1. O que é moldagem por inserção?
Um inserto é um componente embutido em plástico, como metal, vidro, madeira, fibras, papel, borracha ou um componente plástico pré-moldado. O metal é o material mais comum para insertos. A moldagem por inserção é um processo no qual o inserto é fixado na posição adequada dentro de um molde de injeção. Em seguida, o plástico é injetado no molde. Após a abertura do molde, o plástico resfriado e solidificado encapsula o inserto, produzindo uma peça com características como roscas ou eletrodos.
Na moldagem com insertos, os insertos podem ser colocados no molde de duas maneiras:
1) Colocação manual
o que aumenta significativamente o tempo do ciclo de moldagem por injeção e é adequado para pequenos lotes de produção ou produtos com estruturas complexas;
2) Colocação automatizada
Qual é a melhor opção para a produção em massa, ajudando a reduzir erros humanos, melhorar a eficiência, encurtar o tempo de ciclo e aumentar a confiabilidade do produto?
2. Vantagens e Desvantagens da Moldagem por Inserção 2.1 Vantagens da Moldagem por Inserção
1) A combinação da moldabilidade e elasticidade do plástico com a rigidez, resistência e resistência ao calor do metal torna possível fabricar produtos robustos, complexos e integrados de metal e plástico, reduzindo o tamanho e o peso do produto.
2) A combinação do isolamento elétrico do plástico com a condutividade elétrica do metal permite que as peças moldadas atendam aos requisitos funcionais básicos de produtos elétricos. Também pode atender a requisitos especiais, como condutividade magnética, resistência ao desgaste e fixação.
3) A adição de inserções metálicas ao plástico pode aumentar a resistência da peça plástica.
4) A moldagem por inserção proporciona maior flexibilidade de design e cria novas possibilidades para combinar plástico, metal e outros componentes.
5) Pode eliminar processos secundários como fixação térmica, soldagem e rebitagem, reduzindo potencialmente o tempo e o custo de montagem.
6) Os insertos não se limitam a metal; podem também incluir tecido, papel, fios, plástico, vidro, madeira, bobinas, componentes elétricos e peças plásticas moldadas.
7) Para peças moldadas rígidas e peças curvas flexíveis em folhas de vedação de borracha, a moldagem das peças em um produto integrado pode eliminar a tarefa complexa de organizar anéis de vedação e facilitar a montagem automatizada subsequente.
8) Como o plástico fundido se liga aos insertos metálicos, a folga ao redor desses insertos pode ser projetada menor do que com os métodos de encaixe por pressão, melhorando a confiabilidade do produto e aumentando a probabilidade de aprovação nos testes de vibração.
9) Com materiais plásticos e condições de moldagem adequadas, até mesmo peças propensas a deformação ou danos, como vidro, bobinas e componentes elétricos, podem ser seladas e protegidas em plástico.
10) Com um projeto de molde adequado, um inserto pode ser completamente encapsulado em plástico.
11) Combinando máquinas de moldagem por injeção vertical com robôs e dispositivos de posicionamento de insertos, a maioria das operações de moldagem por inserção pode ser automatizada.
2.2 Desvantagens da Moldagem por Inserção
1) A colocação de insertos geralmente torna a estrutura do molde mais complexa, prolonga o ciclo de moldagem, aumenta os custos de fabricação e dificulta a automação.
2) Devido à diferença nos coeficientes de expansão térmica do inserto e do plástico, podem surgir tensões residuais no produto final, causando fissuras. Esse problema é particularmente notório na moldagem de insertos para porcas.
3) A diferença na expansão térmica entre o inserto e o plástico também pode fazer com que o produto se deforme ou sofra empenamento.
4) Os insertos, especialmente os insertos de porca, muitas vezes precisam ser pré-aquecidos ou secos para reduzir a tensão residual.
5) Os insertos devem ser fixados com segurança no molde; caso contrário, o impacto do material fundido pode causar seu deslocamento ou deformação.
6) Se ocorrerem defeitos durante a moldagem por inserção — por exemplo, moldagem incompleta, falta de insertos ou posicionamento incorreto dos insertos — todo o produto poderá ter de ser descartado, resultando em perdas significativas.
7) A moldagem por inserção dificulta a reciclagem e o descarte do produto.
3. Aplicações da Moldagem por Inserção
A moldagem por inserção é amplamente utilizada em indústrias como a automotiva, médica, eletrônica e de conectores.
4. Diretrizes de projeto para moldagem por inserção
Ao projetar para moldagem por inserção, as características do processo devem ser totalmente consideradas e o projeto deve seguir os princípios de Design para Manufatura (DFM).
As diretrizes incluem:
1) Seleção do material de inserção. Cobre, alumínio, aço, peças plásticas rígidas e diferentes, cerâmica, vidro e plásticos podem ser usados como materiais de inserção. O latão é comumente usado por ser resistente à corrosão, fácil de usinar e ter um preço moderado.
2) Insira a forma. Use formas circulares ou com simetria axial sempre que possível. Evite cantos vivos e ângulos agudos para promover uma contração uniforme e prevenir tensões ou concentrações de tensão localizadas.
3) Aplique os princípios de DFM (Design for Manufacturing) à própria pastilha. Pastilhas metálicas são fabricadas por usinagem ou estampagem, portanto, sua geometria deve ser adequada ao processo de fabricação.
▲ Projeto DFM do próprio inserto
4) Para facilitar a colocação e o posicionamento no molde, a parte do inserto que se projeta (a parte localizada no molde) deve ser cilíndrica, uma vez que os furos redondos são mais fáceis de usinar no molde.
▲ Desenho da porção saliente do inserto
5) Os insertos devem incluir ressaltos de vedação ou características semelhantes para evitar rebarbas de plástico durante a moldagem por injeção.
▲ Design da inserção do ombro
6) Para evitar que o plástico sob o inserto fique muito fino e desenvolva marcas de afundamento onduladas que afetam a aparência e a resistência, a distância mínima T da parte inferior do inserto até a parede de plástico deve ser T > D/6.
▲ Distância entre a inserção e a superfície inferior
Se a distância for muito pequena, pode-se usar o projeto mostrado abaixo.
▲ Manter a espessura uniforme da parede
7) A folga entre o inserto e a parede lateral do produto não deve ser muito pequena, para que o molde mantenha resistência suficiente.
▲ Espaço livre entre o inserto e a parede lateral
8) Ao inserir um inserto em um ressalto, ele deve se estender até o fundo do ressalto (mantendo a espessura mínima na base) para garantir uma fixação segura e resistência suficiente no corpo plástico. Arredonde a cabeça do inserto.
▲ Inserir em um chefe
9) Pequenos insertos cilíndricos podem ser fixados no corpo de plástico utilizando uma ranhura central ou recartilhado diamantado na superfície. Os sulcos do recartilhado devem ter 1–2 mm de profundidade.
▲ Fixação de pequenos insertos cilíndricos
10) Inserções em formato de placa ou chapa podem ser fixadas utilizando furos ou janelas. Para inserções finas (com menos de 0.5 mm de espessura), recomenda-se o uso de entalhes ou dobras.
▲ Fixação de inserções em forma de placa ou folha
11) Os insertos em forma de haste podem ser fixados achatando, entalhando, dobrando ou dividindo a extremidade, ou achatando a seção central de uma haste redonda.
▲ Fixação de insertos em forma de haste (extremidade deformada)
▲ Fixação de insertos tubulares (seção intermediária deformada)
12) Para insertos tubulares estampados, uma protuberância elevada pode ser formada durante a estampagem para melhorar a retenção.
▲ Fixação de insertos tubulares estampados (seção central deformada)
13) Em conectores, garantir que os insertos dos terminais estejam firmemente ancorados no plástico é uma consideração fundamental para os engenheiros de projeto de produto. Métodos comuns para melhorar significativamente a retenção dos terminais incluem:
- Perfurar orifícios no terminal embutido no plástico
- Conferindo ao terminal um perfil irregular.
- Dobrando o terminal
- Adicionar rugosidade à superfície ou elementos em relevo/rebaixo ao terminal
- Aumentar a espessura da parede de plástico
▲ Inserções de terminais com furos, perfis irregulares e curvas
5. Diretrizes de projeto para insertos de porca
As porcas de inserção estão entre os tipos mais comuns de insertos. A porca de inserção e seu respectivo ressalto de plástico devem ser projetados corretamente; caso contrário, podem ocorrer problemas de qualidade, como força de extração insuficiente ou rachaduras no ressalto.
5.1 Três métodos de instalação de porcas
Existem três métodos para embutir porcas em peças plásticas:
1) Nozes fixadas a quente
A fixação por calor é o método de instalação mais comum e geralmente é realizada usando uma máquina de fixação por calor ou um ferro de soldar manual.
2) Porcas moldadas por inserção
Este método exige um controle muito preciso do diâmetro do furo no ressalto de plástico, normalmente dentro de 0.05 mm. A porca é mantida no lugar por um pino de moldagem e posicionada no molde de injeção, portanto, o diâmetro do furo deve ser controlado de acordo com o tamanho do pino na máquina de moldagem por injeção.
3) Inserção ultrassônica
A vibração ultrassônica cria atrito entre a porca e a peça, elevando a temperatura na interface. Quando a temperatura atinge o ponto de amolecimento da peça, a porca fica embutida na parte plástica. Assim que a vibração cessa, a peça esfria e solidifica sob pressão. Cada método apresenta vantagens e desvantagens; este artigo se concentra em porcas moldadas por inserção.
5.2 Geometria externa das porcas de inserção
A geometria externa das porcas de inserção é projetada especificamente para criar um forte encaixe mecânico com materiais plásticos. As principais características geralmente incluem recartilhado diamantado ou reto para maximizar a resistência à torção e à extração. Sulcos longitudinais ou rebaixos são frequentemente adicionados para evitar a rotação. Um guia chanfrado na parte inferior permite uma colocação fácil e precisa no molde ou furo pré-moldado. Além disso, uma flange ou colar superior limita a profundidade de inserção e fornece suporte axial. Alguns modelos apresentam um anel de vedação para evitar que o plástico fundido transborde para as roscas. Juntas, essas características geométricas garantem uma conexão altamente confiável e durável.
5.3 Exemplos de especificações de porcas de inserção
5.4 Design do cubo de plástico e seleção da porca
1) Dimensões básicas da porca e do ressalto de plástico
- A dimensão d corresponde à base da porca, também chamada de seção guia/de localização. Antes da inserção, ela se encaixa na seção C do ressalto de plástico. Portanto, a dimensão d na base da porca deve ser menor que o diâmetro do furo interno C do ressalto de plástico para facilitar o posicionamento.
- A dimensão D é o diâmetro externo da porca e corresponde ao diâmetro interno C do encaixe de plástico. Para porcas de telefones celulares, o diâmetro do encaixe de plástico é geralmente cerca de 0.25 a 0.3 mm menor que o diâmetro externo da porca.
- A dimensão L corresponde ao comprimento da porca e à profundidade do furo Y no ressalto de plástico. O furo no plástico é geralmente projetado com uma profundidade de 0.5 a 1.0 mm superior ao comprimento da porca para acomodar o excesso de plástico.
- W é a espessura da parede de plástico ao redor do furo. A espessura da parede de um ressalto de plástico é geralmente de pelo menos 0.8 a 1.0 mm. Porcas maiores exigem paredes mais espessas. Consulte a tabela de parâmetros abaixo.
| Fio | Diâmetro externo D | Comprimento L | Furo de plástico | Espessura da parede de plástico W | |
| Diâmetro C | Profundidade 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 Problemas e soluções comuns
1) O dimensionamento correto do furo no ressalto de plástico é crucial. Se o furo for muito grande, o plástico não encaixará adequadamente na porca após a instalação, resultando em torque insuficiente e baixa resistência à extração. Se o furo for muito pequeno, podem ocorrer rebarbas ou rachaduras.
2) Se as dimensões da porca e do plástico estiverem corretas, mas os problemas persistirem, considere aprimorar o projeto.
Como o ressalto de plástico é raso, o uso de uma porca com recartilhado duplo oblíquo pode resultar em uma seção recartilhada curta após o dimensionamento da porca. Uma vez instalada, a quantidade de plástico em contato com o recartilhado é insuficiente, levando a torque e resistência à extração inadequados. Portanto, geralmente recomenda-se que o furo do ressalto de plástico tenha pelo menos 2.5 mm de profundidade e que a porca tenha pelo menos 2.0 mm de comprimento.
Melhoria: Se modificar o molde for difícil, considere alterar o padrão de recartilhado da porca para um padrão BS1 oblíquo simples, como mostrado à direita. Isso aumenta a altura do degrau do recartilhado e a quantidade de plástico em contato com o recartilhado, melhorando assim o torque e a resistência à extração.
3) Rebarbas ou rachaduras ao redor do furo no ressalto de plástico
Quando se utiliza o tipo de porca mostrado à esquerda, as áreas A1 e A2 expandem-se após a porca ser embutida no plástico, enquanto a área B contrai-se acentuadamente. Isso dificulta o escoamento do plástico e pode causar rebarbas nas extremidades superior e inferior da porca, afetando seriamente a aparência do produto.
Melhoria: Utilize a seção C como guia e elemento de localização para que a porca possa ser posicionada com segurança no orifício de plástico, melhorando a eficiência e o rendimento. A seção guia em C permite que parte do plástico seja deslocada da área A2, deixando plástico suficiente para a área A1. Além disso, as seções A1 e A2 possuem recartilhados oblíquos com um ângulo interno de 90° e inclinações de 45°. Sua interseção forma um nó robusto que resiste ao torque circunferencial, aumentando consideravelmente o torque e a resistência à extração.
