超聲波埋植銅螺母塑膠孔破裂的原因分析

超聲波埋植螺絲塑料柱破裂的可能原因：超音波埋植螺母作業(yè)一段時(shí)間后發(fā)生塑膠柱破裂的情形

　　眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者非常喜歡使用超音波來(lái)埋植螺絲母(INSERT)這類零件于塑膠柱上，然后再使用機(jī)械螺絲鎖緊兩個(gè)部件，但這種二次加工的工法通常需要有良好的塑膠射出品質(zhì)，還要有一定的塑膠結(jié)構(gòu)肉厚設(shè)計(jì)，與正確的超音波埋值手法等多方面的配合才能達(dá)到良好的超音波螺絲母熔接品質(zhì)。

　　所以只要以上三個(gè)環(huán)節(jié)中任何的一個(gè)出了問(wèn)題，那這個(gè)工藝就很有可能失敗，偏偏有些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)師就是很白目，老愛(ài)用最小的塑膠柱外徑來(lái)設(shè)計(jì)超音波埋植螺銅釘，等出了問(wèn)題就怪罪組裝工廠的品質(zhì)管理有問(wèn)題，真的很給它OOXX。

　　使用超音波(中國(guó)大陸叫超聲波)埋值螺絲時(shí)，較常出現(xiàn)的問(wèn)題通常是塑料柱破裂(breaking)或發(fā)生裂縫(crack)等缺點(diǎn) 。 最傷腦筋的是，塑膠柱破裂及裂縫不是在超音波完成的當(dāng)下發(fā)生，而是發(fā)生在超音波熔接后的一個(gè)星期或是更久的時(shí)間以后，有些還是鎖上螺絲以后才發(fā)生破裂。

      不幸的是，一般電子組裝廠在產(chǎn)品鎖上螺絲之后就不太有機(jī)會(huì)再來(lái)檢查螺絲柱是否有開(kāi)裂的現(xiàn)象，所以問(wèn)題通常是從客戶端反饋回來(lái)，或是電子組裝廠發(fā)現(xiàn)螺絲滑牙(滑絲)了才會(huì)警覺(jué)到這個(gè)問(wèn)題。

　　當(dāng)此類問(wèn)題發(fā)生時(shí)，可以想見(jiàn)的返工及市場(chǎng)回收費(fèi)用是很可觀的。 所以有經(jīng)驗(yàn)及訓(xùn)練有素的產(chǎn)線作業(yè)員，通常會(huì)抽檢超音波埋植螺絲的品質(zhì)，并留意螺絲鎖緊的感覺(jué)是否異常。 工廠的工程師也應(yīng)該要求作業(yè)員隨時(shí)留意產(chǎn)線上的產(chǎn)品和以前有否異常，如有發(fā)現(xiàn)要馬上通知工程師作確認(rèn)，以期將損失降到最低。

　　下面我們就試著來(lái)探討─發(fā)生塑膠超音波埋植螺絲柱破裂的可能原因及可用對(duì)策：

超音波焊接注意事項(xiàng)─螺絲母埋入

一、塑料螺絲柱的內(nèi)孔徑是否太小：

　　通常埋植螺絲會(huì)刻意制造一些倒鉤(undercut)的螺紋，讓埋植零件擠壓進(jìn)入內(nèi)孔時(shí)可以承受一定的拉出力量，這些倒鉤與倒鉤間的空隙也可以順便讓擠壓多出來(lái)的塑膠獲得宣泄的空間。 如果內(nèi)孔徑太小的話，被擠出的塑膠量溢出且超出倒勾螺紋可以承受的最大值，就會(huì)造成塑膠柱鼓脹，最后在塑膠柱的中段部分形成破裂的現(xiàn)象。

二、塑料螺絲柱的壁厚是否太薄 ：

　　超音波作業(yè)是一邊施加壓力、一邊施以高頻震動(dòng)，讓振動(dòng)轉(zhuǎn)移至埋植螺絲，然后產(chǎn)生熱能并融化與埋植螺絲接觸的塑膠，壓力只是為了將埋值螺絲順利擠壓進(jìn)入已經(jīng)融化的塑膠孔中。 但是在熱能還未完全融化塑膠前，塑膠孔還是得承受來(lái)自燒音波Honor的一定的壓應(yīng)力，如果塑膠孔壁厚太薄就會(huì)無(wú)法承受壓力而破裂。 可以考慮降低焊頭(honor)下降的速度及減輕其壓力。

比較好的塑膠柱壁厚設(shè)計(jì)至少要比埋植零件的半徑還要大才行。

螺絲孔柱的壁厚＞埋植螺絲的半徑

三、塑膠螺絲柱的深度

　　由于埋植螺絲有一部分是使用壓力擠壓進(jìn)去的，所以必須要在塑膠螺絲孔的底部預(yù)留一定的空間來(lái)承受因?yàn)閿D壓而溢出的塑膠。

四、塑膠柱螺絲孔導(dǎo)角：

　　螺絲柱內(nèi)孔前緣必須設(shè)計(jì)導(dǎo)角(chamfer)，用以固定并導(dǎo)正埋植螺絲于螺絲孔上。

五、塑膠柱融合線 (Screw boss welding line)：

　　如果破裂(crack)發(fā)生在螺絲柱的融合線(Welding line)上，就必須注意塑膠射出成型的條件是否恰當(dāng)。

六、塑膠原料的熔融指數(shù) (Plastic resin MFI)：

     MFI可以大致看出塑膠原料是否摻有二次料/回收料(re-grinding)，含二次料的塑膠件會(huì)比較脆，也比較不耐沖擊力及應(yīng)力，塑膠住破裂的機(jī)會(huì)將大大增加。 可參考下面文章：

　塑膠MFI/MI/MFR (熔體指數(shù)/熔融指數(shù))

　為何塑膠使用回收二次料強(qiáng)度會(huì)降低

MFI與塑膠二次料/回收料的關(guān)系(MFI & Re-grinding resin)

七、埋植螺絲的外徑 (Brass insert parts diameter)：

　　同塑膠螺絲柱的內(nèi)孔徑太小」

八、埋植螺絲的倒勾花紋 (Brass insert parts knurl shape) ：

　　花紋不對(duì)，所能承受多余的擠出的塑膠量也就相對(duì)地不同。

九、治具設(shè)計(jì) (Fixture design)

　工件擺放于治具上必須固定不可移動(dòng)或晃動(dòng)

　工件擺放于治具上必須水平并確保埋植螺絲平行于超音波的焊頭行程

　要確保工件的螺絲孔對(duì)準(zhǔn)超音波的焊頭，如果埋植螺絲加工后不可以超出塑膠螺絲孔的上表面時(shí)，焊頭的直徑就必須比埋植螺絲的外徑要稍小，這樣才能將埋植螺絲壓得比塑膠螺絲孔的上表面還要低。

　埋植螺絲擺放于塑膠螺絲孔時(shí)必須固定、無(wú)晃動(dòng)