內容目錄
1. 嵌件的設計
塑件中的嵌件是預置於模具型腔中的零件,熔體充模後與塑膠連接固化成整體。嵌件用金屬、玻璃、陶瓷、塑膠和木材等製成,其中金屬嵌件使用最多(圖1)。模具中安放嵌件,費工費時,較大嵌件還需預熱,很難用機械手操作。嵌件錯放定位不准,甚至掉落,會使塑件報廢並損壞模具。嵌件與塑件的連接強度是此類製品的弱點,並將影響到長期使用的蠕變和老化性能。

2. 嵌件的作用
塑膠與金屬相比,它的力學性能例如強度、剛度、穩定性和耐磨性等較差。塑件有時需具備一些特殊功能,例如導電、導磁、傳熱、高度絕緣、透明、雙色標記和修飾等,這只有用不同材質的嵌件來實現。
(2-1) 提高塑件的力學性能
汽車方向盤和手柄等塑件,用金屬做骨架嵌件,如(圖2)所示,再用手感良好的結構泡沫塑料射出成型,保證了這些塑件的強剛度和尺寸穩定性。塑膠齒輪和帶輪等的中央孔,常用金屬輪殼或金屬軸作為嵌件,保證了與軸承之間的耐磨性。

(2-2) 起連接作用
塑件需要可拆卸連接時,直接在塑件上成型螺紋是很困難的,而且塑膠螺紋牙的強度較差。金屬螺母和螺釘嵌件,對多處緊固的箱與蓋很適用。此外,可用金屬薄片之類易變形零件,插入塑件上預留的孔槽中,扭轉或彎折後連接在塑料製品上,見(圖3)。

(2-3) 起導電作用
電子電氣裝備上大量使用的接差件,現都用塑膠作為絕緣基體,用銅合金、銀等作為導電嵌件,貫穿塑件又相互絕緣,如(圖4)所示的焊片、插頭和插座。不過,多孔多排的插座或插頭常採用裝配式嵌件。經彎曲成型的導電銅片富有彈性,可卡夾在塑件的凹槽孔中。

3. 嵌件的製造
金屬嵌件是大批量生產的有一定精度的機械零件,要求結構簡單且對稱,便於用高效的壓力加工生產,例如沖裁、彎曲、冷鍛和滾壓;儘量利用冷拉和冷軋的型材,以減少和避免金屬切削加工;要保證定位和配合尺寸的精度;無論是銷柱、套筒或板條都應 該有倒角並去毛邊,以保證與塑件的牢固連接。
對於嵌件與塑件的材料選用,要考慮到成型的冷卻過程中兩種材料不同的線系數(見圖5)。熱固性塑膠線脹係數小,易於與金屬嵌件緊固,熱塑性塑膠與金屬嵌件線脹係數相差很大。對於脆性塑膠,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,不宜採用金屬嵌件;聚丙烯不宜用黃銅嵌件。

3. 嵌件的形狀和表面應設計適當凹槽(伏陷物)
在設計過程中,必須考慮到嵌件與塑件的連接牢度和射出過程可行。
(3-1) 圓柱表面滾花
交叉滾軋的麻柱狀花紋如(圖6-a)所示。其連接效果比直紋滾花好,直徑滾花在軸線方向易於鬆動。
(3-2) 切口和沖孔
對於片狀嵌件,如圖(圖6-b)所示,用衝壓切口或孔當做凹槽(伏陷物)。
(3-3) 壓扁和彎折
對於細的圓條嵌件,可局部壓扁,也可彎折,如(圖6-c)所示。將六角棒料切割後做成嵌件,由於尖角作用和柱面光滑,抗扭和抗拉都很差。
(3-4) 開槽
可在圓柱表面開圓環槽,但周向易鬆動。如圖(圖7)所示,嵌件以圓環槽和直紋滾花組合,效果較好。


4. 嵌件在模具內必須可靠定位
嵌件在動模(公模)的合模運動中不應鬆動,在高壓熔體衝壓下不偏移、不漏料。(圖8)所示圓柱螺釘嵌件,模具上的圓柱孔與螺桿嵌件上軸段有H8/f8 配合定位尺寸。(圖8-a)所示螺桿嵌件的軸線方向定位差,熔體有溢入螺紋牙的可能。(圖8-c)所示軸線方向有凸肩定位,熔料不會溢入螺紋牙。 (圖9-a)所示螺母嵌件為不通孔,嵌件插入模具上定位芯棒。 (圖9-b)所示嵌件為通孔螺母,這就要用可拆卸的螺釘芯棒。在模具外旋入螺母嵌件,然後一起定位到模具上。


5. 給薄弱嵌件以支撐
為防止成型過程中熔體衝擊或冷卻收縮引起嵌件移位,可使用定位桿和支撐桿,如 圖 (圖10-a)所示。為了防止柱狀嵌件被高壓熔體壓歪,嵌件高度h不宜超過定位直徑d的2倍,必要時給以支撐,如(圖10-b)所示。為防止細長桿在成型時彎曲變形,用如 (圖10-c)所示的支撐桿。對面積較大片狀嵌件及全埋在塑件中的嵌件,例如汽車方向盤,都用模具上的芯柱支撐。

6. 金屬嵌件周圍的塑膠需要足夠的厚度
由於金屬與塑件的線脹係數等熱性能差異較大,在冷卻固化後嵌件周圍的塑膠有 較大的殘餘應力。嵌件周圍同時存在熔合縫,減弱了材料的力學性能。因此,金屬嵌件周圍的塑膠需要足夠的厚度,如(圖11) (圖12)所列推薦值。


7. 嵌件在塑膠製品中的位置
嵌件在射出製品中的位置直接關係到製品外觀、強度及使用性能,對成型操作、模具結構及製品修整等都有影響。
- (a) 為方便成型操作和簡化模具,製品中嵌件的軸線應平行模具啟閉運動方向,避免嵌件軸線垂直或傾斜於模具啟閉方向。
- (b)如果嵌件底面緊靠製品壁面,如(圖13-a)所示,型腔中塑膠沿壁厚收縮,而有金屬嵌件收縮很小,該部位將引起壁面凸起。為此,嵌件底部製品塑膠最小厚度t應大於 D/6。如果是用做導電嵌件,應有高於製品表面的凸台,以免電火花和電阻發熱引起金屬嵌件鬆動。
- (c) 熱固性塑膠件斷面上相鄰兩嵌件之間的最小距離應大於4mm,如(圖13-b)所示。否則,易引起嵌件之間塑膠裂紋;若嵌件用於傳導電流,會引起短路。

8. 螺紋嵌件的設計
如(圖14-a)所示,陰螺紋的螺母全部嵌入塑膠製品中。嵌件端面與製品表面平齊,如 (圖13-a) 所示。嵌入製品內部的嵌件端面 的邊緣應成倒角或倒圓,以改善嵌件周邊塑件的內應力,避免開裂。有效螺紋長度為陰螺紋直徑的1.5倍。封膠軸段長0.8mm, 該直徑偏差為±0.05mm。如(圖14-b)所示 陽螺紋的螺釘嵌件,一端嵌入塑膠製品中,邊緣應成倒角或倒圓,另一端伸出製品表面,保證螺桿與製件表面垂直。

9. 嵌件的預熱
由於塑料和金屬材料在熱性能方面存在顯著差異,這些差異在生產過程中可能導致一些問題。相對於金屬,塑料具有較低的熱導率、較大的線膨脹係數以及較高的成形收縮率,而金屬的收縮率相對較小。正是這些差異使得帶有金屬嵌件的塑料製品在嵌件周圍容易出現裂紋,從而導致產品強度降低。
要解決上述問題,加工時可對金屬嵌件進行預熱(圖15),使金屬嵌件在塑料成型過程中達到一定的溫度。這樣可以有效地降低塑料熔體與金屬嵌件之間的溫差,從而在成型過程中保證嵌件四周的塑料冷卻速度變慢。當塑料冷卻變慢時,金屬嵌件與塑料之間的收縮會更加均勻。這將有助於減少嵌件周圍可能產生的較大內應力。
金屬嵌件的預熱情況應根據塑料材料的特性以及金屬嵌件的尺寸來確定。對於具有較大剛性的塑料材料(例如PC、PSU、PPO、PPS等),這些材料在成型過程中容易出現應力開裂現象。因此,在這些情況下,金屬嵌件一般都應進行熱處理。
預熱過程中的溫度控制應確保不損害金屬嵌件表面的鍍層(例如鍍鋅或鍍鉻)。一般情況下,金屬嵌件的預熱溫度應控制在110℃至130℃之間。對於表面無鍍層的鋁合金或其他金屬嵌件,預熱溫度可以適當提高至約150℃。(ps.溫度不一定要這麼高,最終還是要以實際的塑件和金屬嵌件狀況來調整溫度(圖16))。
對於一些小型金屬嵌件,由於它們在塑料成型過程中容易被塑料熔體在模具內加熱,一般可以不預熱。


★ 【銅螺母埋入射出螺絲柱破裂與埋入射出銅螺母的預熱】
☆ 其他參考資料及文章
★ 【嵌件埋入射出龜裂及埋入件取出】(按圖超連結)

★ 【塑件埋入金屬取出的方法及討論】
★ 【射出成型埋入嵌件治具合輯】
★ 【埋入射出銅螺母防掉方案】