Techniques de fixation pour les boîtiers en plastique

Les plastiques sont devenus de plus en plus courants dans l’industrie manufacturière, et il est encore possible de les développer. À ce titre, les ingénieurs doivent s’assurer que les nouveaux produits en plastique répondent aux exigences de performance tout en tenant compte du coût des composants et de la durée du cycle d’assemblage. Bien que les matériaux plastiques offrent de nombreux avantages, ils peuvent présenter des difficultés de fabrication pendant le processus d’assemblage, ce qui entraîne des défauts, des pièces mises au rebut et des coûts supplémentaires. Cet article aborde les avantages et les inconvénients des méthodes de fixation suivantes utilisées pour assembler des composants en plastique : goupilles pleines, adhésifs, vis, boulons et assemblages par encliquetage.

Avant de choisir la méthode de fixation, les concepteurs doivent décider si leur produit doit être ou non démontable. Par exemple, des produits tels que les détecteurs d’incendie, les télécommandes de télévision et les clés électroniques doivent être conçus de manière à ce que les consommateurs puissent démonter le produit pour remplacer les piles. À l’inverse, des produits tels que les sèche-cheveux et les appareils médicaux à usage unique ne sont généralement pas conçus pour être démontés ou réparés. En outre, certains concepteurs élaborent spécifiquement des composants pour qu’ils soient inviolables afin que les consommateurs ne puissent pas facilement démonter le produit (c’est le cas de l’électronique).

Les goupilles pleines, les adhésifs, les vis, les boulons et les assemblages par encliquetage sont tous couramment utilisés pour fixer des assemblages permanents. Bien que les concepteurs n’exigent pas nécessairement que la conception d’un nouveau produit prévoit qu’il soit démontable, de nombreux produits utilisent encore des f ixations démontables, comme les vis, pour des raisons de commodité et de familiarité avec l’utilisateur. Par exemple, comme le montre la figure 1, la plupart des calculatrices de poche utilisent des vis pour assembler le boîtier en plastique, même si les consommateurs n’ont pas besoin de démonter l’ensemble pendant la durée de vie utile du produit.

Les goupilles pleines et les adhésifs sont préférés pour les assemblages permanents qui doivent être inviolables, car ils offrent une excellente rétention dans les plastiques. Les adhésifs assurent la rétention en liant plusieurs composants ensemble. Les goupilles pleines, quant à elles, assurent la rétention en déformant le matériau hôte, créant ainsi une interférence. Notez que les goupilles pleines dotées de caractéristiques de rétention (molettes, barbes) sont préférables aux goujons ordinaires car elles permettent des tolérances de trou plus larges et réduisent les contraintes sur les composants en plastique.

L’inviolabilité permet d’atténuer les risques liés aux garanties, à l’endommagement du produit ou à l’exposition à l’environnement (c’est-à-dire l’humidité, les particules). En outre, les fixations démontables comme les vis présentent un risque important pour la sécurité des produits tels que les jouets pour enfants (risque d’étouffement). Pour ces raisons, les goupilles solides et les adhésifs sont généralement les options de fixation préférées pour les articles qui ne nécessitent pas d’entretien.

Les adhésifs peuvent être appliqués avec des pistolets manuels ou des équipements de distribution automatisés. Souvent, une préparation de la surface est nécessaire pour les composants hôtes. Le processus d’application de l’adhésif pendant l’assemblage est assez compliqué et nécessite des opérateurs qualifiés. Si trop ou trop peu d’adhésif est appliqué sur un seul assemblage, cela peut entraîner des défaillances sur le terrain. En outre, de nombreux adhésifs nécessitent un contrôle de la température, de la pression et/ou un mélange contrôlé de différents fluides avant d’entrer en contact avec les composants hôtes. Après l’application de l’adhésif, il y a un processus de durcissement qui, dans certains cas, peut se prolonger audelà de 24 heures ! 

L’équipement d’installation des adhésifs nécessite une maintenance et une surveillance importantes, car les adhésifs sont salissants et l’équipement peut se boucher si des contaminants sont introduits. En outre, de nombreux adhésifs ont une durée de conservation limitée. Tout cela ajoute des coûts et de la complexité au processus d’assemblage et réduit également la disponibilité des machines. Avec autant de variables en jeu, la répétabilité et le contrôle peuvent se révéler être un défi.

Les assemblages par encliquetage sont généralement assemblés manuellement en pressant les composants ensemble. Le processus d’assemblage par encliquetage peut varier considérablement en fonction de la conception des composants qui s’emboîtent. Certains assemblages par encliquetage sont conçus pour être démontables, tandis que d’autres sont conçus pour être permanents. En utilisant des assemblages par encliquetage, les fabricants minimisent le nombre total de pièces utilisées par assemblage. En fin de compte, cela réduit les coûts, les stocks et la manutention. Cependant, les assemblages par encliquetage offrent une rétention plus faible que les autres méthodes de fixation, car les assemblages par encliquetage reposent sur la résistance des composants en plastique eux-mêmes. Les assemblages par encliquetage sont préférables pour les assemblages exposés à des charges minimales. Cependant, les assemblages par encliquetage sont sujets à des défaillances et peuvent créer des risques environnementaux tels que des risques d’étouffement.

Les concepteurs doivent tenir compte des performances, de la simplicité, du coût des fixations et du coût de l’assemblage lorsqu’ils élaborent des boîtiers en plastique. Il est recommandé que les ingénieurs de conception travaillent avec les ingénieurs de fabrication dès le début de la phase de conception afin de prendre en compte l’ensemble du processus d’assemblage. Bien trop souvent, la conception de nouveaux produits est finalisée sans tenir compte de la durée du cycle d’assemblage, du taux de rebut, des coûts de maintenance et du comportement des consommateurs tout au long de la durée de vie utile du produit.