注塑件中嵌件设计与连接牢度考虑

注塑件中的嵌件是预置于模具型腔中的零件，熔体充模后与塑料连接固化成整体。嵌件用金属、玻璃、陶瓷、塑料和木材等制成，其中金属嵌件使用最多。模具中安放嵌件，费工又费时，较大嵌件还需预热，很难用机械手操作。嵌件错放，定位不准，甚至失落，会使注塑件报废并损坏模具。嵌件与注塑件的连接强度是此类制品的弱点，并将影响到长期使用的蠕变和老化性能。

1.嵌件的作用

塑料与金属相比，它的力学性能例如强度、刚度、稳定性和耐磨性等较差。注塑件有时需具备一些特殊功能，例如导电、导磁、传热、高度绝缘、透明、双色标记和修饰等，这只有用不同材质的嵌件来实现。

（1）提高注塑件的力学性能 汽车转向盘和手柄等注塑件，用金属做骨架嵌件，如图7-38所示，再用手感良好的结构泡沫塑料注射成型，保证了这些注塑件的强刚度和尺寸稳定性。塑料齿轮和带轮等的中央孔，常用金属轮壳或金属轴作为嵌件，保证了与轴承之间的耐磨性。

（2）起连接作用 注塑件需要可拆卸连接时，直接在注塑件上成型螺纹是很困难的，而且塑料螺纹牙的强度较差。金属螺母和螺钉嵌件，对多处紧固的箱与盖很适用。此外，可用金属薄片之类易变形零件，插入注塑件上预留的孔槽中，扭转或弯折后连接在塑料制品上，见图7-39。

图7-38 塑料转向盘的嵌件

（3）起导电作用 电子电气装备上大量使用的接插件，现都用塑料作为绝缘基体，用铜合金、银等作为导电嵌件，贯穿注塑件又相互绝缘，如图7-40所示的焊片、插头和插座。不过，多孔多排的插座或插头常采用装配式嵌件。经弯曲成型的导电铜片富有弹性，可卡夹在注塑件的凹槽孔中。

图7-39 在预留孔中装插并固定嵌件

a）插入后扭转的导电片 b）插入后弯折的装饰片

图7-40 电工接插件

a）焊片 b）插头 c）插座

2.嵌件的制造

金属嵌件是大批量生产的有一定精度的机械零件，要求结构简单且对称，便于用高效的压力加工生产，例如冲裁、弯曲、冷锻和滚压；尽量利用冷拉和冷轧的型材，以减少和避免金属切削加工；要保证定位和配合尺寸的精度；无论是销柱、套筒或板条都应该有倒角并去飞边，以保证与注塑件的牢固连接。

对于嵌件与注塑件的材料选用，要考虑到成型的冷却过程中两种材料不同的线胀系数（见表7-8）。热固性塑料线胀系数小，易于与金属嵌件紧固；热塑性塑料与金属嵌件线胀系数相差很大。对于脆性塑料，例如聚苯乙烯PS、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA和四氟乙烯-六氟乙烯共聚物FEP等，不宜采用金属嵌件；聚丙烯不宜用黄铜嵌件。

表7-8 若干材料的线胀系数 （单位：×10^-5/℃）

3.嵌件的形状和表面应设计适当伏陷物

在设计过程中，必须考虑到嵌件与注塑件的连接牢度和注射过程可行。

1）圆柱表面滚花：交叉滚轧的麻柱状花纹如图7-41a所示。其连接效果比直纹滚花好，直径滚花在轴线方向易于松动。

2）切口和冲孔：对于片状嵌件，如图7-41b所示，用冲压切口或孔当做伏陷物。

3）压扁和弯折：对于细的圆条嵌件，可局部压扁，也可弯折，如图7-41c所示。

将六角棒料切割后做成嵌件，由于尖角作用和柱面光滑，抗扭和抗拉都很差。

4）开槽：可在圆柱表面开圆环槽，但周向易松动。如图7-42所示，嵌件以圆环槽和直纹滚花组合，效果较好。

图7-41 嵌件上的伏陷物

a）圆柱表面滚花 b）切口和冲孔 c）压扁和弯折

图7-42 嵌件上的开槽

注：H=D～2D；h=0.3H；h₁=0.3H；d=0.75D。

4.嵌件在模具内必须可靠定位(www.xing528.com)

嵌件在动模的合模运动中不应松动，在高压熔体冲压下不偏移、不漏料。图7-43所示圆柱螺钉嵌件，模具上的圆柱孔与螺杆嵌件上轴段有H8/f8配合定位尺寸。图7_-43a所示螺杆嵌件的轴线方向定位差，熔体有溢入螺纹牙的可能。图7-43c所示轴线方向有凸肩定位，熔料不会溢入螺纹牙。图7-44a所示螺母嵌件为不通孔，嵌件插入模具上定位芯棒。图7-44b所示嵌件为通孔螺母，这就要用可拆卸的螺钉芯棒。在模具外旋入螺母嵌件，然后一起定位到模具上。

图7-43 圆柱螺钉嵌件在模具内的定位方式

a）外径定位 b）台阶圆柱定位 c）凸肩定位

图7-44 螺母套嵌件在模具内的定位方式

a）不通孔螺母 b）通孔螺母

5.给薄弱嵌件以支撑

为防止成型过程中熔体冲击或冷却收缩引起嵌件移位，可使用定位杆和支撑杆，如图7-45a所示。为了防止柱状嵌件被高压熔体压歪，嵌件高度h不宜超过定位直径d的2倍，必要时给以支撑，如图7-45b所示。为防止细长杆在成型时弯曲变形，用如图7-45c所示的支撑杆。对面积较大片状嵌件及全埋在注塑件中的嵌件，例如汽车转向盘，都用模具上的芯柱支撑。

图7-45 对嵌件的支撑

a）使用定位杆和支撑杆 b）支撑侧向套 c）支撑细长杆 1—定位杆 2—支撑杆

6.金属嵌件周围的塑料需要足够的厚度

由于金属与注塑件的线胀系数等热性能差异较大，在冷却固化后嵌件周围的塑料有较大的残余应力。嵌件周围同时存在熔合缝，减弱了材料的力学性能。因此，金属嵌件周围的塑料需要足够的厚度，如表7-9和表7-10所列推荐值。

表7-9 金属嵌件周围塑料层的最小壁厚 （单位：mm）

表7-10 不同直径金属嵌件周围的最小塑料层壁厚（单位：mm）

7.嵌件在塑料制品中的位置

嵌件在注射制品中的位置直接关系到制品外观、强度及使用性能，对成型操作、模具结构及制品修整等都有影响。

1）为方便成型操作和简化模具，制品中嵌件的轴线应平行模具启闭运动方向，避免嵌件轴线垂直或倾斜于模具启闭方向。

2）如果嵌件底面紧靠制品壁面，如图7-46所示，型腔中塑料沿壁厚收缩，而有金属嵌件收缩很小，该部位将引起壁面凸起。为此，嵌件底部制品塑料最小厚度t应大于D/6。如果是用做导电嵌件，应有高于制品表面的凸台h，以免电火花和电阻发热引起金属嵌件松动。

3）热固性塑料件断面上相邻两嵌件之间的最小距离应大于4mm，如图7-47所示。否则，易引起嵌件之间塑料裂纹；若嵌件用于传导电流，会引起短路。

图7-46 嵌件底部塑料的最小厚度

图7-47 两金属嵌件之间的最小距离

8.螺纹嵌件的设计

如图7-48a所示，阴螺纹的螺母全部嵌入塑料制品中。嵌件端面与制品表面平齐，如图7-46所示。嵌入制品内部的嵌件端面的边缘应成倒角或倒圆，以改善嵌件周边注塑件的内应力，避免开裂。有效螺纹长度为阴螺纹直径的1.5倍。封胶轴段长0.8mm，该直径偏差为±0.05mm。如图7-48b所示阳螺纹的螺钉嵌件，一端嵌入塑料制品中，边缘应成倒角或倒圆，另一端伸出制品表面，保证螺杆与制件表面垂直。

图7-48 金属螺母和螺钉嵌件设计

a）螺母嵌件 b）螺钉嵌件