李祥兵，王 坦，劉永清

（神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430050）

隨著市場(chǎng)需求的不斷變化，人們對(duì)汽車造型和外觀的要求越來(lái)越高。燈具造型作為汽車外飾件的畫龍點(diǎn)睛之筆，既要外觀美觀，設(shè)計(jì)精巧，又要能迅速適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求。雙色及多色注塑工藝作為近年來(lái)不斷發(fā)展成熟的一種新型塑料成型方法，可以在同一模具上成型出不同顏色，不同材質(zhì)（如一種硬質(zhì)塑料和一種軟質(zhì)塑料）的塑料制品，已經(jīng)受到各主機(jī)廠和消費(fèi)者的青睞［1-3］。這種工藝方式，其結(jié)構(gòu)原理是用一種模具內(nèi)組裝或者焊接的嵌件實(shí)現(xiàn)塑料成型。其成型原理是將多種不同的塑料在多個(gè)料筒內(nèi)分別塑化，再注入模具型腔，成型出表面具有不同顏色的塑料件。

當(dāng)前汽車燈具公司對(duì)燈具外透鏡采用多色注塑時(shí)，由于不同顏色的材料混合后，材料的特性（雖然屬于同一類型的材料）存在差異，導(dǎo)致車燈外透鏡注塑成型后，在兩種顏色的交匯斷面會(huì)存在開(kāi)裂的問(wèn)題，嚴(yán)重影響車燈外觀，也會(huì)導(dǎo)致車燈進(jìn)水等嚴(yán)重問(wèn)題。從國(guó)內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，目前還沒(méi)有比較好的解決此類車燈外透鏡開(kāi)裂的方法。

東風(fēng)雪鐵龍某款尾燈采用了明白、明紅兩種不同材質(zhì)的雙色成型技術(shù)，由于各方面原因，注塑時(shí)紅白材料的交界區(qū)域，在產(chǎn)品裝車階段出現(xiàn)了外透鏡開(kāi)裂的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的外觀品質(zhì)。本文基于東風(fēng)雪鐵龍某款尾燈的開(kāi)發(fā)實(shí)例，分析了透鏡開(kāi)裂產(chǎn)生的機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了解決措施。

1 雙色注塑的原理和特點(diǎn)

雙色注塑成型原理如圖1所示，其過(guò)程可以簡(jiǎn)單描述如下。

圖1 雙色注塑成型原理

1）合模：第一色料注射入第一色型腔內(nèi)，成型為單色制品。

2）開(kāi)模：動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180°，為注塑第二色料做好準(zhǔn)備。

3）合模：通過(guò)第二料筒注射入第二色料，同時(shí)對(duì)第一色物料包覆或半包覆成型雙色制品。

4）開(kāi)模：保溫冷卻，頂出雙色制品，動(dòng)?；剞D(zhuǎn)盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°。

5）a模動(dòng)模和b模動(dòng)模再次交換位置合模，進(jìn)入下一個(gè)成型周期。

由于問(wèn)卷都是針對(duì)各外語(yǔ)院系整體課程狀況展開(kāi)，只有掌握和了解本單位的總體情況，才能填寫好此問(wèn)卷。因此，問(wèn)卷由各高校外語(yǔ)院系的負(fù)責(zé)人，或者是文化課程的負(fù)責(zé)人填寫。由于目前我國(guó)的英語(yǔ)專業(yè)分布在不同類型的高等院校中，受到各院校辦學(xué)特點(diǎn)的影響，英語(yǔ)文化課程的設(shè)置也不盡相同。為了能夠全面了解不同類型高校英語(yǔ)專業(yè)文化課程建設(shè)情況，本研究對(duì)5類高等院校進(jìn)行了分層抽樣：綜合類院校、理工類院校、外語(yǔ)類院校、師范類院校和其他類院校共計(jì)40所，涵蓋了985院校、211院校、全國(guó)重點(diǎn)和普通院校。

雙色單模注塑和雙色多模注塑是兩種常見(jiàn)的雙色注塑成型工藝［4-5］。其中雙色單模注塑成型是在一臺(tái)注塑機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，這種注塑工藝生產(chǎn)效率較高，適合于工業(yè)化的批量生產(chǎn)。雙色多模注塑成型則采用兩副模具實(shí)現(xiàn)，在兩臺(tái)普通注塑機(jī)上分別實(shí)現(xiàn)。相對(duì)于雙色單模注塑，這種成型過(guò)程更復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，不利于批量生產(chǎn)。

雙色注塑生產(chǎn)工藝特點(diǎn)如下。

1）相對(duì)單色注塑，雙色注塑工藝注射熔料溫度和注射壓力更高，主要是因?yàn)殡p色模具的流道比較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成熔料流動(dòng)阻力較大。

2）雙色模具對(duì)原料的要求更高。它需要熱穩(wěn)定性更高、熔體黏度更低的原料，以避免液體在流道內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)而分解，常用的材料有聚苯乙烯和ABS材料等。

3）雙色注塑工藝需要更高的模具溫度、較高的注射壓力和注射速率，以保證注塑制品的成型品質(zhì)。

2 雙色注塑零件開(kāi)裂的形成機(jī)理分析

在雙色注塑過(guò)程中，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面的原因，會(huì)在紅料和白料的交匯處出現(xiàn)裂紋，甚至開(kāi)裂，從而導(dǎo)致整車產(chǎn)品外觀出現(xiàn)明顯的瑕疵，甚至出現(xiàn)漏水等品質(zhì)問(wèn)題。

2.1 注塑順序的分析

通常而言，雙色注塑的尾燈外透鏡通常有兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：覆蓋式和拼接式（圖2）。覆蓋式注塑通常的實(shí)現(xiàn)方式是：先注塑紅料（紅白透鏡）或黑料（黑白透鏡），然后在整個(gè)透鏡的表面覆蓋一層白料（包括紅料或黑料部分）。拼接式外透鏡的實(shí)現(xiàn)方式是：注塑順序仍然是先注塑紅料，然后注塑白料，但在紅料與白料的交界區(qū)域，采用的是一種拼接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 覆蓋式和拼接式注塑

圖3 為東風(fēng)雪鐵龍某款尾燈的注塑實(shí)例，在紅白區(qū)域的交匯處，采用拼接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3 東風(fēng)雪鐵龍某款尾燈紅白雙料注塑中的開(kāi)裂缺陷

通過(guò)拼接方式注塑形成的外透鏡，會(huì)導(dǎo)致尾燈在拼接區(qū)域受力不足，在較大的外力作用下，會(huì)形成開(kāi)裂問(wèn)題。

2.2 拼接式注塑方式的開(kāi)裂問(wèn)題分析

針對(duì)圖3和圖4中外觀“開(kāi)裂”的缺陷，因在紅白料交接區(qū)域采用拼接式的設(shè)計(jì)方式而導(dǎo)致如下問(wèn)題。

圖4 紅白交界開(kāi)裂區(qū)域斷面

1）如圖5所示，在階梯狀斷面區(qū)域（a-b-c-d）注塑紅料后各個(gè)區(qū)域會(huì)發(fā)生收縮，且由于各個(gè)區(qū)域的厚度不一，導(dǎo)致收縮的程度不一樣，最終導(dǎo)致a-b-c-d 3個(gè)端面都不是絕對(duì)的平面，這樣在注塑白料之后，上述幾個(gè)斷面區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)結(jié)合不良的問(wèn)題。

2）從材料本身的屬性來(lái)看，雖然所選紅料和白料理論上是相容的材料，但這種相容的特性一般體現(xiàn)在同一物理?xiàng)l件下（溫度、氣壓、濕度）。由于雙色注塑存在先后順序，導(dǎo)致兩種材料相容時(shí)的物理?xiàng)l件并不一致。另外，在注塑紅料后，上述a-b-c-d 3個(gè)端面（在注塑紅料后）表面相對(duì)比較光滑，產(chǎn)品粗糙度較小，也是導(dǎo)致注塑白料后結(jié)合力不足的原因。

3）在產(chǎn)品注塑過(guò)程中，模具上的油污也是一個(gè)不可忽略的因素。在上述拼接式注塑工藝中，當(dāng)注塑紅料后，如果模具上的油污不小心吸附到上述a-b-c-d的斷面上，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法粘合，直接形成開(kāi)裂的問(wèn)題。

4）上述a、b、 c、d區(qū)域，如果采用如圖6所示的直角設(shè)計(jì)，產(chǎn)品注塑完畢后，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

圖5 拼接式斷面理論分析

圖6 產(chǎn)品應(yīng)力存在區(qū)域

5）相對(duì)于覆蓋式的注塑方式，拼接式的產(chǎn)品結(jié)合面積更小，更容易出現(xiàn)結(jié)合不良的問(wèn)題，導(dǎo)致透鏡開(kāi)裂。

3 雙色注塑透鏡開(kāi)裂的應(yīng)對(duì)策略

基于以上分析可以看出，車燈外透鏡雙色注塑兩種材料的結(jié)合面區(qū)域的優(yōu)化是解決透鏡開(kāi)裂的重要方向。

1）結(jié)合面增加倒角結(jié)構(gòu)。為防止結(jié)合面區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題，需要在結(jié)合面各個(gè)尖角區(qū)域進(jìn)行倒角處理。

圖7為應(yīng)對(duì)應(yīng)力集中的各種結(jié)合面區(qū)域的設(shè)計(jì)方案。其中，圖7a除了增加倒角外，黑料另外延伸了0.5mm的臺(tái)階，其目的是更大可能的增加兩種材料的結(jié)合面積，因而在防止應(yīng)力集中和開(kāi)裂方面是最優(yōu)的方案。圖7b通過(guò)增加黑料0.5mm壁厚和增加倒角的方式來(lái)解決開(kāi)裂的問(wèn)題，同時(shí)增加了黑料本身的強(qiáng)度，因而也是一種可選的方式。圖7c是我們通常采用的設(shè)計(jì)方式，但增加了倒角，雖然開(kāi)裂出現(xiàn)的可能性較小，但比前兩種方式（結(jié)合區(qū)域的結(jié)合面積以及紅料的強(qiáng)度）要差一些。

圖7 各種推薦措施

2）盡可能保持模具表面干燥和干凈。從前面的分析可以看出，模具表面的油污或其他物質(zhì)都可能直接吸附到注塑件的注塑端面上，導(dǎo)致產(chǎn)品在注塑過(guò)程中結(jié)合力下降。為保證模具表面，特別是注塑端面干凈，必須定期對(duì)模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，防止漏油、漏水等問(wèn)題。另外，在產(chǎn)品注塑之前，要加強(qiáng)對(duì)注塑首件的檢查，防止不良品連續(xù)出現(xiàn)。

3）控制模具的溫度，保證產(chǎn)品在注塑過(guò)程中能充分結(jié)合。從上述分析可以看出，模具溫度是產(chǎn)品能否完全結(jié)合的重要因素。在射出成型中，射出模具內(nèi)之熔融材料溫度一般在150～350℃之間，但由于模具的溫度一般在40～120℃之間，所以成型材料所帶來(lái)的熱量會(huì)逐漸使模具溫度升高。故不管在生產(chǎn)性還是成型品的品質(zhì)上，模具的溫度控制是有其必要性的。

一般模具通常以常溫的水來(lái)冷卻，其溫度控制水的流量調(diào)節(jié)，流動(dòng)性好的低熔點(diǎn)材料通常采用這種方法成型。有時(shí)為了縮短成型周期，必須將水再加以冷卻。小型成型品的射出時(shí)間、保壓時(shí)間都短，成型周期取決于冷卻時(shí)間。但用冷水冷卻時(shí)，大氣中的水分會(huì)凝聚于成型空間表面，造成成型品缺陷，因此，用這種方式冷卻時(shí)需要時(shí)刻注意。

4）加工精度控制，讓封膠位置存在一定的合模壓力，并且盡量保持均勻。合模力不足會(huì)導(dǎo)致模具離縫、發(fā)生溢料，但太大又會(huì)使模具變形，并使塑料件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和不必要的能量消耗。盡管合模系統(tǒng)產(chǎn)生的合模力是一定的，但是由于噴嘴和模具接觸的作用，以及注射時(shí)熔料壓力產(chǎn)生的脹模作用，合模力在注塑周期內(nèi)也是變化的。在實(shí)際注塑成型時(shí)，由于加工的塑件不同、所用的塑料不同、工藝條件不同、模具的結(jié)構(gòu)形式不同，實(shí)際合模力也各不相同。對(duì)于一種塑件的成型，如何選擇合模力是十分重要的。

4 結(jié)論及展望

本文提出通過(guò)優(yōu)化前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相關(guān)工藝來(lái)解決雙色注塑開(kāi)裂問(wèn)題的方法，是一種通過(guò)調(diào)整模具定義、優(yōu)化模具的實(shí)現(xiàn)方法，能基本解決兩種不同顏色熔料之間的分界線不清晰、毛刺以及開(kāi)裂等問(wèn)題。通過(guò)該方法，得出以下結(jié)論。

1）優(yōu)化前期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在兩種材料的交匯區(qū)域增加圓角，除了可以避免應(yīng)力集中，同時(shí)也能很好地消除這條分界線的毛刺等模糊不清的現(xiàn)象。

2）由于目前對(duì)數(shù)據(jù)還只能進(jìn)行溶解痕、澆口、耐熱、配光等方面的分析，故本文中所涉及的開(kāi)裂問(wèn)題目前還沒(méi)有一款比較實(shí)用的軟件來(lái)模擬，因此，本文所提出的相關(guān)應(yīng)對(duì)策略是在對(duì)現(xiàn)有模具進(jìn)行修改的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。若前期設(shè)計(jì)時(shí)，在對(duì)數(shù)據(jù)的模擬過(guò)程中能及早預(yù)知這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)維修成本將會(huì)降至最低［6］。因此，對(duì)早期的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析是完全必要的。

盡管雙色注塑工藝目前還存在一些問(wèn)題，但其市場(chǎng)前景仍然不可低估。近些年，雙色注塑越來(lái)越受到重視，逐漸被應(yīng)用于多種塑料制品的生產(chǎn)中，具有廣闊的市場(chǎng)前景［7］。而精簡(jiǎn)加工操作程序、降低雙色產(chǎn)品的制作成本、優(yōu)化雙色注塑模具等將成為未來(lái)研究者的主要任務(wù)。