Czym jest formowanie wtryskowe? Proces, zastosowania i korzyści

Formowanie wtryskowe jest istotną technologią w dzisiejszej produkcji. Służy do łączenia metalu lub innych elementów z tworzywem sztucznym. Proces ten zapewnia jednolity, wytrzymały i mocny komponent. Jako alternatywa dla techniki stopniowego montażu elementów po ich uformowaniu, technika formowania wtryskowego łączy je ze sobą. Oszczędza to pracę, czas i poprawia jakość produktu.

Chiny są mamutem w dziedzinie formowania wkładek. Zapewniają opłacalną produkcję. W kraju tym powstały wysokiej klasy fabryki i wykwalifikowana siła robocza. Chiny są producentem uniwersalnych materiałów. Są liderem globalnej produkcji.

W tym artykule omówimy formowanie wkładek, jego proces, typy wkładek, materiały, konstrukcję, dostępne wytyczne, jego zastosowanie, zalety i porównanie z procesami formowania we współczesnej produkcji.

Czym jest formowanie wkładek?

Formowanie wtryskowe to proces formowania tworzyw sztucznych. Zmontowana część, zwykle metalowa, jest umieszczana w formie. Następnym krokiem jest wstrzyknięcie wokół niej stopionego plastiku. Gdy plastik staje się twardy, plastikowa wkładka staje się składnikiem produktu końcowego. Technika ta jest stosowana w przemyśle elektronicznym i motoryzacyjnym, a także w branży sprzętu medycznego.

Dużą zaletą formowania wtryskowego jest wytrzymałość i stabilność. Części plastikowe z metalowymi wkładkami są mocniejsze pod względem wytrzymałości mechanicznej. Można je również gwintować i zużywać w mniejszym stopniu w miarę upływu czasu. Jest to szczególnie istotne w przypadku części, które powinny być wielokrotnie skręcane lub przykręcane.

Rodzaje wkładek

Wkładki stosowane w formowaniu wkładek mają różne odmiany, które są używane zgodnie z przeznaczeniem.

Metalowe wkładki

Najbardziej rozpowszechnione są wkładki metalowe. Są one wykonane ze stali, mosiądzu lub aluminium. Są one stosowane w otworach gwintowanych w celu zwiększenia wytrzymałości strukturalnej lub mechanicznej.

Wkładki elektroniczne

Komponenty elektroniczne, które mogą być formowane do postaci plastiku, to czujniki, złącza lub małe obwody. Gwarantuje to ich bezpieczeństwo i redukcję procesów montażowych.

Inne materiały

Niektóre z wkładek są wykonane z ceramiki lub kompozytów do specjalnych zastosowań. Są one stosowane w przypadkach, gdy wymagana jest odporność na ciepło lub izolacja.

Wybór odpowiedniej wkładki

Podjęcie decyzji zależy od roli części i rodzaju tworzywa sztucznego. Najważniejsze z nich to kompatybilność, wytrzymałość i trwałość.

Proces formowania wkładek

Formowanie jednostopniowe polega na połączeniu metalowego lub innego elementu z plastikowym narzędziem. Wkładka jest umieszczana w produkcie końcowym. Jest to mocniejszy i szybszy proces w porównaniu do następującego po nim montażu części.

Przygotowanie wkładki

Wkładka jest płukana w celu usunięcia całego brudu, smaru lub rdzy. Od czasu do czasu jest również powlekany lub chropowaty, aby przykleił się do plastiku. Nie zostanie zniszczony przez gorący plastik po podgrzaniu do temperatury 65-100 °C.

Umieszczanie wkładki

Wkładka jest umieszczana w formie z dużą ostrożnością. Roboty mogą wkładać go do dużych fabryk. Kołki lub zaciski mocno ją przytrzymują. Odpowiednie ułożenie wkładki zapobiega jej przemieszczaniu się podczas formowania.

Wstrzykiwanie plastiku

Osiąga się to poprzez wtryskiwanie stopionego tworzywa sztucznego w celu otoczenia wkładki. Ich zakres temperatur wynosi od 180 do 343°C. Ciśnienie wynosi 50-150 MPa. Aby były wytrzymałe, nacisk powinien wynosić 5-60 sekund.

Chłodzenie

Jest to proces krzepnięcia plastiku. Mniejsze komponenty potrzebują 10-15 sekund, a większe 60 sekund lub więcej. Kanały chłodzące zapobiegają nagrzewaniu.

Wysuwanie części

Forma i kołki wypychacza wypychają część na zewnątrz. Następnie można wykonać drobne prace wykończeniowe lub przycinanie.

Ważne punkty

Rozszerzalność metalu i plastiku nie jest taka sama. Podgrzewanie wstępne i stała kontrolowana temperatura formy zmniejsza naprężenia. Odbywa się to za pomocą czujników w nowoczesnych maszynach, aby osiągnąć jednolitość wyników pod względem ciśnienia i temperatury.

Kluczowe parametry:

Rodzaje typowych zastrzyków do kształtowania 

Istnieją różne rodzaje wkładek stosowanych w formowaniu wtryskowym i zależą one od zastosowania. Każdy z typów przyczynia się do wytrzymałości i wydajności końcowej części.

Gwintowane wkładki metalowe

Wkładki gwintowane mogą być stalowe, mosiężne lub aluminiowe. Umożliwiają one wielokrotne wkręcanie i wykręcanie śrub bez uszkodzenia plastiku. To ostatnie jest powszechne w samochodach, sprzęcie AGD i elektronice.

Wkładki wciskane

Wkładki wciskane to takie, które są instalowane w formowanym elemencie bez żadnego dodatkowego mocowania. Gdy tworzywo sztuczne stygnie, utrzymuje wkładkę i stabilizuje ją bardzo dobrze i mocno.

Wkładki Heat-Set

Po tym następuje proces termoutwardzania wkładek. Po pozostawieniu do ostygnięcia, gorąca wkładka do pewnego stopnia stopi się z otaczającym tworzywem sztucznym, tworząc bardzo mocne połączenie. Są one zwykle stosowane w tworzywach termoplastycznych, np. nylonie.

Wkładki ultradźwiękowe

Podczas wibracji instalowane są wkładki ultradźwiękowe. Tworzywo sztuczne topi się w obszarze otaczającym wkładkę i staje się twarde, tworząc ciasne dopasowanie. Jest to precyzyjna i szybka metoda.

Wybór odpowiedniej wkładki

Wybór prawej i lewej strony zależy od rodzaju tworzywa sztucznego, konstrukcji części i przewidywanego obciążenia. Wybór metalowych wkładek został dokonany na podstawie wytrzymałości, a specjalne wkładki, takie jak wkładki termoutwardzalne i wkładki ultradźwiękowe, zostały ocenione na podstawie precyzji i trwałości.

Zasady projektowania w branży formowania wtryskowego wkładek

Konstrukcja części, które mają być wstawiane za pomocą formowania, powinna być odpowiednio zaplanowana. Dokładny projekt zapewnia wysoką przyczepność, precyzję i trwałość.

Umieszczenie wkładki

Wkładki zostaną włożone w miejscu, w którym będą w dobrej pozycji do podparcia przez tworzywo sztuczne. Nie mogą one znajdować się bardzo blisko ścian lub cienkich krawędzi, ponieważ może to spowodować pęknięcia lub wypaczenia.

Grubość plastiku

Należy zawsze upewnić się, że ścianki otaczające wkład są tej samej grubości. Gwałtowna zmiana grubości może spowodować nierównomierne chłodzenie i kurczenie się. Wkładka ma zazwyczaj grubość 2-5 mm, co jest wystarczające pod względem wytrzymałości i stabilności.

Kompatybilność materiałowa

Weź plastik i wypełnij go materiałami samoprzylepnymi. Przykładem może być nylon, który można stosować z wkładkami z mosiądzu lub stali nierdzewnej. Należy unikać mieszanek, które nadmiernie się nagrzewają.

Projektowanie form

Do formy należy dodać dobrą pozycję wlewu i układ chłodzenia. Tworzywo sztuczne musi mieć możliwość swobodnego przemieszczania się po wkładce i nie może zatrzymywać powietrza. Temperatury są stabilizowane przez kanały i zapobiegają wypaczaniu.

Tolerancje

Prawidłowe tolerancje elementów wkładki w projekcie. Wystarczy niewielki odstęp 0,1-0,3 mm, aby idealnie dopasować wkładkę, która nie będzie luźna ani twarda.

Cechy wzmocnienia

Wkładka powinna być podparta za pomocą żeber, występów lub klinów. W takim przypadku właściwości te są szeroko rozłożone, co zapobiega pękaniu lub przemieszczaniu się wkładek.

Nieodpowiednie materiały do obtrysku w procesie formowania wtryskowego

Idealnym procesem jest formowanie wkładek; jednak tworzywo sztuczne łatwo się topi i łatwo przepływa przez cały proces formowania. Tworzywo sztuczne powinno być również przymocowane do wkładki, aby stworzyć solidną część. Preferowane są tworzywa termoplastyczne, ponieważ posiadają one odpowiednie właściwości topnienia i płynięcia.

Styren Akrylonitryl Butadien Styren

ABS jest nie tylko wymiarowy, ale także łatwy w obróbce. Najlepiej sprawdza się w elektronice użytkowej i innych produktach wymagających wysokiego poziomu dokładności i stabilności.

Nylon (poliamid, PA)

Nylon jest mocny i elastyczny. Zazwyczaj jest zgrzewany z metalowymi wkładkami do elementów konstrukcyjnych, np. wsporników samochodowych lub elementów budowlanych.

Poliwęglan (PC)

Poliwęglan jest nie tylko odporny na pęknięcia, ale także wytrzymały. Znajduje zastosowanie głównie w obudowach elektroniki i sprzętu medycznego oraz innych urządzeń wymagających trwałości.

Polieteroeteroketon (PEEK)

PEEK ma przewagę konkurencyjną nad wysoką temperaturą i chemikaliami. Ma zastosowanie w inżynierii wysokowydajnej, lotnictwie i medycynie.

Polipropylen (PP)

Polipropylen nie jest lepki i nie reaguje na dużą liczbę substancji chemicznych. Stosowany jest do produkcji artykułów gospodarstwa domowego i towarów konsumpcyjnych, a także części samochodowych.

Polietylen (PE)

Polietylen jest tani i elastyczny. Jego głównym zastosowaniem jest oświetlenie, np. opakowania lub futerały ochronne.

Termoplastyczny poliuretan (TPU) i termoplastyczny elastomer (TPE)

TPU i TPE są gumopodobne, miękkie i elastyczne. Doskonale nadają się do formowania uchwytów, uszczelek lub części wymagających pochłaniania uderzeń.

Wybór odpowiedniego materiału

Wybór materiału obtrysku jest podyktowany funkcjonalnością części, zadaniem wkładki i jej działaniem. Powinno to być również tworzywo sztuczne dobrze wiążące wkładkę, a także zapewniające wymaganą wytrzymałość i elastyczność.

Geometria części i umieszczenie wkładki:

 Ta funkcja dotyczy wszystkich części.

 Geometria części i umieszczenie wkładki:

 Jest to funkcja, którą można zastosować do dowolnej części.

Retencja wkładki zależy od kształtu części. Pozycjonowanie wkładki powinno być takie, aby wokół niej znajdowało się odpowiednie tworzywo sztuczne. Ubezpieczenie nie powinno znajdować się zbyt blisko krawędzi lub wąskich ścianek, ponieważ może pęknąć lub wygiąć się.

Tworzywo sztuczne otaczające wkładkę powinno mieć równomierną grubość. Nagła zmiana grubości może spowodować nierównomierne chłodzenie lub skurcz. W przypadku wkładki, normalna grubość 2-5 mm tworzywa sztucznego jest wystarczająca pod względem wytrzymałości i stabilności.

Cechy konstrukcyjne, które można wykorzystać do podparcia wkładki, to żebra, występy i kliny. Pomagają one w rozpraszaniu naprężeń i hamowaniu ruchów. Po prawidłowym zamontowaniu wkładki można mieć pewność, że część jest na swoim miejscu i działa skutecznie.

Techniczne porównanie tworzyw termoplastycznych do formowania wkładek

Zalety formowania wtryskowego

Mocne i trwałe części

Proces formowania wtryskowego polega na połączeniu plastiku i metalu w jedną całość. Dzięki temu komponenty są wytrzymałe, solidne i mogą być używane wielokrotnie.

Zmniejszony montaż i nakład pracy

Wkładka zostanie włożona do plastiku i nie będzie wymagany żaden dodatkowy montaż. Oszczędza to czas i pracę oraz zmniejsza możliwość popełnienia błędu podczas montażu.

Precyzja i niezawodność

Wkładka jest mocno przymocowana do wypraski. Gwarantuje to, że wymiary są takie same, a wytrzymałość mechaniczna jest zwiększona, co zwiększa niezawodność części.

Elastyczność projektowania

Wytwarzanie złożonych konstrukcji za pomocą formowania wtryskowego byłoby trudne do wykonania za pomocą konwencjonalnego montażu. Możliwe jest zastosowanie metalu i plastiku w nowatorskiej kombinacji w celu spełnienia wymagań funkcjonalnych.

Efektywność kosztowa

Formowanie wtryskowe zmniejsza również ilość odpadów materiałowych, a także koszty montażu przy dużych ilościach produkcji. Poprawia to efektywność i ogólną jakość produktów, a zatem jest długoterminowo opłacalne.

Zastosowania formowania wtryskowego

Przemysł motoryzacyjny

Przemysł motoryzacyjny jest typowym zastosowaniem formowanie wkładek. Plastikowe komponenty mają metalowe wstawki, które zapewniają wytrzymałość komponentów, takich jak wsporniki, części silnika i złącza. Dzięki temu montaż jest krótszy, a trwałość większa.

Elektronika

Elektronika. Zaletą formowania wtryskowego jest możliwość dodania złączy, czujników i obwodów do plastikowej obudowy. Zagwarantuje to bezpieczeństwo delikatnych komponentów i sprawi, że proces montażu będzie stosunkowo łatwy.

Urządzenia medyczne

Technologia formowania wkładek jest szeroko stosowana w urządzeniach medycznych, które wymagają wysokiego stopnia dokładności i trwałości. Jest ona stosowana w produkcji sprzętu chirurgicznego, sprzętu diagnostycznego i trwałych połączeń plastiku z metalem.

Produkty konsumenckie

Towary konsumpcyjne, takie jak elektronarzędzia, urządzenia i sprzęt sportowy, są w większości formowane za pomocą formowania wtryskowego. Wzmacnia to i upraszcza montaż procesu, a także umożliwia ergonomiczne lub złożone projekty.

Zastosowania przemysłowe, lotnictwo i kosmonautyka.

The formowanie wkładek jest również stosowany w przemyśle ciężkim i lotniczym. Wysokowydajne tworzywa sztuczne wypełnione metalem mają lekkie i wytrzymałe elementy, które są odporne na ciepło i zużycie.

Użyte materiały

Działanie trybu formowania z wkładką wymaga odpowiednich materiałów na tworzywo sztuczne i wkładkę. Wybór ten przekłada się na moc, stabilność i wydajność.

Metalowe wkładki

Metalowe wkładki są zwykle używane, ponieważ są szorstkie i trwałe. Obejmują one głównie stal, mosiądz i aluminium. W częściach z obciążeniem można stosować stal, mosiądz nie ulega korozji, a aluminium jest lekkie.

Plastikowe wkładki

Plastikowe wkładki są odporne na korozję i lekkie. Są stosowane w aplikacjach o niskim obciążeniu lub w częściach, które nie przewodzą prądu. Plastikowe wkładki można również formować w skomplikowane kształty.

Wkładki ceramiczne i kompozytowe.

Ceramic and composite inserts are used to obtain heat, wear, or chemical resistance. They are normally employed in aerospace, medical, and industrial fields. Ceramics are resistant to high temperatures, and composites are also stiff yet have low thermal expansion.

Thermoplastic Overmolds

The surroundings of the insert are a thermoplastic that is generally a plastic. Available options include ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK, Polypropylene, Polyethylene, TPU, and TPE. ABS is moldable, stable, Nylon is flexible and strong, and Polycarbonate is an impact-resistant material. TPU and TPE are soft and rubbery materials that are used as seals or grips.

Kompatybilność materiałowa

Plastic and metal are supposed to grow in ratio to one another in order to eliminate strain or deformation. The plastics must be glued to the insert in case they should not separate. In plastic inserts, the overmold material should acquire adhesive to ensure that it becomes strong.

Material Selection Tips

Consider the load, temperature, chemical, and part design exposure. The metal inserts are durable, the plastic inserts are lightweight, and the ceramics can withstand extreme conditions. The overmold material must have the capability of meeting all the functional requirements. 

Cost Analysis

The inserted plastic will enable the saving of the money that would have been utilized in the attachment of the single parts. The decrease in the assembly levels will mean a decrease in the number of labourers and a faster production speed.

Initial costs of moulding and tooling are higher. Multiplex molds having a set of inserts in a certain position are more expensive. However, the unit cost is lower when the level of production is large.

Choice of material is also a factor of cost. Plastic inserts are less expensive than metal inserts. PEEK is a high-performance plastic that is costly in comparison to the widely used plastics, including ABS or polypropylene.

Overall, the price of insert moulding will be minimal in the medium to high volume of production. It will save assembly time, improve the quality of the parts, and reduce long term cost of production.

The problems with the Molding of Inserts

Despite the high efficacy of the insert molding, it has its problems, too:

Thermal Expansion: We will have rate differences and therefore warp in metal and plastic.

Insert Movement: Inserts can move, already in the injection process, unless firmly fixed.

Material Compatibility: Not all plastics can be compatible with all metals.

Small Run Mould tooling and set-up Cost: Mould tooling and set-up can be expensive at very small quantities.

These problems are reduced to a minimum by designing well, mould preparation, and process control.

Przyszłość formowania wkładek

The insert moulding is in the development stage. New materials, improved machines, and automation are being used to increase efficiency, and 3D printing and hybrid manufacturing processes are also becoming opportunities. Its ability to produce lightweight, strong, and precise parts due to the necessity of the parts is that the insert moulding will be a significant production process.

When it comes to Assistance with Sincere Tech

In the case of insert moulding and overmoulding, we offer high-quality, correct, and reliable moulding solutions of moulding at Sincere Tech. Our technology and hand-craft workers will ensure that every part will be as per your specification. We are strong in the long-lasting, complicated, and economical automobile, electronic, medical, and consumer goods moulds. Your manufacturing process is easy and efficient, and this is due to our turnaround times and great customer service. You are moving to Sincere Tech, and with the company will work in line with precision, quality, and your success. Trust us and have your designs come true for us correctly, dependably, and to industry standards.

Wnioski

Insert moulding is a production process that is flexible and effective. It allows designers to employ a single powerful component that is a combination of metal and plastic. The use of insert moulding in industries over the years is due to its advantages that include power, precision, and low cost. But it is getting more confident along with the advancements in materials and automation. The solution to manufacturing by insert molding is time saving, cost reduction, and high-quality products in the context of modern manufacturing.