| 嵌件成型製程是在射出成型模具中預先放入金屬、陶瓷或電子元件，然後再注入塑膠。熔融塑膠流過嵌件並冷卻後黏附在其表面，在一個成型週期內形成一個永久黏合的零件。無需黏合劑、無需二次組裝、無需單獨的緊固步驟。 |
不妨這樣想：全塑膠螺紋接頭在幾次組裝循環後就會磨損。而射出成型的黃銅螺紋接頭則可以無限期地承受相同的負荷。金屬負責機械加工；塑膠則提供了外殼、形狀和輕量化的優勢。
這種連接是機械性的，而非化學性的。塑膠冷卻時，會略微收縮包裹嵌件。嵌件表面的滾花紋路、凹槽和倒角設計增強了這種壓縮夾持力，形成能夠承受實際工程載荷的連接。
嵌件成型製程原理—分步詳解
嵌件成型製程在標準的射出成型機上進行，關鍵差異在於：嵌件必須在射出成型循環開始前放置在模腔內。其他步驟均遵循正常的射出成型流程。
1. 刀片準備
嵌件需經過尺寸精度及表面狀況檢查。滾花和螺紋必須清潔—污染會影響塑膠的正確黏合。
較大的金屬嵌件（約 50 克以上）可預熱至 150–200°C，以減少熱塑膠與冷金屬接觸時的熱衝擊，從而降低冷卻過程中周圍塑膠開裂的風險。
2. 插入位置
將嵌件裝入模腔內的型芯銷上。小批量生產時，此步驟由人工完成；而年產量超過約20,000萬件時，則採用機器人裝料或振動盤式送料器，以提供人工裝料無法始終如一達到的定位重複精度（±0.05毫米或更高）。
3. 模具封閉
模具兩半閉合併夾緊。定位銷將嵌件固定在位，以抵抗注射壓力，工程塑膠的注射壓力可達 40–140 MPa。定位銷與嵌件的配合至關重要－過緊會導致嵌件開裂，過鬆則會導致嵌件移位。
4. 注塑成型
熔融塑膠充滿型腔，流經鑲件周圍，並滲入每個滾花槽、倒角和通孔。澆口位置至關重要：如果澆口直接位於鑲件表面，會產生液壓射流，可能導致鑲件移位。澆口應遠離鑲件位置，並將塑膠輸送到型腔內。
5.冷卻凝固
當塑膠冷卻時，會在嵌件周圍略微收縮，從而形成壓縮機械夾持力。金屬嵌件起到散熱片的作用，可以加速其周圍區域的冷卻。均衡的冷卻通道設計可防止嵌件周圍出現差異性收縮和翹曲。
6. 頂出和檢查
成品零件彈出。頂針不得直接按壓嵌件－彈出過程中施加在嵌件上的任何力都可能導致其從尚未完全固化的塑膠中脫出。偵測內容包括嵌件位置（三坐標測量機或視覺系統）、脫出力抽樣、尺寸一致性。
嵌件成型與包覆成型
這兩個術語經常一起出現，但它們解決的是不同的問題。嵌件成型是將不同的材料（通常是金屬和塑膠）一次性射出成型。包覆成型則是將第二種塑膠材質覆蓋在第一種塑膠基材上－通常用於改善觸感、密封或美觀。
| 嵌入成型 | 包覆成型 | |
| 它能做什麼 | 將金屬、陶瓷或預製零件永久嵌入模製塑膠內部 | 在現有塑膠基材上塗覆第二種塑膠材料 |
| 鍵合機制 | 機械式－塑膠會收縮包裹刀片表面的滾花、凹槽和倒扣。 | 化學+機械－界面處需要相容的聚合物。 |
| 主要用例 | 結構：螺紋連接、電觸點、軸承面、感應器 | 符合人體工學且密封性佳：握柄、柔軟觸感表面、一體成型密封墊圈 |
| 模具數量 | 一個模具；注塑前裝入嵌件。 | 至少需要兩套模具（基板+包覆成型），或是一套雙色射出成型模具 |
| 循環步驟 | 一次性流程 | 雙色注塑製程－先註塑基材，再注塑包覆成型 |
| 材質搭配 | 金屬+塑膠（異種材料－無需化學鍵結） | 塑膠+塑膠（層間需具備化學相容性） |
| 範例部分 | USB連接器外殼，黃銅接點；尼龍泵體，鋼軸 | 電動工具手柄，採用TPE軟握把包覆PP芯材。 |
有時，兩種製程會同時應用於相同零件－嵌件成型添加金屬結構元件，然後包覆成型添加柔軟的人體工學層。高檔手術器械和高階電動工具就是常見的例子。
如需對這兩個過程進行詳細的並排比較，請參閱 Fecision 的文章。 包覆成型與嵌件成型.
材質：塑膠和嵌件類型
嵌件成型中的材料選擇涉及兩個相互匹配的決策：嵌件和塑膠。它們不僅在工程性能上必須相容，而且在成型過程中的相互作用也必須相容——尤其是在熱膨脹、收縮以及塑膠流入嵌件精細表面特徵的能力方面。
塑料樹脂
塑膠的選擇取決於三個因素：機械屬性以及化學和熱需求。
| 材料 | 普通級 | 為什麼它在嵌件成型中有效 | 應用例子 |
| 尼龍（PA6/PA66） | 最常見的 | 與黃銅形成牢固的機械互鎖；半結晶收縮材料緊密地咬合滾花紋路。 | 螺紋外殼、汽車連接器、工業支架 |
| PA66-GF30（玻璃纖維增強） | 醫療/汽車 | 玻璃纖維可牢固鎖定嵌件，且不會造成螺紋變形；Cpk 值可達 1.67 以上。 | 醫療器材外殼，精密感測器支架 |
| ABS | 消費品 | 良好的黏合性；較低的溫度可使插入件的熱應力保持在可控範圍內。 | 電子產品外殼，消費品外殼 |
| 聚碳酸酯（PC） | 顯示器與電子產品 | 嵌件周圍尺寸穩定性極佳；熱應力略高於ABS。 | 連接器本體、光學元件外殼 |
| PBT | 資訊插座 | 吸濕性低；在潮濕環境中循環使用後仍保持穩定 | 汽車連接器、繼電器外殼 |
| 窺視 | 航空航太/醫療 | 機械強度極高；必須預熱嵌件以避免熱裂紋。 | 航空航太緊固件嵌件、植入式設備組件 |
插入材料
嵌件成型製程使用各種標準組件，其材料選擇包括：
| M空中的 | 普通級 | 為什麼它在嵌件成型中有效 | 應用例子 |
| 黃銅 C36000/C37700 | 螺紋嵌件 | 最佳的加工性能；無需電鍍即可耐腐蝕；成型過程中具有良好的導熱性 | 標準螺紋凸台，M2–M10範圍 |
| 不鏽鋼 303/304/316 | 醫療/食品 | 適用於腐蝕性環境；加工難度是黃銅的 2-3 倍 = 刀片成本較高 | 醫療器材觸點，食品接觸接頭 |
| 鋁（2024 等級） | 航空航太/手提電子產品 | 重量僅為黃銅的三分之一；強度比黃銅高40%；不含鉛 | 輕型航空航天插件，便攜式電子產品 |
| 銅 | 電器類 | 導電性最佳，適用於載流觸點；質地柔軟，能與大多數塑膠良好黏合。 | PCB觸點、母線插片、接地端 |
| 陶瓷 | 高溫 | 能承受足以使金屬劣化的極端溫度；脆性較大－需仔細佈置澆口位置 | 感測器元件、熱電偶外殼 |
關於黃銅的說明： 黃銅是螺紋連接中最常用的嵌件材料。 C36000 和 C37700 牌號（易切削黃銅）兼具所有嵌件材料中最易加工的特性、良好的耐腐蝕性、足夠的導熱性（有利於模具冷卻）以及比不銹鋼更接近工程塑料的熱膨脹係數。這種更接近的特性降低了兩種材料從熔融溫度冷卻到室溫時的界面應力——這也是黃銅嵌件在循環使用中使用壽命更長的實際原因。 [2]
嵌件成型設計規則（DFM）
大多數嵌件射出成型失敗都是設計缺陷，而非製程缺陷。模具和機器可以彌補一些設計上的不足，但並非萬無一失。以下六條規則可以解決鋼材切割前大部分的首件問題。
1. 嵌件周圍塑膠壁的最小厚度：0.8毫米，優選1.2-2.0毫米
當塑膠在金屬嵌件周圍冷卻時，熱收縮會在凸台壁上產生環向應力。厚度小於 0.8 毫米的壁面橫截面不足以承受這種應力，因此會發生裂縫——有時在脫模時立即裂開，有時在第一次裝配循環後裂開。
具體來說：對於外徑為 6mm 的 PA66 材質黃銅嵌件，1.0mm 壁厚可以承受靜態負荷，但在超過 1.5 N·m 的重複扭矩循環作用下會發生裂縫。 1.5mm 壁厚則可將安全循環扭力極限提高到約 3.5 N·m——超過原來的兩倍。
我們的 DFM 審核會在模具核准前標記出任何凸台壁厚低於 1.2 毫米的情況。
2. 凸台外徑：至少為嵌件外徑的1.5倍
凸台必須夠大，能夠容納嵌件的全部滾花深度，並留出一定的塑膠壁。作為實際操作的起點，其外徑至少應為嵌件外徑的1.5倍。 [1] 較小的凸台會將環向應力集中在較小的橫截面上，更容易開裂，尤其是在玻璃填充材料中。
3. 插入表面特徵：滾花、凹槽和倒扣－而非光滑表面
光滑的圓柱形嵌件完全依靠塑膠收縮產生的壓縮力來抵抗拔出和旋轉。僅靠這種力不足以承受大多數使用負荷。滾花紋路、環形凹槽和倒角設計可以形成機械互鎖，顯著提高保持力。
在PA66合金中，菱形滾花輪廓的6mm嵌件可達到3.5–4.5 kN的拔出力，比相同條件下僅帶塑膠螺紋的凸台高出三到五倍。直紋滾花可提高抗扭力能力；螺旋紋滾花（角度30–45°）可提高軸向拔出力並降低扭力損失。兩者可結合在同一嵌件上，以優化雙向負載下的性能。 [2]
4. 澆口位置：絕對不能直接位於嵌件面上
直接在嵌件上澆注射出成型會產生高速塑膠射流，將嵌件從定位銷上推開。即使 0.5 毫米的位置偏移也會導致一側塑膠覆蓋不足，從而降低黏合強度。澆注口的位置應使注塑膠遠離嵌件－可以設置在凸台側面，也可以設置在相對的平衡壁上。
5. 通風：在填充末端靠近嵌件特徵的所有區域，通風深度為 0.01–0.02 毫米。
滾花、倒扣和嵌件背面會形成氣流死角區域，滯留的空氣無法排出。滯留的空氣會導致燒痕、滾花通道填充不完全以及嵌件後方的焊接強度低於周圍材料。在這些區域附近的成型線處磨出的排氣孔可以讓氣體排出，同時防止飛邊。
6. 預熱大型金屬嵌件
鋼和黃銅都是強導熱體。在200°C的塑膠模具中放入50克的冷鋼嵌件，會導致塑膠在型腔完全填充之前就過早地在嵌件周圍凝固，從而產生空隙、封裝不完全和黏合力弱的區域。在裝模前將嵌件預熱至150-200°C，可減緩溫度梯度，使塑膠有足夠的時間在凝固前填充每個表面特徵。
嵌件成型的優點
嵌件成型優於傳統製造技術的優點包括：
1. 塑膠線根本無法與之匹敵的拉拔強度
經過幾次組裝循環後，未加固塑膠條上的螺紋孔就會出現問題。而同一殼體內的黃銅嵌件（採用射出成型而非熱鉚接製程）則能無限期地承受相同的扭力。兩者的拉拔力通常相差 3-5 倍。
其原理是：塑膠冷卻時會收縮並貼合到嵌件的滾花紋路上，在每個滾花紋脊處形成壓縮咬合。在擰緊螺絲時，扭力的抵抗力來自整個滾花紋深度上的金屬與塑膠的互鎖作用，而不僅僅是表面摩擦。
2. 一次循環，無需二次組裝
通常情況下，注塑成型以外的另一種方法是：先模製塑膠零件，然後透過壓制、熱鉚接或超音波焊接等方式嵌入緊固件。這需要兩道工序、兩個工位、兩個檢驗點，以及兩次損壞零件的機會。
嵌件成型製程省去了所有二次加工工序。成品黏合組件一次成型即可從模具中取出。在大批量生產的情況下，可大幅節省人工成本。
3. 與全金屬設計相比，零件重量更輕
用注塑成型的塑膠外殼代替機械加工金屬外殼通常可以減輕 40% 到 60% 的重量。尼龍的體積重量大約是鋼的七分之一。對於汽車、航空航太和便攜式電子產品而言，這並非微不足道的優勢——它直接影響燃油經濟性、有效載荷能力和用戶舒適度。
4. 嵌入式組件周圍的密封
當需要對電觸點或感測器進行密封，防止潮氣、化學物質或壓力侵入時，嵌件射出成型是最可靠的方法之一。塑膠完全包裹嵌件，無需黏合劑或墊圈，即可在一次成型過程中封閉所有潛在的滲漏路徑。
醫用靜脈輸液連接器和 IP 防護等級連接器外殼是常見的例子——塑膠密封是透過注射壓力形成的，而不是透過下游密封步驟形成的。
5. 材料特性在實際需要的地方
射出成型過程讓每種材料都能發揮其最佳性能。黃銅承受螺紋負荷；聚碳酸酯負責外殼幾何形狀和電氣絕緣；銅負責導電。最後得到的零件比全金屬設計更輕、更小、更經濟，而且在關鍵部位的強度又優於全塑膠設計。
嵌件成型技術的應用領域－按產業劃分
電子產品和連接器
這可以說是全球注塑成型製程最大的應用領域。 USB 連接器、音訊插孔、電源連接器、PCB 支架和天線接點都採用注塑成型工藝，將銅或黃銅接點封裝在塑膠外殼內。
金屬的導電性和塑膠的絕緣性相結合，正是電子和連接器應用所需要的——而單獨使用任何一種材料都無法實現這一點。
醫療器械
導管接頭、手術器械把手、輸液幫浦組件和植入式醫療器材外殼均採用嵌件成型製程。醫療器材嵌件成型製程通常使用PA66-GF30（玻璃纖維增強尼龍）或PEEK作為塑料，並使用316不銹鋼作為嵌件－既滿足生物相容性要求，又能承受醫療器材必須經受的反覆滅菌循環。
定位精準度在醫療應用中特別關鍵－植入物錯位會影響器材功能或危及病人安全。對於 II 類和 III 類醫療器材項目，CMM 定位驗證中 Cpk 值高於 1.67 是標準做法。
我們的相關服務： 菲西森醫療注射成型
汽車業
汽車嵌件成型涵蓋範圍很廣：儀表板組件中的螺紋緊固件襯套、發動機管理系統中帶有嵌入式觸點的傳感器外殼，以及在玻璃纖維增強尼龍框架內使用鋁嵌件以同時滿足重量和負載目標的結構支架。
航空航天與國防
在航空航太計畫中，每一克重量的減輕都具有經濟價值，因此，輕質結構嵌件（通常為2024鋁合金）被模壓到PEEK或高性能尼龍外殼中。此嵌件為結構緊固件提供承載螺紋；與全金屬部件相比，PEEK材料具有耐化學腐蝕、高溫穩定性和輕量化等優點。
消費產品
電動工具手柄採用金屬軸連接，廚房電器旋鈕帶有嵌入式黃銅螺紋，健身器材部件帶有金屬樞軸嵌件，這些都採用了嵌件成型工藝。塑膠的設計自由度和金屬的耐用性是其共同特點——單獨使用任何一種材料都無法以商業上可行的成本滿足應用需求。
常見問題（FAQ）
射出成型螺紋比攻牙塑膠螺紋強度高多少？
通常情況下，拉拔力是塑膠螺紋的3-5倍。 PA66材質的黃銅螺紋嵌件可達到3.5-4.5 kN的拉拔力；而同材質的螺紋塑膠凸台僅能達到0.8-1.2 kN的拉拔力。扭力阻力方面的差異更為顯著，塑膠螺紋在反覆組裝過程中會逐漸磨損，而金屬螺紋則能保持穩定。
嵌件成型適用於所有熱塑性塑膠嗎？
大多數工程級熱塑性塑膠都適用於嵌件成型。實際的限制在於加工溫度的極端情況。例如，PEI（Ultem）或未增強的PEEK等高溫塑膠需要料筒溫度高於370°C，這會對大型金屬嵌件造成嚴重的熱衝擊。另一方面，像純TPU或矽橡膠這樣的高柔性材料對嵌件的壓縮抓力有限。
注塑過程中導致嵌件移位的原因是什麼？如何防止嵌件移位？
嵌件移位是由塑膠熔體的液壓將嵌件從其定位銷上推開造成的，此時嵌件還沒有時間被凝固的塑膠夾緊。
- 造成這種情況的三大主要原因是：直接在刀片表面澆注、定位銷直徑不足（配合過松）以及注射速度過高。
- 預防措施：澆口遠離嵌件，定位銷的尺寸應確保牢固的定位（嵌件不應在銷上晃動），並使用適中的填充速度和緩慢的初始注射階段，直到嵌件被部分固化的塑膠包圍。
生產中如何驗證插入位置？
根據產量和公差要求，驗證方式從定期的手動拉拔力抽樣到100%線上視覺檢測不等。對於醫療器材和航空航太零件，自動化視覺系統會在每個循環中檢查嵌件位置。對於汽車項目，抽樣式三座標測量是標準做法。
達到多少最小產量才能讓嵌件成型模具的成本合理？
沒有通用的答案，但有一個切實可行的出發點：
- 如果年產量低於 5,000 個零件，且設計仍在不斷改進，則後模插入方法（熱鉚接或超音波）通常能提供更好的經濟效益。
- 年產量超過 20,000 個零件時，嵌件成型的單件成本優勢（一個循環而不是兩個步驟）通常足以抵消模具投資。
- 在 5,000 到 20,000 之間，這個決定取決於插件的複雜性、所需的黏合強度以及自動裝載是否合理。
精密注塑成型
Fecision的射出成型能力涵蓋手動和機器人兩種方式的嵌件裝載，可加工黃銅、不銹鋼、鋁和銅材質的嵌件，螺紋規格從M2到M10，涵蓋所有標準螺紋尺寸。 嵌件成型程序 在進行工裝設計之前，應進行 DFM 審查：在切割鋼材之前，應根據要求確認壁厚、凸台幾何形狀、澆口位置和刀片表面規格。
- 工具： 本公司內部採用數控加工和慢速線切割工藝，實現高精度模具特徵加工，所有嵌件注塑成型的首件均採用±0.002mm CMM 檢測。
- 醫療項目： 符合 ISO 13485:2016 品質管理系統標準，從原料 COA 到成品零件文檔，全程可追溯。無塵室生產 II 類和 III 類醫療器材組件。
- 認證： ISO 9001:2015、ISO 13485:2016、AS 9100 Rev D。
提交圖紙以供DFM審查 fecision.com/contact-us請聯絡我們，討論您嵌件成型的所有需求。
結語
多個行業領域透過嵌件成型製造方法實現了更好的產品耐用性和經濟效益，同時也提供了精良的設計元素。汽車、醫療設備、電子和航空航太產業的產品成功取決於對嵌件成型合作夥伴的適當選擇。
菲西森 提供符合所有現有產業要求的頂級嵌件注塑解決方案。請與我們聯繫，討論您的嵌件成型要求的各個方面。
參考文獻和權威來源
瀏覽日期：2026 年 XNUMX 月。
[1] Protolabs 設計技巧。 “利用嵌件成型增強零件強度。” https://www.protolabs.com/resources/design-tips/building-strength-into-parts-with-insert-molding/
[2] SPIROL International。 「塑膠螺紋嵌件—設計指南」。 https://www.spirol.com/assets/files/ins-threaded-inserts-design-guide-us.pdf
