热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.009

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (10): 63-69.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.009

热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究

王琛(), 张佳音, 蒋旻翰, 夏凌然

南京林业大学家居与工业设计学院，南京 210037

收稿日期:2023-06-16 出版日期:2023-10-26 发布日期:2023-10-23
作者简介:王琛（1992—），男，实验师，研究方向的3D打印技术应用、逆向工程、计算机辅助产品结构设计等，996869559@qq.com
基金资助:
江苏省高校品牌专业建设工程项目(PPZY2015B150)

Study on the application of hot melt nut insert in 3D⁃printed plastic shell

WANG Chen(), ZHANG Jiayin, JIANG Minhan, XIA Lingran

College of Home and Industrial，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China

Received:2023-06-16 Online:2023-10-26 Published:2023-10-23

摘要/Abstract

摘要：

为探究热熔螺母嵌件与塑胶的连接性能，将热熔螺母嵌件连接方式合理应用到三维（3D）打印塑胶壳体中。通过单因素试验分析了嵌件类型、热熔温度和孔洞直径对热熔螺母嵌件与塑胶连接性能的影响，采用田口方法对埋植参数进行优化，得到埋植参数的优化组合，完成了热熔螺母嵌件在3D打印电子产品壳体中的应用实践。结果表明，嵌件的形状影响了其与塑胶的连接性能，各类嵌件的抗拔脱性能排序为：斜纹>网纹>直纹，抗扭转性能排序为：斜纹>直纹>网纹；180~220 ℃范围内，随着热熔温度的升高，嵌件与塑胶的连接性能增强；5.8~6.0 mm范围内，随着孔洞直径的减小，嵌件与塑胶的连接性能增强；埋植参数对嵌件与塑胶连接性能的影响程度为：嵌件类型>孔洞直径>热熔温度，优化埋植参数为：嵌件类型（斜纹）、孔洞直径（5.8 mm）、热熔温度（220 ℃），此参数组合下热熔螺母嵌件的最大拉出力1.22 kN、最大扭矩3.04 N·m，嵌件与塑胶的连接性能最佳。

关键词: 热熔螺母嵌件, 3D打印, 塑胶壳体, 连接性能

Abstract:

To explore the connection performance between the hot melt nut inserts and plastics， the connection method of hot melt nut inserts was reasonably applied for 3D⁃printed plastic shells. This paper analyzed the influence of insert type， hot⁃melt temperature， and hole diameter on the connection performance of the hot⁃melt nut insert and plastics through a single⁃factor test， optimized the embedding parameters by the Taguchi methods， obtained the optimal combination of embedding parameters， and completed the practical application verification of the hot⁃melt nut inserts in a 3D⁃printed electronic product shell. The results indicated that the shape of the insert affected its connection performance with plastics. The order of anti pull⁃out performance of various inserts is as follows： twill > mesh > straight， and the order of their anti⁃torsion performance is as follows： twill > straight > mesh. The connection performance between the insert and the plastics increased with an increase in the hot melt temperature ranging from 180 to 220 ℃. Meanwhile， the connection performance between the insert and the plastics increased with a decrease in the hole diameter ranging from 6.0 to 5.8 mm. The order of the influence level of embedding parameters on the connection performance between the insert and plastics is as follows： insert type > hole diameter > hot melt temperature. The optimized embedding parameters were determined to be an insert type of twill， a hole diameter of 5.8 mm， and a hot melt temperature of 220 ℃. Under this parameter combination， the maximum pulling force of the hot melt nut insert was 1.22 kN， and the maximum torque was 3.04 N·m， achieving the best connection performance between the insert and plastics.

Key words: hot melt nut insert, 3D printing, plastic shell, connection performance

中图分类号:

320.66

王琛, 张佳音, 蒋旻翰, 夏凌然. 热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 63-69.

WANG Chen, ZHANG Jiayin, JIANG Minhan, XIA Lingran. Study on the application of hot melt nut insert in 3D⁃printed plastic shell[J]. China Plastics, 2023, 37(10): 63-69.

图/表 17

图1 螺母嵌件示意图

Fig.1 Schematic diagram of the nut insert

水平	因素
水平	嵌件类型（A）	热熔温度（B）/℃	孔洞直径（C）/mm
1	斜纹	180	5.8
2	网纹	200	5.9
3	直纹	220	6.0

表1 因素水平表

Tab.1 Factor level table

图2 螺母嵌件的埋植操作流程

Fig.2 Embedding operation process of the nut insert

图3 螺母嵌件植入效果图

Fig.3 Effect of the nut insert implantation

图4 抗拔脱性能测试

Fig.4 Testing of pullout resistance

图5 抗扭转性能测试

Fig.5 Testing of torsion resistance

图6 载荷⁃位移曲线

Fig.6 Load⁃displacement curves

图7 嵌件类型对最大扭矩的影响

Fig.7 Effect of insert type on maximum torque

图8 载荷⁃位移曲线

Fig.8 Load⁃displacement curves

图9 热熔温度对最大扭矩的影响

Fig.9 Effect of hot melt temperature on maximum torque

图10 载荷⁃位移曲线

Fig.10 Load⁃displacement curves

图11 孔洞直径对最大扭矩的影响

Fig.11 Effect of hole diameter on maximum torque

嵌件类型	热熔温度/℃	孔洞直径/mm	最大拉出力P/kN	最大扭矩 T/N·m	连接性能加权值W_i
A₁（斜纹）	B₁（180）	C₁（5.8）	0.83	2.12	1.0000
A₁（斜纹）	B₂（200）	C₂（5.9）	0.66	2.08	0.8882
A₁（斜纹）	B₃（220）	C₃（6.0）	0.43	1.92	0.7119
A₂（网纹）	B₁（180）	C₂（5.9）	0.47	1.51	0.6393
A₂（网纹）	B₂（200）	C₃（6.0）	0.33	1.17	0.6162
A₂（网纹）	B₃（220）	C₁（5.8）	0.78	2.02	0.9463
A₃（直纹）	B₁（180）	C₃（6.0）	0.11	1.08	0.3210
A₃（直纹）	B₂（200）	C₁（5.8）	0.28	1.32	0.4799
A₃（直纹）	B₃（220）	C₂（5.9）	0.19	1.21	0.3998

表2 正交试验方案及结果

Tab.2 Orthogonal test plan and results

水平	因素
水平	嵌件类型（A）	热熔温度（B）/℃	孔洞直径（C）/mm
1	-1.327	-4.585	-2.285
2	-2.857	-3.871	-4.293
3	-8.070	-3.798	-5.676
S/N	6.743	0.787	3.390
排秩	1	3	2

表3 信噪比响应表

Tab.3 Signal⁃to⁃noise ratio response table

图12 信噪比响应图

Fig.12 Signal⁃to⁃noise ratio response diagram

图13 3D打印电子产品壳体的结构示意图

Fig.13 Schematic diagram of the shell structure of 3D printed electronic products

图14 嵌件埋植与装配过程示意图

Fig.14 Schematic diagram of embedding and assembly process of embedded parts

参考文献 15

1	顾家宝，唐雁煌，朱刚，等. 某电器壳体白色塑料发黄原因分析［J］. 电子质量， 2022，（8）： 178⁃182.
	GU J B， TANG Y H， ZHU G， et al. Analysis of the yellowing of white plastic shell of an electrical appliance ［J］. Electronics Quality， 2022，（8）： 178⁃182.
2	彭二宝，陈昌铎. 增减材复合制造加工FDM薄壁样件研究［J］. 制造技术与机床， 2021，（6）： 29⁃33，38.
	PENG E B， CHEN C D. Research on composite manufacturing of FDM thin⁃walled sample by adding or decreasing materials［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2021，（6）： 29⁃33，38.
3	黄勇. 浅谈常见塑料紧固特征［J］. 内燃机与配件， 2021，（1）： 39⁃40.
	HUANG Y. Discussion on common plastic tightening characteristics［J］. Internal Combustion Engine & Parts， 2021，（1）： 39⁃40.
4	陈丽兰，于李. 塑料卡扣注塑工艺选择及其插拔力控制［J］. 企业科技与发展， 2015，（9）： 19⁃20，23.
	CHEN L L， YU L. Selection of plastic buckle injection molding process and control of insertion and extraction force［J］. Sci⁃Tech & Development of Enterprise， 2015，（9）： 19⁃20，23.
5	李丽坤. 玻纤增强PA66塑料卡扣拔脱过程仿真与结构优化［J］. 塑料科技， 2021， 49 （3）： 98⁃102.
	LI L K. Simulation of pulling⁃out process of glass fiber reinforced PA66 plastic clip and structure optimization［J］. Plastics Science and Technology， 2021，49 （3）： 98⁃102.
6	张琳. 塑料制品上的BOSS柱设计［J］. 模具工业， 2016， 42 （10）： 56⁃59.
	ZHANG L. Design of BOSS column on plastic parts［J］. Die & Mould Industry， 2016，42 （10）： 56⁃59.
7	王涛，黄灵丽，刘育建，等. 基于ANSYS的纤维增强塑料接头连接件性能研究和结构优化［J］. 复合材料科学与工程， 2020，（2）： 32⁃38.
	WANG T， HUANG L L， LIU Y J， et al. Performance reserch and structural optimization of fiber reinforced plastic connectors based on ANSYS［J］. Composites Science and Engineering， 2020，（2）： 32⁃38.
8	赖营章. 塑件热熔嵌件柱开裂问题的总结［J］. 模具制造， 2023， 23 （3）： 41⁃43.
	LAI Y Z. Summary of cracking problems in plastic hot melt insert columns［J］. Die & Mould Manufacture， 2023， 23 （3）： 41⁃43.
9	陈玉娇，刘全军. 超声辅助激光连接金属与塑料试验分析［J］. 焊接学报， 2022， 43 （10）： 37⁃42，115.
	CHEN Y J， LIU Q J. Experimental analysis of ultrasonic assisted laser connection between metal and plastic［J］. Transactions of the China Welding Institution， 2022， 43 （10）： 37⁃42，115.
10	夏佩云，孟遥，沈浩然，等. 铝合金⁃聚醚醚酮异种材料激光连接工艺特性［J］.航空制造技术， 2021， 64 （12）： 30⁃35，46.
	XIA P Y， MENG Y， SHEN H R， et al. Process characteristics of laser direct joining of PEEK to aluminum alloy［J］. Aeronautical Manufacturing Technology， 2021， 64 （12）： 30⁃35，46.
11	李福海，何其超，王建. 嵌件注射成型连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料力学性能［J］. 塑料工业， 2023， 51 （1）： 97⁃102.
	LI F H， HE Q C， WANG J. Mechanical properties of continuous carbon fiber reinforced polyamide 6 composite prepared by embedded injection molding［J］. China Plastics Industry， 2023， 51 （1）： 97⁃102.
12	伍建军，王奎，刘强. 基于田口方法的PET瓶旋盖机夹具垫片的研究［J］. 机械设计， 2022， 39 （S2）： 35⁃40.
	WU J J， WANG K， LIU Q. Research on fixture gasket of PET bottle capping machine based on Taguchi method［J］. Journal of Machine Design， 2022， 39 （S2）： 35⁃40.
13	曹洋，宁雪梅，秦剑，等. 复杂多特征SR3薄壁塑料壳体多向抽芯注塑模具设计［J］. 塑料工业， 2022， 50 （S1）： 76⁃81.
	CAO Y， NING X M， QIN J， et al. Design of injection mould for complex and multi⁃feature SR3 thin⁃walled plastic shell［J］. China Plastics Industry， 2022， 50 （S1）： 76⁃81.
14	杨泮. FDM熔融沉积3D打印悬垂结构试验研究［J］. 内燃机与配件， 2023，（3）： 75⁃77.
	YANG P. Experimental study on 3D printing overhang structure of FDM melt deposition［J］. Internal Combustion Engine & Parts， 2023，（3）： 75⁃77.
15	侯高雁，朱红，刘凯，等. 3D打印成形件后处理工艺综述［J］. 信息记录材料， 2017， 18 （7）： 19⁃21.
	HOU G Y， ZHU H， LIU K， et al. Overview of post⁃processing technology for 3D printed formed parts［J］. Information Recording Materials， 2017， 18 （7）： 19⁃21.

[1]	高海亮, 胡程, 周宇强, 刘欣, 程建明, 宋桂珍. 3D打印零件的尺寸精度及控制[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 79-85.
[2]	王洛唯, 杨建军, 朱嘉乐. 基于顶部加热与分步制造的PDMS/SiC功能梯度材料3D打印成形规律研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(11): 74-80.
[3]	王琛张佳音蒋旻翰夏凌然. 热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究[J]. , 2023, 37(10): 63-69.
[4]	杨钦杰, 李佳汶, 李明, 陈刚, 李光照, 彭必友, 韩锐. 熔融沉积3D打印设备研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 157-171.
[5]	马昊鹏, 高丽洁, 焦志伟, 马具彪, 杨卫民. 非溶剂致相分离3D打印/复印成型技术研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(12): 1-7.
[6]	高晓东, 杨卫民, 迟百宏, 焦志伟, 谭晶. 聚酰胺12制品3D打印成型力学性能研究[J]. 中国塑料, 2015, 29(12): 73-76 .
[7]	舒友, 胡扬剑, 魏清茂, 黄蓉, 荆王莉. 3D打印条件对可降解聚乳酸力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2015, 29(03): 91-94 .

热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究

Study on the application of hot melt nut insert in 3D⁃printed plastic shell

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 17

参考文献 15

相关文章 7

编辑推荐

Metrics

本文评价