Productie van zekeringhouders door middel van inzetgieten

Een zekeringhouder, ook wel zekeringhouder of zekeringblok genoemd, is een veilige en stevige behuizing voor een zekering in een elektrisch circuit. Bij de productie van zekeringhouders is het vooral van belang dat de zekering stevig op zijn plaats wordt gehouden. Dit zorgt voor de nodige elektrische isolatie om zowel personeel als apparatuur te beschermen tegen elektrische storingen zoals kortsluiting, oververhitting of overstroom.

Er zijn verschillende soorten zekeringhouders, waaronder zekeringhouders voor montage op een paneel, zekeringhouders voor montage op een printplaat (PCB), zekeringhouders met aansluitdraden, zekeringhouders van het railtype en zekeringhouders voor auto’s. Het type houder wordt meestal bepaald door de beoogde toepassing. De belangrijkste functies van een kunststof zekeringhouder zijn onder meer:

• Zorgt voor een stevige bevestiging en aansluiting: Het zorgt voor een stabiele basis waardoor de zekering stevig in het elektrische circuit blijft zitten en voorkomt dat deze losraakt door externe factoren of trillingen.
• Dient als elektrische isolator voor de veiligheid: Bij de productie van zekeringonderdelen (massaproductie) wordt doorgaans gebruikgemaakt van niet-geleidende, hittebestendige kunststof die onder spanning staande elektrische onderdelen isoleert om kortsluitingen en onbedoelde elektrische schokken te voorkomen.
• Maakt onderhoud en vervanging eenvoudiger: Technici kunnen via de beugel gemakkelijk bij een doorgebrande zekering komen om deze te vervangen. Dit beperkt de stilstandtijd als gevolg van reparaties aan het stroomcircuit tot een minimum.
• Bescherming tegen weersinvloeden: De beugels voor zekeringen zijn voornamelijk ontworpen om de zekering te beschermen tegen vocht, stof en corrosie. Hierdoor kunnen ze onder zware omstandigheden worden gebruikt.
• Een betere indeling voor meerdere zekeringen: In toepassingen zoals de auto-industrie, waar meerdere zekeringen nodig zijn, zorgt een zekeringhouder ervoor dat de verschillende zekeringen op één plek worden ondergebracht, waardoor het beheer van meerdere stroomcircuits wordt vereenvoudigd.

Er zijn tal van toepassingen waarvoor zekeringhouders nodig zijn, zoals in de automobielindustrie, bij industriële machines, huishoudelijke apparaten en systemen voor hernieuwbare energie. Ze bieden kosteneffectieve en duurzame oplossingen voor kortsluitingen en andere elektrische storingen.

Eisen van de klant

Na een rondleiding door de productiefaciliteit en langs de technologische installaties van First Mold was een fabrikant van zekeringhouders ervan overtuigd dat hij de juiste partner had gevonden, en ging hij met het bedrijf om de tafel zitten om de details van zijn project te bespreken. De klant wilde een matrijs voor de massaproductie van zekeringonderdelen. De stalen matrijs zal naar verwachting worden gebruikt voor het spuitgieten van polybutyleentereftalaat (PBT) tot zekeringhouders.

De klant wilde specifiek gebruikmaken van inzetgieten voor het productieproces. Bij deze spuitgiettechniek worden metalen onderdelen, zoals roestvrijstalen aansluitingen, schroefdraadinserts of stroomrails, in de matrijsholte geplaatst voordat het gesmolten PBT wordt geïnjecteerd. Na het spuitgieten omhult de kunststof de inserts, waardoor een enkel, tweedelig onderdeel ontstaat dat geleidend metaal combineert met een isolerende kunststof behuizing.

Andere cruciale eisen die door de fabrikant van zekeringhouders werden genoemd, zijn onder meer een opbrengstpercentage bij massaproductie van ≥90%, een standaard glanzende oppervlakteafwerking en een onderdeeltolerantie van ±0,05 mm. Het naleven van de maatnauwkeurigheid was van cruciaal belang voor een naadloze montage, iets wat bij hun vorige partner steeds weer een uitdaging vormde.

Uitdagingen en oplossingen

Bowen Huang, productiemanager bij First Mold, stelde een team van matrijsspecialisten samen om te brainstormen over de mogelijke uitdagingen van het project en voor elk daarvan passende oplossingen te bedenken. De opdracht van de klant bracht een aantal bijzondere uitdagingen met zich mee. Zo vereist het vervaardigen van een matrijs voor een zekeringhouder voor insert-molding meer aandacht dan bij gewone matrijzen.

Hoewel PBT een hoogwaardige technische thermoplast is met een hoge sterkte, stijfheid en hittebestendigheid, staat het er ook om bekend dat het veel water opneemt. Dit kan leiden tot de productie van defecte producten als het productieproces niet goed is geoptimaliseerd.

Invoegen van verplaatsing tijdens de productie van zekeringonderdelen (massaproductie)

Een van de grootste uitdagingen bij de productie van zekeringhouders via inzetgieten is het scheef komen te zitten of verschuiven van het inzetstuk door de ingespoten gesmolten kunststof. Zelfs de kleinste verschuiving kan leiden tot vastlopen tijdens de montage of tot functionele storingen. Als er geen manier is om de verschuiving te corrigeren, wordt de hele partij afgedankt.

In tegenstelling tot andere fabrikanten van matrijzen voor zekeringonderdelen heeft het team van ingenieurs van First Mold het probleem van de verplaatsing van de inzetstukken al in de ontwerpfase van de matrijs opgelost. Het innovatieve ontwerp, gerealiseerd met behulp van geavanceerde software, zorgde ervoor dat er bij de massaproductie van zekeringonderdelen geen enkele afwijking in de positie van de inzetstukken optrad, waardoor uitval bij de bron werd voorkomen.

Uitdaging bij het spuitgieten van PBT-materiaal

Hoewel PBT ten opzichte van gewone kunststoffen verschillende aantrekkelijke voordelen biedt, kent het ook diverse nadelen bij het spuitgieten, waaronder snelle kristallisatie, wat kan leiden tot sterke, ongelijkmatige kromtrekking en krimp, vooral wanneer het met glasvezel is versterkt.

PBT-materiaal heeft een hoge wateropname en een moeilijk te beheersen krimp. Bovendien kan vocht bij hoge temperaturen de moleculaire keten van PBT afbreken. Hierdoor wordt het materiaal broos, neemt de sterkte af en ontstaan er oppervlakteafwijkingen zoals vlekken of uitbarstingen. Kromtrekken van het product, afmetingen die buiten de toleranties vallen en het niet passen in de apparatuur van de klant zijn enkele van de uitdagingen die het gevolg kunnen zijn van overmatig vocht in PBT.

Het team van ingenieurs bij First Mold maakte gebruik van een gespecialiseerde bibliotheek met spuitgietparameters voor PBT. Hieronder valt onder meer het drogen bij 110^oC tot 130^oC gedurende 3 à 4 uur om het vochtgehalte tot onder 0,02% te verlagen. De matrijstemperatuur bij de productie van zekeringhouders werd op de juiste wijze geregeld rond de 70^oC tot 90^oC om de kristallisatie te regelen.

Zowel bij het ontwerp van de matrijs als bij het productontwerp is zorgvuldig rekening gehouden met het voorkomen van dikke delen die tot inzinkingen zouden kunnen leiden. Dankzij een combinatie van optimalisatiemaatregelen is First Mold erin geslaagd krimp, vervorming en luchtbellen volledig te elimineren, waarbij de afmetingen van 100% stabiel bleven.

Technische uitdaging bij het ontwerpen van een matrijs met één holte voor insert-spuitgieten

Veel matrijzenbouwers hebben geen ervaring met het vervaardigen van matrijzen met één holte voor het spuitgieten met inzetstukken. Hoewel de fabrikant van de zekeringbeugels aanvankelijk een matrijs met meerdere holtes had voorgesteld, raadde het team van ingenieurs van First Mold dit af vanwege het grotere risico op defecten.

Een gebrek aan ervaring met het oplossen van problemen bij matrijzen met één holte voor de productie van zekeringhouders kan echter leiden tot frequente productiestilstanden, matrijsaanpassingen en materiaalwisselingen tijdens de massaproductie, met als gevolg vertraagde leveringen en onbeheersbare kosten.

First Mold maakte gebruik van matrijzen met één holte voor ultieme precisie, in plaats van matrijzen met meerdere holtes. Het team richtte zich uitsluitend op hoogwaardige elektronische veiligheidscomponenten, met een precisie die die van de door concurrenten gebruikte matrijzen met meerdere holtes ver overtrof.

Onvoldoende hechtingssterkte tussen het kunststof en het metalen inzetstuk

Onjuiste spuitgietparameters, verontreiniging van het oppervlak en een gebrek aan mechanische vergrendeling zijn enkele van de factoren die kunnen leiden tot onvoldoende hechting tussen kunststof en metaal bij het spuitgieten met inzetstukken. Wanneer inzetstukken losraken, gaan draaien of eraf vallen, leidt dit tot veiligheidsrisico’s. Dit kan leiden tot directe retourzendingen door klanten.

Het team van ingenieurs van First Mold heeft een uitgerijpt massaproductieproces ontwikkeld voor de vervaardiging van zekeringonderdelen via insert molding, waarmee 72 uur ononderbroken en stabiele productie werd gewaarborgd, met een opbrengstpercentage van 93,21 TP4T+, wat ruim boven het branchegemiddelde ligt. Deze prestatie werd bereikt door een combinatie van processen, waaronder:

• Het grondig reinigen of ontvetten van het inzetstuk met behulp van een chemisch bad
• Verwarm het inzetstuk voor op 80^oC tot 120^oC om thermische schokken te beperken.
• Het oppervlak van het inzetstuk zandstralen om het ruwer te maken en de vergrendeling te verbeteren
• Het optimaliseren van de injectieparameters, waaronder de injectiesnelheid, de houddruk en de krimpregeling

Gebrekkige dimensionale consistentie

Een ander aandachtspunt voor de fabrikant van zekeringhouders was het waarborgen van de juiste maatnauwkeurigheid van het product. Een gebrekkige maatnauwkeurigheid leidt ertoe dat onderdelen niet voldoen aan de eisen van geautomatiseerde assemblagelijnen en alleen geschikt zijn voor handmatige assemblage op laag niveau.

First Mold heeft een volledige maatcontrole gedurende het hele productieproces ingevoerd om een Process Compatibility Index (CPK) van ≥ 1,325 te bereiken. Het resulterende product was perfect compatibel met geautomatiseerde assemblagelijnen voor high-end klanten.

Wat de klant heeft gewonnen met de oplossingen van First Mold

We hebben niet alleen een matrijs met één holte aan de klant geleverd. First Mold leverde een complete matrijs, inclusief documentatie voor procesoptimalisatie, die zorgt voor een consistente productie van zekeringhouders van hoge kwaliteit. Door gebruik te maken van de hardware- en softwaremogelijkheden van onze faciliteit, evenals een team van ingenieurs met geavanceerde kennis op het gebied van matrijstechniek, leverde First Mold de matrijs voor de massaproductie van de zekeringonderdelen van de klant in minder dan drie weken.

In overeenstemming met de wens van de klant voor een standaard glanzende oppervlakteafwerking, zijn we begonnen met een eerste schuurbeurt met grovere oliestenen, waarna we het matrijsoppervlak hebben gepolijst met schuurpapier met een fijnere korrelgrootte. Het bereiken van de standaard glanzende oppervlakteafwerking was belangrijk voor de fabrikant van zekeringonderdelen, omdat dit hen kosten na de productie bespaarde. Met andere woorden: de zekeringbeugels waren na de montage klaar voor verzending.

Door samen te werken met ons team van ervaren matrijsbouwers kreeg de klant gratis advies over het herontwerpen van de matrijs met één holte voor insert-molding, om verschuiving tijdens het injecteren van de gesmolten kunststof te voorkomen. Door dit meest voorkomende probleem bij insert-molding op te lossen, kan de klant een betere opbrengst en consistentie realiseren, veel beter dan wat hun eerdere contacten hadden voorgesteld.

Net als alle andere klanten waarmee First Mold heeft samengewerkt, kon de fabrikant van zekeringhouders rekenen op aftersalesondersteuning en een snelle vervanging van onderdelen, wat op de lange termijn tot kostenbesparingen leidt dankzij kortere stilstandtijden.

FAQ