Le materie plastiche sono ampiamente utilizzate nei dispositivi medici, nelle automobili e nei prodotti di uso quotidiano grazie ai loro numerosi vantaggi, tra cui leggerezza, buona resistenza agli urti, buona trasparenza, buon isolamento, buona modellabilità, buona colorabilità e bassi costi di lavorazione. Da quando i primi esseri umani cercarono di attaccare le lance ai rami, l’assemblaggio è stato un’area cruciale dell’attività umana e le prestazioni finali delle parti in plastica dipendono in gran parte dai metodi di connessione tra loro. Scienziati e ingegneri correlati hanno sviluppato molti metodi diversi di connessione in plastica attraverso ricerche e pratiche a lungo termine-.
Questo articolo fornisce una breve introduzione a queste tecnologie di connessione in plastica, sperando di offrire un riferimento ai progettisti in campi correlati nella scelta dei metodi di connessione in plastica.
1. Incollaggio adesivo
L'incollaggio adesivo si riferisce alla tecnica di unire insieme le superfici di oggetti omogenei o eterogenei utilizzando adesivi. Gli adesivi sono sostanze naturali o sintetiche, organiche o inorganiche che possono unire due o più parti o materiali insieme attraverso l'adesione e la coesione interfacciale. Sono collettivamente chiamati adesivi, agenti leganti e sono comunemente abbreviati in colla. In breve, gli adesivi sono sostanze che legano insieme i materiali attraverso l'incollaggio.
2. Legame con solvente
Si riferisce al processo in cui un solvente dissolve la superficie plastica, provocando la miscelazione dei materiali. Quando il solvente evapora, si forma una giunzione.
3. Incollaggio degli elementi di fissaggio
L'incollaggio degli elementi di fissaggio si riferisce all'uso di elementi di fissaggio per collegare parti in plastica, inclusi elementi di fissaggio a pressione-, viti auto-filettanti e bulloni. Gli elementi di fissaggio a pressione- in genere collegano le parti in plastica creando un'interferenza tra una sporgenza sul gambo e un foro nella plastica. Le viti autofilettanti-utilizzano filettature auto-per collegarsi senza praticare fori.
4. Incollaggio delle cerniere
Le cerniere in plastica possono essere suddivise in tre tipi: cerniere integrate a-pezzo singolo, cerniere integrate a due-pezzi e cerniere combinate a più-pezzi. Le cerniere integrate in un unico pezzo-sono formate stampando due parti come una singola unità, senza richiedere componenti aggiuntivi. Le cerniere integrate in due-pezzi sono realizzate stampando due parti in plastica separate e poi assemblandole insieme. Le cerniere combinate multi-pezzo, oltre a produrre due singole parti in plastica, richiedono componenti aggiuntivi come aste o parti di cerniere in metallo. I suoi vantaggi includono apertura e chiusura ripetibili e le cerniere integrate sono solitamente progettate all'interno o vicino all'interno della scatola, riducendo così le dimensioni complessive delle parti. Gli svantaggi includono requisiti di alta precisione per lo stampaggio, stampi generalmente complessi e la necessità di una vasta esperienza di sviluppo nella progettazione razionale della cerniera mobile.
5. Inserire la modanatura
Lo stampaggio con inserti si riferisce a un processo di stampaggio in cui un inserto pre-preparato di un materiale diverso viene inserito in uno stampo a iniezione, seguito dall'iniezione di resina. Il materiale fuso si lega all'inserto e si solidifica, creando un prodotto in un unico pezzo. Gli inserti filettati sono un metodo principale per creare filettature in parti in plastica, fornendo una migliore resistenza della connessione rispetto alle filettature autofilettanti. Gli inserti non si limitano al metallo; possono anche essere fatti di stoffa, carta, filo, plastica, vetro, legno, bobine, componenti elettrici e altro ancora. Lo stampaggio a inserti utilizza la combinazione delle proprietà isolanti della resina e delle proprietà conduttive del metallo per creare prodotti stampati che soddisfano le funzioni di base dei prodotti elettrici. La decorazione in{8}}mold (IMD) è una tecnologia di decorazione superficiale molto diffusa a livello internazionale. È ampiamente utilizzato nei pannelli di controllo decorativi e funzionali per elettrodomestici, cruscotti automobilistici, pannelli di condizionamento dell'aria, custodie/lenti di telefoni cellulari, lavatrici, frigoriferi e altro ancora. L'IMD prevede il posizionamento di un foglio decorativo pre-stampato in uno stampo a iniezione, quindi l'iniezione della resina sul retro del foglio, consentendo alla resina di legarsi al foglio e polimerizzare.
Il vantaggio principale dello stampaggio a inserti è la combinazione della facilità di stampaggio e della flessibilità della resina con la rigidità, la robustezza e la resistenza al calore del metallo, consentendo la creazione robusta di prodotti metallo-plastica integrati complessi e intricati.
6. Stampaggio in più-parti
Lo stampaggio a più-parti, noto anche come stampaggio a iniezione a due-colori, si riferisce a un metodo di stampaggio che inietta due plastiche di colore diverso nello stesso stampo. Consente due colori diversi nella parte stampata e può produrre motivi regolari o disegni irregolari simili a nuvole-, migliorando sia la praticità che l'estetica della parte.
Il diagramma seguente illustra il principio dello stampaggio a iniezione a due-colori. Utilizza due cilindri, ciascuno con la stessa struttura e funzionamento di un cilindro standard per stampaggio a iniezione. Ogni canna ha il proprio canale collegato all'ugello e nel canale dell'ugello è installata una valvola di intercettazione. Durante lo stampaggio, dopo che il materiale fuso è stato plastificato nel cilindro, la valvola di intercettazione controlla l'ordine in cui il materiale fuso entra nell'ugello e la proporzione di materiale scaricato, prima che venga iniettato nella cavità dello stampo. Ciò si traduce in vari prodotti in plastica con diversi effetti di miscelazione dei colori.
7. Connessioni filettate stampate
Le connessioni filettate stampate si riferiscono allo stampaggio diretto delle filettature su parti in plastica attraverso la progettazione dello stampo a iniezione, ottenendo così connessioni con altre filettature aventi lo stesso profilo del dente, diametro nominale e altri parametri.
Le filettature sui prodotti in plastica sono suddivise in filettature esterne e filettature interne. Le filettature esterne vengono solitamente sformate utilizzando un cursore, mentre le filettature interne vengono sformate utilizzando un metodo di connessione filettata. Le filettature esterne hanno una struttura più semplice, ma dopo lo stampaggio, sul prodotto in plastica rimangono delle linee di giunzione. Se le linee di divisione sono evidenti, influenzeranno l'aspetto del prodotto e l'adattamento dei fili. Il principio è che il montante di guida inclinato si apre e quindi il perno di espulsione spinge fuori il prodotto. Le forme della filettatura interna possono essere ulteriormente suddivise in: 1. Struttura di sfilamento forzato (non-rotazionale). 2. Sfilamento non forzato (rotazionale). Attualmente, i fili stampati vengono utilizzati principalmente nella produzione di tappi di bottiglia.
8. Connessione filettata maschiante
La connessione con filettatura di maschiatura in plastica si riferisce alla realizzazione di fori nella parte in plastica e quindi alla maschiatura per formare filettature, che vengono poi utilizzate per connettersi con altre parti. Questo metodo è simile a quello utilizzato nelle parti metalliche.
I suoi vantaggi sono: questo processo non ha requisiti sulla forma della parte in plastica e si possono ottenere fori di posizionamento precisi utilizzando strumenti meccanici di precisione.
9. Montaggio a pressione
L'accoppiamento a pressione, noto anche come accoppiamento a forza, accoppiamento con interferenza e accoppiamento con restringimento, comporta l'assemblaggio di un albero e di un foro con una relazione di accoppiamento con interferenza sotto una determinata pressione. In alternativa è possibile allargare il foro riscaldandolo oppure ridurre l'albero raffreddandolo. Dopo l'assemblaggio, le due parti ritornano alla stessa temperatura, determinando un accoppiamento con interferenza. Utilizza la deformazione elastica del foro e dell'albero nelle parti in plastica collegate per trasmettere una determinata coppia o forza assiale dopo l'assemblaggio. 10. Connessione a scatto-Fit
Le connessioni a scatto-sono meccanismi utilizzati per l'incastro o il bloccaggio di una parte all'altra, generalmente utilizzati per collegare parti in plastica. Il materiale è solitamente una plastica flessibile. Il più grande vantaggio delle connessioni a scatto-è la facilità di installazione e smontaggio, che consente la rimozione-senza attrezzi.
Generalmente, un accoppiamento a scatto-è costituito da un elemento di posizionamento e da un elemento di fissaggio. L'elemento di posizionamento guida l'adattamento a scatto-nella posizione di installazione in modo fluido, corretto e rapido. La chiusura assicura la chiusura a scatto-alla base e impedisce che cada durante l'uso. A seconda dell'applicazione e dei requisiti, gli elementi di fissaggio sono suddivisi in elementi di fissaggio rimovibili e non-rimovibili. Gli elementi di fissaggio rimovibili sono generalmente progettati in modo che l'accoppiamento a scatto-si sganci sotto una determinata forza di separazione, separando le due parti di collegamento. Questi accoppiamenti a scatto-vengono spesso utilizzati per collegare due parti che devono essere smontate frequentemente. Gli elementi di fissaggio non-rimovibili richiedono l'inclinazione manuale per separare le due parti e vengono utilizzati principalmente per collegare e fissare parti che non devono essere smontate durante l'uso.
11. Rivettatura in plastica
La rivettatura è un processo particolarmente utilizzato per unire parti costituite da materiali diversi (ad esempio plastica e metallo). Una parte ha un rivetto che si estende in un foro in un'altra parte. Il rivetto viene quindi deformato dallo scorrimento a freddo o dalla fusione della plastica, formando una testa del rivetto che blocca meccanicamente le due parti insieme. È possibile ottenere vari design della testa del rivetto modificando il design della testa di saldatura.
Rivettatura a freddo: nella rivettatura a freddo, il rivetto viene deformato sotto l'alta pressione. Lo scorrimento a freddo crea elevate sollecitazioni nella zona del rivetto, pertanto è adatto solo per plastiche con buona duttilità.
Rivettatura a caldo: nella rivettatura a caldo, la testa di saldatura viene riscaldata mediante compressione, quindi è necessaria meno pressione per formare la testa del rivetto sul rivetto e viene generata meno tensione residua nella testa del rivetto. Può essere applicato a una gamma molto più ampia di materiali termoplastici rispetto alla rivettatura a freddo, compresi i materiali riempiti di vetro-. La qualità della giunzione dipende dal controllo dei parametri di processo: temperatura, pressione e tempo.
Rivettatura a gas caldo: nella rivettatura a gas caldo, il rivetto viene riscaldato da un flusso di aria surriscaldata, con il calore trasferito attraverso i tubi dell'aria attorno al rivetto. Successivamente, la testa di saldatura a freddo indipendente viene abbassata per comprimere il rivetto.
Saldatura con rivettatura ad ultrasuoni: nella saldatura con rivettatura ad ultrasuoni, l'energia ultrasonica fornita dalla testa di saldatura scioglie il rivetto. Durante la pressione continua della testa di saldatura, il materiale fuso del rivetto scorre nella cavità all'interno della testa di saldatura, formando la forma della testa del rivetto desiderata.
Processo di saldatura di parti in plastica
Il principio di saldatura è lo stesso: innanzitutto le superfici combacianti delle due parti in plastica da saldare vengono riscaldate fino a fondere; quindi, la pressione di accoppiamento sulle superfici di saldatura viene aumentata e la pressione viene mantenuta per un certo tempo finché le superfici di saldatura non si solidificano, indicando la riuscita della saldatura.
12. Saldatura ad induzione
Utilizza principalmente apparecchiature ad alta-frequenza con rettifica ad alta-tensione per generare un campo elettrico di corrente di onde elettromagnetiche attraverso l'oscillazione istantanea di un tubo elettronico ad alta-frequenza. Le molecole interne del PVC, TPU, EVA, PET e altri materiali plastici lavorati generano attrito polarizzato e calore all'interno del campo elettrico delle onde elettromagnetiche. Combinato con una certa pressione, ciò consente di ottenere l'effetto di fusione dei prodotti in plastica da saldare a caldo-.
13. Saldatura rotativa
Le saldatrici ad attrito rotante vengono generalmente utilizzate per saldare due pezzi termoplastici circolari. Durante la saldatura, un pezzo viene fissato su uno stampo base, mentre l'altro pezzo ruota sulla superficie del pezzo fisso. A causa della pressione che agisce sui due pezzi, il calore generato dall'attrito tra i pezzi scioglie le superfici di contatto, formando un legame solido e sigillato. Il posizionamento della saldatura rotativa prevede la rotazione per un tempo prestabilito e quindi l'arresto momentaneo in una posizione prestabilita, ottenendo una fusione permanente.
14. Saldatura a piastra calda
La saldatura con piastra calda prevede il posizionamento dei bordi di due parti in plastica da unire su una piastra calda controllata da un termostato-e il loro riscaldamento finché le superfici non si sciolgono. Quindi, viene utilizzata una piccola pressione per premere insieme le superfici ammorbidite per ottenere la connessione (vedere figura). Un altro processo di termosaldatura a piastra calda comunemente utilizzato prevede l'impilamento delle due parti da unire insieme, l'utilizzo di elementi riscaldanti per riscaldare la piastra termosaldante, l'abbassamento sulla parte superiore delle due parti e l'applicazione di pressione sulla piastra termosaldante. La piastra termosaldante scioglie la zona di contatto delle due parti e poi si solidifica per unirle tra loro. Questo processo viene utilizzato principalmente per sigillare e unire pellicole di resina polimerica e parti in plastica.
15. Saldatura a gas caldo
Esistono tre metodi di saldatura a gas caldo: saldatura a punti, saldatura permanente a gas caldo e saldatura per estrusione. Il loro principio di base è lo stesso: l'aria generata dal motore porta via il calore generato dal filo scaldante, creando un flusso d'aria calda che riscalda le due parti in plastica da saldare allo stato fuso con il filo di saldatura, unendole insieme e raggiungendo lo scopo della saldatura. La saldatura a punti viene utilizzata per fissare insieme le parti prima della saldatura permanente.
La saldatura a punti è un processo di saldatura temporaneo che non richiede bacchette di saldatura ma richiede un ugello per saldatura a punti.
La saldatura permanente utilizza bacchette di saldatura dello stesso materiale delle parti da saldare. L'ugello di saldatura si muove rapidamente avanti e indietro a forma di ventaglio sull'area di saldatura finché la scanalatura a V-e l'asta di saldatura non si ammorbidiscono abbastanza da poter saldare. In genere, per premerli insieme viene utilizzato un rullo caldo. La saldatura per estrusione si riferisce al processo in cui la resina di riempimento, alimentata da un imbuto in forma granulare o come bacchette di saldatura su un cilindro, viene estrusa da un estrusore a vite singola-azionato da un motore elettrico. Il riscaldamento viene ottenuto utilizzando serpentine o gas caldo e le superfici di incollaggio vengono preriscaldate con gas caldo collegato all'estrusore. Infine, la resina riempitiva e i pezzi si fondono insieme, formando un unico legame.
16. Saldatura ad ultrasuoni
La saldatura ad ultrasuoni utilizza un generatore di ultrasuoni per convertire la corrente a 50/60 Hz in energia elettrica a 15, 20, 30 o 40 kHz. Questa energia elettrica ad alta-frequenza viene quindi riconvertita in movimento meccanico della stessa frequenza da un trasduttore. Questo movimento meccanico viene poi trasmesso alla testa di saldatura tramite un convertitore di ampiezza. La testa di saldatura trasmette l'energia di vibrazione ricevuta alla giunzione dei pezzi da saldare. In questa zona, l'energia delle vibrazioni viene convertita in energia termica attraverso l'attrito, provocando la rapida fusione delle superfici di contatto delle due materie plastiche. Sotto pressione, si fondono insieme. Dopo che le onde ultrasoniche si fermano, la pressione viene mantenuta per alcuni secondi per solidificarsi e formare una forte catena molecolare, raggiungendo lo scopo di saldatura. La resistenza della saldatura può avvicinarsi alla resistenza del materiale originale. Le onde ultrasoniche possono essere utilizzate non solo per saldare materiali termoplastici duri ma anche per lavorare tessuti e pellicole.
I componenti principali di un sistema di saldatura a ultrasuoni includono un generatore di ultrasuoni, un gruppo trasduttore/amplificatore/testa di saldatura, uno stampo e un telaio.
La qualità della saldatura plastica ad ultrasuoni dipende da tre fattori: l'ampiezza del trasduttore/testa di saldatura, la pressione applicata e il tempo di saldatura. Il tempo di saldatura e la pressione della testa di saldatura sono regolabili, mentre l'ampiezza è determinata dal trasduttore e dal trasformatore di ampiezza.
17. Saldatura a vibrazione
La saldatura a vibrazione coinvolge sei parametri di processo: tempo di saldatura, tempo di tenuta, pressione di saldatura, ampiezza, frequenza e tensione.
La saldatura a vibrazioni si divide in: saldatura a vibrazioni lineari, saldatura a vibrazioni su pista e saldatura a vibrazioni angolari.
La saldatura per attrito con vibrazione lineare utilizza il calore da attrito generato sulle superfici di contatto di due pezzi per fondere la plastica. L'energia termica è generata dal movimento alternativo di un pezzo su un'altra superficie con un certo spostamento o ampiezza sotto pressione. Una volta raggiunto il grado di saldatura desiderato, la vibrazione si interrompe, ma la pressione rimane applicata su entrambi i pezzi per raffreddare e solidificare la porzione saldata, formando un legame stretto.
La saldatura per attrito con vibrazione orbitale è un metodo che utilizza l'energia termica per attrito. Nella saldatura per attrito con vibrazione orbitale, il pezzo superiore si muove lungo un'orbita a una velocità fissa-circolarmente in tutte le direzioni. Questo movimento genera energia termica, facendo sì che le porzioni saldate delle due parti in plastica raggiungano il punto di fusione. Una volta che la plastica inizia a sciogliersi, il movimento si arresta e le porzioni saldate dei due pezzi si solidificano e risultano saldamente unite tra loro. Piccole forze di serraggio determinano una deformazione minima dei pezzi e pezzi con un diametro fino a 10 pollici possono essere saldati utilizzando la saldatura per attrito con vibrazione orbitale.
La saldatura a vibrazione angolare prevede che un pezzo ruoti attorno a un fulcro; le saldatrici a vibrazione angolare disponibili in commercio sono attualmente rare.
18. Saldatura laser
La saldatura laser è una tecnologia che utilizza il calore generato da un raggio laser per fondere le superfici di contatto della plastica, unendo così fogli, pellicole o parti stampate termoplastiche.
È apparso per la prima volta negli anni '70, ma a causa del suo costo elevato non poteva competere con le precedenti tecnologie di incollaggio della plastica, come la saldatura a vibrazione e la saldatura a piastra calda. Tuttavia, dalla metà degli anni ’90 in poi, con la diminuzione del costo delle attrezzature necessarie per la saldatura laser, questa tecnologia ha gradualmente guadagnato una popolarità diffusa.
La saldatura laser è particolarmente utile quando le parti in plastica da incollare sono materiali molto precisi (come componenti elettronici) o richiedono un ambiente sterile (come dispositivi medici e imballaggi alimentari). La saldatura laser è veloce, il che la rende particolarmente adatta alla lavorazione in catena di montaggio di parti in plastica per autoveicoli. Inoltre, la saldatura laser può essere presa in considerazione per geometrie complesse difficili da unire utilizzando altri metodi di saldatura.
I vantaggi della saldatura laser includono principalmente: l'attrezzatura di saldatura non ha bisogno di entrare in contatto con le parti in plastica da incollare; è veloce; l'attrezzatura ha un elevato grado di automazione, che la rende conveniente per la lavorazione di parti in plastica complesse; non produce bave; la saldatura è forte; può produrre saldature ad alta-precisione; è una tecnologia-priva di vibrazioni; può produrre strutture ermetiche o sottovuoto-sigillate; minimizza il danno termico e la deformazione termica; e può legare insieme resine di diverse composizioni o colori.
19. Saldatura a filo caldo
La saldatura a filo caldo, detta anche saldatura a resistenza, utilizza un filo metallico per unire due parti in plastica.
Il calore viene trasferito tra le parti in plastica, sciogliendone le superfici, e viene applicata una pressione per unirle insieme.
Un filo metallico viene posizionato su una superficie delle parti da unire. Quando la corrente passa attraverso il filo, la sua resistenza genera calore, che viene poi trasferito alle parti in plastica. Dopo la saldatura, il filo rimane all'interno del manufatto plastico e la porzione che si estende oltre il giunto viene tagliata. Scanalature o altre strutture di posizionamento sono generalmente progettate nelle parti per garantire che il filo sia nella posizione corretta.
