Övergjutning innebär att man tillverkar en produkt genom att sammanfoga två eller flera material till en produkt. Det används inom de flesta branscher, t.ex. elektronik, medicinsk utrustning, fordons- och konsumentprodukter. Det görs genom att gjuta över ett basmaterial, ett så kallat övergjutningsmaterial, över ett basmaterial, ett så kallat substrat.

Övergjutning görs för att förbättra produkternas estetik, livslängd och funktionalitet. Det gör det möjligt för tillverkarna att kombinera det ena materialets styrka med det andra materialets flexibilitet eller mjukhet. Detta gör produkterna mer bekväma, lättare att hantera och hållbara.

Övergjutning förekommer i föremål som vi använder dagligen. Det gäller bland annat tandborsthandtag och telefonfodral, men även elverktyg och kirurgiska instrument, för att nämna några exempel på modern tillverkning. Med kunskap om övergjutning blir det lättare att se hur praktiska och säkra föremål i vardagen är.

Vad är övergjutning?

Övergjutning är ett förfarande genom vilket en produkt formas av två material. Det första materialet kallas substrat och är vanligtvis en hårdplast som ABS, PC eller PP. Det har en draghållfasthet på 30-50 Mpa och en smälttemperatur på 200-250 °C. Det andra materialet, som är övergjutningen, är mjukt, t.ex. TPE eller silikon, med en Shore A-hårdhet på 40-80.

Substratet får svalna till 50-70 °C. Trycket som injiceras i övergjutningen är 50-120Mpa. Detta bildar en stark bindning. Övergjutning förbättrar produkternas hållfasthet, styrka och hållbarhet.

Ett sådant typiskt föremål är en tandborste. Handtaget är av hårdplast för att ge styrka. Själva greppet är av mjukt gummi och är därför bekvämt att hålla i. Denna grundläggande applikation visar hur övergjutning kan användas i verkligheten.

Övergjutning gäller inte bara mjuka grepp. Den används också för att täcka elektroniska produkter, ge ett föremål en färgglad dekoration och förlänga en produkts livslängd. Denna flexibilitet gör att det är en av de mest tillämpbara tillverkningsmetoderna i modern tid.

Fullständig process

Val av material

Processen för övergjutning börjar med valet av material. Substratet är normalt en hårdplast som ABS, PC eller PP. De har en draghållfasthet på 30-50 Mpa och en smältpunkt på 200-250 °C. Det gjutna materialet är vanligtvis mjukt, t.ex. TPE eller silikon, och har en Shore A-hårdhet på 40-80. Det är nödvändigt att välja material som är kompatibla. Om slutprodukten inte klarar påfrestningar kan det bero på att bindningen mellan materialen inte fungerar.

Gjutning av substrat

Substratet hälldes i formen med ett tryck på 40-80 Mpa efter uppvärmning till 220-250 °C. När det har injicerats får det stelna till 50-70 °C för att bli dimensionsstabilt. Tidsåtgången för denna process är vanligtvis 30-60 sekunder i förhållande till detaljens storlek och tjocklek. Toleranserna är extremt höga och avvikelsen är normalt inte mer än +-0,05 mm. Avvikelser leder till att produkten påverkas med avseende på passform och produktkvalitet.

Förberedelse av gjutformen som ska övergjutas

Efter kylningen överförs substratet försiktigt till en andra gjutform, under vilken övergjutningsinjektionen görs. Formen förvärms till 60-80 °C. Förvärmningen eliminerar effekten av termisk chock och gör det också möjligt för övergjutningsmaterialet att flyta smidigt över substratet. Formförberedelse behövs för att förhindra hålrum, skevhet eller dålig vidhäftning i slutprodukten.

Injektion av övergjutningsform

Trycket injiceras i substratet med hjälp av 50-120 Mpa av övergjutningsmaterialet. Injektionstemperaturen är beroende av materialet: TPE 200-230 °C, silikon 180-210 °C. Detta steg måste vara exakt. Felaktig temperatur eller tryck kan leda till defekter i form av bubblor, separation eller otillräcklig täckning.

Kylning och stelning

Efter injektionen kyls detaljen för att möjliggöra stelning av övergjutningen och dess starka bindning till substratet. Kyltiden varierar mellan 30 och 90 sekunder beroende på detaljens tjocklek. De tunna områdena kyls snabbare, medan de tjockare har en långsammare kylning. Tillräcklig kylning behövs för att garantera jämn bindning och minimera inre spänningar som kan orsaka sprickor eller deformation.

Utskjutning och efterbearbetning

Efter nedkylning pressas detaljen ut ur formen. Eventuellt överskott, s.k. flash, skärs bort. Komponenten kontrolleras med avseende på ytfinish och måttnoggrannhet. På så sätt säkerställs att produkten håller den kvalitet som krävs och är kompatibel med övriga delar om det skulle behövas.

Testning och inspektion

Det sista steget är testning. Olika typer av tester: Drag- eller skalprov bestämmer bindningens styrka, som vanligtvis är 1-5 MPa. Shore A-test används för att kontrollera hårdheten hos övergjutningen. Defekterna, som bubblor, sprickor eller felinriktning, kan upptäckas visuellt. Endast komponenter som testas levereras eller sätts samman till färdiga produkter.

Olika typer av övergjutning

Gjutning i två steg

Two-shot-gjutning innebär att en maskin gjuter två material. Formningen sker vid en temperatur på 220-250 °C och ett tryck på 40-80 MPa, följt av injektion av det andra materialet, som sker vid 50-120 MPa. Tekniken är snabb och exakt och passar bra när det handlar om ett stort antal produkter, till exempel gummigrepp och soft-touch-knappar.

Insatsgjutning

Vid insatsgjutning är substratet redan förberett och förs in i formen. Det täcks med en övergjutning, antingen TPE eller silikon, som injiceras vid 50-120 MPa. Bindningsstyrkan är vanligtvis 1-5 MPa. Detta tillvägagångssätt är typiskt för verktyg, tandborstar och sjukvårdsutrustning.

Övergjutning av flera material

Multimaterialövergjutning är en övergjutning där det finns mer än 2 material i en enda del. Injektionstiden för varje material är i tur och ordning 200-250 °C, 50-120 MPa. Det möjliggör komplicerade strukturer med hårda, känsliga och täckande sektioner.

Övergjutning har använts i applikationer

Användningsområdena för övergjutning är mycket varierande. Följande är typiska exempel:

Elektronik

Telefonfodral har vanligtvis hårdplast med mjuka gummikanter. Knapparna på fjärrkontroller är tillverkade av gummi eftersom de ger bättre beröring. Elektroniska komponenter skyddas med övergjutning och ger förbättrad användbarhet.

Medicintekniska produkter

Skyddstätningar, kirurgiska instrument och sprutor är vanligtvis övergjutna. Mjuka produkter underlättar hanteringen av enheterna och gör dem också säkrare. Detta är viktigt i medicinska tillämpningar där komfort och precision är viktiga.

Fordonsindustrin

 Övergjutning används för att tillverka knappar, handtag och tätningar med mjuk beröring som används i bilinteriörer. Tätningar av gummi används för att hindra vatten eller damm från att tränga in i delar. Detta ökar både komforten och hållbarheten.

Konsumentprodukter

Övergjutning används ofta i tandborsthandtag, köksredskap, elverktyg och sportutrustning. Processen används för att lägga till grepp, skydda ytor och lägga till design.

Industriella verktyg

Övergjutning används i verktyg som skruvmejslar, hammare och tänger, som används för att göra mjuka handtag. Detta begränsar tröttheten i händerna och ökar säkerheten vid användning.

Förpackning

Övergjutning av någon del av förpackningen (t.ex. kapsyler eller skyddsförseglingar) används för att förbättra hantering och funktionalitet.

Övergjutning gör det möjligt för tillverkaren att tillverka produkter som är funktionella, säkra och även tilltalande.

Fördelar med övergjutning

Det finns många fördelar med övergjutning.

Förbättrat grepp och komfort

Produkter blir lättare att hantera genom att använda mjuka material. Detta gäller verktyg, hushållsprodukter och medicintekniska produkter.

Ökad hållbarhet

Sammanfogning av flera material ökar produkternas styrka. De hårda och mjuka materialen garanterar produktens säkerhet.

Bättre skydd

Skydd eller tätningar av elektronik, maskiner eller ömtåliga instrument kan läggas till genom övergjutning.

Attraktiv design

Produkterna är utformade i olika färger och texturer. Detta förstärker image och varumärke.

Ergonomi

Mjuka grepp minimerar trötthet i handen och gör föremål eller enheter bekvämare att arbeta med under längre tid.

Mångsidighet

Övergjutning använder en mängd olika material och kan användas för att forma invecklade former. Detta gör det möjligt för tillverkare att ta fram produkter som är innovativa.

Utmaningar med övergjutning

Det finns också vissa utmaningar med övergjutning, som tillverkarna bör ta hänsyn till:

Materialkompatibilitet

Alla material fäster inte bra. Vissa kombinationer kan behöva limmas eller ytbehandlas.

Högre kostnad

Eftersom det innebär ytterligare material, formar och produktionssteg kan övergjutning höja produktionskostnaderna.

Komplex process

Formkonstruktion, tryck och temperatur måste vara strikt reglerade. Defekter kan orsakas av minsta lilla fel.

Produktionstid

Gjutning Tvåstegsgjutning kan kräva mer tid än gjutning av ett enda material. Ny teknik, t.ex. tvåstegsgjutning, kan dock minska denna tidsåtgång.

Begränsningar i konstruktionen

Komplexa former kan kräva anpassade formar, och det kan vara kostsamt att tillverka.

Dessa avskräckande faktorer har dock inte hindrat övergjutning eftersom det förbättrar produkternas kvalitet och prestanda.

Designprinciper för övergjutning

Övergjutning är en konstruktion där basen är tillverkad av ett material och formen är tillverkad av ett annat material.

Materialkompatibilitet

Välj de material som ska bindas samman. Overmold och substrat ska vara kompatibla med varandra när det gäller kemiska och termiska egenskaper. Liknande material som har nära smältpunkter minimerar risken för svag bindning eller delaminering.

Väggens tjocklek

Håll väggens tjocklek konstant så att materialflödet blir jämnt. Om väggarna inte är enhetliga kan det leda till fel som sjunkmärken, hålrum eller skevhet. Väggarna är vanligtvis mellan 1,2 och 3,0 mm av olika material.

Utkast till vinklar

Prägla vinklar på vertikala ytor för att underlätta utstötningen. En vinkel på 1- 3 grader hjälper till att undvika skador på substratet eller övergjutningen under avformningen.

Avrundade hörn

Undvik skarpa hörn. Rundade kanter förbättrar materialflödet under injektering och spänningskoncentrationen minskar. Rekommenderade hörnradier är 0,5-2 mm.

Bondingfunktioner

Gropar eller spår eller sammanlänkade strukturer görs för att öka den mekaniska bindningen mellan substratet och övergjutningen. Egenskaperna ökar skal- och skjuvhållfastheten.

Ventilation och placering av portar

Installera ventiler som gör det möjligt att släppa ut luft och gaser. Placera injektionsgrindar på andra ställen än de känsliga områdena för att uppnå ett homogent flöde som undviker kosmetiska fel.

Beaktande av krympning

Beakta variationer i materialens krympning. Krympningen hos termoplaster kan vara så liten som 0,4-1,2 och hos elastomerer kan den vara 1-3%. Med rätt konstruktion undviker man distorsion och dimensionsfel.

Teknisk beslutstabell: Är övergjutning rätt för ditt projekt?

Delar tillverkade genom övergjutning

Verktygshandtag

Övergjutning används för att skapa en hård kärna och ett mjukt gummigrepp i många handverktyg. Detta ökar komforten och minimerar trötthet vid handanvändning och ger större kontroll över användningen.

Konsumentprodukter

De vanligaste produkterna, t.ex. tandborstar, köksredskap och verktyg som kräver elektricitet, använder vanligtvis övergjutning. Mjuka grepp eller kuddar bidrar till att förbättra ergonomin och livslängden.

Elektronik

I telefonfodral, fjärrkontroller och skyddshöljen är vanliga tillämpningar av övergjutning bland annat dessa. Det ger också stötdämpning, isolering och en mjuk beröringsyta.

Fordonskomponenter

Övergjutna knappar, tätningar, packningar och grepp är ett vanligt inslag i bilarnas interiör. Soft-touch-system förbättrar komfort, ljud och vibrationer.

Medicintekniska produkter

Övergjutning används i medicintekniska produkter som sprutor, kirurgiska instrument, handhållna föremål och liknande. Processen garanterar genomgående säkerhet, noggrannhet och fast grepp.

Råvaror inom övergjutning

Materialvalet är av stor betydelse. Vanliga substrat är t.ex:

Hårda plaster som polypropylen (PP), polykarbonat (PC) och ABS.

Metaller inom olika användningsområden

Överformningsmaterialen är vanligtvis:

• Mjuka plaster
• Gummi
• Termoplastiska elastomerer (TPE) av nylon
• Silikon

Valet av material baseras på produktens användningsområde. Som exempel kan nämnas att biokompatibla material behövs i medicinska prylar. Elektronik kräver material som är isolerande och skyddande.

Bästa praxis vid konstruktion av övergjutningsdetaljer

Utformningen av de delar som ska övergjutas måste vara väl genomtänkt för att uppnå hög limningsnivå, attraktivt utseende och hög kvalitet. Genom att följa etablerade designriktlinjer minimeras felfrekvensen och produkternas kvalitet blir jämn.

Välj material som är kompatibla

Övergjutningen beror på valet av material. Övergjutningen och det underliggande materialet måste ha en bra koppling. Råvaror som smälter med liknande hastighet och har samma kemiska egenskaper har starkare och mer pålitliga bindningar.

Design för stark vidhäftning

God mekanisk bindning mellan detaljdesignen och själva designen bör stödjas. Underskärningar, spår och sammankopplade former är några av de egenskaper som gör att det övergjutna materialet kan hålla fast basdelen ordentligt. Detta minimerar risken för separation vid användning.

Håll väggtjockleken på rätt sätt

En jämn tjocklek på väggarna möjliggör materialflödet i gjutningsprocessen. Om tjockleken inte är jämn kan det leda till sjunkmärken, hålrum eller svaga delar i komponenten. En symmetrisk design förbättrar både hållfastheten och utseendet.

Använd adekvata dragvinklar

Dragvinklar förenklar processen att ta ut detaljen ur formen. Friktion och skador kan minimeras vid utmatning genom korrekt dragning, vilket är särskilt användbart för komplexa övergjutna detaljer.

Undvik skarpa hörn

Akuta kanter kan orsaka stresspunkter och begränsa materialflödet. Rundade kanter och flödande resultat förbättrar hållfastheten och gör att den övergjutna massan flyter jämnt runt komponenten.

Inkludera ventilationsfunktioner

Under injektionen gör en bra avluftning att instängd luft och gaser kan komma ut. Bra ventiler gör det möjligt att undvika luftfickor och ytfel, samt att fylla formen halvvägs.

Planera positionering av övergjutningsmaterial

Injektionspunkterna ska inte placeras nära viktiga funktioner och kanter. Detta eliminerar ansamling av material, flödesbrott och estetiska defekter i de utsatta delarna.

Optimera verktygskonstruktionen

För att lyckas med övergjutning krävs väl utformade formar. Rätt placering av porten, balanserade medbringare och effektiva kylkanaler bidrar till att säkerställa ett jämnt flöde och en stabil produktion.

Ta hänsyn till materialkrympning

Olika ämnen har olika hastighet vid nedkylning. Konstruktörerna bör ta hänsyn till dessa skillnader så att inga skevheter, feljusteringar eller dimensionsproblem kan observeras i den slutliga delen.

Vilka är några av de material som används för övergjutning?

Övergjutning ger tillverkarna möjlighet att blanda olika material för att uppnå vissa mekaniska, funktionella och estetiska egenskaper. Valet av material avgörs av dess styrka, flexibilitet, komfort och miljötålighet.

Termoplastisk, inte termoplastisk.

Det är en av de mest utbredda övergjutningskombinationerna. Basmaterialet är en termoplastisk polymer, som är en polykarbonat (PC). Det täcks sedan med en mjukare termoplast, t.ex. TPU. Denna komposit förbättrar greppet, komforten och ytkänslan utan att ge avkall på den strukturella styrkan.

Termoplast över metall

Vid denna teknik används ett termoplastiskt material som gjuts ovanpå en metalldel. Metaller som stål eller aluminium beläggs vanligtvis med plast som polypropylen (PP). Detta bidrar till att skydda mot korrosion av metallen, minska vibrationer och minska buller under användning.

TPE över Elastomer.

Detta system använder ett återvunnet substrat av hårdplast som ABS med tillägg av en flexibel elastomer på ovansidan. Det används normalt i produkter som kräver hållbarhet och flexibilitet, t.ex. verktygshandtag och medicinsk utrustning.

Silikon över plast

Silikon övergjuts också på plastmaterial som polykarbonat. Detta ger en hög nivå av vattenbeständighet, tätningsförmåga och låg taktil känsla. Det används ofta i medicinska och elektroniska apparater.

TPE över TPE

Övergjutning av olika kvaliteter av termoplastiska elastomerer kan också utföras. Detta gör det möjligt för tillverkarna att producera produkter som har olika texturer, färger eller funktionella områden i en och samma detalj.

Är övergjutning rätt val?

När din produkt kräver styrka, komfort och hållbarhet på samma gång, övergjutning är det rätta beslutet att fatta. Det är särskilt lämpligt när det används med komponenter som behöver ett mjukt handtag, slagtålighet eller ytterligare skydd utan att lägga till fler monteringsprocesser. Övergjutning kan användas på produkter som ofta berörs, t.ex. verktyg, medicinsk utrustning eller till och med elektroniklådor.

Övergjutning är dock inte aktuellt för alla projekt. Det är normalt förknippat med ökade verktygskostnader och invecklad design av formmönster i motsats till gjutning av enstaka material. När produktionskvantiteterna är små eller produktdesignen är grundläggande, kan de traditionella gjutningsprocesserna fungera för att vara billigare.

En bedömning av materialkompatibilitet, produktionsvolym, funktionskrav och budget i det inledande designstadiet hjälper till att avgöra om en övergjutningslösning är den mest effektiva lösningen för ditt projekt.

Exempel på övergjutning i verkligheten

Tandborstar

Handtaget är av hårdplast. Greppet är av mjukt gummi. Detta underlättar arbetet med att rengöra tänderna.

Telefonväskor

Enheten är täckt med hårdplast. Fallchocken absorberas av mjuka gummikanter.

Elverktyg

Handtagen är övergjutna med gummi för att minimera vibrationer och öka säkerheten.

Inredning för bilar

Reglage och knappar är oftast mjuka i sin känsla, vilket gör användarupplevelsen bättre.

Följande exempel visar hur övergjutning kan förbättra användbarhet, säkerhet och design.

Sincere Tech - Din Hi-Fi-partner i alla typer av gjutning

Sincere Tech är en pålitlig tillverkningspartner som arbetar med alla former av gjutning, såsom formsprutning av plast och övergjutning. Vi hjälper våra kunder med allt från design till massproduktion av produkter med precision och effektivitet. Med högteknologi och kompetent ingenjörskonst tillhandahåller vi högkvalitativa delar inom fordons-, medicin-, elektronik- och konsumentmarknaderna. Besök Plas.co för att få veta mer om vad vi kan och erbjuder.

Slutsats

Övergjutning är en flexibel och användbar tillverkningsteknik. Det är en process som innebär en kombination av två eller flera material för att göra produkter starkare, säkrare och bekvämare. Den används i stor utsträckning inom elektronik, medicinsk utrustning, bilkomponenter, hushållsapparater och industriverktyg.

Detta görs genom ett noggrant val av material, exakt form på formarna och genom att se till att temperatur och tryck hålls under kontroll. Övergjutning har stora fördelar, även om det finns vissa utmaningar, t.ex. ökade kostnader och längre produktionstid.

Övergjutna produkter är mer hållbara, ergonomiska, tilltalande för ögat och funktionella. Ett av de områden där övergjutning har blivit en oskiljaktig del av modern tillverkning är vardagsprodukter som tandborstar och mobilskal, till mer seriösa produkter som medicinsk utrustning och bilinteriörer.

När vi känner till övergjutning kan vi känna oss tacksamma för det faktum att det beror på enkla beslut i designen som hjälper till att göra produkterna mer praktiska att använda och längre varaktiga. En sådan liten men ändå betydelsefull process fortsätter att förbättra kvaliteten och funktionaliteten hos de varor som vi använder i våra dagliga liv.