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.

Wkładki ceramiczne i kompozytowe są stosowane w celu uzyskania odporności na ciepło, zużycie lub chemikalia. Są one zwykle stosowane w przemyśle lotniczym, medycznym i przemysłowym. Ceramika jest odporna na wysokie temperatury, a kompozyty są również sztywne, ale mają niską rozszerzalność cieplną.

Nadlewki termoplastyczne

Otoczenie wkładki to tworzywo termoplastyczne, które zazwyczaj jest plastikiem. Dostępne opcje obejmują ABS, nylon, poliwęglan, PEEK, polipropylen, polietylen, TPU i TPE. ABS jest formowalny i stabilny, Nylon jest elastyczny i wytrzymały, a Poliwęglan jest materiałem odpornym na uderzenia. TPU i TPE to miękkie i gumowate materiały, które są używane jako uszczelki lub uchwyty.

Kompatybilność materiałowa

Plastik i metal powinny rosnąć w stosunku do siebie, aby wyeliminować naprężenia lub odkształcenia. Tworzywa sztuczne muszą być przyklejone do wkładki, aby się nie rozdzieliły. W przypadku plastikowych wkładek, materiał overmold powinien zostać sklejony, aby zapewnić jego wytrzymałość.

Wskazówki dotyczące wyboru materiałów

Należy wziąć pod uwagę obciążenie, temperaturę, substancje chemiczne i konstrukcję części. Metalowe wkładki są trwałe, plastikowe wkładki są lekkie, a ceramika może wytrzymać ekstremalne warunki. Materiał obtryskiwany musi spełniać wszystkie wymagania funkcjonalne. 

Analiza kosztów

Wstawione tworzywo sztuczne pozwoli zaoszczędzić pieniądze, które zostałyby wykorzystane do mocowania pojedynczych części. Zmniejszenie poziomów montażu będzie oznaczać zmniejszenie liczby robotników i większą szybkość produkcji.

Początkowe koszty formowania i oprzyrządowania są wyższe. Formy multipleksowe z zestawem wkładek w określonej pozycji są droższe. Koszt jednostkowy jest jednak niższy, gdy poziom produkcji jest duży.

Wybór materiału jest również czynnikiem wpływającym na koszty. Plastikowe wkładki są tańsze niż metalowe. PEEK to wysokowydajne tworzywo sztuczne, które jest kosztowne w porównaniu z powszechnie stosowanymi tworzywami sztucznymi, w tym ABS lub polipropylenem.

Ogólnie rzecz biorąc, cena formowania wtryskowego będzie minimalna przy średnim i dużym wolumenie produkcji. Pozwoli to zaoszczędzić czas montażu, poprawić jakość części i obniżyć długoterminowe koszty produkcji.

Problemy z formowaniem wkładek

Pomimo wysokiej skuteczności formowania wkładek, ma ono również swoje problemy:

Rozszerzalność cieplna: Będziemy mieć różnice w szybkości, a tym samym wypaczenia w metalu i plastiku.

Ruch wkładki: Wkładki mogą się przemieszczać już w trakcie procesu wtrysku, chyba że są mocno zamocowane.

Kompatybilność materiałowa: Nie wszystkie tworzywa sztuczne mogą być kompatybilne ze wszystkimi metalami.

Koszt oprzyrządowania i konfiguracji dla małych serii: Oprzyrządowanie i konfiguracja formy mogą być kosztowne przy bardzo małych ilościach.

Problemy te są ograniczone do minimum poprzez dobre projektowanie, przygotowanie form i kontrolę procesu.

Przyszłość formowania wkładek

Formowanie wtryskowe znajduje się w fazie rozwoju. Nowe materiały, ulepszone maszyny i automatyzacja są wykorzystywane w celu zwiększenia wydajności, a drukowanie 3D i hybrydowe procesy produkcyjne również stają się szansą. Zdolność do wytwarzania lekkich, wytrzymałych i precyzyjnych części ze względu na konieczność ich zastosowania sprawia, że formowanie wtryskowe będzie znaczącym procesem produkcyjnym.

Jeśli chodzi o pomoc z Sincere Tech

W przypadku formowania wtryskowego i obtrysku oferujemy wysokiej jakości, prawidłowe i niezawodne rozwiązania w zakresie formowania w Sincere Tech. Nasza technologia i pracownicy ręczni zapewnią, że każda część będzie zgodna ze specyfikacją. Jesteśmy silni w długotrwałych, skomplikowanych i ekonomicznych formach samochodowych, elektronicznych, medycznych i towarów konsumpcyjnych. Proces produkcji jest łatwy i wydajny, a to dzięki naszym czasom realizacji i doskonałej obsłudze klienta. Przechodzisz do Sincere Tech, a wraz z firmą będziesz pracować zgodnie z precyzją, jakością i Twoim sukcesem. Zaufaj nam i spraw, aby Twoje projekty zostały zrealizowane poprawnie, niezawodnie i zgodnie ze standardami branżowymi.

Wnioski

Formowanie wkładek to proces produkcyjny, który jest elastyczny i skuteczny. Pozwala on projektantom na zastosowanie jednego potężnego komponentu, który jest połączeniem metalu i plastiku. Zastosowanie formowania wtryskowego w przemyśle na przestrzeni lat wynika z jego zalet, takich jak moc, precyzja i niski koszt. Jednak wraz z postępem w dziedzinie materiałów i automatyzacji staje się ono coraz bardziej niezawodne. Rozwiązaniem dla produkcji metodą formowania wtryskowego jest oszczędność czasu, redukcja kosztów i wysoka jakość produktów w kontekście nowoczesnej produkcji.