嵌件成型广泛用于将金属端子、引脚、母线、衬套、传感器、电子元件和其他嵌件直接集成到塑料零件中。在简单的应用中，可以将金属嵌件放入模具中，并在一次注塑成型循环中完成封装。

然而，许多高精度嵌件成型应用需要更严格的两阶段工艺：

1. 首模成型，又称预成型
2. 二次注塑成型，也称包覆成型

第一注塑成型是在金属嵌件的特定区域周围形成一个稳定的预成型嵌件或子部件。然后将预成型部件转移到另一个模具中，注入第二种塑料材料以完成最终的几何形状。

虽然这一额外步骤增加了模具和工艺的复杂性，但它通常能显著提高尺寸稳定性、绝缘性能、密封可靠性、嵌件定位和成型一致性。

本文解释了为什么首模预成型很重要，何时需要进行首模预成型，以及首模预成型如何提高最终包覆成型部件的质量。

什么是首模预成型？

首模预成型是用于在最终包覆成型操作之前，对金属嵌件进行部分封装、支撑、定位、绝缘或机械锁定的初始注塑成型工艺。

首模成型部件可能包括：

• 金属端子
• 连接器引脚
• 引线框架
• 母线
• 冲压金属零件
• 传感器元件
• 螺纹嵌件
• 导电元件
• 电子子组件

在第一次注塑成型过程中，塑料仅围绕嵌件的特定区域进行成型。由此形成的预成型嵌件成为一个更稳定、形状更精确的部件，可以放入第二次注塑模具中。

二次注塑成型工艺随后形成最终的外壳、密封结构、连接器本体、安装特征或外部几何形状。

从技术角度来说，完整的序列可以描述为：

金属嵌件 → 首模预成型 → 预成型嵌件 → 二次包覆成型 → 成品组件

该工艺常见于汽车连接器、电力电子产品、工业传感器、医疗设备、电机元件、防水连接器以及其他需要高尺寸和功能可靠性的应用中。

嵌件成型是否总是需要预成型？

不，并非每个嵌件成型项目都需要单独的首模预成型工艺。

在以下情况下，直接一步嵌件成型工艺可能就足够了：

• 金属嵌件坚固且结构稳定。
• 通过模具可以精确定位嵌件。
• 注射压力不易使嵌件移位。
• 最终的几何形状相对简单。
• 金属嵌件周围的毛刺是可以接受的，或者很容易控制。
• 该产品无需复杂的密封或电气绝缘。
• 引脚或端子的数量是有限的。
• 尺寸公差并非非常严格。

然而，当产品包含多个细长的端子、无支撑的长引脚、精细的引线框架、复杂的密封路径、严格的引脚位置公差、薄塑料壁或多种功能材料时，首次注塑成型就变得更加重要了。

因此，该决定应在面向制造的设计、模具设计、模流分析、镶件公差分析和工艺风险评估过程中做出。

为什么第一枪如此重要？

1. 它能稳定和定位金属嵌件

嵌件成型工艺中最大的挑战之一是保持注塑过程中金属嵌件的精确位置。

熔融塑料以高速高压注入型腔。在灌注过程中，细长的端子、引脚、冲压件或精密的引线框架可能会发生弯曲、振动、移位或翘起。

即使是微小的位移也会导致：

• 引脚间距错误
• 终端对位不良
• 塑料壁厚不均匀
• 电气接触问题
• 装配干扰
• 泄漏
• 短镜头
• 裸露的金属
• 末端变形

首注塑成型的塑料起到刚性支撑结构的作用，它将多个引脚或端子锁定在一起，并将柔性金属嵌件转化为稳定的预成型组件。

对于引脚间距很小的连接器来说，这一点尤为重要。第二次注塑时，无需单独控制每个引脚，而是利用第二个模具来定位更坚固的预成型主体。

因此，二次注塑成型工艺的可重复性更高，对嵌件变化的敏感性更低。

2. 它能减少高压包覆成型过程中嵌件的移动

注射压力会对裸露的金属表面产生很大的作用力。

实际作用力取决于：

• 熔体压力
• 预计插入区域
• 门位置
• 流向
• 填充速度
• 材料粘度
• 插入几何体
• 模具支撑条件

如果金属嵌件没有支撑，聚合物流动可能会将其从预定位置推开。

首模预制件可提供额外的支撑，并形成更大、更稳定的定位面。二模可夹紧并定位预制塑料，而无需仅仅依靠细小的金属销钉。

这可以降低以下风险：

• 插入浮动
• 插入移位
• 终端弯曲
• 销钉变形
• 插入旋转
• 封装不均匀
• 尺寸不稳定性

对于高腔数生产模具而言，这种稳定性至关重要，因为每个型腔都必须在数百万次的成型循环中始终如一地定位嵌件。

3. 它改善了引脚间距和端子对准情况

在电气连接器中，每个端子的位置都必须保持在规定的公差范围内。

如果连接器包含 10、20、30 个或更多引脚，则难以独立控制每个端子。冲压公差、载体变形、搬运、切割、传递和成型压力都会影响最终的引脚位置。

在最终外壳成型之前，第一次拍摄可以建立端子之间的关键关系。

它可以控制：

• 引脚间距
• 终端高度
• 共面性
• 垂直度
• 终端暴露长度
• 电气隔离距离
• 相对于基准特征的位置

预成型嵌件还可以为自动搬运、相机检测和二次注塑模具装载提供塑料参考面。

这使得整个生产过程更适合自动化。

4. 它能形成可靠的电气绝缘

许多注塑成型的产品都含有导电金属端子，这些端子必须彼此保持电气隔离。

可以设计使用首发注塑成型的塑料，在相邻端子之间形成可控的绝缘屏障。

这些屏障有助于维持：

• 爬行距离
• 净空距离
• 介电强度
• 绝缘电阻
• 终端分离
• 防止电气跟踪

如果没有预成型阶段，二次注塑熔体可能无法可靠地流入紧密排列的端子之间的狭小空间。这可能会出现气泡滞留、熔接线、短射或绝缘层过薄等问题。

使用专用首模可以在更可控的条件下填充这些关键的绝缘区域。

这一点尤其重要，适用于：

• 电源连接器
• 汽车高压元件
• 母线组件
• 电源模块外壳
• 电池系统
• 工业控制组件
• 电机端子
• 逆变器组件

因此，第一枪可能具有电学功能，而不仅仅是机械功能。

5. 它有助于控制终端周围的闪光

飞边是嵌件成型中最常见的质量问题之一。

当金属端子穿过模具分型面时，模具必须与金属紧密贴合。端子厚度、平整度、涂层、毛刺高度或位置的任何偏差都可能造成微小缝隙。

在注射压力下，熔融塑料会进入这个缝隙并形成飞边。

终端闪光可能导致严重问题，包括：

• 电气接触不良
• 装配干扰
• 连接器对接失败
• 外观缺陷
• 泄漏路径
• 手动修剪要求
• 功能表面的污染

在首模预成型过程中，关键的密封区域可以在可控的模具条件下形成。预成型的塑料可以为第二模提供更稳定、更一致的密封表面。

与直接密封多个薄金属端子相比，密封尺寸可控的塑料预成型件通常更可靠。

这可以显著降低二次拍摄时闪光灯亮起的风险。

6. 在第二轮注射过程中保护精细的插件

有些嵌件太脆弱，无法承受二次注塑成型的压力和温度的直接作用。

例如：

• 薄型冲压端子
• 精细铅框架
• 小型传感器元件
• 柔性导电元件
• 小型电子组件
• 涂层端子
• 镀层金属部件
• 电线或电缆端接

在注入更大体积的第二剂材料之前，第一剂可以包裹和保护脆弱区域。

它还可以防止聚合物流直接冲击关键表面。

通过控制首注塑浇口的位置，工程师可以引导初始熔体流向强度更高的嵌件区域。这样，受保护的预成型部件就能安全地承受第二次包覆成型工艺。

7. 它形成机械互锁结构

成功的包覆成型工艺必须能够防止第一道注塑成型部件和第二道注塑成型材料之间的分离。

首模预成型件可包含特殊设计的机械互锁结构，例如：

• 底切
• 通孔
• 凹槽
• 肋骨
• 类似滚花的表面
• 锚固口袋
• 榫卯结构
• 流通式窗户

在二次注塑成型过程中，熔融塑料流入或流经这些结构，形成机械锁。

这一点在以下情况下尤为重要：

• 这两种塑料材料的化学相容性有限。
• 第一道工序的表面已经完全冷却。
• 该部件会经历振动或热循环。
• 该产品需要很高的拉拔强度。
• 接口暴露于潮湿或化学物质中。
• 包覆成型部分会受到弯曲或扭转作用。

牢固的机械互锁作用降低了对化学粘合的依赖性。

8. 它能提高密封性和抗泄漏性

对于防水连接器、传感器外壳、流体控制组件和汽车应用，金属和塑料之间的界面必须防止水、油、空气、气体或其他液体的通过。

金属嵌件通常存在微观表面缺陷。电镀差异、冲压痕迹、毛刺和尺寸偏差都可能造成泄漏路径。

通过可控的首件成型工艺，可以在最终外壳成型之前，封装最关键的金属与塑料密封界面。

第二道焊缝将预成型结构包裹起来，形成额外的密封层。

这种两阶段结构可以提供：

• 更长的泄漏路径
• 多个密封接口
• 改进的金属封装
• 更好地控制塑料壁厚
• 降低空房风险
• 更好地防止水分渗透

然而，泄漏性能仍然取决于产品几何形状、金属表面状况、树脂选择、模具排气、浇口设计、工艺条件和热膨胀差异。

预成型可以提高密封性能，但必须与适当的设计和验证相结合。

9. 它允许不同的材料发挥不同的功能

第一阶段和第二阶段的材料不一定需要完全相同。

两阶段嵌件成型工艺允许工程师根据不同的功能要求选择材料。

例如，首发素材可能被选中用于：

• 高流量
• 小型终端周围的精确填充
• 金属牢固附着
• 高介电强度
• 耐高温性能
• 尺寸稳定性
• 低缩水率

第二组拍摄素材可能被选中用于：

• 抗冲击性
• 化学耐受性
• 外观
• 密封性能
• 结构强度
• 阻燃性
• 成本效益
• 环境耐久性

可能的工程材料包括：

• PBT
• PA66
• PA6
• PPA
• PPS
• LCP
• PEI
• PEEK
• TPE
• TPU
• Silicone or LSR in suitable applications

材料相容性必须仔细评估。设计团队应考虑加工温度、收缩率、粘合性能、吸湿性、热膨胀系数、化学相容性和长期老化性能。

10. 它分离了关键的成型功能

单次注塑模具可能需要同时完成太多复杂的任务：

• 定位多个终端
• 金属表面周围的密封
• 填充薄隔热墙
• 形成外部外壳
• 防止末端移动
• 避开焊缝
• 控制扭曲
• 保持化妆品质量
• 实现防漏

将产品制造过程分为初次注塑和二次注塑两个阶段，可以让每个模具专注于更具体的功能。

首模可以专注于：

• 插入定位
• 端子绝缘
• 关键金属密封
• 销钉对准
• 小型精密特征

第二版模具可以专注于：

• 最终房屋几何形状
• 结构特征
• 安装接口
• 外部密封
• 化妆品表面
• 装配特征

这种分离可以简化工艺优化，并减少单个模具中相互冲突的成型要求的数量。

首模预成型如何改善二模包覆成型

精心设计的预成型嵌件为二次注塑模具提供稳定且可重复的输入组件。

二次拍摄过程的优势在于：

因此，第一件产品应该被视为一个功能性的精密部件，而不仅仅是一个未完成的塑料零件。

首模预成型的关键设计考虑因素

插入定位和模具基准策略

预制模具必须建立清晰且可重复的数据。

设计应明确以下内容：

• 主要定位面
• 次要定位面
• 终端支撑点
• 防旋转功能
• 插入装载方向
• 模具夹紧方向
• 第二张照片的转移参考

金属嵌件不应过度约束，尤其是在冲压或加工公差较大的情况下。过度约束可能导致装夹困难、变形或模具损坏。

塑料截止阀设计

金属嵌件周围的封闭区域必须精心设计。

重要因素包括：

• 终端厚度公差
• 金属毛刺方向
• 镀层厚度
• 插入平面度
• 模具钢接触压力
• 关闭角度
• 耐磨性
• 插入加载重复性

关键的关闭表面可能需要硬化的模具钢、可更换的嵌件和高精度加工。

闸门位置和流向

首发注塑口的位置应尽量减少插片的移动。

只要条件允许，熔体流动应：

• 将嵌件推向支撑面。
• 避免直接撞击细小的端子。
• 冷冻前，请先填充关键的保温区域。
• 减少密封区域的焊缝。
• 避免相邻终端之间滞留空气。
• 保持多腔模具的均衡填充。

Moldflow 分析可以帮助评估压力分布、流动平衡、气穴、熔接线和潜在的嵌件位移。

然而，物理模具试验仍然是必要的，因为实际性能还取决于嵌件刚度、模具支撑、表面状况和工艺设置。

第一击和第二击界面设计

第一道注塑材料和第二道注塑材料之间的界面必须能够同时保证成型效果和产品的长期性能。

设计时应考虑以下因素：

• 机械互锁
• 材料相容性
• 表面污染
• 预成型体储存时间
• 吸湿性
• 预热要求
• 界面温度
• 收缩差异
• 热膨胀
• 长期分层风险

如果无法保证牢固的化学键合，则应加入机械锁定装置。

尺寸补偿

首件注塑成型后会发生收缩。在二件注塑过程中，它可能会再次受热，从而承受额外的应力或尺寸变化。

因此，工程师必须考虑以下因素：

• 首次缩水
• 二次加热
• 差异收缩
• 插入热膨胀
• 残余应力
• 最终冷却后的翘曲
• 腔间差异

最终模具尺寸并非总能通过简单地应用标准树脂收缩率来确定，通常需要进行原型试验和尺寸对比。

第一击设计不佳时常见的问题

不稳定或不准确的首件组件会将缺陷直接传递到第二件组件的制造过程中。

常见问题包括：

预成型闪光

首件注塑件上的飞边可能会妨碍其在二件注塑型腔中的正确安装。这会导致模具干涉、尺寸偏差、产生更多飞边或模具损坏。

预成型翘曲

如果预成型嵌件发生翘曲，第二个模具在闭合过程中可能会将其强行复位。这会产生应力，并可能导致成型后出现最终变形、开裂或尺寸恢复。

终端位置错误

第二次射击无法可靠地纠正第一次射击时已经定位错误的终端。

受污染的粘合表面

油污、灰尘、脱模剂、氧化、水分和操作污染会降低第一道和第二道材料之间的粘合力。

机械锁失效

如果没有适当的互锁结构，二次注塑材料在热循环、振动或机械载荷作用下可能会与预成型部件分离。

首次射击材料选择不当

首道注塑材料必须能够承受第二道注塑工艺的温度和压力。如果其耐热性不足，则可能会软化、变形或尺寸精度下降。

第一枪和第二枪之间的质量控制

两阶段工艺的一个主要优点是能够在最终包覆成型之前检查预成型嵌件。

可能的检查项目包括：

• 终端位置
• 针距
• 终端高度
• 共面性
• 插入方向
• 塑料闪光
• 短镜头
• 裂缝
• 污染
• 关键预成型尺寸
• 电气连续性
• 绝缘电阻
• 视觉系统检测

在第二次注塑之前剔除有缺陷的预模具，可以避免将额外的材料、机器时间和加工成本添加到不合格的部件上。

对于自动化生产，腔体识别和可追溯性也可以集成到首件组件中。

何时应考虑采用两阶段嵌件成型工艺？

当产品符合以下一项或多项条件时，应评估采用首注塑成型后再进行二次包覆成型的方法：

• 多精密终端
• 长销或易变形销
• 严格的销位置公差
• 高压包覆成型
• 薄隔热墙
• 复杂的电气隔离要求
• 防水或防漏结构
• 高压爬电距离和间隙要求
• 精密传感器或电子元件
• 复杂的金属-塑料界面
• 不同功能性塑料材料
• 自动插入处理
• 高产量
• 严格的汽车或工业质量要求
• 多个插入件之间的关键尺寸关系

最终决定应基于整体制造风险，而不仅仅是模具成本。

一次性模具乍看之下成本可能较低。然而，如果它导致刀片定位不稳定、端子飞边、漏液、变形或废品率过高，则总生产成本可能会高得多。

一次注塑成型与预成型和包覆成型

两阶段工艺并非对所有产品都更优。只有当它能有效降低技术风险并显著提高可重复性，从而抵消额外的模具和制造步骤时，它的价值才得以体现。

结论：首发成型决定了最终包覆成型产品的稳定性

在先进的嵌件成型工艺中，最终部件的质量往往取决于首模预成型工艺的质量。

第一枪发挥着几个至关重要的作用：

• 它可以精确定位和支撑金属嵌件。
• 它可以防止在二次注射过程中针头移动。
• 它能改善终端对准情况和尺寸一致性。
• 它能产生可控的电气绝缘。
• 它可以减少金属端子周围的闪光。
• 它能保护精密的内嵌部件。
• 它具有机械互锁功能。
• 它能提高密封性和防漏性。
• 它支持自动化搬运和检测。
• 它为二次注塑成型奠定了稳定的基础。

对于连接器、传感器、母线、电力电子产品、汽车零部件和其他高可靠性产品而言，首件预成型不应被视为不必要的额外工序。

对于将柔性或尺寸不稳定的金属嵌件转变为一致、可成型且可用于生产的子组件而言，这通常是最重要的一步。

在名力精密，首模、复模、金属镶件、材料选择、成型参数、自动化和质量控制策略作为一个集成的制造系统进行评估。

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