ヒートステーキングとは何ですか?実際に説明されるプロセス、方法、ツール

熱かしめは、熱と制御された圧力を使用して、通常は成形ボスまたはポストであるプラスチックの形状を、別のコンポーネントを所定の位置にクランプする成形ヘッドに再成形する接合プロセスです。何も接着されておらず、何もねじ止めされていません。プラスチック自体が留め具になります。ボスは柔らかくなり、ツールの形状に流れ込み、その後冷却されてリベット状のヘッドになり、アセンブリを機械的に固定します。接合部は部品から形成されるため、結果は永続的であり、金具の緩みがありません。

熱かしめ、熱かしめ、または熱かしめと呼ばれるプロセスも表示されます。これは、金属インサート、プリント回路基板、ブラケット、端子、または使用中に分解してはならない小さなサブアセンブリをプラスチック ハウジングで保持する必要がある場所ならどこにでも現れます。考え方は単純ですが、熱、力、冷却の詳細が、きれいな接合部とひび割れた接合部を区別します。

熱かしめプロセスの仕組み

一般的なサイクルは予測可能なシーケンスに従い、すべてのステップが重要です。

1. ロードして検索します。部品は治具内に入れ子にされ、プラスチック製のボスがその上にあるコンポーネントの穴を通過します。
2. 熱を加えます。サーモモードと呼ばれることが多い加熱ツールは、プラスチックが軟化範囲に達するまで、ボスの上部に接触するか、ボスに熱風を当てます。
3. 頭部を形成します。力が加えられると、軟化したプラスチックがツール先端の輪郭に流れ込み、嵌合部分の外側に広がります。
4. 加圧下で冷却します。ツールがヘッドを保持し続ける間に熱が除去され、ポリマーが新しい形状で再凝固できるようになります。
5. 撤回して繰り返します。ツールが上昇し、ジョイントはロックされたままになり、次のサイクルが始まります。

温度は通常、材料の軟化またはガラス転移範囲のすぐ上にあります。ポリマーが流動するのに十分な温度であり、劣化を避けるのに十分な温度です。ほとんどのサイクルは数秒で終了するため、プロセスは非常にうまく自動化されます。時間、温度、力の 3 つの変数が、ヘッドが完全に形成されるか、または応力下でボスに亀裂が入るかを決定します。

熱かしめ方法の概要

いくつかのバリエーションが存在しますが、主に熱がプラスチックにどのように到達するか、またそれに伴って周囲の部品がどの程度温められるかが異なります。

どの方法を選択すればよいでしょうか?

コンタクトステーキングは高速で再現性があるため、日常業務の大部分をカバーします。形状によって接触が困難な場合は熱風を使用し、接合部の周囲の部品があまり熱に耐えられない場合は超音波または赤外線を検討してください。ほとんどの場合、決定要因は部品の形状、サイクル タイム、アセンブリが吸収できる熱負荷の量です。

熱ステーキングと超音波ステーキング

この 2 つのプロセスは、両方とも成形されたプラスチック ヘッドで終わるため、工場現場では似ています。違いは熱がどこから来るかです。熱かしめでは、外部ツールを使用して、プラスチックが軟化するまでボスの温度を上げます。超音波かしめでは、ホーンは 20 ～ 40 kHz で振動し、振動するボスとその上の部品との間の摩擦により界面で熱が発生するため、エネルギーは局所的に留まり、周囲のプラスチックはほとんど温まりません。

この局所性により、小さなポスト、密集したフィーチャ、および熱に弱い電子機器が近くにあるアセンブリでは、超音波かしめがしばしば成功します。サイクルタイムが短縮され、ストローク間に冷却するための熱い工具がなくなり、通常はホーンを交換することで同じ装置を溶接または挿入に切り替えることができます。その代償として、工具の設計がより重要になるということです。ホーンの形状、振幅、治具のサポート、および部品のフィット感がすべて正しくなければならず、セットアップを急いで行うと、壁が薄いかサポートが不十分であると亀裂が入る可能性があります。

実際には、ほとんどの植物は両方を備えています。熱かしめは大きなボスや扱いにくい形状を処理し、超音波装置は小規模で高速、大量の作業を処理します。 2 つを比較検討する場合は、 理想的な材料と超音波溶接の実際的な制限 プロセスにコミットする前に。

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生産でヒートステーキングが使用される場所

杭打ちジョイントに依存する産業

• 自動車の内装および電子機器。トリム クリップ、センサー、コネクタ ハウジングは車両の耐用年数にわたって固定されたままにしておく必要があります。
• アプライアンスのコントロール パネル。固定されたポストで回路基板とスイッチが密閉された前面の後ろに保持されます。
• 医療機器。使い捨ておよび再利用可能なハウジングでは、接着剤を使用しない清潔な組み立てが必要です。
• 家庭用電化製品。金属インサートとシールドがプラスチック シェルの内側に固定されています。
• ネジを使わずに端子や銘板を固定する産業用機器や計装品。

熱かしめは硬質プラスチックのプロセスですが、同じ工場の多くでは柔らかい製品に対しても超音波装置を稼働させています。生地をシールして切断する不織布ライン、中綿をキルティングする繊維工場、プラスチック製ハウジングを固定する作業場は、多くの場合同じ生産チェーンの一部であるため、2 つのテクノロジーが一緒に購入され、維持されることが多いのです。当社では、生地の切断やキルティング システムから超音波溶接機に至るまで、両方の種類の機械を製造していますが、ステーキングに関する質問は、熱制御、ツールの状態、部品のサポートなど、ほとんどの場合同じ基本的なものです。の全範囲をご覧いただけます 超音波溶接および切断装置 当社はこれらの用途向けに製造しています。

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かしめジョイントの信頼性を保つ設計ルール

ステーキングの失敗のほとんどは、機械のスイッチがオンになるずっと前に設計されています。いくつかのジオメトリの習慣により、そのほとんどが妨げられます。

• ボスの壁の厚さを周囲の公称壁のおよそ半分から 3 分の 2 に保ち、ボスが同じ速度で冷却されて沈まないようにします。
• ヘッドのサイズをボスの直径の約 1.5 ～ 2 倍にし、形成されたプラスチックが嵌合部品を保持するのに十分な材料で重なるようにします。
• ヘッドを形成するために、嵌合部品の上に十分なボスの高さを残しておきますが、工具がオーバートラベルしなければならないほど高すぎないようにしてください。
• ボスが壁と接する部分に十分な半径を追加し、応力が集中する鋭い内側の角を避けてください。
• ボスを穴に隙間を持って合わせます。ボスを小さめの穴に押し込むと、加熱される前にジョイントに予荷重がかかります。
• 広くて寛容な処理ウィンドウが必要な場合は、ABS やポリカーボネートなどのアモルファス材料を選択し、ポリプロピレンやナイロンなどの半結晶グレードについてはより厳密な制御を計画してください。

ジョイントが振動や繰り返しの温度変動に耐えなければならない場合、これらの比率は機械の設定よりも重要です。ボスを正しく作成する方が、後から金属製の留め具を追加するよりも安価です。

機器、工具、およびプロセス制御

このツールは、完成したヘッドの外観を決定する熱かしめシステムの一部です。その先端プロファイルは、軟化したプラスチックがどのように広がるかを制御し、その材質と熱質量によって、サイクル間の回復速度が決まります。磨耗または汚染されたチップは、完全に故障するずっと前に一貫性のないヘッドを生成するため、簡単な検査ルーチンと予備のチップのセットはすぐに元が取れます。

マシン側では、開ループ タイマーではなく、温度、滞留、および力の閉ループ制御を探します。マルチポイントヘッドを使用すると、一度のストロークで複数のポストを一度に杭打ちすることができ、回転テーブルまたはウォークイン治具を使用すると、積み込みと杭打ちの時間が重複し続けます。ツーリングの規律は、超音波ホーンやカスタム金型の場合とほぼ同じで、きれいで再現可能な結果を​​得るには、プロファイルが接合部に正確に一致する必要があります。これが私たちが毎日行っている作業であり、それが私たちが超音波ツールと熱ベースのツールの両方を同じ話題に置いている理由です。

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熱ステーキングの一般的な欠陥とその修正方法

固定されたジョイントに問題が発生すると、その症状は通常、原因を明確に示します。

• 不完全または冷たい杭: 熱、力、または滞留が少なすぎます。刃先温度を少し上げて接触時間を延ばし、実際にツールがボスに接触していることを確認してください。
• 焦げたヘッド、または糸状のヘッド: 熱が高すぎるか、チップが冷えません。設定値を下げるか、滞留時間を短くするか、冷却一時停止を追加してください。
• ヘッド周囲のバリ：過剰な力、またはプラスチックの体積に対して小さすぎるヘッドキャビティ。キャビティをボスのボリュームに合わせます。
• ベースの亀裂: 薄いボス、鋭い角、またはエッジに近づきすぎたボス。半径を追加し、ボスを内側に移動します。
• 目に見える表面のヒケ: ボスに伝わる熱が多すぎます。サイクルを短くするか、ボスの下の壁を厚くしてください。
• ヘッドの高さが一貫していない: チップの磨耗、温度の変動、または固定具の緩み。ツーリングを検査し、キャリブレーションを検証し、ストローク中に部品が移動しないことを確認します。

複数の設定を一度に変更するのではなく、一度に 1 つずつ作業することで、プロセスが予測可能になり、次の設定がはるかに簡単になります。

熱かしめは、依然としてプラスチック部品を永久に接合する最も簡単な方法の 1 つであり、そのシンプルさこそがまさに細部が重要な理由です。ボスの形状、ツールの状態、熱と力の制御によって、ジョイントが何年も保持できるか、現場で破損するかが決まります。新しいアセンブリを計画している場合、または既存のアセンブリのトラブルシューティングを行っている場合、有益な出発点は常に同じです。材料を理解し、ボスの比率を尊重し、工具に安定した反復可能なサイクルを与えて作業することです。