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2.9 嵌件设计
为了增加注塑制品局部的强度、硬度、刚性、耐磨性及满足导磁、导电性；或为了增加制品的尺寸稳定性与精度；或为了降低塑料消耗及满足外观等要求，塑件常采用各种形状、各种材料的嵌件。也就是说，在注塑制品中嵌入各种其它预先成型好的制品。比如说在成型注塑制品时，为了增加注塑制品的机械强度和使用寿命，把经常拆卸的螺孔、螺钉等做成金属的。为了使具有绝缘性能的塑件成为导体，而在注塑制品中压入黄铜、银等金属嵌件。
通常制得注塑嵌件制品的方法有两种：一种是在注射成型时将嵌入件放置在模具中注射成型而得到嵌件制品；另一种是在注塑制品成型好之后再将嵌入件通过焊接等手段嵌入注塑件的方法。后一种方法属于二次加工的方法，常用的有超声波压入法、加热嵌入法等；为了使定位准确，通常在嵌入部位预留一个锥形孔。这种方法的优点是提高了生产效率，但要求设备种类增多，同时在嵌件周围可能会产生溢料。前一种方法由于嵌件大都是人工向模具内安放，会降低注塑制品的生产效率，难以实现自动化。
不论是哪一种方法，嵌件的结构形式、对嵌件材料的要求基本是一致的。多数嵌件是由各种有色金属和黑色金属制成的。也有用玻璃、木材或已成型的塑料件等非金属材料制成的嵌件注塑制品。本节主要以金属嵌件为基础讨论嵌件注塑制品设计的基本原则。
（1）嵌件的结构形式
①嵌件表面必须设计止动装置。为了使嵌件牢固地嵌于制品内，而不致在制品受力时转动或被拔出，嵌件外表面须加工成环形沟槽或滚成菱形花纹，也可将其压扁以制成各种特殊形状。常见的嵌件有如图2-15所示的几种形式及固定方式，图2-15（a）为突出圆柱形嵌件，这种嵌件有光杆和螺纹杆、针状杆等形状，为了固定牢靠，通常在表面用菱形滚花处理。在受力大的场合还可以在嵌件上开环状沟槽。小型嵌件上的沟槽其宽度不应小于2mm，深度为1～2mm。也有采用直纹滚花的，据介绍这种滚花在嵌件较长时，由于塑料与金属间热胀系数不同可以允许塑料作少许轴向滑移，以降低内应力，如图2-15（b）所示。但这种嵌件必须开环形沟槽，以免在受力时被拔出。六角形嵌件较少使用，因尖角处易产生应力集中，见图2-15（c）。片状嵌件可以用开孔眼、切口、或用局部折弯等办法来固定，见图2-15（d）。图2-15（e）为圆筒形嵌件，圆筒形嵌件有通孔和非通孔的，孔中又有带螺纹和不带螺纹之分。带螺纹孔的嵌件是最常见的，它用于经常拆卸或受力较大的场合。针状嵌件可用局部扎扁或折弯等办法采固定，见图2-15（f）。
图2-15 各种金属嵌件在塑料制品内的固定方式
②金属嵌件嵌入部分的周边转角处应有倒角。减少嵌件周围的塑料因冷却时产生应力集中而引起的开裂；需要有不少于1mm×45°的倒角或半径不小于0.5mm的圆弧。
③杆形螺纹嵌件应在无螺纹部分与模具配合，否则熔融的塑料容易渗入螺纹部分而影响使用；嵌件在模内的光杆固定部分和模具配合，应采用基孔制间隙配合H8～H9/f9，以保证嵌件插入模具，定位准确，防止溢料。常用形式如图2-16（a）所示是将圆柱形嵌件插入模具内相应的孔中加以固定；图2-16（b）是采用一凸肩和模具配合，即增加了嵌件插入模具后的稳定性，又可阻止塑料流入螺纹中；图2-16（c）所示的嵌件上有一凸起的圆环，在成型时，圆环被压紧在模具上而形成密封环，也可以阻止塑料的流入。
图2-16 圆柱形嵌件在模具内的固定方式
对于环形嵌件，通常利用辅助的圆形光杆来固定，同时也要求光杆固定部分和模具配合处采用基孔制间隙配合H8～H9/f9。如图2-17所示是几种圆环形嵌件在模具内的固定方式，其中图2-17（a）是在制品内成型一个圆环不带通孔的螺纹嵌件，可以采用插入式定位，就是将嵌件直接装插在模具中的一个圆形光杆上；图2-17（b）为了增加定位的稳定性和密封性，除了用光杆定位以外，还设计了一个凸出的台阶与模具的孔相配合；图2-17（c）和图2-17（b）相类似；图2-17（d）是利用一个内部台阶来与插入杆密切配合的。
图2-17 圆环形嵌件在模具内的固定方式
④杆形嵌件的高度不应超过其定位部分直径的两倍。对于薄而长的嵌件，要避免塑料填充时直接冲击，以免嵌件位置移动、弯曲、变形或折断；垂直于料流方向的嵌件应要加支撑如图2-18（a）、（b）所示；嵌件一端嵌入制品的高度应稍稍低于型腔（制品厚度）的成型高度0.05mm，以免压坏嵌件和模腔；对于薄片状制品可以在料流方向上钻孔，从而降低料流对嵌件的冲击，减少嵌件的变形，如图2-18（c）所示。
图2-18 细长嵌件在模具内的固定方式
（2）嵌件在注塑制品上的位置
①嵌件应布置在制品的凸台或凸起部位，嵌件的深度应大于凸起部位的高度，以保证应有的注塑制品机械强度。
②嵌件周围塑料层的厚度，取决于塑料的种类、收缩率、塑料与嵌件的膨胀系数之差以及嵌件形状等因素。金属嵌件周围的塑料层越厚，则制品破裂的可能性就越小，同时也有利于制品的成型。对塑料件易产生内应力的地方应增加壁厚。表2-9中列出了常用金属嵌件周围塑料层厚度的数据。
表2-9 金属嵌件周围塑料层厚度 单位：mm
③嵌件的布局要合理，当同一个制品上有多个嵌件时，尽量使嵌件对称分布，以免集中位于注塑制品单侧的嵌件会使注塑制品产生弯曲、变形或断裂。
（3）嵌件材质选择 嵌件用材料的膨胀系数与所选用塑料材料的膨胀系数应尽可能接近。由于两种材料线膨胀系数的差异，冷却时的收缩率不同，在嵌件周围应力集中，特别是对嵌件周围的塑料层很薄的制品而言，不仅成型困难，同时因应力集中而导致产生辐射状的裂缝。
大多数塑料的线膨胀系数是金属的3～12倍，在成型时，一些大型嵌件可采取预热到料温的方法，以减少收缩差。对于内应力难以消除的制品，可采用成型后退火处理的办法来降低内应力。