哪种工艺适合您的定制生产？包覆成型与嵌件成型

注塑成型是制造工程中一个更为广泛的领域。根据所采用的方法和技术，注塑成型可细分为嵌件注塑或包覆注塑，这些技术旨在提高最终产品的化学和机械性能，并达到高度推荐的安全标准。 无论是在包覆成型与嵌件成型之间做出选择，用户都必须准确界定其对最终产品的目标和意图。例如，在为客户生产定制零件的过程中，我们公司曾遇到两种常见情况，而采用包覆成型还是嵌件成型的决定，则取决于每种情况的具体要求。.

在第一个案例中，我们受托制造一款工业用电气接线端子。该接线端子必须具备可靠的导电性能、牢固的端子固定能力，并能耐受高温和振动。经过分析，我们选择了嵌入式注塑工艺，而非包覆注塑工艺。 团队发现，外观和握持感的要求不能凌驾于将导电金属部件集成到塑料中的功能性要求之上。.

在第二种情况下，我们协助客户采用嵌件注塑工艺，为一款可充电电动牙刷制造了定制的包覆成型外壳。此处的基本要求是提供舒适的握感、防水性能以及美观的外观。.

这两个案例表明，包覆成型和嵌件成型都是注塑成型中同等重要的工艺。不过，它们的应用场景各不相同。在本篇讨论中，我们将简要介绍包覆成型和嵌件成型，并分析这两种制造工艺之间的差异。.

什么是包覆成型？

简而言之，包覆成型是一种应用于注塑成型的制造工艺，即用第二种材料将一个零件包裹或覆盖起来。第二种材料通常是橡胶或塑料。由此形成的结合使之成为一个整体产品。包覆成型可提高产品的耐用性、握持感、美观度及功能性。.

包覆成型中的基体部件称为基材。基材决定了最终产品的结构性能。因此，选择用于制造基材的材料至关重要。基材材料的选择因应用场景而异。下表总结了各种材料及其应用。.

第二种材料被称为“二次注塑材料”，通常经过熔融处理后涂覆在基材周围。选择二次注塑材料主要是看中其柔韧性、耐用性、耐化学性或密封性能。下表总结了部分此类二次注塑材料。.

包覆成型主要用于提升产品的功能性。通过包覆成型，制造商能够实现更佳的人体工学设计、减震、增强握持感、降低噪音以及提升外观美观度。.

什么是嵌件注塑？

嵌入成型是一种先进的塑料制造工艺，其操作是将预成型部件（金属或其他材料）放置在模具内部，然后在周围注塑成型，从而制成一个坚固且一体化的部件。该工艺省去了二次装配工序，既提高了产品的强度，又确保了高精度。.

在嵌件注塑应用中，通常会使用螺纹嵌件、销钉、衬套、电气触点和金属轴等部件。熔融塑料流经嵌件周围，形成紧密的结合，从而提高产品的耐用性和性能。该方法广泛应用于汽车、电气、电子、医疗器械和消费品等行业。 与包覆成型不同，嵌件成型的主要功能通常在于提供结构加固，或将关键的非塑料功能（如导电性或耐用的金属螺纹）直接集成到产品中。 常见的嵌件包括黄铜螺纹嵌件、不锈钢轴、磁铁、电气触点、铜端子、轴承和衬套。.

包覆成型与嵌件成型的主要区别是什么？

包覆成型和嵌件成型都将多种材料结合到单个部件中。然而，这两种工艺的目标不同，生产流程也各不相同。了解这两种工艺之间的区别，有助于工程团队根据生产量、产品设计和性能要求，选择最合适的工艺。.  

制造工作流程的差异

嵌件注塑是一种单次注塑成型工艺。该工艺首先通过机械加工、压铸或其他工艺制造嵌件。有时，嵌件并非在同一工厂制造，而是从其他地方采购而来。 将嵌件准备好并定位在模具中，然后将熔融塑料注塑到其周围。最终制成的零件是嵌件与塑料的一体化结构。嵌件注塑消除了二次装配工序，从而简化了生产流程。.

另一侧的包覆成型通常涉及两阶段工艺或专用双射成型机。第一步是生产基板。这种刚性基板可通过一次注塑成型循环制造。 随后，基材可转移至另一个模具（称为“拾放式包覆成型”），或者，如果使用双射成型机，则基材留在同一台机器中并旋转至第二个型腔。有时，设计中可能采用一个模具带有两个不同型腔的形式。 在这种情况下，基板通过旋转模板或分度系统从第一个型腔旋转至第二个型腔。随后，第二种材料被熔化，浇注在基板周围，并待其冷却。 最终制成的完整多材料零件被顶出，其中已集成了所有功能要求。由于包覆成型需要两个独立的成型阶段，因此与嵌件成型相比，该工艺较为复杂。.

工艺比较

下表总结了嵌件注塑和包覆注塑工艺之间的区别。嵌件注塑是一种单次注塑工艺，而包覆注塑则是一种两阶段注塑工艺。.

制造复杂性的差异

与包覆成型相比，嵌件成型的生产流程相对简单。一旦嵌件固定到位，该工艺仅需进行一次注塑成型。实际上，其周期时间更短、生产成本更低，且模具结构也更简单。包覆成型则相对复杂，且人工成本较高。 基材必须与二次注塑模具精确对位。该工艺的有效性取决于基材与包覆注塑件之间的兼容性。该工艺的开发周期较长，模具结构也更为复杂。不过，从积极的一面来看，包覆注塑能带来更显著的功能和美学提升。.

材料选择方面的差异

嵌件注塑与包覆注塑在材料组合方面存在显著差异。 在嵌件注塑中，通常使用塑料作为主要材料来包裹嵌件。嵌件可以由金属、陶瓷或电子元件等不同材料制成。另一方面，包覆注塑则可能在基材与第二种材料之间采用多种材料的组合。.

例如，在多材料设计中，可以将刚性的定制塑料基板与柔软的弹性体相结合，或者将金属与弹性体相结合。要使这些组合形成牢固的化学键，就需要精确匹配两种材料的表面能和热力学性质。 ^[1]..

典型应用中的差异

嵌入成型和包覆成型各有其特定的应用领域。下表列出了这两种工艺的部分应用领域。.  

嵌入成型如何提高机械强度？

嵌件注塑不仅仅是一种制造技术。选择该技术的主要原因在于提高机械强度和结构强度。仅由塑料制成的产品无法提供足够的载荷传递能力。因此，在注塑成型过程中，需要使用高强度金属嵌件对其进行支撑。 最终制成的产品，尽管重量较轻，却具备较高的机械强度和耐腐蚀性能。嵌件注塑将原本作用于聚合物的载荷转移至金属增强件上。因此，产品获得了更高的结构可靠性。 通过融入滚花、倒角、通孔和表面粗糙度等多样化的设计元素，可以进一步提升嵌件注塑的机械性能。.

滚花的作用

通常会在刀片表面加工出菱形、直线或螺旋状的沟槽图案，作为表面变形处理工艺。这种粗糙的表面纹理会在刀片与熔融聚合物之间形成微观机械咬合。在注塑过程中，熔融聚合物会流向并沉积在这些滚花周围。 当其凝固时，会锁定在这些沟槽中，从而显著提高拔出力强度和抗扭矩能力。.

倒角的作用

在嵌件注塑中，另一种提高机械性能的方法是在嵌件几何形状中设计反向角度特征。熔融聚合物填充这些空腔，形成物理锁止。因此，可以防止轴向或旋转方向的位移，这对于易受振动影响或高负荷的应用尤为重要。带倒角的嵌件主要应用于工业或汽车设备中。.  

通孔的作用

通孔是贯穿嵌件的开放通道。熔融塑料流经这些孔洞，冷却固化后形成坚固的锚固点。该锚固点可增强嵌件与聚合物之间的固定强度，无论是在垂直方向还是水平方向。在设计通孔时，需要进行流道分析，以确保没有气孔。.

金属嵌件的DFM指南有哪些？

注塑质量取决于嵌件的设计是否合理。对于金属嵌件，设计时必须考虑有效的滚花建议、嵌件定位、脱模斜度和浇口位置。滚花建议

与粘合剂相比，滚花能提供更强的机械锁紧力。不同的滚花图案适用于不同的场合。 例如，在高负荷情况下，建议选择菱形滚花。这种滚花的交叉图案可提供多方向的机械锁紧作用，这对扭矩和抗拔出力至关重要。此类滚花适用于汽车传感器外壳、电子连接器、工业机械以及医疗设备组件。.

另一种滚花类型是螺旋滚花，其抗动态载荷性能极佳。这种滚花在刀片周围具有连续的螺旋槽，既能抵抗旋转力，又能防止轴向拔出。除了具有优异的疲劳性能外，螺旋滚花还能降低应力集中，因此适用于机器人、电动工具和航空航天组件。 对于需要承受反复载荷和振动的刀片，您可以选择此类滚花。.

下表总结了各种类型的滚花及其应用。.

插入定位

嵌件的定位会影响粘接质量、尺寸精度和机械强度。在注塑过程中，嵌件在模具内发生轻微移动或位移，可能会导致粘接不牢、飞边以及零件质量不佳，从而导致产品被拒收。为确保嵌件定位准确，请遵循以下指南：

1. 确保嵌件周围的壁厚均匀。.

嵌件周围壁厚均匀有助于熔体流动、冷却和应力分布的均匀性。较厚的部位因冷却缓慢会导致差异性收缩，而较薄的部位则因填充不充分导致气孔和薄弱点。为避免壁厚变化，可采用带锥度或圆角的渐变过渡设计。 对于许多定制热塑性塑料，推荐的壁厚为 2-4 毫米。此外，工程师必须考虑金属嵌件与塑料之间的线性热膨胀系数 (CLTE) 差异，以防止成型后产生径向应力。 ^[2].

2. 支撑长插入件，以防止注射过程中发生位移。.

细长或较长的嵌件容易因高速流入型腔的熔融聚合物产生的高压力而发生位移。如果没有支撑，这些嵌件在注塑过程中可能会倾斜、旋转或振动。这会导致塑料覆盖不均匀，从而影响产品质量。因此，应尽可能在两端对嵌件进行支撑。 对于中空嵌件，可使用芯棒来确保其稳定性。.

3. 使用定位特征或专用巢穴实现可重复的放置

在大批量生产的情况下，可重复性是一个关键的设计因素。这需要特别注意以避免出现错误。因此，您需要定位特征来约束刀片在所有关键方向上的位置。常见的定位特征包括定位销、V型槽、精密凹槽和台阶。.

4. 大批量生产中机器人装载的设计。.

有时，嵌件注塑产品的需求量可能会达到预期产量的两倍甚至三倍。在这种情况下，由于周期时间限制严格且需要绝对一致的定位精度，人工装载嵌件可能并不现实。为了保持一致性、实现快速生产周期并降低人工成本，建议采用机器人装载。.

成本比较

下表总结了嵌入成型与包覆成型相比的成本情况。.

结论

在嵌入成型与包覆成型之间进行选择并没有固定的公式。这两种工艺在不同行业中都有其独特的应用场景。二者的选择应以产品功能为依据，而非仅考虑可用的制造方案。当结构完整性最为重要时，可以选择嵌入成型。它有助于确保产品具有长期的机械耐久性。 另一方面，当产品功能性最为关键时，包覆成型能发挥出色作用，特别是在振动环境、密封以及工具操作等场景中。.

参考资料

[1] Awaja, F., Gilbert, M., Kelly, G., Fox, B., & Pigram, P. J. (2009). 《聚合物的粘附性》。. 《聚合物科学进展》，第34卷(9), 948-968. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.007

[2] 爱思唯尔公司（Elsevier B.V.）（无日期）。. 热膨胀系数. ScienceDirect 主题。摘自 https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/coefficient-of-thermal-expansion