőmérséklet eléri a munkadarab lágyulási hőmérsékletét, az anya beágyazódik a műanyag alkatrészbe. Miután a rezgés megszűnik, a munkadarab lehűl és nyomás alatt megszilárdul. Mindegyik módszernek vannak előnyei és hátrányai; ez a cikk a betétes öntésű anyákra összpontosít.
5.2 A betétanyák külső geometriája
A betétanyák külső geometriáját kifejezetten úgy tervezték, hogy erős mechanikai illeszkedést biztosítson a műanyagokkal. A főbb jellemzők közé tartozik a gyémánt vagy az egyenes recézés, hogy maximalizálják a nyomaték- és kihúzódási ellenállást. Gyakran hosszanti hornyokat vagy alámetszéseket adnak hozzá az elfordulás megakadályozása érdekében. Az alján található letört vezető lehetővé teszi a könnyű és pontos elhelyezést a formába vagy az előre fröccsöntött furatba. Ezenkívül a felső perem vagy gallér korlátozza a behelyezési mélységet és axiális támaszt biztosít. Egyes kivitelek tömítőgyűrűvel rendelkeznek, amely megakadályozza az olvadt műanyag túlfolyását a menetbe. Ezek a geometriai jellemzők együttesen biztosítják a rendkívül megbízható és tartós csatlakozást.
5.3 Példák a betétanyák specifikációira
5.4 Műanyag hüvely kialakítása és nyereg kiválasztása
1) Az anya és a műanyag dugó alapméretei
- A d méret az anya alapja, más néven vezető/illesztő szakasz. Behelyezés előtt illeszkedik a műanyag csap C szakaszához. Ezért az anya alján lévő d méretnek kisebbnek kell lennie, mint a műanyag csap belső furatátmérője (C) a pozicionálás megkönnyítése érdekében.
- A D méret az anya külső átmérője, és megfelel a műanyag dugó C belső furatátmérőjének. Mobiltelefon-anyák esetében a műanyag furatátmérő általában körülbelül 0.25–0.3 mm-rel kisebb, mint az anya külső átmérője.
- Az L méret az anya hossza, és megfelel a műanyag dugóban lévő furatmélység Y értékének. A műanyag furatot általában 0.5–1.0 mm-rel mélyebbre tervezik, mint az anya hossza, hogy helyet biztosítsanak a felesleges műanyagnak.
- W a furat körüli műanyag falvastagság. A műanyag dudor falvastagsága általában legalább 0.8–1.0 mm. A nagyobb anyákhoz vastagabb fal szükséges. Lásd az alábbi paramétertáblázatot.
| Szál | Külső átmérő D | Hosszúság L | Műanyag főfurat | Műanyag falvastagság W | |
| C átmérő | Y mélység | ||||
| 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 Gyakori problémák és megoldások
1) A műanyag dugó furatának megfelelő mérete kritikus fontosságú. Ha a furat túl nagy, a műanyag a beágyazás után nem fog megfelelően illeszkedni az anyához, ami elégtelen nyomatékot és kihúzási ellenállást eredményez. Ha a furat túl kicsi, sorja vagy repedés léphet fel.
2) Ha az anya és a műanyag méretei megfelelőek, de a problémák továbbra is fennállnak, fontolja meg a konstrukció fejlesztését.
Mivel a műanyag dudor sekélyen illeszkedik, a dupla ferde recézett anya használata rövid recézett szakaszt eredményezhet az anya méreteinek arányosítása után. Beágyazás után túl kevés műanyag kapcsolódik a recézett részhez, ami elégtelen nyomatékhoz és kihúzási ellenálláshoz vezet. Ezért általában ajánlott, hogy a műanyag dudor furata legalább 2.5 mm mély, az anya pedig legalább 2.0 mm hosszú legyen.
Fejlesztés: Ha a forma módosítása nehézkes, érdemes megfontolni az anya recézett mintázatának egyetlen ferde BS1 mintázatra való cseréjét, ahogy a jobb oldalon látható. Ez növeli a recézett lépcső magasságát és a recézett felülettel érintkező műanyag mennyiségét, ezáltal javítva a nyomatékot és a kihúzási ellenállást.
3) Villogás vagy repedés a műanyag dugó lyuka körül
A bal oldalon látható anyatípus használatakor az A1 és A2 területek kitágulnak, miután az anya műanyagba ágyazódik, míg a B terület erősen összehúzódik. Ez megnehezíti a műanyag elfolyását, és az anya felső és alsó végén lerakódások képződhetnek, ami komolyan befolyásolja a termék megjelenését.
Fejlesztés: A C szakaszt vezetőként és pozicionáló elemként használja, hogy az anya biztonságosan elhelyezhető legyen a műanyag furatban, javítva a hatékonyságot és a hozamot. A C-nél lévő vezetőszakasz lehetővé teszi, hogy némi műanyag kimozduljon az A2 területről, miközben elegendő műanyag marad az A1 területre. Ezenkívül az A1 és A2 szakaszok ferde recézéssel rendelkeznek, 90°-os szöggel és 45°-os lejtéssel. Metszéspontjuk egy erős csomópontot alkot, amely ellenáll a kerületi nyomatéknak, jelentősen növelve a nyomatékot és a kihúzási ellenállást.
