1. 什麼是嵌件成型？
嵌件是指嵌入塑膠中的零件，例如金屬、玻璃、木材、纖維、紙張、橡膠或預成型塑膠組件。金屬是最常見的嵌件材料。嵌件成型過程首先將嵌件固定在射出成型模具內的合適位置，然後將塑膠注入模具中。模具打開後，冷卻固化的塑膠會包覆嵌件，從而形成帶有螺紋或電極等特徵的零件。
在嵌件成型中，嵌件可以透過兩種方式放置在模具中：
1）人工放置
這會顯著增加射出成型週期時間，適用於小批量生產或結構複雜的產品；
2）自動化放置
這更有利於大規模生產，有助於減少人為錯誤、提高效率、縮短週期時間並提高產品可靠性。
2.嵌件成型的優點與缺點 2.1 嵌件成型的優點
1）將塑膠的可塑性和彈性與金屬的剛性、強度和耐熱性相結合，可以製造出堅固、複雜、一體化的金屬-塑膠產品，同時減少產品的尺寸和重量。
2）塑膠的絕緣性和金屬的導電性結合，使模塑件能滿足電子產品的基本功能要求，還能滿足磁性、耐磨性和緊固性等特殊要求。
3）在塑膠中添加金屬嵌件可以提高塑膠零件的強度。
4) 嵌件成型提供了更大的設計彈性，並為塑膠、金屬和其他組件的組合創造了新的可能性。
5）它可以省去熱鉚接、焊接和鉚接等二次加工工序，從而有可能減少組裝時間和成本。
6) 嵌件不僅限於金屬；它們還可以包括織物、紙張、電線、塑膠、玻璃、木材、線圈、電子元件和模製塑膠零件。
7) 對於橡膠密封片上的剛性模製件和柔性彎曲件，將零件模製成一體產品，可以省去佈置密封圈的複雜工作，使後續的自動化組裝更加容易。
8) 由於熔融塑膠與金屬嵌件結合，金屬嵌件周圍的間隙可以設計得比壓入配合方法更小，從而提高產品可靠性，並使產品更有可能通過振動測試。
9）採用合適的塑膠材料和成型條件，即使是容易變形或損壞的零件，如玻璃、線圈和電子元件，也可以用塑膠密封和固定。
10）透過適當的模具設計，可以將嵌件完全封裝在塑膠中。
11）將立式註塑機與機器人和嵌件排列裝置結合，大多數嵌件成型操作都可以自動化。
2.2 嵌件成型的缺點
1）嵌件放置通常會使模具結構更加複雜，延長成型週期，增加製造成本，並使自動化更加困難。
2）由於嵌件和塑膠的熱膨脹係數不同，成品中可能會產生殘餘應力，導致開裂。在註塑成型螺帽嵌件時，這個問題特別突出。
3）嵌件與塑膠之間的熱膨脹係數差異也會導致產品翹曲或變形。
4) 嵌件，尤其是螺帽嵌件，通常需要預熱或乾燥以減少殘餘應力。
5）嵌件必須牢固地固定在模具中；否則，熔融材料的衝擊可能會導致嵌件移位或變形。
6) 若嵌件成型過程中出現瑕疵－例如成型不完整、嵌件缺失或嵌件位置不正確－則整個產品可能需要報廢，造成重大損失。
7) 嵌件成型使產品回收處置更加困難。
3.嵌件成型技術的應用
嵌件成型廣泛應用於汽車、醫療、電子、連接器等產業。
4.嵌件成型設計指南
在進行嵌件成型設計時，必須充分考慮製程特性，並且設計應遵循面向製造的設計 (DFM) 原則。
該指南包括：
1）嵌件材料選擇。銅、鋁、鋼、硬質異種塑膠零件、陶瓷、玻璃和塑膠均可用作嵌件材質。黃銅因其耐腐蝕、易於加工且價格適中而被廣泛應用。
2）插入形狀。盡可能使用圓形或軸對稱形狀。避免尖角和銳角，以促進均勻收縮並防止局部應力或應力集中。
3）將面向製造的設計（DFM）原則應用於嵌件本身。金屬嵌件透過機械加工或沖壓製造，因此其幾何形狀必須適合製造過程。
▲ 插件本身的DFM設計
4) 為了便於在模具中進行放置和定位，嵌件突出的部分（位於模具中的部分）應該是圓柱形的，因為圓形孔更容易在模具中加工。
▲ 嵌件凸起部分的設計
5) 嵌件應包括密封肩或類似結構，以防止射出成型過程中塑膠飛邊。
▲ 插肩設計
6) 為防止嵌件下方的塑膠變薄，產生影響外觀和強度的波浪狀凹陷痕跡，嵌件底部到塑膠壁的最小距離 T 應為 T > D/6。
▲ 嵌件與底面之間的距離
如果距離太小，可以使用下圖所示的設計。
▲ 保持壁厚均勻
7) 嵌件與產品側壁之間的間隙不能太小，以確保模具保持足夠的強度。
▲嵌件與側壁之間的間隙
8) 當嵌件放入凸台中時，嵌件應延伸至凸台底部（同時保持底部最小厚度），以確保與塑膠本體牢固連接並達到足夠的強度。將嵌件頭部修圓。
▲插入老闆
9) 小型圓柱形嵌件可透過中心槽或表面菱形滾花紋路固定在塑膠本體中。滾花紋路深度應為1-2毫米。
▲ 固定小型圓柱形嵌件
10) 片狀或薄片狀嵌件可透過孔洞或窗口固定。對於薄嵌件（厚度小於0.5毫米），建議使用切口或彎曲固定。
▲ 固定板狀或片狀嵌件
11) 棒狀嵌件可以透過壓扁、開槽、彎曲或劈開末端來固定，或透過壓扁圓棒的中間部分來固定。
▲ 固定桿狀嵌件（變形端）
▲ 固定管狀嵌件（變形的中間部分）
12) 對於沖壓管狀嵌件，可以在沖壓過程中形成凸起，以提高固位力。
▲ 固定沖壓管狀嵌件（變形的中間部分）
13) 在連接器中，確保端子插片牢固地固定在塑膠零件中是產品設計工程師需要考慮的關鍵因素。提高端子固定效果的常用方法包括：
- 在嵌入塑膠中的端子上打孔
- 使終端呈現不規則輪廓
- 彎曲端子
- 在端子上增加表面粗糙度或凸起/凹陷特徵
- 增加塑膠壁厚
▲ 有孔、不規則輪廓和彎曲的端子插件
5. 螺帽嵌件的設計指南
螺母嵌件是最常見的嵌件類型之一。螺帽嵌件及其對應的塑膠凸台必須設計正確；否則，可能會出現諸如拉拔力不足或凸台開裂等品質問題。
5.1 三種安裝螺帽的方法
將螺母嵌入塑膠零件中的方法有三種：
1）熱鉚接螺母
熱鉚接是最常見的安裝方法，通常使用熱鉚接機或手動操作的烙鐵進行。
2）注塑成型螺母
這種方法對塑膠凸台上的孔徑控制要求非常嚴格，通常精度在0.05毫米以內。螺帽由射出銷固定並定位在射出成型模具中，因此孔徑必須根據射出成型機上註塑銷的尺寸來控制。
3）超音波引導插入
超音波振動使螺母與工件之間產生摩擦，從而提高界面溫度。當溫度達到工件的軟化溫度時，螺母嵌入到塑膠件中。振動停止後，工件在壓力下冷卻並固化。每種方法各有優缺點；本文重點介紹嵌件成型螺帽。
5.2 插入螺帽的外形幾何形狀
嵌件螺帽的外部幾何形狀經過特殊設計，可與塑膠材料形成牢固的機械互鎖。其關鍵特徵通常包括菱形或直線滾花，以最大限度地提高抗扭矩和抗拉拔力。縱向凹槽或倒角通常用於防止旋轉。底部的倒角導引槽便於輕鬆準確地將螺帽安裝到模具或預成型孔中。此外，頂部凸緣或環箍可限制插入深度並提供軸向支撐。某些設計還帶有密封環，以防止熔融塑膠溢出到螺紋中。這些幾何特徵共同確保了高度可靠和耐用的連接。
5.3 插入螺母規格範例
5.4 塑膠凸台設計和螺帽選擇
1）螺帽和塑膠凸台的基本尺寸
- 尺寸 d 為螺帽底部，也稱為導向/定位段。插入前，它與塑膠凸台的 C 段配合。因此，螺帽底部的尺寸 d 應小於塑膠凸台的內孔直徑 C，以便於定位。
- 尺寸D為螺帽的外徑，對應於塑膠凸台的內孔直徑C。對於手機螺母，塑膠孔的直徑通常比螺母的外徑小0.25～0.3毫米。
- 尺寸 L 為螺帽的長度，對應於塑膠凸台上的孔深 Y。塑膠孔的深度通常比螺母的長度深 0.5–1.0 毫米，以便為多餘的塑膠留出空間。
- W 是孔周圍塑膠壁的厚度。塑膠凸台的壁厚通常至少為 0.8–1.0 毫米。較大的螺帽需要更厚的壁厚。請參閱下表中的參數。
| Thread 低功耗物聯網 | 外徑 D | 長度L | 塑膠凸台孔 | 塑膠壁厚 W | |
| 直徑 C | 深度 Y | ||||
| M1.2 * 0.25 | 2.3 | 2.0 | 2.0 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.2 * 0.25 | 2.5 | 2.0 | 2.2 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.3 | 1.8 | 2.0 | 2.8 | 0.8 |
| 2.0 | 3.0 | ||||
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.35 | 2.0 | 2.1 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.5 | 2.0 | 2.2 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.4 * 0.3 | 2.7 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 0.8 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 2.5 | 1.8 | 2.2 | 2.8 | 1.0 |
| 2.0 | 3.0 | ||||
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 2.7 | 2.0 | 2.3 | 3.0 | 1.0 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.6 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.0 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.7 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.2 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
| M1.8 * 0.35 | 3.0 | 2.0 | 2.6 | 3.0 | 1.2 |
| 2.5 | 3.5 | ||||
| 3.0 | 4.0 | ||||
| 3.5 | 4.5 | ||||
| 4.0 | 5.0 | ||||
5.5 常見問題及解決方法
1) 塑膠凸台上孔的尺寸必須精準。如果孔太大，嵌入螺帽後塑膠部分無法充分嚙合，導致扭力不足和拉拔阻力降低。如果孔太小，則可能出現毛邊或裂痕。
2) 如果螺母尺寸和塑膠尺寸正確，但問題仍然存在，請考慮改進設計。
由於塑膠凸台較淺，使用雙斜紋滾花螺帽會導致螺帽尺寸確定後滾花部分過短。螺帽嵌入後，與滾花接觸的塑膠部分過少，導致扭力和拔出阻力不足。因此，通常建議塑膠凸台孔的深度至少為 2.5 毫米，螺帽的長度至少為 2.0 毫米。
改良方案：若修改模具較為困難，可考慮將螺帽滾花紋路改為單斜BS1花紋，如圖右所示。這樣可以增加滾花紋路的階梯高度和與滾花紋路接觸的塑膠量，從而提高扭力和拉拔阻力。
3) 塑膠凸台孔周圍出現毛邊或裂痕
當使用左側所示的螺帽樣式時，螺帽嵌入塑膠後，A1 和 A2 區域會膨脹，而 B 區域則會急劇收縮。這會導致塑膠難以流平，並在螺母的上下兩端形成毛刺，嚴重影響產品外觀。
改進：利用C段作為導向和定位結構，使螺母能夠牢固地放置在塑膠孔中，從而提高效率和成品率。 C段導引結構允許從A2區域擠出部分塑料，同時為A1區域保留足夠的塑料。此外，A1和A2區域均採用斜向滾花，其夾角為90°，斜面角度為45°。它們的交匯處形成一個堅固的節點，能夠抵抗周向扭矩，從而顯著提高扭矩和拔出阻力。
