1. Vad är insatsgjutning?
En insats är ett föremål inbäddat i plast, såsom metall, glas, trä, fibrer, papper, gummi eller en förgjuten plastkomponent. Metall är det vanligaste insatsmaterialet. Insatsgjutning är en process där en insats först fästs på rätt plats inuti en formsprutningsform. Plast sprutas sedan in i formen. Efter att formen öppnats inkapslar den kylda och stelnade plasten insatsen och producerar en del som innehåller funktioner som gängor eller elektroder.
Vid insatsgjutning kan insatser placeras i formen på två sätt:
1) Manuell placering
vilket avsevärt ökar formsprutningscykeltiden och är lämplig för små produktionsserier eller produkter med komplexa strukturer;
2) Automatiserad placering
vilket är bättre för massproduktion, vilket bidrar till att minska mänskliga fel, förbättra effektiviteten, förkorta cykeltiden och öka produktens tillförlitlighet.
2. Fördelar och nackdelar med insatsgjutning2.1 Fördelar med insatsgjutning
1) Genom att kombinera plastens formbarhet och elasticitet med metallens styvhet, styrka och värmebeständighet är det möjligt att tillverka robusta, invecklade och integrerade metall-plastprodukter samtidigt som produktens storlek och vikt minskas.
2) Genom att kombinera plastens elektriska isolering med metallens elektriska ledningsförmåga kan gjutna delar uppfylla de grundläggande funktionella kraven för elektriska produkter. De kan också uppfylla speciella krav som magnetisk ledningsförmåga, slitstyrka och fästförmåga.
3) Att lägga till metallinsatser i plast kan öka plastdelens styrka.
4) Insatsgjutning ger större designflexibilitet och skapar nya möjligheter att kombinera plast, metall och andra komponenter.
5) Det kan eliminera sekundära processer som värmeutstickning, svetsning och nitning, vilket potentiellt minskar monteringstid och kostnad.
6) Insatser är inte begränsade till metall; de kan även innehålla tyg, papper, trådar, plast, glas, trä, spolar, elektriska komponenter och gjutna plastdelar.
7) För styva gjutna delar och flexibla, böjda delar på gummitätningsdukar kan gjutning av delarna till en integrerad produkt eliminera den komplicerade uppgiften att arrangera tätningsringar och göra efterföljande automatiserad montering enklare.
8) Eftersom smält plast binder med metallinsatser kan spelrummet runt metallinsatserna göras mindre än med presspassningsmetoder, vilket förbättrar produktens tillförlitlighet och gör det mer troligt att produkten klarar vibrationstester.
9) Med lämpliga plastmaterial och gjutförhållanden kan även delar som är benägna att deformeras eller skadas, såsom glas, spolar och elektriska komponenter, förseglas och säkras i plast.
10) Med en lämplig formkonstruktion kan en insats helt inkapslas i plast.
11) Genom att kombinera vertikala formsprutningsmaskiner med robotar och insatsanordningar kan de flesta insatsgjutningsoperationer automatiseras.
2.2 Nackdelar med insatsgjutning
1) Placering av skärinsatser gör ofta formstrukturen mer komplex, förlänger gjutningscykeln, ökar tillverkningskostnaderna och försvårar automatisering.
2) Eftersom värmeutvidgningskoefficienterna för insatsen och plasten skiljer sig åt kan kvarvarande spänningar uppstå i den färdiga produkten och orsaka sprickbildning. Detta problem är särskilt märkbart vid gjutning av mutterinsatser.
3) Skillnaden i termisk expansion mellan insatsen och plasten kan också orsaka att produkten vrids eller deformeras.
4) Skärinsatser, särskilt mutterinsatser, behöver ofta förvärmas eller torkas för att minska kvarvarande spänningar.
5) Insatserna måste vara ordentligt fixerade i formen; annars kan det smälta materialets stötar få dem att förskjutas eller deformeras.
6) Om defekter uppstår under gjutningen av insatser – till exempel ofullständig gjutning, saknade insatser eller felaktig placering av insatserna – kan hela produkten behöva skrotas, vilket leder till betydande förluster.
7) Insatsgjutning försvårar produktåtervinning och kassering.
3. Tillämpningar av insatsgjutning
Insatsgjutning används ofta inom industrier som fordonsindustrin, medicin, elektronik och kontaktdon.
4. Designriktlinjer för insatsgjutning
Vid konstruktion för insatsgjutning måste processens egenskaper beaktas fullt ut och konstruktionen bör följa principerna för design för tillverkning (DFM).
Riktlinjerna inkluderar:
1) Val av skärmaterial. Koppar, aluminium, stål, hårda plastdelar av olika slag, keramik, glas och plast kan alla användas som skärmaterial. Mässing används ofta eftersom det är korrosionsbeständigt, lätt att bearbeta och har ett rimligt pris.
2) Infoga form. Använd cirkulära eller axiellt symmetriska former där det är möjligt. Undvik skarpa hörn och spetsiga vinklar för att främja jämn krympning och förhindra lokal spänning eller spänningskoncentrationer.
3) Tillämpa DFM-principer på själva skärinsatsen. Metallskär tillverkas genom maskinbearbetning eller stansning, så deras geometri måste vara lämplig för tillverkningsprocessen.
▲ DFM-design av själva skäret
4) För att underlätta placering och positionering i formen bör den utskjutande delen av insatsen (den del som sitter i formen) vara cylindrisk, eftersom runda hål är enklare att bearbeta i formen.
▲ Utformning av den utskjutande delen av insatsen
5) Insatserna bör ha tätningsansatser eller liknande funktioner för att förhindra att plasten blossar upp under formsprutning.
▲ Utformning av insatsaxeln
6) För att förhindra att plasten under insatsen blir för tunn och utvecklar vågiga sjunkmärken som påverkar utseende och hållfasthet, bör det minsta avståndet T från insatsens undersida till plastväggen vara T > D/6.
▲ Avstånd mellan insatsen och bottenytan
Om avståndet är för litet kan designen som visas nedan användas.
▲ Bibehåller jämn väggtjocklek
7) Avståndet mellan insatsen och produktens sidovägg får inte vara för litet, så att formen bibehåller tillräcklig styrka.
▲ Avstånd mellan insatsen och sidoväggen
8) När en insats placeras i en bussning ska den sträcka sig till bussningens botten (med bibehållen minsta bottentjocklek) för att säkerställa en säker bindning och tillräcklig styrka i plastkroppen. Runt insatshuvudet.
▲ Infoga i en boss
9) Små cylindriska insatser kan förankras i plastkroppen med hjälp av ett centralt spår eller en diamanträfflad yta. Räfflingsspåren ska vara 1–2 mm djupa.
▲ Fästning av små cylindriska insatser
10) Plåtformade skär kan fästas med hjälp av hål eller fönster. För tunna skär (mindre än 0.5 mm tjocka) rekommenderas skåror eller böjning.
▲ Fästning av platt- eller arkformade insatser
11) Stavformade insatser kan säkras genom att platta till, skåra, böja eller dela änden, eller genom att platta till mittsektionen av en rund stång.
▲ Fästa stavformade insatser (deformerad ände)
▲ Fästa rörformade insatser (deformerad mittsektion)
12) För stansade rörformiga insatser kan en upphöjd utbuktning formas under stansningen för att förbättra retentionen.
▲ Fästa stansade rörformade insatser (deformerad mittsektion)
13) I kontaktdon är det viktigt för produktdesigningenjörer att säkerställa att terminalinsatserna är ordentligt förankrade i plasten. Vanliga metoder för att avsevärt förbättra terminalhållningen inkluderar:
- Håltagning i terminalen inbäddad i plasten
- Ger terminalen en oregelbunden profil
- Böja terminalen
- Lägga till ytjämnheter eller upphöjda/försänkta funktioner på terminalen
- Ökning av plastväggstjockleken
▲ Terminalinsatser med hål, oregelbundna profiler och böjar
5. Designriktlinjer för mutterinsatser
Mutterinsatser är bland de vanligaste typerna av insatser. Mutterinsatsen och dess motsvarande plastbussning måste vara korrekt utformade, annars kan kvalitetsproblem som otillräcklig utdragskraft eller sprickbildning i busningen uppstå.
5.1 Tre metoder för att montera muttrar
Det finns tre metoder för att bädda in muttrar i plastdelar:
1) Värmebehandlade muttrar
Värmeutjämning är den vanligaste installationsmetoden och utförs vanligtvis med en värmeutjämningsmaskin eller en manuell lödkolv.
2) Insatsgjutna muttrar
Denna metod kräver mycket noggrann kontroll av håldiametern i plastbossen, vanligtvis inom 0.05 mm. Muttern hålls på plats av en gjutstift och placeras i formsprutningsformen, så håldiametern måste kontrolleras efter stiftets storlek på formsprutningsmaskinen.
3) Ultraljudsinsättning
Ultraljudsvibrationer skapar friktion mellan muttern och arbetsstycket, vilket höjer temperaturen vid gränssnittet. När temperaturen når arbetsstyckets mjukningstemperatur bäddas muttern in i plastdelen. När vibrationerna upphör kyls arbetsstycket ner och stelnar under tryck. Varje metod har fördelar och nackdelar; den här artikeln fokuserar på insatsgjutna muttrar.
5.2 Insatsmuttrarnas yttre geometri
Den externa geometrin hos insatsmuttrarna är specifikt konstruerad för att skapa stark mekanisk sammankoppling med plastmaterial. Viktiga funktioner inkluderar vanligtvis diamantformad eller rak räffling för att maximera motstånd mot vridmoment och utdragning. Längsgående spår eller underskärningar läggs ofta till för att förhindra rotation. En avfasad styrning längst ner möjliggör enkel och exakt placering i formen eller det förgjutna hålet. Dessutom begränsar en övre fläns eller krage insättningsdjupet och ger axiellt stöd. Vissa konstruktioner har en tätningsring för att förhindra att smält plast rinner över i gängorna. Tillsammans säkerställer dessa geometriska egenskaper en mycket tillförlitlig och hållbar anslutning.
5.3 Exempel på specifikationer för insatsmutter
5.4 Design och val av mutter av plastboss
1) Grundläggande mått för muttern och plastbussningen
- Mått d är mutterns bas, även kallad styr-/lokaliseringssektion. Innan den sätts ihop passar den med sektion C på plastbulten. Därför bör måttet d vid mutterns botten vara mindre än hålets innerdiameter C på plastbulten för att underlätta positioneringen.
- Måttet D är mutterns ytterdiameter och motsvarar den inre håldiametern C i plastbulten. För mobiltelefonmuttrar är plasthåldiametern i allmänhet cirka 0.25–0.3 mm mindre än mutterns ytterdiameter.
- Måttet L är mutterns längd och motsvarar håldjupet Y i plastbommen. Plasthålet är generellt utformat 0.5–1.0 mm djupare än mutterns längd för att ge utrymme för överflödig plast.
- W är plastväggstjockleken runt hålet. Väggtjockleken på en plastbussning är generellt minst 0.8–1.0 mm. Större muttrar kräver tjockare väggar. Se parametertabellen nedan.
| Tråd | Ytterdiameter D | Längd L | Plastbosshål | Plastväggtjocklek W | |
| Diameter C | Djup 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 Vanliga problem och lösningar
1) Rätt storlek på hålet i plastbulten är avgörande. Om hålet är för stort kommer plasten inte att gripa in ordentligt i muttern efter inbäddning, vilket resulterar i otillräckligt vridmoment och utdragningsmotstånd. Om hålet är för litet kan det uppstå sprickbildning eller skador.
2) Om muttermåtten och plastmåtten är korrekta men problemen kvarstår, överväg att förbättra konstruktionen.
Eftersom plastbossen är grund kan användning av en dubbelsnedräfflad mutter resultera i en kort räfflad sektion efter att mutterns dimensioner är proportionerade. När den väl är inbäddad griper för lite plast in i räfflingen, vilket leder till otillräckligt vridmoment och utdragsmotstånd. Det rekommenderas därför generellt att plastbossens hål är minst 2.5 mm djupt och muttern minst 2.0 mm långt.
Förbättring: Om det är svårt att modifiera formen, överväg att ändra mutterns räfflingsmönster till ett enkelsned BS1-mönster, som visas till höger. Detta ökar räfflingsstegets höjd och mängden plast som griper in i räfflingen, vilket förbättrar vridmomentet och utdragningsmotståndet.
3) Blinkande eller sprickande runt hålet i plastbulten
När muttertypen som visas till vänster används expanderar områdena A1 och A2 efter att muttern bäddats in i plasten, medan område B dras samman kraftigt. Detta gör det svårt för plasten att flyta bort, och det kan bildas avlagringar vid mutterns övre och nedre ändar, vilket allvarligt påverkar produktens utseende.
Förbättring: Använd sektion C som styrning och lokaliseringsfunktion så att muttern kan placeras säkert i plasthålet, vilket förbättrar effektiviteten och utbytet. Styrsektionen vid C gör att en del av plasten kan förskjutas från område A2 samtidigt som det lämnar tillräckligt med plast för område A1. Dessutom har sektionerna A1 och A2 sneda räfflor med en 90° inkluderad vinkel och 45° lutning. Deras skärningspunkt bildar en stark nod som motstår omkretsmoment, vilket avsevärt ökar vridmomentet och utdragningsmotståndet.
