В производственном секторе формование со вставками стало универсальным и эффективным методом производства высокопроизводительных компонентов. Комбинируя пластиковые детали с металлическими вставками с резьбой, инженеры и дизайнеры продукции могут добиться превосходных механических свойств и упростить процессы сборки. В этом блоге мы предоставим всесторонний обзор концепции, ключевых процессов, преимуществ и недостатков, а также применения вставного формования, а также подробное руководство по проектированию, которое поможет вам максимизировать преимущества этого инновационного метода производства.

Оглавление

1. Что такое вставное литье

2. Что такое процесс формования вставки?

3.Какие материалы/вставки используются при формовании вставок?

4.Общие устройства для формования вставок

5. Преимущества и недостатки вставного молдинга вставного молдинга

6. Рекомендации по проектированию вставок для литья под давлением

7. Запрос предложений

1. Что такое вставной молдинг

Литье со вставками — это усовершенствованный процесс литья под давлением, при котором резьбовые вставки (обычно изготовленные из металла или пластика) помещаются в полость формы перед литьем под давлением. В процессе литья под давлением расплавленный пластик окружает, заполняет и охлаждает вставку, надежно внедряя и фиксируя резьбовую вставку внутри пластикового основания за один этап формования, в результате чего получается единая прочно соединенная деталь. Проще говоря, формование вставок похоже на нанесение на металлическую деталь изготовленного на заказ «пластикового покрытия».

2. Что такое процесс формования вставки

Правильная конструкция формования вставки обеспечивает прочную связь между вставкой и окружающим пластиком, создавая долговечные и функциональные детали за один цикл. Этот высокоточный и эффективный процесс обычно включает следующие пять ключевых шагов.

Шаг 1. Вставить позиционирование

Чтобы улучшить адгезию между металлом и пластиком и предотвратить ослабление или утечку, операторы сначала очищают и обрабатывают поверхность металлических деталей. Эти обработки обычно включают тиснение, пескоструйную обработку или нанесение клея. Затем предварительно изготовленные вставки (например, резьбовые втулки, клеммы или магниты) помещаются в определенные полости формования. Этот этап можно выполнить вручную, но в современной промышленности он часто выполняется автоматически с помощью роботов-манипуляторов для обеспечения точности.

Шаг 2. Закрытие формы и литье под давлением:

Форма закрывается, и машина для литья под давлением впрыскивает расплавленную пластиковую жидкость в форму на высокой скорости.

Шаг 3. Сваривание:

Пластик формируется вокруг вставки, взаимодействуя с накатками, канавками или отверстиями на поверхности вставки. После затвердевания пластик образует с металлом прочный механический замок.

Шаг 4. Охлаждение и распалубка:

Впрыскиваемый пластиковый материал охлаждают и дают ему затвердеть, прилипая к вставкам и герметизируя их.

После остывания пластика форма открывается и выбрасывается вся композитная деталь.

Шаг5. Постобработка и обработка :

После формования компании, производящие формованные детали,  проведут необходимую постобработку и тестирование в соответствии с требованиями заказчика. Это включает в себя проверку внешнего вида и критических размеров продукта, а также проведение эксплуатационных испытаний, таких как испытания на силу выдергивания и крутящий момент вставок, чтобы гарантировать прочность соединения между вставками и пластиком, тем самым гарантируя структурную надежность деталей при фактическом использовании.

3.Какие материалы/вставки используются при формовании вставок?

3.1. Материалы для формования вставок при литье под давлением

Теоретически большинство термопластов подходят для формования вставок, но для обеспечения прочного соединения вставки с пластиком и предотвращения растрескивания при выборе материалов учитывайте степень усадки пластика. Если скорость усадки слишком высока, пластик после охлаждения может создать значительные внутренние напряжения вокруг вставки, что приведет к растрескиванию готового изделия. Мы рекомендуем отдать предпочтение следующим материалам:

• Инженерные пластмассы

PA (нейлон, например PA6, PA66): отличная прочность, идеально подходит для ввинчивания металлических гаек и соединителей.

PA66+30%GF: Очень высокая прочность, устойчивость к усталости, стекловолокно значительно снижает усадку, подходит для металлических гаек, подвергающихся высоким нагрузкам.

ПБТ/ПЭТ: отличная стабильность размеров, сильная изоляция, обычно используется в электронных разъемах.

PBT+GF: более низкое водопоглощение, чем у нейлона, остается стабильным во влажной среде.

PPS (полифениленсульфид): отличная устойчивость к высоким температурам и химическому воздействию, коэффициент теплового расширения близок к металлу, подходит для вставок в моторном отсеке автомобилей или в суровых промышленных условиях.

• Пластмассы общего назначения

ПП (полипропилен): Недорогой, хорошая химическая стабильность, обычно используется в предметах первой необходимости или в простых деталях бытовой техники.

АБС/ПК+АБС: хороший блеск поверхности, стабильные размеры, сочетает в себе прочность и внешний вид, обычно используется в корпусах электронных продуктов (например, внутри интеллектуальных носимых устройств) с минимальным химическим воздействием на электронные компоненты.

• Специальные пластмассы:

PEI/PEEK : используется в аэрокосмической или медицинской промышленности, выдерживает высокие температуры и многократную стерилизацию.

Трех упомянутых выше типов пластмасс достаточно, чтобы удовлетворить требования к структурной прочности ваших отформованных деталей. Однако, если ваш продукт также требует нескользящего ощущения, водонепроницаемого уплотнения, амортизации и встроенного водонепроницаемого уплотнения при его фактическом применении, тогда вы можете рассмотреть следующие распространенные термопластичные эластомерные материалы:

• ТПУ (термопластичный полиуретан): Обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, устойчивостью к разрыву и маслостойкостью. Он очень подходит для производства спортивного оборудования.

• TPE/TPR: это наиболее распространенный материал, который мы видим в повседневной жизни. На ощупь он очень сухой и нежный, как кожа, а его твердость можно регулировать в широком диапазоне. Подходит для ручек зубных щеток, противоскользящих ручек электроинструментов, ручек кухонной утвари и т. д.

• TPV:  обладает превосходной атмосферостойкостью, термостойкостью и химической стойкостью, что обеспечивает долговременную водонепроницаемость и пыленепроницаемость. Кроме того, он имеет очень низкую остаточную деформацию при сжатии, что делает его пригодным для водонепроницаемых соединителей на открытом воздухе и герметизирующих слоев зданий.

3.2. Распространенные типы вставок при литье под давлением

При формовании вставок вставки не ограничиваются металлическими материалами. Фактически можно рассмотреть любую вставку, которая может соответствовать функциональным и экологическим требованиям конечного продукта.

Как известно, наиболее распространенным и доминирующим в настоящее время типом вставок, применяемых в промышленности, являются металлические вставки. Их основная цель – повысить структурную прочность или проводимость изделия. Обычно используемые металлы  в основном включают следующие три:

Латунные вставки: обеспечивают хорошую проводимость, легко обрабатываются и позволяют выполнять точные резьбовые соединения, обеспечивая надежное крепление. Чаще всего они используются для резьбовых вставок (например, латунных гаек).

Вставки из нержавеющей стали: обладают высокой прочностью и устойчивостью к коррозии и часто используются в медицинском оборудовании или прецизионных деталях.

Вставки из алюминиевого сплава: легкие, с высоким соотношением прочности и веса и эффективной теплопроводностью, что делает их подходящими для электронных устройств, чувствительных к весу.

Конечно, при формовании вставок сам пластик также может использоваться в качестве вставки . Когда основному материалу не хватает определенных специфических свойств, например, когда большая часть продукта должна быть термостойкой, но определенная область должна быть прозрачной, при формовании вставок используется заранее изготовленная вставка из прозрачного пластика, такого как ПК, которая помещается в литьевую форму, а затем покрывается непрозрачным армированным пластиком (например, PA66). Примером может служить расположение полупрозрачных индикаторов на приборной панели автомобиля. Другой пример: когда ваш продукт должен быть одновременно прочным и приятным на ощупь, например ручки электрической зубной щетки или ручки отвертки, при формовании вставок используется конструкционный пластик для создания твердой внутренней вставки, а затем используется термопластичный эластомер, такой как вышеупомянутый ТПЭ/ТПУ, в качестве расплавленного материала для его герметизации. Более того, когда вашему продукту необходимо добиться «снижения веса» и «коррозионной стойкости», в этом процессе используются высокоэффективные конструкционные пластмассы, такие как PEEK или армированный стекловолокном нейлон, чтобы заменить металл в качестве компонента, поддерживающего внутренние напряжения, а затем герметизируют его слоем обычного пластика.

Помимо металлов и пластиков, в формованные вставки также могут быть вставлены вставки  из других специальных материалов , таких как термостойкие и электроизоляционные керамические вставки, магнитные вставки, которые могут создавать чувствительные или приводные механизмы, а также вставки электронных модулей (включая датчики, печатные платы и чипы карт доступа RFI). Все они могут использоваться непосредственно в качестве вставок).

Таким образом, формование вставок — это не простой процесс сборки; это высокоинтегрированный метод, который объединяет несколько материалов и микроэлектронные технологии посредством литья под давлением для создания интеллектуальных продуктов, которые не требуют дополнительной сборки и формуются напрямую.

4.Общие устройства для формования вставок

Независимо от того, содержат ли ваши детали металлические компоненты, ваш основной материал включает провода, электронные компоненты или печатные платы, вы хотите избежать затрат на сложные двухцветные формы или ваши детали должны включать в себя резьбовые вставки, вы можете рассмотреть возможность использования формованных вставок. Компании, производящие формованные детали со вставками, используют процессы формования вставок для производства продукции для многих отраслей промышленности, которые подразделяются на следующие категории:

4.1．Автомобильная промышленность

Это одна из наиболее широко используемых областей применения вставного формования. Мы используем процессы формования вставок для производства высокопроизводительных автомобильных компонентов, которые являются термостойкими, виброустойчивыми, устойчивыми к коррозии, легкими и устойчивыми к нагрузкам, включая датчики, внутреннюю и внешнюю отделку, а также электрические разъемы. Например, ведущий производитель электроинструментов использует формование вставок для заключения точно штампованных подшипниковых втулок из закаленной стали и радиаторов в корпус из высокопрочного нейлона, армированного стекловолокном (PA66+GF), за один процесс литья под давлением. Это исключает дорогостоящие затраты на вторичную обработку цельнометаллического корпуса и сложные процедуры сборки. Пластиковый корпус снижает общий вес машины примерно на 15 %, а естественные демпфирующие свойства пластика поглощают более 30 % высокочастотных вибраций.

4.2．Электроника и электрика

В современных электронных продуктах приоритет отдается тонкости, компактности и легкости. Литье вставок позволяет объединить очень мелкие металлические детали с пластиком, устраняя необходимость в винтах. Благодаря формованию вставками производители могут комбинировать очень мелкие металлические детали с пластиковыми, экономя место за счет отказа от винтов. Кроме того, за счет установки металлических экранирующих крышек или проводящих штырей электрические соединения и ЭМС-экранирование могут быть реализованы в очень небольшом пространстве. Таким образом, в обычных металлических конструктивных компонентах интеллектуальных носимых устройств, лотках для SIM-карт, разъемах и переключателях можно использовать процесс формования вставок.

4.3. Медицинское оборудование

Медицинская промышленность требует строгих стандартов гигиены и точности. Литая вставка обеспечивает герметичную инкапсуляцию на молекулярном/физическом уровне, в результате чего получаются гладкие поверхности, которые легко эффективно дезинфицировать, а металлические компоненты не отсоединяются во время работы. Этот процесс надежно и эффективно уменьшает зазоры при сборке, предотвращая рост бактерий. Примеры продуктов, использующих эту технологию, включают ручки хирургических скальпелей, соединители медицинских катетеров, втулки игл шприцев и корпуса кардиостимуляторов.

4.4．Промышленное оборудование и инструменты

В суровых промышленных условиях встроенные литые компоненты могут выдерживать высокие нагрузки и износ. Например, полностью пластиковая ручка может сломаться при сильном повороте. Однако благодаря встроенному стальному сердечнику пластик обеспечивает тактильные ощущения, а стальной сердечник выдерживает крутящий момент. Кроме того, использование твердых металлов для деталей, которые часто подвергаются трению, продлевает общий срок службы машины.

4.5．Потребительские товары премиум-класса и бытовая техника

В повседневной жизни необходимые вам продукты, такие как кухонные инструменты, электроинструменты и предметы личной гигиены, часто требуют тактильных ощущений, эстетики, качества и долговечности, которые могут обеспечить формованные вставки. Некоторые изделия, изготовленные исключительно из пластика, могут быть слишком легкими; встраивание металлических вставок увеличивает вес, мгновенно улучшая воспринимаемое качество продукта. Кроме того, процесс литья под давлением позволяет объединять несколько деталей в одну, что снижает потребность в сборочных линиях на заводах. Распространенными примерами формованных изделий являются высококачественные крышки для флаконов для духов (для дополнительного веса и ощущения) и ручки для бритвы.

5. Преимущества и недостатки вставного формования.

5.1 Каковы преимущества вставного молдинга?

Если вы уже прочитали предыдущую главу, вы поймете, что формование вставками — это очень универсальный процесс с многочисленными преимуществами, некоторые из которых перечислены ниже:

№1. Снижение затрат на сборку и логистику.

Машины для литья под давлением могут производить тысячи деталей каждый день. Экономия на масштабе может значительно снизить стоимость отдельных деталей. Формование вставками позволяет выполнять задачи, которые обычно выполняются в «сборочном цехе», в «цехе литья под давлением» за один этап. Это исключает утомительные процессы, такие как установка крепежа, нанесение клея и ультразвуковая сварка, что обеспечивает максимальную экономию средств. В то же время формование со вставками позволяет создавать более тонкие и компактные конструкции, добиваясь облегчения продукта и снижения затрат на логистику.

№2. Улучшена общая производительность детали.

Как правило, пластиковые детали не так прочны, как металлические. Однако у пластиков есть и другие преимущества, такие как более низкая стоимость, большая гибкость конструкции и меньший вес. Объединение металла и пластика в одной детали позволяет в полной мере использовать преимущества обоих. Металлические вставки можно использовать там, где требуется прочность и жесткость, а остальную часть детали можно сделать из пластика для снижения веса. Кроме того, пластиковые детали обладают плохой износостойкостью, а металлические вставки повышают долговечность детали, позволяя ей выдерживать различные циклические нагрузки.

№3. Улучшенная консистенция и точность продукта

Вставки точно позиционируются с помощью пресс-формы, а их позиционный допуск гарантируется высокоточными пресс-формами. По сравнению с ручной затяжкой винтов или ручным склеиванием, автоматизированный процесс формования вставок обеспечивает однородность каждого продукта, что значительно снижает процент брака.

№4. Большая гибкость и эстетика дизайна продукта

В качестве вставок можно использовать резину, металл, керамику или даже другой тип пластика, создавая композитные свойства, которых невозможно достичь с помощью одного материала. Кроме того, вставки могут быть полностью закрыты внутри детали, не оставляя внешних следов сборки, что обеспечивает более гладкий, профессиональный внешний вид и приятные тактильные ощущения.

5.2 Недостатки вставного молдинга

Формование вставками дает значительные преимущества, но имеет и определенные ограничения.

№1. Размещение вставки часто усложняет конструкцию пресс-формы, продлевает циклы литья под давлением, увеличивает производственные затраты и усложняет автоматизацию;

№2. Несоответствия в коэффициентах теплового расширения вставок и пластика могут вызвать внутренние напряжения в конечном изделии, приводящие к переломам - явление, особенно заметное при формовании вставок гаек;

№3. Альтернативно, разные коэффициенты теплового расширения могут привести к деформации продукта.

№4. Вставки (особенно гаечные) часто требуют предварительного нагрева или сушки, чтобы уменьшить внутреннее напряжение;

№5. Вставки должны быть надежно закреплены внутри формы, чтобы предотвратить смещение или деформацию под воздействием расплавленного материала;

№6. Дефектные вставки при литье под давлением, такие как сбои впрыска, отсутствие вставок или несоосность, могут сделать весь продукт непригодным для использования, что приведет к значительным затратам;

№7. Литье вставок под давлением усложняет переработку и утилизацию продукции.

6. Рекомендации по проектированию вставок для литья под давлением

При проектировании вставного формования необходимо учитывать несколько ключевых факторов для оптимизации процесса и достижения желаемых результатов:

№1. Размер и глубина детали. Размер и глубина детали влияют на продолжительность процесса формования. Сложные детали могут потребовать создания новых форм, что приведет к увеличению времени и затрат на производство. Рекомендуется использовать закругленную накатку на пластинах, чтобы избежать острых углов, которые могут создать точки напряжения.

№2. Объем производства: Предполагаемый объем формованных пластиковых деталей определяет выбор между автоматической и ручной загрузкой. Автоматизированная загрузка происходит быстрее и точнее, но для нее требуются современные станки с ЧПУ, что может увеличить затраты. Для определения наиболее экономически эффективного метода загрузки необходим тщательный анализ производственных требований.

№3. Применение продукта: при выборе материалов для формования учитывайте особенности применения продукта. Хотя формованные вставки совместимы с широким спектром материалов, важно определить наиболее подходящий материал для каждого применения, чтобы обеспечить оптимальные характеристики.

№4. Бюджет проекта:  Соображения стоимости играют важную роль при проектировании вставного формования. Бюджет должен включать стоимость вставок и расходы, связанные с привлечением партнера-производителя. Кроме того, добавление вставок может увеличить общую стоимость отлитой детали.

Для достижения оптимальных результатов при использовании вставного формования придерживайтесь следующих рекомендаций по проектированию:

рекомендации по проектированию	рекомендации по проектированию

№1. Избегайте острых углов.  Острые углы могут привести к появлению точек напряжения в компонентах, что потенциально может привести к выходу из строя. Вместо этого стремитесь к закругленным углам с минимальным радиусом 0,5 мм (0,02 дюйма). Это способствует плавному прохождению материала через формы, снижая концентрацию напряжений и производственные затраты.

№2. Обеспечьте достаточную вытяжку:  включите в свою конструкцию углы уклона, чтобы облегчить извлечение формованной детали из формы. Стремитесь к тому, чтобы угол уклона составлял не менее 1–2 градусов на всех вертикальных поверхностях. Это помогает предотвратить повреждение детали и обеспечивает бесперебойное производство.

Избегайте острых углов	Обеспечьте достаточную тягу

№3. Оптимизация толщины стенок:  поддерживайте одинаковую толщину стенок по всей детали, чтобы обеспечить равномерное охлаждение и предотвратить коробление или утопление. Для большинства применений стремитесь к толщине стенок от 1 до 4 мм (от 0,04 до 0,16 дюйма). Избегайте резких переходов между толстыми и тонкими секциями, поскольку они могут привести к неравномерной усадке.

№4. Учитывайте подрезы и резьбу. Если в вашем проекте требуются подрезы или резьба, запланируйте соответствующие элементы формы, чтобы их можно было разместить. Это может включать в себя включение в конструкцию формы механизмов бокового действия или механизмов отвинчивания. Убедитесь, что форма может эффективно захватывать и освобождать вставки, не повреждая деталь.

Оптимизация толщины стенок	Учитывайте подрезы и резьбу

№5. Выберите подходящие материалы вставок. Выбирайте вставки из материалов с хорошими адгезионными свойствами, чтобы обеспечить прочное соединение с пластиком. Учитывайте такие факторы, как тепловое расширение, совместимость с формовочным материалом и желаемые механические свойства. Обычные материалы вставок включают нержавеющую сталь, латунь или обычную сталь. Убедитесь, что материал вставки совместим с пластиком, чтобы предотвратить такие проблемы, как гальваническая коррозия.

 Заключение

Литье вставок, сочетающее пластиковые детали с металлическими вставками с резьбой, предлагает мощное решение для производства долговечных и высокофункциональных компонентов. Следуя приведенным выше рекомендациям по проектированию, вы можете оптимизировать процесс формования вставок для эффективного производства и превосходных результатов. Приступая к формованию со вставками, помните о конкретных потребностях вашего применения и используйте опыт таких партнеров-производителей, как Alpine Mold чтобы обеспечить успешные результаты формования со вставками.

Как один из опытных Компании, занимающиеся литьем под давлением вставок , Alpine Mold могут просмотреть вашу конструкцию, предоставить анализ технологичности и отчет. Просто отправьте файлы дизайна на наш адрес электронной почты. Наша квалифицированная команда инженеров, передовые технологии формования вставок и строгий контроль качества гарантируют исключительные результаты. Свяжитесь с нами сегодня, и мы поможем вам в вашем предстоящем проекте.

7. Часто задаваемые вопросы:

1. В чем разница между формованием вставкой и формованием с наложением

Формование со вставкой и наложение — это передовые методы литья под давлением, которые объединяют несколько материалов в один прочный компонент.

Вставка молдинга:

Это включает в себя встраивание предварительно собранных компонентов (обычно металлических) в пластик во время одного процесса литья под давлением для формирования всей детали. Он идеально подходит для небольших и точных деталей, таких как катетеры и иглы.

Формование:

Это предполагает покрытие существующей детали (обычно твердого пластика) новым материалом (часто мягким пластиком или пластиком второго типа) для создания эргономичных продуктов, состоящих из нескольких материалов, таких как зубные щетки и медицинские катетеры.

Основные отличия:

Формование со вставками представляет собой одноэтапный процесс литья под давлением, а наложение - это двухэтапный процесс литья под давлением.

Формование со вставками направлено на обеспечение прочности конструкции и стабильности сборки во время литья под давлением, тогда как дополнительное формование направлено на улучшение внешнего вида продукта, ощущение на ощупь и добавление функций (противоскользящие, амортизация, изоляция).

В практических проектах оба процесса могут использоваться одновременно: формование вставок используется внутри для обеспечения структурной целостности, а формование снаружи используется для улучшения ощущений и внешнего вида. Этот подход распространен в медицинских устройствах, бытовой электронике и автомобильных деталях.