1. Che cosa è lo stampaggio a inserto?
Un inserto è un elemento incorporato in un componente di plastica, come metallo, vetro, legno, fibre, carta, gomma o un componente di plastica preformato. Il metallo è il materiale più comune per gli inserti. Lo stampaggio a iniezione con inserto è un processo in cui un inserto viene prima fissato nella posizione appropriata all'interno di uno stampo a iniezione. Successivamente, la plastica viene iniettata nello stampo. Dopo l'apertura dello stampo, la plastica raffreddata e solidificata incapsula l'inserto, producendo un componente con elementi quali filettature o elettrodi.
Nella stampaggio a inserto, gli inserti possono essere posizionati nello stampo in due modi:
1) Posizionamento manuale
che aumenta significativamente il tempo del ciclo di stampaggio a iniezione ed è adatto per piccole produzioni o prodotti con strutture complesse;
2) Posizionamento automatizzato
che è migliore per la produzione di massa, contribuendo a ridurre l'errore umano, migliorare l'efficienza, accorciare i tempi di ciclo e aumentare l'affidabilità del prodotto.
2. Vantaggi e svantaggi dello stampaggio a inserto 2.1 Vantaggi dello stampaggio a inserto
1) La combinazione della modellabilità e dell'elasticità della plastica con la rigidità, la resistenza e la resistenza al calore del metallo consente di realizzare prodotti metallo-plastica robusti, complessi e integrati, riducendone al contempo le dimensioni e il peso.
2) La combinazione dell'isolamento elettrico della plastica con la conduttività elettrica del metallo consente ai componenti stampati di soddisfare i requisiti funzionali di base dei prodotti elettrici. Può inoltre soddisfare requisiti speciali come la conduttività magnetica, la resistenza all'usura e il fissaggio.
3) L'aggiunta di inserti metallici alla plastica può aumentare la resistenza del componente in plastica.
4) Lo stampaggio a inserto offre una maggiore flessibilità di progettazione e crea nuove possibilità per combinare componenti in plastica, metallo e altri materiali.
5) Può eliminare processi secondari come la termosaldatura, la saldatura e la rivettatura, riducendo potenzialmente i tempi e i costi di assemblaggio.
6) Gli inserti non sono limitati al metallo; possono includere anche tessuto, carta, fili, plastica, vetro, legno, bobine, componenti elettrici e parti in plastica stampata.
7) Per le parti rigide stampate e le parti curve flessibili su fogli di tenuta in gomma, lo stampaggio delle parti insieme in un prodotto integrato può eliminare il compito complicato di disporre gli anelli di tenuta e semplificare il successivo assemblaggio automatizzato.
8) Poiché la plastica fusa si lega agli inserti metallici, il gioco attorno agli inserti metallici può essere progettato in modo da essere inferiore rispetto ai metodi a pressione, migliorando l'affidabilità del prodotto e aumentando la probabilità che il prodotto superi i test di vibrazione.
9) Con materiali plastici e condizioni di stampaggio adeguati, anche le parti soggette a deformazione o danneggiamento, come vetro, bobine e componenti elettrici, possono essere sigillate e fissate in plastica.
10) Con un'adeguata progettazione dello stampo, un inserto può essere completamente incapsulato nella plastica.
11) Combinando le presse a iniezione verticali con robot e dispositivi di disposizione degli inserti, la maggior parte delle operazioni di stampaggio a inserti può essere automatizzata.
2.2 Svantaggi dello stampaggio a inserto
1) Il posizionamento degli inserti spesso rende la struttura dello stampo più complessa, allunga il ciclo di stampaggio, aumenta i costi di produzione e rende più difficile l'automazione.
2) Poiché i coefficienti di dilatazione termica dell'inserto e della plastica sono diversi, nel prodotto finito possono svilupparsi tensioni residue che causano crepe. Questo problema è particolarmente evidente nello stampaggio di inserti per dadi.
3) La differenza di dilatazione termica tra l'inserto e la plastica può anche causare la deformazione o la distorsione del prodotto.
4) Gli inserti, in particolare quelli per dadi, spesso necessitano di essere preriscaldati o asciugati per ridurre le tensioni residue.
5) Gli inserti devono essere fissati saldamente nello stampo; in caso contrario, l'impatto del materiale fuso potrebbe provocarne lo spostamento o la deformazione.
6) Se durante lo stampaggio degli inserti si verificano difetti, ad esempio stampaggio incompleto, inserti mancanti o posizionamento errato degli inserti, l'intero prodotto potrebbe dover essere scartato, con conseguenti perdite significative.
7) Lo stampaggio a iniezione rende più difficili il riciclo e lo smaltimento del prodotto.
3. Applicazioni dello stampaggio a inserto
Lo stampaggio a inserto è ampiamente utilizzato in settori quali quello automobilistico, medicale, elettronico e dei connettori.
4. Linee guida di progettazione per lo stampaggio a inserto
Nella progettazione per lo stampaggio a inserto, è necessario considerare appieno le caratteristiche del processo e la progettazione deve seguire i principi della progettazione per la produzione (DFM).
Le linee guida includono:
1) Selezione del materiale di inserimento. Rame, alluminio, acciaio, componenti in plastica rigida dissimile, ceramica, vetro e plastica possono essere tutti utilizzati come materiali di inserimento. L'ottone è comunemente usato perché è resistente alla corrosione, facile da lavorare e ha un prezzo moderato.
2) Inserire la forma. Utilizzare forme circolari o assialmente simmetriche ove possibile. Evitare angoli vivi e spigoli acuti per favorire un ritiro uniforme e prevenire tensioni locali o concentrazioni di stress.
3) Applicare i principi DFM all'inserto stesso. Gli inserti metallici vengono realizzati mediante lavorazione meccanica o stampaggio, quindi la loro geometria deve essere adatta al processo di produzione.
▲ Progettazione DFM dell'inserto stesso
4) Per facilitare il posizionamento e l'inserimento nello stampo, la parte dell'inserto che sporge (la parte che si trova all'interno dello stampo) dovrebbe essere cilindrica, poiché i fori rotondi sono più facili da realizzare nello stampo.
▲ Progettazione della parte sporgente dell'inserto
5) Gli inserti devono includere spalle di tenuta o caratteristiche simili per evitare la formazione di bave di plastica durante lo stampaggio a iniezione.
▲ Design della spalla dell'inserto
6) Per evitare che la plastica sotto l'inserto diventi troppo sottile e sviluppi avvallamenti ondulati che ne compromettano l'aspetto e la resistenza, la distanza minima T dal fondo dell'inserto alla parete in plastica deve essere T > D/6.
▲ Distanza tra l'inserto e la superficie inferiore
Se la distanza è troppo piccola, si può utilizzare il progetto mostrato di seguito.
▲ Mantenere uno spessore uniforme della parete
7) Lo spazio tra l'inserto e la parete laterale del prodotto non deve essere troppo piccolo, in modo che lo stampo mantenga una resistenza sufficiente.
▲ Spazio libero tra l'inserto e la parete laterale
8) Quando si inserisce un inserto in un perno, questo deve estendersi fino al fondo del perno (mantenendo lo spessore minimo del fondo) per garantire un fissaggio sicuro e una resistenza sufficiente nel corpo in plastica. Arrotondare la testa dell'inserto.
▲ Inserisci un boss
9) Piccoli inserti cilindrici possono essere ancorati nel corpo in plastica mediante una fessura centrale o una zigrinatura a diamante sulla superficie. Le scanalature della zigrinatura devono avere una profondità di 1–2 mm.
▲ Fissaggio di piccoli inserti cilindrici
10) Gli inserti a forma di piastra o di foglio possono essere fissati mediante fori o finestre. Per inserti sottili (spessore inferiore a 0.5 mm), si consigliano tacche o piegature.
▲ Fissaggio di inserti a forma di piastra o di foglio
11) Gli inserti a forma di asta possono essere fissati appiattendo, intagliando, piegando o spaccando l'estremità, oppure appiattendo la sezione centrale di un'asta rotonda.
▲ Fissaggio degli inserti a forma di asta (estremità deformata)
▲ Fissaggio degli inserti tubolari (sezione centrale deformata)
12) Per gli inserti tubolari stampati, durante lo stampaggio si può formare un rigonfiamento rialzato per migliorare la ritenzione.
▲ Fissaggio degli inserti tubolari stampati (sezione centrale deformata)
13) Nei connettori, garantire che gli inserti dei terminali siano saldamente ancorati nella plastica è un aspetto fondamentale per i progettisti di prodotto. I metodi comuni per migliorare notevolmente la ritenzione dei terminali includono:
- Forare il terminale incorporato nella plastica
- Conferire al terminale un profilo irregolare
- Piegando il terminale
- Aggiungere rugosità superficiale o elementi in rilievo/incassati al terminale
- Aumentare lo spessore della parete in plastica
▲ Inserti terminali con fori, profili irregolari e curve
5. Linee guida di progettazione per inserti dadi
Gli inserti per dadi sono tra i tipi di inserti più comuni. L'inserto per dado e il relativo perno in plastica devono essere progettati correttamente; in caso contrario, potrebbero verificarsi problemi di qualità come una forza di estrazione insufficiente o la rottura del perno.
5.1 Tre metodi per installare i dadi
Esistono tre metodi per incorporare i dadi nei componenti in plastica:
1) Noci sigillate a caldo
La saldatura a caldo è il metodo di installazione più comune e viene generalmente eseguita utilizzando una saldatrice a caldo o un saldatore manuale.
2) Dadi stampati a iniezione
Questo metodo richiede un controllo molto preciso del diametro del foro nel perno in plastica, in genere entro 0.05 mm. Il dado è tenuto in posizione da un perno di stampaggio e posizionato nello stampo a iniezione, quindi il diametro del foro deve essere controllato in base alle dimensioni del perno della pressa a iniezione.
3) Inserimento a ultrasuoni
Le vibrazioni ultrasoniche creano attrito tra il dado e il pezzo in lavorazione, aumentando la temperatura all'interfaccia. Quando la temperatura raggiunge la temperatura di rammollimento del pezzo, il dado si incastra nella parte in plastica. Una volta che le vibrazioni cessano, il pezzo si raffredda e si solidifica sotto pressione. Ogni metodo presenta vantaggi e svantaggi; questo articolo si concentra sui dadi stampati a iniezione.
5.2 Geometria esterna dei dadi a inserto
La geometria esterna dei dadi a inserto è specificamente progettata per creare un robusto incastro meccanico con i materiali plastici. Le caratteristiche principali includono in genere una zigrinatura a diamante o diritta per massimizzare la resistenza alla torsione e all'estrazione. Spesso vengono aggiunte scanalature longitudinali o sottosquadri per impedire la rotazione. Una guida smussata nella parte inferiore consente un posizionamento facile e preciso nello stampo o nel foro preformato. Inoltre, una flangia o un collare superiore limitano la profondità di inserimento e forniscono supporto assiale. Alcuni modelli presentano un anello di tenuta per impedire che la plastica fusa fuoriesca nelle filettature. Insieme, queste caratteristiche geometriche garantiscono una connessione altamente affidabile e durevole.
5.3 Esempi di specifiche per dadi a inserto
5.4 Progettazione del mozzo in plastica e selezione del dado
1) Dimensioni di base del dado e del perno in plastica
- La dimensione d rappresenta la base del dado, detta anche sezione di guida/posizionamento. Prima dell'inserimento, si adatta alla sezione C del perno in plastica. Pertanto, la dimensione d nella parte inferiore del dado deve essere inferiore al diametro del foro interno C del perno in plastica per facilitare il posizionamento.
- La dimensione D è il diametro esterno del dado e corrisponde al diametro del foro interno C del perno in plastica. Per i dadi dei telefoni cellulari, il diametro del foro in plastica è generalmente di circa 0.25–0.3 mm inferiore al diametro esterno del dado.
- La dimensione L è la lunghezza del dado e corrisponde alla profondità del foro Y nel perno in plastica. Il foro in plastica è generalmente progettato per essere 0.5–1.0 mm più profondo della lunghezza del dado, in modo da lasciare spazio alla plastica in eccesso.
- W indica lo spessore della parete in plastica attorno al foro. Lo spessore della parete di un dado in plastica è generalmente di almeno 0.8–1.0 mm. I dadi più grandi richiedono pareti più spesse. Consultare la tabella dei parametri riportata di seguito.
| Filo | Diametro esterno D | Lunghezza L | Foro di plastica per il bossolo | Spessore della parete in plastica W | |
| Diametro C | Nome 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 Problemi e soluzioni comuni
1) Le dimensioni corrette del foro nel supporto in plastica sono fondamentali. Se il foro è troppo grande, la plastica non si innesta correttamente sul dado dopo l'inserimento, con conseguente coppia insufficiente e scarsa resistenza all'estrazione. Se il foro è troppo piccolo, potrebbero verificarsi sbavature o crepe.
2) Se le dimensioni del dado e della plastica sono corrette ma i problemi persistono, valutare la possibilità di migliorare il progetto.
Poiché il perno in plastica è poco profondo, l'utilizzo di un dado con doppia zigrinatura obliqua può comportare una sezione zigrinata troppo corta dopo il dimensionamento del dado. Una volta inserito, una quantità insufficiente di plastica entra in contatto con la zigrinatura, causando una coppia di serraggio e una resistenza all'estrazione inadeguate. Si raccomanda pertanto, in genere, che il foro per il perno in plastica abbia una profondità di almeno 2.5 mm e che il dado sia lungo almeno 2.0 mm.
Miglioramento: Se la modifica dello stampo risulta difficile, si consiglia di sostituire la zigrinatura del dado con una zigrinatura obliqua singola BS1, come mostrato a destra. Ciò aumenta l'altezza del gradino della zigrinatura e la quantità di plastica a contatto con la zigrinatura stessa, migliorando così la coppia e la resistenza all'estrazione.
3) Sbavature o crepe intorno al foro nel perno di plastica
Quando si utilizza il tipo di dado mostrato a sinistra, le aree A1 e A2 si espandono dopo che il dado è stato inglobato nella plastica, mentre l'area B si contrae bruscamente. Ciò rende difficile il flusso della plastica e può causare la formazione di bave alle estremità superiore e inferiore del dado, compromettendo seriamente l'aspetto del prodotto.
Miglioramento: Utilizzare la sezione C come guida e elemento di posizionamento in modo che il dado possa essere inserito saldamente nel foro di plastica, migliorando l'efficienza e la resa. La sezione di guida in C consente di spostare parte della plastica dall'area A2, lasciandone comunque a sufficienza per l'area A1. Inoltre, le sezioni A1 e A2 presentano zigrinature oblique con un angolo incluso di 90° e pendenze di 45°. La loro intersezione forma un nodo robusto che resiste alla coppia circonferenziale, aumentando notevolmente la coppia e la resistenza all'estrazione.
