Techniky upevňování plastových krytů

Plasty jsou ve výrobě stále běžnější a jejich potenciál rozvoje je stále vysoký. Inženýři proto musí zajistit, aby nové plastové výrobky splňovaly požadavky na funkčnost a zároveň zohledňovaly náklady na jednotlivé díly a dobu montážního cyklu. Ačkoli plastové materiály nabízejí řadu výhod, mohou však během montážního procesu způsobit výrobní problémy, které vedou ke snížení efektivity, vzniku zmetků a dodatečným nákladům. Tento dokument se zabývá výhodami a nevýhodami následujících metod spojování plastových dílů: válcové kolíky, lepidla, šrouby, vruty a zacvakávací spoje.

Před výběrem metody spojování musí konstruktéři rozhodnout, zda má být jejich výrobek rozebíratelný. Například výrobky jako požární hlásiče, dálkové ovladače k televizorům a klíčenky musí být navrženy tak, aby je spotřebitelé mohli sami rozebrat a vyměnit v nich baterie. Naopak výrobky jako vysoušeče vlasů a jednorázové zdravotnické prostředky jsou obvykle navrženy tak, aby je nebylo možné rozebrat nebo opravit. Někteří konstruktéři navíc záměrně navrhují součásti tak, aby byly odolné proti neoprávněné manipulaci a uživatelé tak nemohli výrobek snadno rozebrat (např. elektronika).

K upevnění trvalých sestav se běžně používají válcové kolíky, lepidla, šrouby, vruty a spojení typu „snap-fit“ (zacvakávací spoje). Ačkoli konstruktéři nemusí výslovně vyžadovat, aby byl nový produkt navržen s ohledem na snadnou údržbu, mnoho výrobků stále používá pro snadnost a zvyklost udržovatelné spojovací prvky, jako jsou šrouby. Například jak ukazuje obrázek 1, většina kapesních kalkulaček používá šrouby ke spojení plastového pouzdra, i když spotřebitelé nemají potřebu pouzdro během životnosti výrobku rozebírat.

Válcové kolíky a lepidla se upřednostňují u trvalých spojů, které mají být odolné proti neoprávněné manipulaci, protože zajišťují vynikající uchycení v plastech. Lepidla zajišťují uchycení při spojení více dílů dohromady. Válcové kolíky naopak zajišťují uchycení deformací okolního materiálu, kde působí svým přesahem. Upozorňujeme, že válcové kolíky s prvky zajišťujícími uchycení (např. rýhování, trny) se upřednostňují před hladkými kolíky, protože umožňují širší tolerance otvorů a snižují namáhání plastových součástí.

Ochrana proti neoprávněné manipulaci pomáhá snižovat riziko uplatnění záruky, poškození výrobku nebo vystavení vlivům okolního prostředí (např. vlhkost, nečistoty). Upevňovací prvky, které lze demontovat, jako jsou šrouby, představují značné bezpečnostní riziko u výrobků, jako jsou dětské hračky (nebezpečí udušení). Z těchto důvodů jsou válcové kolíky s trny a lepidla obvykle přednostně používány k upevnění pro předměty, které nevyžadují údržbu.

Lepidla lze nanášet ručními pistolemi nebo automatickým dávkovacím zařízením. Často je nutná příprava povrchu spojovaných součástí. Proces nanášení lepidla během montáže je poměrně složitý a vyžaduje zkušenou obsluhu. Pokud se na jednotlivou součást nanese příliš málo nebo příliš mnoho lepidla, může to vést k selhání výrobku při použití. Mnohá lepidla navíc vyžadují před nanesením na nosné součásti regulaci teploty, tlaku a/nebo řízené míchání různých složek. Po nanesení lepidla probíhá proces vytvrzování, který v některých případech může trvat i déle než 24 hodin!

Montážní zařízení pro nanášení lepidla vyžaduje rozsáhlou údržbu a monitorování, protože lepidla obtížně zpracovatelná a v případě vniknutí nečistot může dojít k ucpání zařízení. Mnohá lepidla mají navíc omezenou dobu použitelnosti. To vše zvyšuje náklady a složitost montážního procesu a také snižuje provozuschopnost strojů. Vzhledem k řadě působících vlivů může být náročné zajištění opakovatelnosti a kontroly procesu.

Zacvakávací spoje se obvykle montují ručně stlačením jednotlivých dílů k sobě. Postup montáže zacvakávacích spojů se může výrazně lišit v závislosti na konstrukci vzájemně do sebe zapadajících součástí. Některá zacvakávací spojení jsou navržena tak, aby byla rozebíratelná, zatímco jiná jsou určena k trvalému zajištění. Použitím zacvakávacích spojů výrobci minimalizují celkový počet dílů potřebných na jednu sestavu. To v konečném důsledku snižuje náklady, nároky na skladování a manipulaci. Zacvakávací spoje však poskytují nižší pevnost spoje než jiné způsoby upevnění, protože se spoléhají na pevnost materiálu samotných plastových součástí. Zacvakávací spoje se upřednostňují u sestav, které jsou vystaveny minimálnímu zatížení. Zacvakávací spoje jsou však náchylné k poruchám a mohou představovat určitá rizika při užití, jako je například nebezpečí vdechnutí dílu.

Při navrhování plastových krytů musí konstruktéři zohlednit funkční vlastnosti, jednoduchost, náklady na spojovací prvky a náklady na montáž. Doporučuje se, aby konstruktéři spolupracovali s výrobními inženýry již v rané fázi návrhu, aby byl zohledněn celý montážní proces. Příliš často se návrhy nových výrobků dokončují bez zohlednění doby montážního cyklu, míry zmetkovitosti, nákladů na údržbu a chování uživatele po celou dobu životnosti výrobku.