תהליך יציקת הכנסות: מדריך מלא

1. מהי יציקת הכנסות?

אינסרט הוא פריט המוטמע בפלסטיק, כגון מתכת, זכוכית, עץ, סיבים, נייר, גומי או רכיב פלסטיק יצוק מראש. מתכת היא חומר ההכנסה הנפוץ ביותר. יציקת אינסרט היא תהליך שבו תחילה אינסרט מאובטח במיקום המתאים בתוך תבנית הזרקה. לאחר מכן מוזרק פלסטיק לתבנית. לאחר פתיחת התבנית, הפלסטיק המקורר והמוצק עוטף את האינסרט, ויוצר חלק המכיל מאפיינים כגון חוטים או אלקטרודות.
בעיצוב מוספים, ניתן להכניס מוספים לתבנית בשתי דרכים:

1) מיקום ידני

אשר מגדיל משמעותית את זמן מחזור ההזרקה ומתאים לייצור קטן או למוצרים בעלי מבנים מורכבים;

2) השמה אוטומטית

אשר טוב יותר לייצור המוני, מסייע בהפחתת טעויות אנוש, שיפור היעילות, קיצור זמן המחזור והגברת אמינות המוצר.
2. יתרונות וחסרונות של יציקת הכנסות 2.1 יתרונות של יציקת הכנסות
1) שילוב יכולת העיצוב והגמישות של פלסטיק עם הנוקשות, החוזק ועמידות החום של מתכת מאפשר לייצר מוצרים חזקים, מורכבים ומשולבים של מתכת-פלסטיק תוך הפחתת גודל ומשקל המוצר.

2) שילוב הבידוד החשמלי של פלסטיק עם המוליכות החשמלית של מתכת מאפשר לחלקים יצוקים לעמוד בדרישות התפקודיות הבסיסיות של מוצרים חשמליים. הם יכולים גם לעמוד בדרישות מיוחדות כגון מוליכות מגנטית, עמידות בפני שחיקה והידוק.

3) הוספת תוספות מתכת לפלסטיק יכולה להגביר את חוזק החלק הפלסטי.

4) יציקת הכנסות מספקת גמישות עיצובית רבה יותר ויוצרת אפשרויות חדשות לשילוב פלסטיק, מתכת ורכיבים אחרים.

5) זה יכול לבטל תהליכים משניים כגון ריתוך בחום, ריתוך ומסמרות, ובכך להפחית באופן פוטנציאלי את זמן ההרכבה והעלות.

6) תוספות אינן מוגבלות למתכת; הן עשויות לכלול גם בד, נייר, חוטים, פלסטיק, זכוכית, עץ, סלילים, רכיבים חשמליים וחלקי פלסטיק יצוקים.

7) עבור חלקים יצוקים קשיחים וחלקים גמישים מעוקלים על גבי יריעות איטום מגומי, יציקת החלקים יחד למוצר משולב יכולה לבטל את המשימה המורכבת של סידור טבעות איטום ולהקל על ההרכבה האוטומטית שלאחר מכן.

8) מכיוון שפלסטיק מותך נקשר לתוספות מתכת, ניתן לתכנן את המרווח סביב תוספות המתכת קטן יותר מאשר בשיטות לחיצה, מה שמשפר את אמינות המוצר ומגדיל את הסיכוי שהמוצר יעבור בדיקות רטט.

9) בעזרת חומרי פלסטיק ותנאי יציקה מתאימים, ניתן לאטום ולאבטח בפלסטיק אפילו חלקים הנוטים לעיוות או נזק, כגון זכוכית, סלילים ורכיבים חשמליים.

10) בעזרת עיצוב תבנית מתאים, ניתן לארוז לחלוטין את התוספת בפלסטיק.

11) על ידי שילוב של מכונות הזרקה אנכיות עם רובוטים ומכשירים לסידור מוספים, ניתן להפוך את רוב פעולות היציקה למכניקה אוטומטיות.

2.2 חסרונות של יציקת הכנסות

1) מיקום תוספות לעיתים קרובות הופך את מבנה התבנית למורכב יותר, מאריך את מחזור היציקה, מגדיל את עלויות הייצור ומקשה על האוטומציה.

2) מכיוון שמקדמי ההתפשטות התרמית של התוספת והפלסטיק שונים, עלול להיווצר מאמץ שיורי במוצר המוגמר ולגרום לסדיקה. בעיה זו בולטת במיוחד בעת יציקת תוספת אום.

3) ההבדל בהתפשטות תרמית בין התוספת לפלסטיק יכול גם לגרום לעיוות או עיוות של המוצר.

 

4) לעתים קרובות יש צורך לחמם מראש או לייבש תוספות, במיוחד תוספות אום, כדי להפחית את המאמץ השיורי.

5) יש לקבע את התוספות היטב בתבנית; אחרת, פגיעת החומר המותך עלולה לגרום להן לזוז או להתעוות.

6) אם מתרחשים פגמים במהלך עיצוב התוספות - לדוגמה, עיצוב לא שלם, תוספות חסרות או מיקום תוספות שגוי - ייתכן שיהיה צורך לגרוט את המוצר כולו, וכתוצאה מכך להינזקים משמעותיים.

7) יציקת הכנסות מקשה על מיחזור וסילוק המוצר.
3. יישומים של יציקת הכנס
יציקת הכנסות נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות כגון רכב, רפואה, אלקטרוניקה ומחברים.
4. הנחיות עיצוב לעיצוב הכנס
בעת תכנון יציקה באמצעות הכנסות, יש לקחת בחשבון באופן מלא את מאפייני התהליך והתכנון צריך להתאים לעקרונות התכנון לייצור (DFM).

ההנחיות כוללות:

1) בחירת חומר להכנסה. נחושת, אלומיניום, פלדה, חלקי פלסטיק קשים שונים, קרמיקה, זכוכית ופלסטיק יכולים לשמש כחומרי הכנסה. פליז נפוץ משום שהוא עמיד בפני קורוזיה, קל לעיבוד שבבי ומחירו סביר.

2) הכנס צורה. השתמש בצורות מעגליות או סימטריות צירית במידת האפשר. הימנע מפינות חדות וזוויות חדות כדי לקדם הצטמקות אחידה ולמנוע מאמץ מקומי או ריכוזי מאמץ.

3) יש ליישם עקרונות DFM על התוסף עצמו. תוספות מתכת מיוצרות על ידי עיבוד שבבי או הטבעה, ולכן הגיאומטריה שלהן חייבת להיות מתאימה לתהליך הייצור.

▲ עיצוב DFM של התוספת עצמה

4) כדי להקל על ההשמה והמיקום בתבנית, החלק הבולט של התוספת (החלק הממוקם בתבנית) צריך להיות גלילי, מכיוון שקל יותר לעבד חורים עגולים בתבנית.

 

▲ עיצוב החלק הבולט של התוספת

 

5) על התוספות לכלול כתפי איטום או מאפיינים דומים כדי למנוע הבהוב של פלסטיק במהלך הזרקה.

 

▲ עיצוב כתף ההכנסה

 

6) כדי למנוע מהפלסטיק שמתחת לתא להפוך דק מדי ולפתח סימני שקיעה גליים המשפיעים על המראה והחוזק, המרחק המינימלי T מתחתית התא לדופן הפלסטיק צריך להיות T > D/6.

 

▲ מרחק בין התוספת למשטח התחתון

 

אם המרחק קטן מדי, ניתן להשתמש בעיצוב המוצג להלן.

 

▲ שמירה על עובי דופן אחיד

 

7) אסור שהמרווח בין התוספת לדופן הצדדית של המוצר יהיה קטן מדי, כך שהתבנית תשמור על חוזק מספיק.

 

▲ מרווח בין התוספת לדופן הצדדית

 

8) כאשר מכניסים תוסף לתוך בוס, הוא צריך להגיע עד לתחתית הבוס (תוך שמירה על עובי תחתון מינימלי) כדי להבטיח חיבור בטוח וחוזק מספיק בגוף הפלסטיק. מעגלים את ראש התוסף.

 

▲ הכנס לתוך בוס

 

9) ניתן לעגן תוספות גליליות קטנות בגוף הפלסטיק באמצעות חריץ מרכזי או חריץ יהלום על פני השטח. חריצי החריצים צריכים להיות בעומק של 1-2 מ"מ.

 

▲ אבטחת תוספות גליליות קטנות

 

10) ניתן לאבטח תוספות בצורת פלטה או יריעה באמצעות חורים או חלונות. עבור תוספות דקות (בעובי של פחות מ-0.5 מ"מ), מומלץ לבצע חריצים או כיפוף.

 

▲ אבטחת תוספות בצורת פלטה או יריעה

 

11) ניתן לאבטח תותבים בצורת מוט על ידי שיטוח, חריץ, כיפוף או פיצול הקצה, או על ידי שיטוח החלק האמצעי של מוט עגול.

 

▲ אבטחת תוספות בצורת מוט (קצה מעוות)

 

▲ אבטחת תוספות צינוריות (חלק אמצעי מעוות)

 

12) עבור תוספות צינוריות מוטבעות, ניתן ליצור בליטה מוגבהת במהלך ההטבעה כדי לשפר את השמירה.

 

▲ אבטחת תוספות צינוריות מוטבעות (חלק אמצעי מעוות)

13) במחברים, ודאו שתוספות ההדק מעוגנות היטב בפלסטיק היא שיקול מרכזי עבור מהנדסי עיצוב מוצר. שיטות נפוצות לשיפור משמעותי של אחיזת ההדקים כוללות:

• ניקוב חורים במסוף המוטמע בפלסטיק
• מתן פרופיל לא סדיר לטרמינל
• כיפוף הטרמינל
• הוספת חספוס פני השטח או מאפיינים מורמים/שקועים למסוף
• הגדלת עובי דופן הפלסטיק

 

▲ תוספות חיבור עם חורים, פרופילים לא סדירים וכיפופים

5. הנחיות עיצוב לתוספות אום

מוספים לאומים הם בין הסוגים הנפוצים ביותר של מוספים. מוסף האום והבוס הפלסטי המתאים לו חייבים להיות מתוכננים בצורה נכונה; אחרת, עלולות להתרחש בעיות איכות כגון כוח משיכה לא מספק או סדק בבוס.
5.1 שלוש שיטות להתקנת אומים

ישנן שלוש שיטות להטמעת אומים בחלקי פלסטיק:

1) אגוזים מחוזקים בחום

הלחמה בחום היא שיטת ההתקנה הנפוצה ביותר ומתבצעת בדרך כלל באמצעות מכונת הלחמה בחום או מלחם ידני.

2) אגוזים יצוקים

שיטה זו דורשת שליטה הדוקה מאוד בקוטר החור בבוס הפלסטיק, בדרך כלל בטווח של 0.05 מ"מ. האום מוחזק במקומו על ידי פין יציקה וממוקם בתבנית ההזרקה, כך שיש לשלוט בקוטר החור בהתאם לגודל הפין במכונת ההזרקה.

3) החדרת אולטרסאונד

רטט אולטרסאונד יוצר חיכוך בין האום לחומר העבודה, ומעלה את הטמפרטורה בממשק. כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת ריכוך של חומר העבודה, האום מוטמע בחלק הפלסטיק. לאחר שהרטט נפסק, חומר העבודה מתקרר ומתמצק תחת לחץ. לכל שיטה יתרונות וחסרונות; מאמר זה מתמקד באומים יצוקים באמצעות חיבור.
5.2 גיאומטריה חיצונית של אומי הכנס

הגיאומטריה החיצונית של אומי הכנס תוכננה במיוחד ליצירת שילוב מכני חזק עם חומרים פלסטיים. מאפיינים עיקריים כוללים בדרך כלל יהלום או חריצים ישרים כדי למקסם את ההתנגדות למומנט ולמשיכה החוצה. חריצים אורכיים או חריצים תחתונים מתווספים לעתים קרובות כדי למנוע סיבוב. מדריך משופע בתחתית מאפשר מיקום קל ומדויק בתבנית או בחור היצוק מראש. בנוסף, אוגן עליון או צווארון מגבילים את עומק ההכנסה ומספקים תמיכה צירית. חלק מהעיצובים כוללים טבעת איטום כדי למנוע מפלסטיק מותך לגלוש לתוך ההברגות. יחד, מאפיינים גיאומטריים אלה מבטיחים חיבור אמין ועמיד ביותר.

5.3 דוגמאות למפרטי אום הכנס

5.4 עיצוב ובחירת אום של בוס מפלסטיק
1) מידות בסיסיות של האום ובוס הפלסטיק

• מידה d היא בסיס האום, המכונה גם חלק המדריך/איתור. לפני ההכנסה, הוא מתאים לחלק C של הבוס הפלסטיק. לכן, מידה d בתחתית האום צריכה להיות קטנה יותר מקוטר החור הפנימי C של הבוס הפלסטיק כדי להקל על המיקום.
• מידה D היא הקוטר החיצוני של האום ומתאים לקוטר החור הפנימי C של הבוס הפלסטיק. עבור אומים לטלפונים ניידים, קוטר חור הפלסטיק קטן בדרך כלל בכ-0.25-0.3 מ"מ מקוטר החור החיצוני של האום.
• מידה L היא אורך האום ומתאים לעומק החור Y בבוס הפלסטיק. חור הפלסטיק מתוכנן בדרך כלל לעומק של 0.5-1.0 מ"מ מאורך האום כדי לספק מקום לעודפי פלסטיק.
• W הוא עובי דופן הפלסטיק סביב החור. עובי הדופן של בוס פלסטיק הוא בדרך כלל לפחות 0.8-1.0 מ"מ. אומים גדולים יותר דורשים דופן עבה יותר. עיין בטבלת הפרמטרים שלהלן.

Thread	קוטר חיצוני D	אורך L	חור בוס מפלסטיק		עובי דופן פלסטיק W
			קוטר ג'	עומק 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 בעיות ופתרונות נפוצים
1) גודל נכון של החור בבוס הפלסטיק הוא קריטי. אם החור גדול מדי, הפלסטיק לא יתחבר כראוי לאום לאחר ההטבעה, וכתוצאה מכך מומנט והתנגדות משיכה לא מספיקים. אם החור קטן מדי, עלולים להיווצר התלקחות או סדקים.

2) אם מידות האום ומידות הפלסטיק נכונות אך הבעיות נמשכות, יש לשקול שיפור התכנון.

 

מכיוון שהחוט הפלסטי רדוד, שימוש באום מחורץ כפול אלכסוני עלול לגרום לקטע מחורץ קצר לאחר קביעת מידות האום. לאחר ההטבעה, מעט מדי פלסטיק נכנס למחורץ, מה שמוביל למומנט והתנגדות למשיכה לא מספקים. לכן, מומלץ בדרך כלל שחור החוט הפלסטי יהיה בעומק של לפחות 2.5 מ"מ והאום יהיה באורך של לפחות 2.0 מ"מ.
שיפור: אם קשה לשנות את התבנית, שקלו לשנות את תבנית החריצים של האום לתבנית BS1 חד-אלכסונית, כפי שמוצג מימין. פעולה זו מגדילה את גובה צעד החריצים ואת כמות הפלסטיק הנמצאת במגע עם החריצים, ובכך משפרת את המומנט ואת ההתנגדות למשיכה החוצה.

3) הבהוב או סדקים סביב החור בבוס הפלסטיק

 

כאשר משתמשים בסגנון האום המוצג משמאל, אזורים A1 ו-A2 מתרחבים לאחר שהאום משובץ בפלסטיק, בעוד שאזור B מתכווץ בחדות. זה מקשה על הפלסטיק לזרום החוצה, ויכול להיווצר הבזק בקצוות העליונים והתחתונים של האום, דבר המשפיע קשות על מראה המוצר.

שיפור: השתמשו בקטע C כמדריך ותכונת איתור כדי שניתן יהיה להניח את האום בצורה בטוחה בחור הפלסטיק, ובכך לשפר את היעילות והתפוקה. קטע המדריך ב-C מאפשר להזיז חלק מפלסטיק מאזור A2 תוך השארת מספיק פלסטיק לאזור A1. בנוסף, לקטעים A1 ו-A2 יש חריצים אלכסוניים עם זווית כלואה של 90° ושיפועים של 45°. הצומת שלהם יוצר צומת חזק העומד בפני מומנט היקפי, מה שמגדיל מאוד את המומנט ואת ההתנגדות למשיכה החוצה.