塑件的结构设计

在塑料模塑制品中配置金属或其他材料的零件，或将零件压入制品中，或将零件放在模具型腔中，成型后成为模塑制品不可拆卸的组成部分。该制品为嵌件模塑制品，嵌入制品中的零件称为嵌件

镶入嵌件的主要目的是为了增加塑件局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性；为提高塑件尺寸和形状的稳定性及精度；降低塑料的消耗等。嵌件的材料有有色金属、黑金属、玻璃及木材等

嵌件可分为接触塑料和不接触塑料两部分。接触塑料部分是指嵌入制品中的部分，此时应设法加大塑料对嵌件的握固强度和嵌件的抗拔出能力。为此对圆柱形零件，可采取表面滚花、车凹槽等措施；对片状或板状嵌件，可考虑钻孔、冲缺口或打弯等。不接触塑料部分是指嵌件外露部分，主要为了嵌件使用方便以及便于将嵌件牢固地置于模具中

金属嵌件的不同结构形式

序号

金属嵌件图号

金属嵌件名称

序号

金属嵌件图号

金属嵌件名称

1

图a

内螺纹盲孔阴嵌件

8

图h

双头外螺纹阳嵌件

2

图b

内螺纹通孔阴嵌件

9

图i

内螺纹盲孔双凸台阳嵌件

3

图c

内螺纹带凹台盲孔阴嵌件

10

图j

凹槽阳嵌件

4

图d

内螺纹盲孔螺栓形阳嵌件

11

图k

板或片状嵌件

5

图e

单端孔阳嵌件

12

图l

带孔拱形片状嵌件

6

图f

双端孔阳嵌件

13

图m

杆形阳嵌件

7

图g

铆钉阳嵌件

在嵌件与塑件的设计中，要考虑两者之间持久的连接牢度和注射过程的可行性

① 嵌件的形状和表面应设计适当伏陷结构，以提高嵌件与塑件的连接牢度，其主要形式见表1

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　嵌件上的伏陷结构

序号

主要形式

说  明

1

圆柱表面滚花(图a)

交叉滚轧的麻粒状花纹，连接效果比直纹滚花好。直纹滚花在轴线方向易松动

2

开槽(图b)

可在圆柱表面开圆环槽，但周向易松动

3

切口和冲孔(图c)

对于片条嵌件，可冲压切口或孔作为伏陷结构

4

压扁和弯折(图d)

细圆条嵌件，可局部压扁，也可折弯

② 嵌件在模具内要可靠定位，在动模的合模运动中嵌件要不产生松动，以保证在高压熔体冲压下不偏移不漏料

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　嵌件在模具内的定位

序号

示  图

说  明

1

模具上的圆柱孔与螺杆嵌件上轴段有H9/f9配合定位尺寸

图a、b所示，螺杆嵌件的轴线方向定位较差，熔料有溢入螺纹牙的可能

图c所示，图上轴线方向有凸肩定位，熔料不会溢入螺纹牙

2

图a所示螺母嵌件为不通孔，嵌件插入模具上的定位芯棒。若为通孔，如图b所示，采用可拆卸的螺钉芯棒，在模外旋入螺母嵌件，然后一起定位到模具上

3

为防止柱状嵌件被高压熔体压歪，嵌件高度h不宜超过直径d的2倍。必要时给以支撑，如图所示。对面积较大片状嵌件，对全埋在塑件中的嵌件如汽车方向盘，都用模具上的芯柱支撑

由于金属与塑料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，会降低材料的力学性能。因此，金属嵌件周围的塑料要有足够的厚度，其推荐值列于表3

表3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　金属嵌件周围塑料层的最小壁厚　　　　　　　　　　　　mm

塑料材料

金属嵌件的外径D范围

塑料材料

金属嵌件的外径D范围

1.5～16

16～25

1.5～16

16～25

酚醛塑料

尼龙66、聚乙烯

尼龙6

0.8D

0.4D

0.5D

0.5D

0.3D

0.4D

聚丙烯、聚醛、聚甲基丙烯酸甲酯

醋酸纤维素

ABS

0.5D

0.9D

1.0D

0.3D

0.8D

0.8D

嵌件在模塑制品中的位置直接关系到制品外观、强度及使用性能等。因此在设计嵌件模塑制品时，必须考虑嵌件在制品中的合适位置，见下表

塑件中嵌件的位置

序号

项  目

示  图

说  明

1

嵌件底

面离制

品壁面

的距离

如图a所示，若嵌件底面紧挨制品壁面，制品壁面会产生波纹形缩痕

2

在模塑

制品边

缘的

嵌件

在模塑制品边缘的嵌件，若嵌件离制品壁面很近，要考虑到嵌件外伸部分插入凸模定位孔中，孔壁离凸模表面距离太小时，会引起孔口附近模具边缘损坏。为避免这一缺陷，嵌件离制品壁面内侧的距离应大于0.5mm。如图a所示

凸台中嵌件见图b所示。此类嵌件应伸到凸台底部，嵌件底部为球头，以避免制品中局部应力集中。凸台应增设加强筋

对于受力嵌件，制品中嵌件承受的应力超过塑料材料的强度，设计制品时应考虑使嵌件受力而嵌件周围塑料不受力。图c所示，金属板用螺钉紧固在塑料制品上，为使拧紧螺钉产生的压缩力直接作用在嵌件凸肩上，金属板上孔径应小于嵌件凸肩外径

塑料制品在使用过程中，由于环境温度变化和塑料老化的影响，在嵌件周围的塑料可能产生裂纹。为防止和减少裂纹，合理设计嵌件模塑制品结构极为重要

对于金属嵌件模塑制品，嵌件的周围壁面应有足够的厚度，若壁面太薄，易引起裂纹，下表列出了不同塑料品种模塑制品中金属嵌件周围最小壁厚

不同塑料品种模塑制品中金属嵌件周围最小壁厚设计推荐值　　　　　　　　　mm

塑  料

嵌  件  直  径

4

6

10

12

20

25

ABS

聚甲醛

丙烯酸塑料

纤维素塑料

FVA

FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)

尼龙

聚苯醚(改性)

PC

HDPE

PS

PP

酚醛(通用级)

酚醛(中等冲击强度)

酚醛(高冲击强度)

脲醛

环氧

醇酸

DAP

聚酯(热固性)

聚酯(热塑性)

密胺

4

1.6

2.4

4

1

0.6

4

1.6

4

不推荐

不推荐

4

2.4

2

1.6

2.4

0.5

4

4

2.4

1.6

4

6

4

4

6

2

1.5

6

4

6

不推荐

不推荐

6

4

3.5

3

4

0.75

5

5

4

4

5

10

5

5

10

不推荐

不推荐

10

5

10

不推荐

10

5

4

3.5

5

1.0

5

6

4.5

5

5.5

12

6

6

12

不推荐

不推荐

12

6

12

不推荐

12

5.5

5

5

5.5

1.3

8

8

5

6

8

20

10

10

20

不推荐

不推荐

20

10

20

不推荐

20

8

7

7

8

1.5

9

9

6

10

9

25

12

12

25

不推荐

不推荐

25

12

25

不推荐

25

9

8

8

9

1.8

10

10

7

10

10

在制件中，尽量不使用带锐边的嵌件如方形、矩形或六边形断面的嵌件，因为制品中嵌件锐边附近易产生局部应力集中，而使塑料产生裂纹，如图a所示

热固性塑料模塑制品，同一断面上相邻两嵌件之间的最小距离应大于4mm(图b)。若相邻两嵌件离得太近，易引起嵌件之间塑料产生裂纹，若嵌件用于传导电流，裂纹会引起短路

如图c、d所示，金属嵌件用作制品凸台支撑时，嵌件周围凸台最小壁厚尺寸按上表数据确定

不合理的嵌件形式和位置引起制品裂纹

热插嵌件是利用模塑制品出模瞬时塑料的弹性膨胀和冷却收缩，将嵌件插入而固定在制品成型孔中。热插嵌件操

热插嵌件

作简单。对于热固性塑料制品，适合采用热插嵌件。熔体在模具型腔中固化成型即可启模取出制品，此时制品温度较高，将嵌件插入成型孔中，制品温度下降产生冷却收缩抱紧嵌件。热插嵌件不适用于热塑性塑料模塑制品，因为制品必须在模具型腔中充分冷却定型后才能启模取出，取出的制品温度较低，弹性膨胀量小，冷却收缩对嵌件抱紧作用不大

热插嵌件必须正确确定塑料的弹性膨胀量，以避免超出弹性变形范围，引起嵌件周围塑料开裂，因此，必须严格控制模塑制品上热插嵌件用成型孔及嵌件直径公差。成型孔直径公差通过型芯直径公差保证

热插嵌件表面有直条滚花，以提高嵌件在制品孔中的握固强度。若使用过程嵌件脱落，可使用黏结剂粘接