1. Hva er innsatsstøping?
En innsats er en gjenstand innebygd i plast, for eksempel metall, glass, tre, fibre, papir, gummi eller en forhåndsstøpt plastkomponent. Metall er det vanligste innsatsmaterialet. Innsatsstøping er en prosess der en innsats først festes i riktig posisjon inne i en sprøytestøpeform. Plast sprøytes deretter inn i formen. Etter at formen åpnes, innkapsler den avkjølte og størknede plasten innsatsen, og produserer en del som inneholder funksjoner som gjenger eller elektroder.
Ved støping av innlegg kan innlegg plasseres i formen på to måter:
1) Manuell plassering
noe som øker sprøytestøpesyklustiden betydelig og er egnet for små produksjonsserier eller produkter med komplekse strukturer;
2) Automatisert plassering
som er bedre for masseproduksjon, og bidrar til å redusere menneskelige feil, forbedre effektiviteten, forkorte syklustiden og øke produktets pålitelighet.
2. Fordeler og ulemper med innsatsstøping2.1 Fordeler med innsatsstøping
1) Ved å kombinere plastens støpeevne og elastisitet med metallets stivhet, styrke og varmebestandighet, er det mulig å produsere robuste, intrikate, integrerte metall-plastprodukter samtidig som produktets størrelse og vekt reduseres.
2) Ved å kombinere den elektriske isolasjonen i plast med den elektriske ledningsevnen i metall, kan støpte deler oppfylle de grunnleggende funksjonskravene til elektriske produkter. De kan også oppfylle spesielle krav som magnetisk ledningsevne, slitestyrke og festeevne.
3) Å legge til metallinnsatser i plast kan øke styrken til plastdelen.
4) Innsatsstøping gir større designfleksibilitet og skaper nye muligheter for å kombinere plast, metall og andre komponenter.
5) Det kan eliminere sekundære prosesser som varmestaking, sveising og nagling, noe som potensielt reduserer monteringstid og kostnader.
6) Innsatser er ikke begrenset til metall; de kan også omfatte stoff, papir, ledninger, plast, glass, tre, spoler, elektriske komponenter og støpte plastdeler.
7) For stive støpte deler og fleksible, buede deler på gummitetningsplater, kan støping av delene sammen til et integrert produkt eliminere den kompliserte oppgaven med å arrangere tetningsringer og gjøre påfølgende automatisert montering enklere.
8) Fordi smeltet plast binder seg til metallinnsatser, kan klaringen rundt metallinnsatser utformes mindre enn med presspasningsmetoder, noe som forbedrer produktets pålitelighet og gjør det mer sannsynlig at produktet består vibrasjonstester.
9) Med egnede plastmaterialer og støpeforhold kan selv deler som er utsatt for deformasjon eller skade, som glass, spoler og elektriske komponenter, forsegles og sikres i plast.
10) Med en passende støpeform kan en innsats innkapsles fullstendig i plast.
11) Ved å kombinere vertikale sprøytestøpemaskiner med roboter og innsatsanordninger, kan de fleste innsatsstøpeoperasjoner automatiseres.
2.2 Ulemper med innsatsstøping
1) Plassering av innsatser gjør ofte formstrukturen mer kompleks, forlenger støpesyklusen, øker produksjonskostnadene og gjør automatisering vanskeligere.
2) Fordi varmeutvidelseskoeffisientene for innsatsen og plasten er forskjellige, kan det oppstå restspenninger i det ferdige produktet og forårsake sprekker. Dette problemet er spesielt merkbart ved støping av mutterinnsatser.
3) Forskjellen i termisk ekspansjon mellom innlegget og plasten kan også føre til at produktet vrir seg eller deformeres.
4) Innsatser, spesielt mutterinnsatser, må ofte forvarmes eller tørkes for å redusere restspenning.
5) Innsatsene må være forsvarlig festet i formen; ellers kan støtet fra det smeltede materialet føre til at de forskyves eller deformeres.
6) Hvis det oppstår feil under støping av innlegg – for eksempel ufullstendig støping, manglende innlegg eller feil plassering av innlegg – kan det hende at hele produktet må kasseres, noe som resulterer i betydelige tap.
7) Innsatsstøping gjør produktresirkulering og avhending vanskeligere.
3. Anvendelser av innsatsstøping
Innsatsstøping er mye brukt i bransjer som bilindustri, medisin, elektronikk og kontakter.
4. Designretningslinjer for innsatsstøping
Ved design for innsatsstøping må prosessens egenskaper tas fullt ut i betraktning, og designet bør følge prinsippene for design for produksjon (DFM).
Retningslinjene inkluderer:
1) Valg av innsatsmateriale. Kobber, aluminium, stål, harde plastdeler, keramikk, glass og plast kan alle brukes som innsatsmaterialer. Messing brukes ofte fordi det er korrosjonsbestandig, lett å maskinere og har en moderat pris.
2) Sett inn form. Bruk sirkulære eller aksialsymmetriske former der det er mulig. Unngå skarpe hjørner og spisse vinkler for å fremme jevn krymping og forhindre lokal spenning eller spenningskonsentrasjoner.
3) Anvend DFM-prinsipper på selve innsatsen. Metallinnsatser produseres ved maskinering eller stempling, så geometrien deres må være egnet for produksjonsprosessen.
▲ DFM-design av selve innsatsen
4) For å forenkle plassering og posisjonering i formen, bør den delen av innsatsen som stikker ut (delen som er plassert i formen) være sylindrisk, siden runde hull er enklere å maskinere i formen.
▲ Utforming av den utstikkende delen av innsatsen
5) Innsatser bør ha tetningsskuldre eller lignende funksjoner for å forhindre at plasten blinker under sprøytestøping.
▲ Utforming av innsatsskulderen
6) For å forhindre at plasten under innsatsen blir for tynn og utvikler bølgete synkemerker som påvirker utseende og styrke, bør minimumsavstanden T fra bunnen av innsatsen til plastveggen være T > D/6.
▲ Avstand mellom innsatsen og bunnflaten
Hvis avstanden er for liten, kan designet vist nedenfor brukes.
▲ Opprettholde jevn veggtykkelse
7) Klaringen mellom innsatsen og produktets sidevegg må ikke være for liten, slik at formen beholder tilstrekkelig styrke.
▲ Klaring mellom innsatsen og sideveggen
8) Når en innsats plasseres i et boss, skal den strekke seg til bunnen av bosset (samtidig som minimum bunntykkelse opprettholdes) for å sikre en sikker binding og tilstrekkelig styrke i plastkroppen. Rundt hodet på innsatsen.
▲ Sett inn i en boss
9) Små sylindriske innsatser kan forankres i plasthuset ved hjelp av et sentralt spor eller en diamantrifling på overflaten. Riflesporene bør være 1–2 mm dype.
▲ Feste av små sylindriske innsatser
10) Plate- eller arkformede innlegg kan festes med hull eller vinduer. For tynne innlegg (mindre enn 0.5 mm tykke) anbefales hakk eller bøying.
▲ Feste av plate- eller arkformede innlegg
11) Stangformede innsatser kan festes ved å flate ut, skjære i hakk, bøye eller dele enden, eller ved å flate ut den midtre delen av en rund stang.
▲ Feste av stangformede innsatser (deformert ende)
▲ Feste rørformede innlegg (deformert midtdel)
12) For stemplede rørformede innlegg kan det dannes en hevet bule under stemplingen for å forbedre retensjonen.
▲ Feste av stemplede rørformede innlegg (deformert midtdel)
13) I kontakter er det viktig for produktdesigningeniører å sørge for at terminalinnsatsene er godt forankret i plast. Vanlige metoder for å forbedre terminalfestet betraktelig inkluderer:
- Å lage hull i terminalen som er innebygd i plasten
- Gir terminalen en uregelmessig profil
- Bøying av terminalen
- Legge til overflateruhet eller hevede/innfelte funksjoner på terminalen
- Øke tykkelsen på plastveggene
▲ Terminalinnsatser med hull, uregelmessige profiler og bøyer
5. Designretningslinjer for mutterinnsatser
Mutterinnsatser er blant de vanligste typene innsatser. Mutterinnsatsen og den tilhørende plastbossen må være riktig utformet, ellers kan det oppstå kvalitetsproblemer som utilstrekkelig uttrekkskraft eller sprekkdannelser i bosset.
5.1 Tre metoder for å montere muttere
Det finnes tre metoder for å legge inn muttere i plastdeler:
1) Varmestakede muttere
Varmestaking er den vanligste installasjonsmetoden og utføres vanligvis ved hjelp av en varmestakingmaskin eller et manuelt betjent loddebolt.
2) Innsatsstøpte muttere
Denne metoden krever svært streng kontroll av hulldiameteren i plastbosset, vanligvis innenfor 0.05 mm. Mutteren holdes på plass av en støpestift og plasseres i sprøytestøpeformen, så hulldiameteren må kontrolleres i henhold til størrelsen på stiften på sprøytestøpemaskinen.
3) Ultralydinnsetting
Ultralydvibrasjon skaper friksjon mellom mutteren og arbeidsstykket, noe som øker temperaturen ved grensesnittet. Når temperaturen når arbeidsstykkets mykningstemperatur, legges mutteren inn i plastdelen. Når vibrasjonen stopper, avkjøles arbeidsstykket og størkner under trykk. Hver metode har fordeler og ulemper; denne artikkelen fokuserer på innsatsstøpte muttere.
5.2 Ekstern geometri av innsatsmuttere
Den eksterne geometrien til innsatsmuttere er spesielt konstruert for å skape sterk mekanisk sammenlåsing med plastmaterialer. Viktige funksjoner inkluderer vanligvis diamant- eller rett rifling for å maksimere anti-moment og uttrekksmotstand. Langsgående spor eller underskjæringer legges ofte til for å forhindre rotasjon. En avfaset føring nederst muliggjør enkel og nøyaktig plassering i formen eller det forhåndsstøpte hullet. I tillegg begrenser en toppflens eller krage innsettingsdybden og gir aksial støtte. Noen design har en tetningsring for å forhindre at smeltet plast renner over i gjengene. Sammen sikrer disse geometriske egenskapene en svært pålitelig og holdbar forbindelse.
5.3 Eksempler på spesifikasjoner for innsatsmuttere
5.4 Design og valg av plastboss
1) Grunnleggende dimensjoner på mutteren og plastbosset
- Dimensjon d er bunnen av mutteren, også kalt førings-/lokaliseringsdelen. Før innsetting passer den med seksjon C av plastbossen. Derfor bør dimensjon d nederst på mutteren være mindre enn den indre hulldiameteren C i plastbossen for å forenkle plasseringen.
- Dimensjon D er mutterens ytre diameter og tilsvarer den indre hulldiameteren C i plastbossen. For mobiltelefonmuttere er plasthulldiameteren vanligvis omtrent 0.25–0.3 mm mindre enn mutterens ytre diameter.
- Dimensjon L er lengden på mutteren og tilsvarer hulldybden Y i plastbosset. Plasthullet er vanligvis utformet 0.5–1.0 mm dypere enn mutterlengden for å gi plass til overflødig plast.
- W er plastveggtykkelsen rundt hullet. Veggtykkelsen på en plastboss er vanligvis minst 0.8–1.0 mm. Større muttere krever tykkere vegger. Se parametertabellen nedenfor.
| Tråd | Ytre diameter D | Lengde L | Plast bosshull | Plastveggtykkelse W | |
| Diameter C | Dybde 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 Vanlige problemer og løsninger
1) Riktig dimensjonering av hullet i plastbosset er avgjørende. Hvis hullet er for stort, vil ikke plasten gripe tilstrekkelig inn i mutteren etter innstøping, noe som resulterer i utilstrekkelig moment og uttrekksmotstand. Hvis hullet er for lite, kan det oppstå sprekker eller flekker.
2) Hvis mutterdimensjonene og plastdimensjonene er riktige, men problemene vedvarer, bør du vurdere å forbedre designet.
Fordi plastbossen er grunt, kan bruk av en dobbel skrå riflet mutter resultere i en kort riflet seksjon etter at mutterdimensjonene er proporsjonert. Når den er innebygd, griper for lite plast inn i riflingen, noe som fører til utilstrekkelig dreiemoment og uttrekksmotstand. Det anbefales derfor generelt at plastbosshullet er minst 2.5 mm dypt og mutteren er minst 2.0 mm langt.
Forbedring: Hvis det er vanskelig å modifisere formen, bør du vurdere å endre mutterens riflemønster til et enkelt skrått BS1-mønster, som vist til høyre. Dette øker rifletrinnshøyden og mengden plast som griper inn i riflingen, og forbedrer dermed dreiemoment og uttrekksmotstand.
3) Blinker eller sprekker rundt hullet i plastbosset
Når muttertypen vist til venstre brukes, utvider områdene A1 og A2 seg etter at mutteren er innebygd i plasten, mens område B trekker seg kraftig sammen. Dette gjør det vanskelig for plasten å flyte av, og det kan dannes flekker i mutterens øvre og nedre ende, noe som påvirker produktets utseende alvorlig.
Forbedring: Bruk seksjon C som en føring og lokaliseringsfunksjon slik at mutteren kan plasseres sikkert i plasthullet, noe som forbedrer effektiviteten og utbyttet. Føringsseksjonen ved C tillater at noe plast forskyves fra område A2, samtidig som det er nok plast igjen for område A1. I tillegg har A1- og A2-seksjonene skrå rifler med en inkludert vinkel på 90° og 45° helling. Skjæringspunktet deres danner en sterk node som motstår omkretsmessig dreiemoment, noe som øker dreiemomentet og uttrekksmotstanden betraktelig.
