プラスチック射出成形におけるねじの挿入方法

いくつかの 射出成形部品のオーバーモールディング 組み立てられたプラスチック部品を分解して再度組み立てる必要があります。このような場合、最適な締結方法は金属ねじインサートです。これらのインサートを部品に挿入する最適な方法は何でしょうか? ファスナー製造業者と業界の専門家が、考慮すべき点について洞察を提供し、4 つの挿入方法について説明します。
基本
アプリケーションに最適なインサート タイプと挿入プロセスを選択するときは、次の点を考慮してください。

強度要件 – 強度の主な要因は、インサートが部品から引き抜かれることに対する抵抗 (引き抜き力) と、嵌合ファスナーがねじられたときにインサートが部品内でねじれることに対する抵抗 (ねじ抜き力) です。インサートが長いほど、引き抜き抵抗は大きくなります。インサートの直径が大きいほど、トルク容量は大きくなります。ローレット パターンも重要です。これについては、後ほど詳しく説明します。
材料 – 用途に応じて、プラスチック材料とインサート材料の両方が重要です。超音波と熱かしめの 2 つのインサート プロセスでは、以前に成形されたプラスチックを再溶融するため、熱可塑性プラスチックにのみ適しています。熱硬化性プラスチックの場合、インサート内で成形するか、後でインサートを冷間プレスするかを選択できますが、この時点で樹脂材料の弾性が重要になります。

ねじ込みインサート自体の最も一般的な素材は真鍮です。しかし、持続可能性の要求が高まるにつれて、ステンレス鋼やアルミニウムなどの鉛フリーの代替品が人気を集めています。ステンレス鋼ツール
コスト – ねじ込みインサートは、最初に部品に成形することも、後で部品に押し込むこともできるため、操作の総コストを考慮してください。これには、成形時間とコスト、コンポーネントの取り扱い、および組み立てが含まれます。トレードオフをよりよく理解するために、4 つの主要な挿入プロセスを簡単に見てみましょう。
1. 熱かしめねじインサート
最適:
熱可塑性プラスチック
高いパフォーマンスと低い設置コストの組み合わせ
熱間かしめと超音波挿入は、インサートの外径よりわずかに小さい、成形プロセス中に形成するか、または成形後に穴を開けることができる、あらかじめ形成された穴（インサート製造元によって指定されたサイズ）から始まります。インサートの外壁は、直線またはテーパーにすることができます。直線インサートとテーパー インサートはどちらもファスナーにうまく位置合わせされます（穴が正しく形成されている限り）。自動位置合わせテーパー インサートは、より簡単かつ迅速に押し込むことができます。
ヒートステーキングでは、ヒートプレスを使用してインサートを加熱し、インサートを部品に押し込むと、穴の周囲の小さな部分が溶けます。軟化した樹脂はローレットパターンに流れ込み、その後硬化してインサートと強力な結合を形成します。ヒートステーキングは、制御が容易で、比較的低コストであり、自動化に適しているため (複数のインサートを一度に押し込むことができる)、熱可塑性プラスチックではより一般的なプロセスです。

2. 超音波アシストねじ込みインサート
最適:
熱可塑性プラスチック
全体的なパフォーマンスが高い

同様に、超音波を適用して穴の境界部分を溶かすこともできます。超音波プロセスでは、熱を加える代わりに振動周波数を作り出してプラスチックを溶かします。その速度はホットステーキングに匹敵しますが、正確な制御が必要で、プロセスの影響範囲が広くなるため、材料が破片化する恐れがあります。超音波プロセスは騒音が大きく、自動化が難しいため、特に超音波溶接をまだ行っていない工場では、あまり使用されません。

3. 成形ねじ込みインサート
最適:
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂
最高の引き抜き性能とトルク性能

成形インサートでは、ピンが金型コアに機械加工または挿入されます。その後、成形プロセスの各サイクルでインサートがピンの上に配置されます。このプロセスでは、樹脂がインサートを完全に包み込むため、通常は全体的に最良の結合が得られ、その後の挿入プロセスが不要になります。ただし、このプロセスでは、ピンとインサート間の許容差が厳しい、より複雑なコアが必要になります。また、射出成形機の各サイクルの間にインサートを配置するのにも時間がかかります。
インモールドインサートは「貫通ねじ」にすることができます。つまり、インサートの両端が開いているため、樹脂がインサート内に流れ込むのを防ぐために、コアとキャビティの表面としっかりと接触する必要があります。または、「ブラインドねじ」にすることもできます。つまり、インサートの片端が閉じているため、キャビティの表面と接触する必要はありません。たとえば、壁が厚い場合や、キャビティの片側にファスナーがあってはならないような場合などです。
4. 冷間プレスねじ込みインサート
最適:
熱硬化性樹脂
最小限のコストで簡単に設置
押すだけで
冷間プレスインサートは、上記のタイプほどの性能は発揮しないかもしれませんが、取り付けが簡単で、通常は特別な補助装置を必要としないため、非常に経済的な代替手段です。
「拡張インサート」と呼ばれることもある、あるタイプの圧入インサートには、挿入時に曲がるように側面にスロットが機械加工されており、指の圧力だけで簡単に押し込むことができます。対になるネジを取り付けると、これらのインサートの側面が外側に押し出され、穴の ID 壁と「噛み合う」接触が生まれます。基本的に、金物店で販売されているシース付きラグボルトのように機能します。

高性能の圧入インサートは、本体が頑丈で、挿入にはプレスが必要です。インサートの周囲のプラスチックを溶かすプロセスの強度基準を満たしていませんが、これらのインサートは、挿入プロセスに代わる堅牢な代替手段であり、コスト効率に優れています。
ローレット加工について

ローレット加工は、ワークピースの外側にパターンをカットまたはロール加工する金属加工プロセスです。ねじ付きインサートの場合、ローレットパターンは重要であり、引き抜き抵抗とトルク抵抗に直接影響します。
まっすぐなローレット (インサートの長さに平行) は、トルク抵抗が最も高くなりますが、引き抜き抵抗は低くなります。ローレット バンド間の溝により、引き抜き抵抗が高まります。
斜めまたは螺旋状のローレットは、両方向の力に対する抵抗のバランスをとります。六角形またはダイヤモンド形のローレットはおそらく最も一般的であり、あらゆる方向に対して抵抗を提供します。
幅広いサイズ

プラスチック用の標準ねじ込みインサートの直径は約 1/8 インチ～ 9/16 インチ、長さは 1/8 インチ～ 5/8 インチで、ねじサイズは #0-80 ～ 3/8-16 (タイプによって M2 ～ M10) です。このサイズ範囲は、電子機器、自動車、航空宇宙、防衛、医療、工業、娯楽機器などの業界の幅広い用途に対応します。

ハンドヘルド デバイスなどの物理的に小型のアプリケーション向けには、直径 1 mm (0.039 インチ)、長さ 1.75 mm (0.069 インチ) の microPEM インサートも用意されています。これらのマイクロ インサートは、ISO 指定の最小の M タイプ スレッドである M1 ファスナーに対応しています。熱かしめまたは超音波プロセスを使用して、ストレート穴またはテーパー穴に取り付けることができます。

熱かしめ、超音波、スウェージング、冷間スウェージングの 4 種類の挿入プロセスはすべて、設計要件を満たす独自の利点と機能を提供します。挿入のパフォーマンスを最大限に高めるには、アプリケーション、コスト、その他のコンポーネントとともに挿入タイプを考慮することが重要です。