Inzetvormproces: een complete handleiding

1. Wat is insert molding?

Een insert is een onderdeel dat in kunststof is ingebed, zoals metaal, glas, hout, vezels, papier, rubber of een voorgevormd kunststofonderdeel. Metaal is het meest gebruikte materiaal voor inserts. Bij insert molding wordt een insert eerst op de juiste positie in een spuitgietmatrijs bevestigd. Vervolgens wordt kunststof in de matrijs geïnjecteerd. Nadat de matrijs opengaat, omsluit de afgekoelde en gestolde kunststof de insert, waardoor een onderdeel ontstaat met kenmerken zoals schroefdraad of elektroden.
Bij insert molding kunnen inserts op twee manieren in de mal worden geplaatst:

1) Handmatige plaatsing

Dit verlengt de cyclustijd van het spuitgieten aanzienlijk en is geschikt voor kleine productieseries of producten met complexe structuren;

2) Geautomatiseerde plaatsing

Dit is beter voor massaproductie, omdat het menselijke fouten helpt verminderen, de efficiëntie verbetert, de doorlooptijd verkort en de productbetrouwbaarheid verhoogt.
2. Voordelen en nadelen van insert molding 2.1 Voordelen van insert molding
1) Door de vormbaarheid en elasticiteit van kunststof te combineren met de stijfheid, sterkte en hittebestendigheid van metaal, is het mogelijk robuuste, complexe, geïntegreerde metaal-kunststofproducten te vervaardigen, terwijl de productafmetingen en het gewicht worden gereduceerd.

2) Door de elektrische isolatie van kunststof te combineren met de elektrische geleidbaarheid van metaal, kunnen gegoten onderdelen voldoen aan de basisfunctionaliteitseisen van elektrische producten. Ook aan specifieke eisen zoals magnetische geleidbaarheid, slijtvastheid en bevestigingseigenschappen kan hiermee worden voldaan.

3) Door metalen inzetstukken aan kunststof toe te voegen, kan de sterkte van het kunststofonderdeel worden verhoogd.

4) Inzetspuitgieten biedt meer ontwerpfexibiliteit en creëert nieuwe mogelijkheden voor het combineren van kunststof, metaal en andere componenten.

5) Het kan secundaire processen zoals hitteverlijming, lassen en klinken overbodig maken, waardoor de montagetijd en -kosten mogelijk worden verlaagd.

6) Inzetstukken zijn niet beperkt tot metaal; ze kunnen ook bestaan ​​uit stof, papier, draden, plastic, glas, hout, spoelen, elektrische componenten en gegoten plastic onderdelen.

7) Bij starre gegoten onderdelen en flexibele gebogen onderdelen op rubberen afdichtingsplaten kan het samenvoegen van de onderdelen tot een geïntegreerd product de ingewikkelde taak van het rangschikken van afdichtingsringen overbodig maken en de daaropvolgende geautomatiseerde assemblage vereenvoudigen.

8) Doordat gesmolten plastic zich hecht aan metalen inzetstukken, kan de speling rond de metalen inzetstukken kleiner worden ontworpen dan bij perspassing, waardoor de betrouwbaarheid van het product verbetert en de kans groter is dat het product trillingstests doorstaat.

9) Met geschikte kunststofmaterialen en vormomstandigheden kunnen zelfs onderdelen die gevoelig zijn voor vervorming of beschadiging, zoals glas, spoelen en elektrische componenten, in kunststof worden afgedicht en beveiligd.

10) Met een geschikt matrijsontwerp kan een inzetstuk volledig in plastic worden ingekapseld.

11) Door verticale spuitgietmachines te combineren met robots en inzetstukken-positioneringsapparaten kunnen de meeste inzetstuk-spuitgietprocessen worden geautomatiseerd.

2.2 Nadelen van insert molding

1) Het plaatsen van inzetstukken maakt de matrijsstructuur vaak complexer, verlengt de spuitgietcyclus, verhoogt de productiekosten en maakt automatisering moeilijker.

2) Omdat de thermische uitzettingscoëfficiënten van het inzetstuk en het plastic verschillen, kan er restspanning in het eindproduct ontstaan, wat scheurvorming kan veroorzaken. Dit probleem is vooral merkbaar bij het spuitgieten van moerinzetstukken.

3) Het verschil in thermische uitzetting tussen het inzetstuk en het plastic kan er ook voor zorgen dat het product kromtrekt of vervormt.

 

4) Inzetstukken, met name moer-inzetstukken, moeten vaak worden voorverwarmd of gedroogd om restspanning te verminderen.

5) De inzetstukken moeten stevig in de mal bevestigd zijn; anders kunnen ze door de impact van het gesmolten materiaal verschuiven of vervormen.

6) Als er tijdens het spuitgieten van inzetstukken defecten optreden – bijvoorbeeld onvolledig spuitgieten, ontbrekende inzetstukken of een onjuiste positionering van de inzetstukken – kan het zijn dat het hele product moet worden afgekeurd, wat aanzienlijke verliezen tot gevolg heeft.

7) Inzetvormen maakt productrecycling en -afvoer lastiger.
3. Toepassingen van insert molding
Inzetspuitgieten wordt veel gebruikt in industrieën zoals de automobielindustrie, de medische sector, de elektronica en de connectorenindustrie.
4. Ontwerprichtlijnen voor insert molding
Bij het ontwerpen voor insert molding moeten de kenmerken van het proces volledig in overweging worden genomen en moet het ontwerp de principes van Design for Manufacturing (DFM) volgen.

De richtlijnen omvatten:

1) Materiaalkeuze voor de insert. Koper, aluminium, staal, harde kunststofonderdelen, keramiek, glas en andere kunststoffen kunnen allemaal als insertmateriaal worden gebruikt. Messing wordt veel gebruikt omdat het corrosiebestendig is, gemakkelijk te bewerken en redelijk geprijsd.

2) Vorm invoegen. Gebruik waar mogelijk cirkelvormige of axiaal symmetrische vormen. Vermijd scherpe hoeken en acute hoeken om gelijkmatige krimp te bevorderen en plaatselijke spanningen of spanningsconcentraties te voorkomen.

3) Pas DFM-principes toe op het inzetstuk zelf. Metalen inzetstukken worden vervaardigd door middel van bewerking of stempelen, dus hun geometrie moet geschikt zijn voor het productieproces.

▲ DFM-ontwerp van het inzetstuk zelf

4) Om het plaatsen en positioneren in de matrijs te vergemakkelijken, moet het uitstekende gedeelte van het inzetstuk (het deel dat zich in de matrijs bevindt) cilindrisch zijn, aangezien ronde gaten gemakkelijker in de matrijs te bewerken zijn.

 

▲ Ontwerp van het uitstekende gedeelte van het inzetstuk

 

5) Inzetstukken moeten afdichtingschouders of vergelijkbare kenmerken hebben om te voorkomen dat er plastic uit de rand van het spuitgietproces komt.

 

▲ Ontwerp van de inzetschouder

 

6) Om te voorkomen dat het plastic onder het inzetstuk te dun wordt en golvende krimpverschijnselen vertoont die het uiterlijk en de sterkte beïnvloeden, moet de minimale afstand T van de onderkant van het inzetstuk tot de plastic wand T > D/6 zijn.

 

▲ Afstand tussen het inzetstuk en het bodemoppervlak

 

Als de afstand te klein is, kan het onderstaande ontwerp worden gebruikt.

 

▲ Het handhaven van een uniforme wanddikte

 

7) De speling tussen het inzetstuk en de zijwand van het product mag niet te klein zijn, zodat de mal voldoende stevigheid behoudt.

 

▲ Speling tussen het inzetstuk en de zijwand

 

8) Wanneer een inzetstuk in een nok wordt geplaatst, moet het tot aan de bodem van de nok reiken (met behoud van de minimale bodemdikte) om een ​​veilige verbinding en voldoende sterkte in de kunststof behuizing te garanderen. Rond de kop van het inzetstuk af.

 

▲ Invoegen in een baas

 

9) Kleine cilindrische inzetstukken kunnen in de kunststof behuizing worden verankerd met behulp van een centrale gleuf of diamantvormige karteling op het oppervlak. De kartelgroeven moeten 1–2 mm diep zijn.

 

▲ Het vastzetten van kleine cilindrische inzetstukken

 

10) Plaat- of velvormige inzetstukken kunnen worden bevestigd met behulp van gaten of vensters. Voor dunne inzetstukken (minder dan 0.5 mm dik) worden inkepingen of buigen aanbevolen.

 

▲ Bevestigen van plaat- of velvormige inzetstukken

 

11) Staafvormige inzetstukken kunnen worden vastgezet door het uiteinde plat te maken, in te kerven, te buigen of te splijten, of door het middelste gedeelte van een ronde staaf plat te maken.

 

▲ Bevestigen van staafvormige inzetstukken (vervormd uiteinde)

 

▲ Bevestigen van buisvormige inzetstukken (vervormd middengedeelte)

 

12) Bij gestempelde buisvormige inzetstukken kan tijdens het stempelen een opstaande rand worden gevormd om de hechting te verbeteren.

 

▲ Bevestigen van gestempelde buisvormige inzetstukken (vervormd middengedeelte)

13) Bij connectoren is het voor productontwerpers van groot belang ervoor te zorgen dat de aansluitklemmen stevig in het plastic verankerd zijn. Veelgebruikte methoden om de klembevestiging aanzienlijk te verbeteren zijn onder andere:

• Gaten ponsen in de terminal die in het plastic is ingebed.
• Het terminal een onregelmatig profiel geven
• Het uiteinde buigen
• Het toevoegen van oppervlakteruwheid of verhoogde/verzonken kenmerken aan de terminal.
• Het vergroten van de wanddikte van het plastic

 

▲ Aansluitstukken met gaten, onregelmatige profielen en bochten

5. Ontwerprichtlijnen voor moer-inzetstukken

Inzetstukken voor moeren behoren tot de meest voorkomende soorten inzetstukken. Het inzetstuk voor de moer en de bijbehorende kunststof bus moeten correct ontworpen zijn; anders kunnen er kwaliteitsproblemen ontstaan, zoals onvoldoende uittrekkracht of scheuren in de bus.
5.1 Drie methoden voor het monteren van moeren

Er zijn drie methoden om moeren in kunststof onderdelen te bevestigen:

1) Hittegestapelde noten

Hitteverlijming is de meest gebruikelijke installatiemethode en wordt over het algemeen uitgevoerd met behulp van een hitteverlijmingsmachine of een handmatig bediende soldeerbout.

2) Insteekmoeren

Deze methode vereist een zeer nauwkeurige controle van de gatdiameter in de kunststof nok, doorgaans binnen 0.05 mm. De moer wordt op zijn plaats gehouden door een vormpen en gepositioneerd in de spuitgietmatrijs, waardoor de gatdiameter moet worden afgestemd op de grootte van de pen op de spuitgietmachine.

3) Ultrasone inbrenging

Ultrasone trillingen creëren wrijving tussen de moer en het werkstuk, waardoor de temperatuur op het raakvlak stijgt. Wanneer de temperatuur het verwekingspunt van het werkstuk bereikt, wordt de moer in het kunststof onderdeel ingebed. Zodra de trillingen stoppen, koelt het werkstuk af en stolt het onder druk. Elke methode heeft voor- en nadelen; dit artikel richt zich op insteekgegoten moeren.
5.2 Externe geometrie van inzetmoeren

De externe geometrie van inzetmoeren is specifiek ontworpen om een ​​sterke mechanische vergrendeling met kunststofmaterialen te creëren. Belangrijke kenmerken zijn doorgaans diamant- of rechte karteling om de weerstand tegen torsie en uittrekken te maximaliseren. Langwerpige groeven of ondersnijdingen worden vaak toegevoegd om rotatie te voorkomen. Een afgeschuinde geleiding aan de onderkant zorgt voor een eenvoudige en nauwkeurige plaatsing in de mal of het voorgevormde gat. Daarnaast beperkt een bovenflens of kraag de insteekdiepte en biedt axiale ondersteuning. Sommige ontwerpen zijn voorzien van een afdichtingsring om te voorkomen dat gesmolten kunststof in de schroefdraad loopt. Samen zorgen deze geometrische kenmerken voor een zeer betrouwbare en duurzame verbinding.

5.3 Voorbeelden van specificaties voor insteekmoeren

5.4 Ontwerp van kunststof bussen en selectie van moeren
1) Basisafmetingen van de moer en de kunststof bus

• Afmeting d is de basis van de moer, ook wel het geleidings-/positioneringsgedeelte genoemd. Vóór het plaatsen past deze in gedeelte C van de plastic bus. Daarom moet afmeting d aan de onderkant van de moer kleiner zijn dan de binnendiameter C van het plastic gat om de positionering te vergemakkelijken.
• Afmeting D is de buitendiameter van de moer en komt overeen met de binnendiameter C van het gat in de plastic nok. Bij moeren voor mobiele telefoons is de diameter van het gat in de plastic nok doorgaans ongeveer 0.25–0.3 mm kleiner dan de buitendiameter van de moer.
• Afmeting L is de lengte van de moer en komt overeen met de gatdiepte Y in de kunststof bus. Het gat in de kunststof bus is over het algemeen 0.5–1.0 mm dieper dan de lengte van de moer om ruimte te bieden voor overtollig plastic.
• W is de wanddikte van het plastic rond het gat. De wanddikte van een plastic moer is over het algemeen minimaal 0.8–1.0 mm. Grotere moeren vereisen dikkere wanden. Zie de parametertabel hieronder.

Draad	Buitendiameter D	Lengte L	Kunststof bevestigingsgat		Wanddikte van kunststof W
			Diameter C	Diepte 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 Veelvoorkomende problemen en oplossingen
1) De juiste afmeting van het gat in de kunststof bus is cruciaal. Als het gat te groot is, zal de kunststof bus na het inbedden niet voldoende grip hebben op de moer, wat resulteert in onvoldoende koppel en uittrekweerstand. Als het gat te klein is, kan er braamvorming of scheurvorming optreden.

2) Als de afmetingen van de moer en het plastic kloppen, maar de problemen aanhouden, overweeg dan het ontwerp te verbeteren.

 

Omdat de plastic nok ondiep is, kan het gebruik van een moer met dubbele schuine karteling resulteren in een te kort gekarteld gedeelte nadat de afmetingen van de moer zijn bepaald. Eenmaal ingeschroefd, maakt te weinig plastic contact met de karteling, wat leidt tot onvoldoende koppel en uittrekweerstand. Daarom wordt over het algemeen aanbevolen dat het gat in de plastic nok minimaal 2.5 mm diep is en de moer minimaal 2.0 mm lang.
Verbetering: Als het aanpassen van de mal lastig is, overweeg dan om het kartelpatroon van de moer te veranderen naar een enkelvoudig schuin BS1-patroon, zoals rechts afgebeeld. Dit verhoogt de hoogte van de kartelrand en de hoeveelheid plastic die contact maakt met de karteling, waardoor het koppel en de uittrekweerstand verbeteren.

3) Het ontstaan ​​van braamvorming of scheurtjes rond het gat in de plastic dop.

 

Bij gebruik van de moer zoals links afgebeeld, zetten de gebieden A1 en A2 uit nadat de moer in het plastic is ingebed, terwijl gebied B sterk krimpt. Hierdoor kan het plastic moeilijk wegvloeien en kan er braamvorming optreden aan de boven- en onderkant van de moer, wat het uiterlijk van het product ernstig beïnvloedt.

Verbetering: Gebruik sectie C als geleidings- en positioneringselement, zodat de moer stevig in het plastic gat kan worden geplaatst, wat de efficiëntie en het rendement verbetert. De geleidingssectie bij C zorgt ervoor dat er wat plastic uit gebied A2 kan worden verplaatst, terwijl er voldoende plastic overblijft voor gebied A1. Bovendien hebben de secties A1 en A2 schuine kartels met een hoek van 90° en een helling van 45°. Hun snijpunt vormt een sterke knoop die bestand is tegen omtrekskoppel, waardoor het koppel en de uittrekweerstand aanzienlijk toenemen.