금속에서 플라스틱으로 전환할 때 결합부의 무결성을 유지하는 방법

많은 플라스틱 부품 설계에서 가장 약한 부분은 결합부와 조립 부분입니다. 접합 구성품을 나사로 조립할 때 나사가 풀리지 않도록 호스트 구성품과 스레드 사이에 권장 축 방향 인장 하중이 발생하도록 충분한 토크로 나사를 조여야 합니다. 볼트 결합부에서 자주 발생하는 문제는 플라스틱이 크리프나 응력 완화에 민감하다는 점입니다. 탄성 한계에 훨씬 못미치는 하중에서 플라스틱이 하중 유지 능력을 잃게 됩니다. 이런 경우 스레드 연결부가 느슨해집니다.

금속 스레드 인서트는 플라스틱 부품에서 결합부 강도를 크게 개선시키며 인서트 자체는 크리프에 민감하지 않습니다. 인서트의 큰 몸체 직경과 몸체 설계는 적합한 장착 토크를 나사에 적용할 수 있도록 합니다. 브라스가 전체 스레드 하중 경로에 대해 영구적 크리프 내성을 제공하기 때문에 이러한 결합부는 시간이 지나도 느슨해지지 않습니다. 또한 인서트를 사용하면 스레드의 무결성을 훼손하지 않으면서 구성품을 무제한으로 조립/해체할 수 있습니다. 결국, 금속 인서트를 사용하면 설계자가 주조 또는 가공 금속 구성품을 저렴한 플라스틱으로 대체하면서도 성능을 그대로 유지할 수 있는 경우가 많습니다.

인서트를 사용할 때의 일반적 어셈블리 성능 요구 사항에는 인장 강도, 회전 토크 및 견인 강도가 있습니다. 인장 강도 또는 인발은 인서트를 플라스틱 재료에서 빼내는 데 필요한 축 방향 힘입니다. 토크는 플라스틱 재료에서 인서트를 회전시키는 데 필요한 회전력입니다. 마지막으로, 견인은 인서트 헤드에 반대 방향으로 작용하는 회전 토크와 인장력이 결합된 힘입니다(그림 1 참조).

테이퍼 구멍은 장착 시간을 단축하고 인서트와 구멍의 올바른 정렬을 보장합니다. 코어 핀에서 분리하기가 쉽다는 것도 이점입니다. 테이퍼 구멍에는 테이퍼 인서트만 사용할 수 있습니다. 테이퍼 인서트는 대칭이 아니기 때문에 장착 전에 방향 설정이 필요하다는 단점이 있습니다.

인서트 성능은 플라스틱 보스 직경 및/또는 벽 두께의 영향을 받습니다. 일반적으로, 최적의 벽 두께 또는 보스 직경은 인서트 직경의 2 ~ 3배이며, 인서트 직경이 늘어날수록 배수가 줄어듭니다. 장착 중 돌출 현상을 방지하기 위해 플라스틱 벽 두께가 충분히 커야 하며, 권장 조립 나사 장착 토크에 맞도록 충분히 강력해야 합니다. 인서트 근처에서 한계선이 잘못되면 결함이 발생하고 인서트 성능이 저하됩니다.

구멍에 냉간 압입되는 후압 인서트는 장착 중 발생하는 큰 응력을 견디기 위해 큰 보스 직경 및/또는 벽 두께가 필요합니다. 성형 후 플라스틱이 아직 따뜻할 때 인서트를 장착하면 일반적으로 문제가 방지됩니다.

접합 구성품의 헐거운 구멍 직경이 매우 중요합니다. 플라스틱 소재가 아닌 인서트가 하중을 전달해야 합니다. 접합 구성품의 구멍은 조립 나사의 외경보다 커야 하지만 상하 이탈 문제를 방지하려면 인서트의 파일럿 또는 면 직경보다 작아야 합니다. 정렬을 위해 접합 구성품의 구멍이 커야 하는 경우에는 헤드 인서트를 고려해야 합니다. 인서트는 같은 높이로 장착되어야 합니다(또는 구멍 위 0.005인치 이하).

접합 구성품도 플라스틱인 경우에는 스레드 결합부의 사전 하중을 유지하기 위해 컴프레션 리미터의 사용을 고려해야 합니다. 컴프레션 리미터가 제대로 작동하려면 인서트에 인접해 있어 플라스틱 소재가 아닌 인서트가 하중을 전달해야 합니다.

헤드가 있는 인서트는 넓은 베어링 표면과 전도성 표면(필요한 경우)을 제공합니다. 고하중 애플리케이션의 견인 구성에서는 하중에 저항하는 위치에 헤드를 설치하는 것이 유용할 수있습니다(그림 3 참조). 플라스틱 균열이 발생하게 되므로 견인 애플리케이션 또는 얇은 벽 보스에 테이퍼 인서트를 사용해서는안 됩니다.