Metody wprowadzania gwintów do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych

Niektóre nadformowanie wtryskowe części formowanych wtryskowo wymagają, aby zmontowane części plastikowe zostały zdemontowane i ponownie zmontowane. W takich przypadkach najlepszą metodą mocowania jest metalowa wkładka gwintowana. Jaki jest najlepszy sposób, aby umieścić te wkładki w części? Producenci elementów złącznych i eksperci branżowi dostarczają wglądu w rozważania i wyjaśniają cztery metody wkładania.
Podstawy
Wybierając najlepszy typ wkładki i proces wkładania dla swojego zastosowania, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

Wymagania wytrzymałościowe – Kluczowymi czynnikami wytrzymałościowymi są odporność wkładki na wyciągnięcie z części (siła wyrywania) oraz odporność wkładki na skręcanie w części, gdy łącznik jest skręcany (siła wykręcania). Im dłuższa wkładka, tym większa odporność na wyrywanie; im większa średnica wkładki, tym większa nośność momentu obrotowego. Wzór radełkowania jest również krytyczny; więcej na ten temat poniżej.
Materiały – Zarówno materiał z tworzywa sztucznego, jak i materiał wkładki są ważne, w zależności od zastosowania. Dwa procesy wstawiania – ultradźwiękowy i cieplny – obejmują przetapianie wcześniej uformowanego plastiku, więc nadają się tylko do tworzyw termoplastycznych. W przypadku tworzyw termoutwardzalnych istnieje możliwość formowania wkładki lub późniejszego prasowania wkładki na zimno, w którym to momencie elastyczność materiału żywicy staje się krytyczna.

Najczęściej stosowanym materiałem na samą wkładkę gwintowaną jest mosiądz. Jednak wraz ze wzrostem wymagań zrównoważonego rozwoju, alternatywy bezołowiowe, takie jak stal nierdzewna lub aluminium, stają się coraz bardziej popularne. Narzędzia ze stali nierdzewnej
Koszt – Ponieważ wkładki gwintowane mogą być formowane w części na początku lub wciskane w część później, należy wziąć pod uwagę całkowity koszt operacji. Obejmuje to czas i koszt formowania, obsługę komponentów i montaż. Aby lepiej zrozumieć kompromisy, oto krótki przegląd czterech głównych procesów wstawiania:
1. Wkładki gwintowane do obróbki cieplnej
Idealne dla:
Tworzywa termoplastyczne
Wysoka wydajność w połączeniu z niskimi kosztami instalacji
Wciskanie na gorąco i ultradźwiękowe rozpoczyna się od wstępnie uformowanego otworu (rozmiar określony przez producenta wkładki), który jest nieco mniejszy niż średnica zewnętrzna wkładki i może zostać uformowany podczas procesu formowania lub wywiercony później. Zewnętrzna ściana wkładki może być prosta lub stożkowa. Zarówno proste, jak i stożkowe wkładki dobrze dopasowują się do łącznika (o ile otwór jest prawidłowo uformowany), a samonastawne stożkowe wkładki są łatwiejsze i szybsze do wciśnięcia.
W przypadku obróbki cieplnej, prasa cieplna jest używana do nagrzewania wkładki do punktu, w którym wkładka topi niewielką część obwodu otworu, gdy jest wciskana do części. Zmiękczona żywica wpływa do wzoru radełkowania, a następnie twardnieje, tworząc mocne połączenie z wkładką. Obróbka cieplna jest bardziej powszechnym procesem w przypadku tworzyw termoplastycznych, ponieważ proces ten jest łatwy do kontrolowania, stosunkowo niedrogi i dobrze nadaje się do automatyzacji (można wcisnąć wiele wkładek jednocześnie).

2. Wkładki gwintowane wspomagane ultradźwiękami
Idealne dla:
Tworzywa termoplastyczne
Wysoka ogólna wydajność

Podobnie, ultradźwięki mogą być stosowane do topienia obszaru granicznego w otworze. Zamiast stosowania ciepła, proces ultradźwiękowy tworzy częstotliwość wibracji, aby stopić plastik. Jego prędkość jest porównywalna do gorącego spawania, ale wymaga precyzyjnej kontroli i może tworzyć większą strefę uderzenia procesu, co może powodować fragmentację materiału. Proces ultradźwiękowy może być również głośny i trudniejszy do zautomatyzowania, dlatego jest mniej prawdopodobne, że będzie stosowany, szczególnie w warsztatach, które jeszcze nie stosują spawania ultradźwiękowego.

3. Formowane wkładki gwintowane
Idealne dla:
Tworzywa termoutwardzalne i termoplastyczne
Najlepsza wydajność wyciągania i momentu obrotowego

W przypadku wkładek formowanych, sworzeń jest obrabiany lub wkładany do rdzenia formy. Wkładka jest następnie umieszczana na sworzniu w każdym cyklu procesu formowania. W tym procesie żywica całkowicie otacza wkładkę, co generalnie skutkuje najlepszym ogólnym połączeniem i eliminuje potrzebę jakiegokolwiek późniejszego procesu wkładania. Jednak ten proces wymaga bardziej złożonego rdzenia z ciasnymi tolerancjami między sworzniem a wkładką. Zajmuje również czas umieszczenie wkładki między każdym cyklem maszyny do formowania wtryskowego.
Wkładki In-mold mogą być „gwintowane na wylot”, co oznacza, że oba końce wkładki są otwarte, więc wymagany jest solidny kontakt z powierzchniami rdzenia i wnęki, aby zapobiec przepływaniu żywicy do wnętrza wkładki. Mogą być też „gwintowane na ślepo”, co oznacza, że jeden koniec wkładki jest zamknięty, więc nie jest wymagany kontakt z powierzchnią wnęki — na przykład w przypadkach grubszych ścianek lub gdy elementy mocujące nie powinny znajdować się po jednej stronie wnęki.
4. Wkładki gwintowane tłoczone na zimno
Idealne dla:
Tworzywa termoutwardzalne
Łatwa instalacja przy minimalnych kosztach
Po prostu proste naciśnięcie
Mimo że ich wydajność może nie być tak dobra jak w przypadku opisanych powyżej typów, wkładki tłoczone na zimno są bardzo ekonomiczną alternatywą, ponieważ są łatwe w montażu i zazwyczaj nie wymagają stosowania specjalistycznego sprzętu pomocniczego.
Czasami nazywane „wkładkami rozprężnymi”, jeden z typów wciskanych wkładek ma wycięte na bokach szczeliny, które umożliwiają im zginanie się po włożeniu i można je łatwo wcisnąć za pomocą nacisku palca. Podczas instalowania śruby współpracującej boki tych wkładek są wypychane na zewnątrz, aby utworzyć „gryzący” kontakt ze ścianką wewnętrzną otworu. Działają one zasadniczo jak osłonięta śruba opóźniająca, którą można znaleźć w sklepie z narzędziami.

Wkładki wciskane o wyższej wydajności mają solidne korpusy i wymagają prasy do włożenia. Chociaż nie spełniają standardów wytrzymałości procesów, w których plastik jest topiony wokół wkładki, wkładki te nadal oferują wytrzymałą alternatywę dla procesu wstawiania przy dużej opłacalności.
O radełkowaniu

Radełkowanie to proces obróbki metalu, w którym wzór jest wycinany lub walcowany na zewnątrz przedmiotu obrabianego. W przypadku wkładek gwintowanych wzór radełkowania jest krytyczny i bezpośrednio wpływa na odporność na wyciąganie i moment obrotowy.
Proste radełkowania (równoległe do długości wkładki) zapewniają największą odporność na moment obrotowy, ale mniejszą odporność na wysuwanie. Rowki między paskami radełkowania zwiększają odporność na wysuwanie.
Radełkowanie diagonalne lub spiralne równoważy opór siłom w obu kierunkach. Radełkowanie sześciokątne lub diamentowe jest prawdopodobnie najpowszechniejsze i zapewnia opór we wszystkich kierunkach.
Szeroki wybór rozmiarów

Standardowe wkładki gwintowane do tworzyw sztucznych mają średnicę od około 1/8″ – 9/16″ do długości 1/8″ – 5/8″, a rozmiary gwintów wahają się od #0-80 do 3/8-16 (M2 do M10, w zależności od typu). Ten zakres rozmiarów obejmuje szeroki zakres zastosowań w takich branżach jak elektronika, motoryzacja, lotnictwo, obronność, medycyna, przemysł i sprzęt rozrywkowy.

Do fizycznie mniejszych zastosowań, takich jak urządzenia przenośne, wkładki microPEM są również dostępne w średnicach tak małych jak 1 mm (0,039″) i długościach tak małych jak 1,75 mm (0,069″). Te mikrowkładki mogą pomieścić łączniki M1, najmniejszy gwint typu M określony przez ISO. Mogą być instalowane w prostych lub stożkowych otworach za pomocą obróbki cieplnej lub ultradźwiękowej.

Wszystkie cztery rodzaje procesów wstawiania – wtłaczanie na gorąco, ultradźwiękowe, kucie lub kucie na zimno – oferują wyjątkowe korzyści i możliwości, aby spełnić wymagania projektowe. Aby osiągnąć maksymalną wydajność wkładki, ważne jest, aby wziąć pod uwagę typ wkładki wraz z zastosowaniem, kosztem i innymi komponentami.