塑胶件中金属螺纹嵌件的类型及埋入方法

金属螺纹嵌件，可分为：外螺纹嵌件和内螺纹嵌件，本文主要介绍内螺纹嵌件，简称螺母，内螺纹嵌件按材质可分为：铜螺母(C3604黄铜或无铅铜)，不锈钢螺母(SUS303)，碳钢螺母(12L14或12L15)。

因铜材质具有较好的导热性以及易加工性，实际产品中，铜螺母的应用最为广泛，所以下面主要围绕铜螺母进行介绍。

铜螺母的分类

一、按外圈纹路可分为：

1. 直纹：易加工，成本低，能提供最大扭矩，不过拉出力较小，纹路中间的凹槽目的是增加拉出力。

2. 斜纹：平衡了两个方向（旋转方向和轴线方向）的阻力，即平衡了拉出力和扭矩性能。

1）螺旋纹，与直滚花相比，螺旋滚花具有较低的扭矩阻力，但轴向拉出阻力得到了增加，（注意：螺旋方向一般为右旋，可以防止螺钉在旋紧的过程中出现松脱）。

2）双斜纹（八字花），具备左右方向的斜纹，可以防止螺钉在旋紧或拧开的过程中出现松脱。

3）网纹（菱形纹），同样平衡了拉出力和扭矩性能。

3. 组合纹路，两种纹路组合，如直纹+斜纹。

二、按埋入方式可分为：

1. 热熔/超声波型

热熔埋入是最常用的一种埋入方式，一般以热熔机及手工电烙铁埋入，其原理是通过加热压头，并与铜螺母接触，使铜螺母温度升高，当温度达到此塑胶自身的软化温度时，将螺母埋植于胶件中，退出压头，冷却后铜螺母与塑胶件热熔成一体。

超声波埋入是一种通过超声振动,使螺母与塑胶表面及内在分子间的磨擦而使传出到接口的温度升高，当温度达到此塑胶自身的软化温度时，将螺母埋植于胶件中，当震动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形。

从上述原理可以看出，热熔埋入和超声波埋入的原理和过程其实都差不多，区别在于加热的方式不同，所以这两种方式所用的螺母类型可以归为一类，塑胶件的预留孔也可以通用。唯一的区别是，热熔埋入型常常选用铜螺母，因为铜的导热性较好，而超声波型可不限定铜材质的螺母，不锈钢或碳钢都可。

由于热熔/超声波型螺母最终还得靠外力的作用下压入，所以螺母的最前端一般有导向结构以利于压入埋置于塑胶预留孔。因此热熔/超声波型螺母还可以分为两种：锥孔型和直孔型。

1）锥孔型螺母以及对于塑胶预留孔的设计参考数据：

2）直孔型螺母以及对于塑胶预留孔的设计参考数据：

3）热熔/超声波型埋入方式的优缺点：

a、热熔埋入方式可以预埋不同平面上的螺母，也可以是相当远的距离，仍可以一次性实现多点预埋，而超声波埋入方式一般只能预埋平面高低落差不大的螺母，且螺母之间的距离不宜过大。

b、热熔埋入方式的设备简单，投入成本低，针对不同的产品可以快速切换，而超声波设备复杂，成本高，且存在噪音污染。

c、一般而言，热熔埋入由于可以对螺母进行整体加热，这使得熔化的塑料可以完全流入到所有产生保持力的部位，因此应该可以获得更高的性能。

d、超声波埋入方式速度要快，因为，热熔螺母压入塑胶孔前需要金属热熔头加热并传递热量使螺母变热，而超声波埋入方式不需要这个过程。

e、超声波埋入方式不需要传热到螺母，而是通过高频振动在螺母和塑胶结合处摩擦产生热量，所以超声波埋入方式对螺母的金属材质要求不高，而热熔一般需要铜材质。

综合来讲，由于热熔埋入方式具备灵活性好、一致性强、性能高、价格实惠这些优势，该方式成了众多应用中将螺母嵌件装配到塑件中的优先选择。

2. 模内注塑型

这种方式顾名思义就是把螺母放入模具内，塑胶注塑后胶料会包裹螺母的外壁，冷却后即可与塑胶件结合在一起，这种埋入方式可以得到最佳的结合强度，但相对于其他方式成本较高，主要体现在螺母的放置过程严重影响注塑周期。

所以对于模具内螺丝柱的司筒针或镶针与螺母内孔的配合需要严格管控，间隙过大，虽然容易放入，但是可能会漏胶（可选用盲孔螺母）；间隙过小，不易放入，影响注塑周期。

还有就是不能放错位置，否则模具合模后可能损坏模具；也不能漏放螺母，否则整件塑胶零件会判定为不合格件。

模内注塑型螺母常常选用直纹螺母就已经满足一般的产品需求了，因为注塑的胶料已经填满螺母中间的凹槽，之前担心的拉出力不够的问题，通过这样注塑方式可以得到解决，这种螺母前端不需要导向结构，当然，使用其他螺母注塑也是可以的，并没有严格的规定。

同理，也可以使用这种螺母通过热熔/超声埋入，没人会反对，前提是，需要在塑胶柱上做沉台导向，如下图。

模内注塑型螺母，对于塑胶柱的预留孔内径和深度没有太高要求，深度上不需要预留溶胶的空间，关注点主要在于外径，相关参数可参照热熔/超声埋入型设计。

3. 压入型

主要指冷压，是指不加热（常温下）直接压入塑胶，是相对于热压（热熔）螺母而言的，冷压工艺主要是应对难于通过热熔或超声等方式埋入的场合，比如一些热固性塑胶，固化成型后不能再次熔化或软化。

还有一种“膨胀式螺母”，这种螺母的特点是在侧面有槽，使其在压入时能够弹性变形。当拧入螺钉时，“膨胀式螺母”侧壁被迫向外张开，与孔内壁形成一个“咬合”接触。

尽管冷压工艺的性能可能不如上述类型，但是一种非常经济的选择。因为它们易于安装，通常不需要特殊设备。

由于压入型螺母在实际产品中不是很常用，故具体的设计参考参数就不列出来了，有需要了解的可以参考专业厂商的选型手册，我准备了两份，有需要PDF的后台留言吧。

4. 自攻型

自攻型螺母可以为塑胶孔提供了最佳的拉出阻力，外部螺纹采用薄型材设计，以尽量减少塑料中的应力，并且具有相对较大的间距，以提供最大的塑料剪切表面来抵抗拉出。

这种带有自攻螺纹的铜螺母，主要应用于PC材质或加玻纤等较硬的塑料，为了防止螺母与塑料的结合后开裂或应力释放产生的隐患，采用自攻型的螺母是一种不错的解决方案，采用普通的电动工具即可安装。

同样的，由于自攻型螺母在实际产品中不是很常用，故具体的设计参考参数就不列出来了，有需要了解的可以参考专业厂商的选型手册，我准备了两份，有需要PDF的后台留言吧。

铜螺母埋入方式的选择

一、什么情况下，需要在塑胶件中埋入铜螺母，或者说埋入铜螺母有什么作用？

1. 提高塑胶件之间的连接强度。

在一般情况下，塑胶件之间的螺钉连接通常是通过自攻牙螺钉连接，塑料螺丝柱的内孔可以通过注塑一次性成型，后续通过自攻牙螺钉自切生成螺纹连接，方便快捷；然而，当塑胶件之间的连接强度需要提高的时候，必须用足够的扭矩将螺钉拧紧，以便在主部件与螺钉螺纹之间产生足够的轴向张力，防止松动，但是，塑胶的螺丝柱内孔的螺纹承受不了足够大的载荷下便发生滑牙或者松弛，自然满足不了需要的连接强度。

而金属螺纹能够防止螺纹在整个载荷下发生变形，所以铜螺母可以明显提高塑料件中的连接强度。

2. 塑胶件需要多次拆装。

有些产品有维修的需求或者是某个部件需要经常拆装，使用铜螺母埋入塑胶件中，可以在不损失螺纹的完整性的情况下实现多次的重复拆装，这一点也是自攻牙螺丝柱无法比拟的。

3. 以塑胶件代替金属件。

金属件虽然很容易得到高强度的螺纹连接，但是其加工以及材料成本高，比重大，不适合用在有成本要求和轻量化的产品上，故通过在塑胶件上埋入铜螺母的方式可以满足这种需求。

二、该选用何种埋入方式合适？

主要从这三个方面考虑：性能要求、塑胶材料的适应性、成本。选用前应明确使用的主要指标，以便选出合适的方式。

1. 铜螺母埋入塑胶件的性能要求有两个方面：

1）拉出力/拉出阻力，是把螺母从塑料件中拉出来所需的轴向力。

2）扭矩/扭矩阻力，是在塑料件中旋转螺母所需的旋转力。

在一般情况下，拉出阻力是螺母长度的函数，扭矩阻力是螺母直径的函数。也就是说铜螺母长度越长，即插入深度越大，则拉出力越大；铜螺母直径越大，则扭矩越大。另外，螺母外侧纹路/滚花的类型对拉出力和扭矩也有影响，它们是互相关联的，其拉力与扭矩的简单换算如下，具体数值应根据不同螺母实测为准。

2.影响铜螺母埋入塑胶件性能要求的因素有：

• 螺母类型。

• 塑料规格。

• 塑料部件的设计和质量，包括孔公差稳定性。

• 安装过程。

1）螺母类型的选择对性能的影响

a、螺母导向的影响

由于选择左图样式螺母，在埋入塑胶后，A1、A2处膨胀，B处却急剧收缩,造成塑胶排挤困难，螺母上下端容易产生溢胶现象,严重影响了产品外观；

改善方案：以“C”部分为导向定位，使螺母能稳妥地放入塑胶孔位中，提高了效率和良品率，由于加了C端导向部分，A2排挤一定的胶料后,也预留了足够的胶料给A1部分,同时因A1、A2部分是呈90°交角为45 °的斜纹，并可交角形成高强度的节点，阻抗圆周上的扭动力，使扭力/拉力大大的增加。

b、螺母滚花/纹路的影响

当塑胶孔深度较浅，如选择双斜纹的螺母，在螺母各尺寸比例调配下，特别是压花上，压花段较短，这样的螺母埋入塑胶后，压花吃胶面的塑胶太少，会产生扭力/拉力不足现象，所以一般建议，将塑胶预留孔深设在2.5mm以上，螺母尺寸长度一般建议做2.0mm以上。

改善方案：类似这种情况，在客户不方便改模情况下，可建议将螺母外壁纹路改为单斜纹路的螺母，如右图所示，这样将压花段差加大，压花吃胶面的塑胶增大，从而增加扭力/拉力。

2）塑料规格

塑料的影响上面已经有提到，这里主要说下非结晶塑胶和半结晶塑胶的影响。

a、非结晶塑胶，对应力非常敏感，在选择螺母型号时，应慎用具有锋利滚花的螺母。

b、半结晶塑胶，对应力相对不敏感，各种螺母都能适用，但此类塑胶具有一个相对较高的精确熔点，凝固迅速。这一点对于通过热熔/超声方式埋入来说不好控制，特别是超声，这就需要更多的能量，即一个更高的振幅，且需要特别考虑变量设置。

c、添加剂的影响，添加剂会影响塑胶的特性（热性能、强度、刚度等），具体应视影响哪方面性能在再做具体分析。

3）塑胶孔大小的影响

图一，塑胶孔合适，螺母埋入塑胶后的标准状态，这种状态下，会有足够的塑胶填充到螺母的滚花、倒钩和凹槽部分，这样才能取得最佳的性能。

图二，塑胶孔太大，螺母埋入塑胶后吃不到胶，会产生扭力/拉力不足现象。

图三，预留孔太小，会产生溢胶或者爆裂现象。

4）安装过程中各种因素的影响

a、热熔过程中温度的影响

确保受热的螺母使塑料软化而不是熔化，这样可以避免塑料流溢，并使螺母在塑料重新凝固时保持在正确的安装位置，而不是偏离原预留孔的中心。

b、通过外力压入操作的影响

为获得最佳性能，必须按轴向将螺母笔直安装入孔，为此可以选用具有导向结构的螺母或在塑胶端提供一个定位/导向的沉台来实现这一点。

同时，埋入完成后，确保螺母顶部尽量与塑胶表面平齐，高于表面对装配有影响，低于表面螺丝锁紧后会有被拉松脱的风险，考虑到冷却后螺母可能有回弹的情况发生，埋入过程中可考虑先压低于塑胶表面，待回弹后与表面平齐。

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