플라스틱 부품용 리벳팅 가이드 | 제품 설계 시리즈

리벳 연결이라고도 하는 금속 부품의 리벳팅은 축력을 사용하여 리벳 구멍 내부의 리벳 생크를 변형시켜 리벳 헤드를 형성하여 여러 부품을 연결하는 기계적인 용어입니다.

플라스틱 부품의 리벳팅은 플라스틱 부품을 본체로 하고 연결되는 부품은 플라스틱 부품, 금속 부품(예: 금속 시트), 전기 부품(예: PCB), 직물(예: 메쉬 천) 등이 될 수 있습니다. 추가 리벳이나 리벳 포스트가 필요한 금속 리벳팅과 달리 플라스틱 리벳팅은 플라스틱 본체에서 자란 기둥이나 리브와 같은 플라스틱 구조물을 직접 사용합니다. 이러한 구조물은 연결된 부품을 통과하고 돌출된 기둥이나 리브는 리벳팅 헤드의 압력에 의해 가열, 연화 및 성형됩니다. 냉각되면 리벳팅이 완료됩니다.

가열 방식에 따른 리벳팅 프로세스:

핫멜트 리벳팅:

접촉식 리벳팅 방식입니다. 일부 기술은 금속 리벳팅 헤드를 가열하기 위해 리벳팅 헤드 내부에 가열 튜브를 배치합니다. 이 경우 금속 리벳팅 헤드가 더 커지고 가열 효율이 낮아집니다. 현재 일반적인 기술은 고주파 펄스 가열 원리를 사용하여 금속 핫 리벳팅 헤드가 자체 가열되도록 하여 열을 전도하기 위한 가열 블록이나 튜브가 필요하지 않습니다. 따라서 가열 효율이 높아지고 금속 리벳팅 헤드의 크기가 작아져 더 많은 애플리케이션에 적합합니다.

열기구 리벳팅:

열풍 리벳팅 공정은 주로 뜨거운 공기를 열원으로 사용하여 리벳 컬럼을 가열하고 형성합니다. 전체 공정은 두 단계로 구성됩니다:

첫 번째 단계에서는 뜨거운 공기가 리벳 컬럼을 가단성 상태로 균일하게 가열합니다. 리벳 컬럼을 효과적으로 가열하려면 안정적인 온도와 균일한 공기 흐름이 중요합니다.

두 번째 단계에서는 냉간 리벳팅 헤드가 연화된 리벳 컬럼을 눌러 단단한 리벳 헤드를 형성합니다. 리벳 컬럼이 완전히 가열되고 부드러워졌기 때문에 형성된 리벳 헤드는 리벳팅할 부품을 단단히 고정할 수 있습니다. 열풍 냉간 리벳팅에서는 리벳 컬럼과 리벳팅 할 부품의 구멍 사이의 맞춤이 너무 느슨하지 않아야합니다. 간격이 너무 크면 리벳팅 과정에서 연화된 플라스틱이 틈을 메워 리벳 헤드 크기가 충분하지 않을 수 있습니다.

초음파 리벳팅:

이 또한 접촉식 리벳팅 방식입니다. 프로세스는 다음과 같습니다:

올바른 리벳팅 프로세스 선택하기: 장단점

공통 이점:

• 간단한 플라스틱 부품 구조로 금형 비용을 절감합니다.
• 조립 과정이 간단하고 추가 재료나 패스너가 필요 없으며 신뢰성이 높습니다.
• 여러 리벳 지점을 동시에 리벳으로 연결할 수 있어 조립 효율성이 크게 향상됩니다.
• 특히 제한된 공간에서 플라스틱 부품뿐만 아니라 금속 및 기타 비금속 부품을 연결하는 데 적합합니다.
• 리벳 부품은 장기간의 기계적 진동과 극한의 환경 조건에 적합합니다.
• 간단한 조작, 에너지 절약, 빠른 속도, 제품 품질을 육안으로 쉽게 확인할 수 있습니다.

일반적인 단점:

• 추가 리벳팅 장비와 툴링이 필요합니다.
• 고강도 또는 장기 부하 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
• 영구 연결, 탈착식 또는 수리식 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
• 한번 고장 나면 복구가 어렵기 때문에 필요한 경우 설계 단계에서 이중화를 고려해야 합니다.

구체적인 장단점 비교:

기타 측면:

핫멜트 리벳팅:

장점은 분명합니다. 리벳 헤드가 리벳 컬럼을 가열하는 동시에 리벳 헤드를 형성합니다. 따라서 매우 컴팩트한 장비 설계가 가능하며, 특히 플라스틱 리벳 컬럼의 간격이 좁은 소형 부품에 적합합니다.

하지만 상당한 단점도 있습니다. 리벳 헤드가 완전히 식지 않으면 잔열로 인해 플라스틱이 리벳 헤드에 달라붙어 필라멘테이션이 발생할 수 있습니다. 리벳 헤드를 자주 교체해야 합니다. 리벳 기둥의 중앙과 바닥으로 표면 열을 전달하기가 점점 더 어려워져 리벳 기둥과 연결된 부품 사이에 냉심 현상이 발생하고 틈새가 불충분하게 채워질 가능성이 있으므로 대형 리벳 기둥에는 적합하지 않습니다. 또한 핫멜트 리벳팅을 사용하여 만든 제품은 상대적으로 잔류 응력이 높고 인발 강도가 낮은 경향이 있습니다. 따라서 포지셔닝 및 고정 요구 사항이 높은 제품에는 적합하지 않습니다.

열기구 리벳팅:

플라스틱 리벳 컬럼은 고온의 열풍 환경에서 균일하게 가열되기 때문에 플라스틱 리벳 컬럼이 안쪽에서 바깥쪽으로 완전히 부드러워져 성형 후 내부 응력을 효과적으로 줄입니다. 두 번째 단계에서는 콜드 리벳팅 헤드가 완전히 연화 된 플라스틱 재료를 눌러 형성하여 연결된 부품과 리벳 컬럼 사이의 조립 간격을 90% 이상 빠르게 채울 수있어 매우 우수한 고정 효과를 얻을 수 있습니다.

초음파 리벳팅:

리벳팅 강도와 고정 효과는 핫멜트 리벳팅과 유사합니다. 그러나 초음파 리벳팅은 마찰을 통해 열을 발생시키기 때문에 리벳 포인트가 형성되면 초음파 발생기가 작동을 멈춥니다. 핫멜트 리벳팅과 달리 초음파 용접 헤드는 열을 전달하지 않으므로 필라멘트 형성의 가능성이 줄어듭니다. 초음파 리벳팅은 또한 가장 짧은 시간이 걸립니다.

초음파 리벳팅을 사용할 때 리벳 컬럼은 높이 차이가 큰 평면에 설계하면 여러 리벳 지점에서 진폭 차이가 발생하여 가열 속도가 고르지 않고 컬럼이 느슨해지거나 열화될 수 있으므로 설계해서는 안 됩니다. 단일 용접 헤드를 사용하는 경우 기둥의 분포 거리도 제한됩니다. 반면, 핫멜트 또는 열풍 리벳팅 공정을 사용하면 리벳 컬럼을 다양한 평면에 설계할 수 있으며 상당한 거리에서도 한 번에 여러 지점을 리벳팅할 수 있습니다.

소재 적응성:

리벳팅은 특정 온도 범위 내에서 녹을 수 있는 열가소성 플라스틱에만 적합합니다. 열경화성 플라스틱은 특정 온도에서 경화되어 위에서 설명한 세 가지 방법으로는 리벳팅하기 어렵습니다. 따라서 사람들은 리벳팅을 위해 열가소성 플라스틱을 선택하는 경우가 많으며, 제품 구조에 열가소성 플라스틱이 사용되는 경우가 많습니다.

열가소성 플라스틱은 다시 비정질(비결정질이라고도 함) 플라스틱과 결정질(반결정질이라고도 함) 플라스틱으로 나뉩니다.

비결정성 플라스틱:

이들은 무질서한 분자 배열과 뚜렷한 온도(Tg, 유리 전이 온도)에서 재료가 서서히 부드러워지고 녹아 흐르게 됩니다. 이러한 플라스틱은 세 가지 리벳팅 공정 모두에 적합합니다.

반결정성 플라스틱:

이들은 명확한 녹는점(Tm)과 재결정점을 가진 정렬된 분자 배열을 가지고 있습니다. 녹는점에 도달하기 전에는 반결정성 플라스틱은 단단한 상태를 유지합니다. 온도가 녹는점에 도달하면 분자 사슬이 움직이기 시작하고 플라스틱이 녹기 시작합니다. 열이 감소하면 플라스틱은 빠르게 굳어집니다.

리벳 컬럼을 가열하고 리벳 포인트를 형성하는 이중 기능으로 인해 반결정성 플라스틱은 핫멜트 리벳팅에 더 적합합니다.

반결정성 플라스틱은 고주파 초음파 진동 에너지를 쉽게 흡수하는 규칙적인 스프링과 같은 분자 구조를 가지고 있어 리벳 접합부에서 열이 발생하기 어렵습니다. 반결정성 플라스틱은 녹는점이 높은 경우가 많기 때문에 플라스틱을 녹이려면 충분한 초음파 에너지가 필요합니다. 따라서 비결정성 플라스틱보다 리벳팅하기가 더 까다롭습니다. 반결정성 플라스틱의 리벳팅 품질을 높이려면 더 높은 진폭, 적합한 조인트 설계, 용접 헤드 접촉, 용접 거리 등 더 많은 요소를 고려해야 합니다. 용접 설비. 초음파 에너지를 집중시키려면 리벳 컬럼의 상단이 용접 헤드와의 초기 접촉을 최소화하도록 설계해야 합니다.

초음파 리벳팅에 영향을 미치는 추가적인 재료 특성으로는 경도(일반적으로 경도가 높을수록 초음파 리벳팅이 향상됨), 융점(융점이 높을수록 더 많은 초음파 에너지가 필요함), 순도(원료의 순도가 높을수록 리벳팅 효과가 향상되고 재활용 재료의 불순물은 성능을 저하시킴) 등이 있습니다.

필러가 포함된 플라스틱(예: 유리 섬유):

필러가 포함된 플라스틱은 플라스틱과 필러의 융점에 상당한 차이가 있습니다. 고온에서는 유리 섬유가 플라스틱에서 침전되어 접착력과 표면이 거칠어지고, 저온에서는 균열과 냉간 성형이 발생하므로 핫멜트 리벳팅의 경우 ±10° 이내의 온도 제어가 매우 중요합니다. 초음파 리벳팅의 경우 플라스틱을 녹이기 위해 더 큰 진동 에너지가 필요합니다. 필러 함량이 높으면 리벳팅 지점에 잔여물과 박리가 발생하여 리벳팅 강도와 신뢰성이 떨어집니다.

필러 함량이 10% 미만인 경우 재료 특성에 큰 영향을 미치지 않을 수 있습니다. 필러(예: 유리 섬유)는 PP, PE, PPS와 같은 부드러운 소재를 리벳팅하는 데 유용합니다. 10%-30% 사이의 필러 함량은 리벳팅 강도를 감소시키고, 30% 이상의 함량은 리벳팅 성능에 큰 영향을 미칩니다.

일반적인 리벳 컬럼 및 리벳 헤드

1. 반원형 리벳 헤드(대형 프로파일)

1). 리벳 기둥 직경(D1)이 3mm 미만인 경우, 파손을 방지하기 위해 가급적 1mm보다 큰 것이 좋습니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 (1.5-1.75) * D1입니다.

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 2 * D1이고 높이(H2)는 약 0.75 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 이 유형은 일반적으로 PCB 기판 및 플라스틱 장식 부품과 같이 강도가 낮은 상황에서 가장 일반적으로 사용됩니다.

2. 반원형 리벳 헤드(소형 프로파일)

1). 리벳 기둥 직경(D1)이 3mm 미만, 파손 방지를 위해 가급적 1mm 이상에 적합합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 1.0 * D1입니다.

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 1.5 * D1이고 높이(H2)는 약 0.5 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 이 유형은 대형 프로파일 반원형 리벳 헤드보다 리벳팅 시간이 짧으며, 일반적으로 FPC 소프트 리본 및 금속 스프링 조각과 같이 강도가 낮은 상황에서 사용됩니다.

3. 이중 반원형 리벳 헤드

1). 2~5mm 사이의 리벳 컬럼 직경(D1)에 적합합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 1.5 * D1입니다.

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 2 * D1이고 높이(H2)는 약 0.5 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 이 유형은 반원형 헤드 유형보다 리벳 기둥이 약간 더 큽니다. 리벳팅 시간을 단축하고 더 나은 리벳팅 결과를 얻기 위해 일반적으로 더 높은 고정 강도가 필요한 상황에서 이중 반원형 헤드 방식이 사용됩니다.

5). 깔끔한 모양의 리벳 헤드를 얻으려면 리벳 컬럼과 금형 핫 리벳팅 헤드의 중심이 정렬되어야 합니다.

4. 환형 리벳 헤드

1). 5mm 이상의 리벳 컬럼 직경(D1)에 적합합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출된 부분(H1)의 높이는 일반적으로 (0.5-1.5) * D1이며, 직경이 클수록 작은 값을 취합니다. 내경은 0.5 * D1입니다(기둥 뒷면의 수축을 방지하기 위해).

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 1.5 * D1이고 높이(H2)는 약 0.5 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 리벳 컬럼의 직경이 커질수록 리벳팅 시간을 단축하고 뒷면의 수축 결함을 방지하면서 더 나은 결과를 얻기 위해 일반적으로 더 높은 고정 강도가 필요한 상황에서는 중공 리벳 컬럼이 사용됩니다.

5). 속이 빈 리벳 기둥은 안팎으로 고르게 가열되어 깔끔한 모양의 리벳 헤드를 쉽게 만들 수 있습니다.

5. 플랫 리벳 헤드

1). 리벳 컬럼 직경(D1)이 3mm 미만인 경우에 적합합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 0.5 * D1입니다.

3). 리벳 헤드의 직경(D2)과 높이(H2)는 부피 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 그렇지 않으면 연결이 불안정하고 충분한 고정 강도가 부족하므로 연결된 부품의 두께가 카운터싱크를 위해 충분해야 합니다.

5). 플랫 리벳 헤드는 형성된 리벳 헤드가 표면에서 튀어나오지 않아야 하는 상황에 적합합니다.

6. 리브 리벳 헤드

1). 리벳 기둥(D1)의 베이스 직경은 3mm 미만이어야 하며, 상단 직경(D3)은 (0.4-0.7) * D1이어야 합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 (1.5-2) * D1이며, H1은 리벳 기둥의 길이(L)보다 작아야 합니다.

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 2 * D1이고 높이(H2)는 약 1.0 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 리벳 헤드의 접촉 면적이 더 넓어야 하고 중공 리벳 컬럼을 설계할 공간이 부족한 경우 리브형 리벳 헤드를 사용합니다.

7. 플랜지 리벳 헤드

1). 리벳 기둥(D1)의 베이스 직경은 3mm 미만이어야 하며, 상단 직경(D3)은 (0.3-0.5) * D1이어야 합니다.

2). 리벳 기둥의 돌출 부분(H1)의 높이는 일반적으로 (1.5-2) * D1이며, H1은 리벳 기둥의 길이(L)보다 작아야 합니다.

3). 리벳 헤드(D2)의 직경은 일반적으로 약 2 * D1이고 높이(H2)는 약 1.0 * D1입니다. 구체적인 수치는 볼륨 변환 S_head = (85%-95%) * S_column을 기준으로 해야 합니다.

4). 플랜지 리벳 헤드는 연결된 부품을 압착하거나 감싸야 하는 상황에 적합합니다.

팁: 다양한 리벳 유형과 구체적인 용도에 대해 알아보고 싶으신가요? 다음에 대한 자세한 가이드를 확인하세요. 리벳의 종류.

참고:

리벳 기둥이 경사진 표면에 있거나 바닥에서 높이 있는 경우 다음과 같이 설계하세요:

리벳은 영구적인 연결이고 한번 고장 나면 수리하기 어렵기 때문에 필요한 경우 구조에 이중화를 설계할 수 있습니다. 예를 들어 리벳 기둥과 구멍의 수를 두 배로 늘리고 노란색 리벳 기둥을 먼저 사용하고, 수리가 필요한 경우 흰색 리벳 기둥을 사용하여 두 번째 수리 기회를 마련할 수 있습니다.