陳緒波， 胡光良， 潘利兵， 嚴(yán)勝義， 宋小尉

（浙江長(zhǎng)江汽車電子有限公司， 浙江 溫州 325025）

0 引 言

隨著人們生活水平的不斷提高，塑件不僅要滿足人們的使用功能需求，還要給人良好的視覺、觸覺感受并兼顧低成本生產(chǎn)，在此需求下雙色甚至多色塑件應(yīng)運(yùn)而生[1]。按鈕開關(guān)作為汽車內(nèi)部裝飾件的重要組成部分，除控制功能外還起到內(nèi)部裝飾美化作用，所以按鈕的外觀質(zhì)量關(guān)系整車內(nèi)部裝飾效果。車身穩(wěn)定控制按鈕作為雙色并帶嵌件的塑件，主表面為曲面結(jié)構(gòu)，設(shè)置有卡扣、導(dǎo)軌槽及嵌件放置在透光區(qū)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這給其注射模設(shè)計(jì)帶來一定難度，不僅要從模具整體布局進(jìn)行合理安排，還要對(duì)澆注、冷卻、脫模機(jī)構(gòu)等進(jìn)行合理規(guī)劃和布置，才能保證成型塑件無缺陷且滿足大批量注射成型生產(chǎn)的要求[2]?，F(xiàn)以某汽車車身穩(wěn)定控制按鈕為例，闡述此類帶嵌件雙色塑件模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 塑件分析

1.1 帶嵌件雙色塑件成型過程

帶嵌件雙色按鈕成型過程如圖1 所示，塑件總成由2 個(gè)步驟注射成型，首先放入嵌件，注射PC 材料成型塑件基體和內(nèi)襯基體，然后在內(nèi)襯基體上注射ABS 材料形成塑件的外壁包膠層，最終成型為完整的塑件總成。

圖1 雙色按鈕成型過程

1.2 塑件結(jié)構(gòu)分析

車身穩(wěn)定控制按鈕結(jié)構(gòu)如圖2 所示，為全包圍形狀殼體結(jié)構(gòu)，為方便按鈕裝配固定第1色基體，兩側(cè)設(shè)計(jì)有2 個(gè)方形掛扣孔，塑件最大外形尺寸為33.8 mm×25 mm×18.8 mm，基本壁厚為1.2 mm，最大筋位壁厚為1 mm，其中第1 色子塑件頂面主壁厚為0.8 mm，凈重2.458 g，第2 色子塑件頂面主壁厚為1.2 mm，凈重2.230 g。第1 色子塑件中所用嵌件壁厚為0.7 mm，凈重0.084 g。塑件為外觀件，表面質(zhì)量要求較高，成型第2色表面后進(jìn)行電鍍處理，不允許存在縮印、熔接痕、飛邊等缺陷。第1色子塑件原材料為PC 2805 901510（黑色），第2 色子塑件原材料為ABS PG GY419（煙灰色），收縮率均為0.5%，嵌件為PC材料，需手工放置。

圖2 按鈕結(jié)構(gòu)

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于雙色注塑機(jī)的2組注射單元和噴嘴獨(dú)立分開，其成品的2 種顏色界限分明。雙色注塑機(jī)與一般注塑機(jī)最大的區(qū)別在于注射單元和活動(dòng)轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)，活動(dòng)轉(zhuǎn)盤提供180°往復(fù)旋轉(zhuǎn)功能使模具產(chǎn)生循環(huán)交替動(dòng)作。該雙色注射模是基于160噸立式雙色注塑機(jī)設(shè)計(jì)，注塑機(jī)實(shí)際注射量為68 g，最大注射速率為44 cm3/s，最大注射壓力為250 MPa，最大注射行程為100 mm，滿足塑件生產(chǎn)要求。雙色注射模由動(dòng)模相同、定模不同的2 副子模組合而成，第1 次注射成型內(nèi)襯基體后旋轉(zhuǎn)180°，作為第2 次注射熔體的嵌件總成，隨后第2 次注射成型外壁包膠層實(shí)現(xiàn)整體塑件的成型。

2.1 分型面設(shè)計(jì)

待成型塑件在模具中的布局既要考慮脫模方便，又要降低成型零件的加工難度及模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，在此基礎(chǔ)上設(shè)置分型面，才能獲得最優(yōu)的模具結(jié)構(gòu)[3-5]。綜合塑件的結(jié)構(gòu)特征確定主分型面，如圖3 所示，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主分型面PL 為平面，模具主要成型零件為定模型腔板和動(dòng)模型腔板。

圖3 分型面設(shè)計(jì)

2.2 型腔布局

型腔布局從以下方面考慮：①型腔數(shù)量的確定需考慮塑件年產(chǎn)量、塑件精度、注塑機(jī)設(shè)備情況等；②型腔到主流道的距離盡量短，可以減少凝料，提高材料利用率；③各型腔到主流道的距離應(yīng)盡量相等，以保證注射時(shí)料流的平衡；④各型腔的間距要合理，以便設(shè)置推桿和冷卻水路等。綜上所述，型腔布局為1模2腔，如圖4所示，第1色型腔與第2色型腔布局一樣，結(jié)構(gòu)緊湊且平面分型便于模具零件的加工。

圖4 型腔布局

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙色注射模有2 套澆注系統(tǒng)，從模具制造成本考慮，第1 次注射成型的內(nèi)襯基體與第2 次注射成型的外壁包膠層均采用普通流道的澆注系統(tǒng)，在流道末端開設(shè)排氣通道，便于注射填充過程中順利排出氣體。澆注系統(tǒng)如圖5 所示，第1 次注射為三板模點(diǎn)澆口進(jìn)料，第二次注射為側(cè)澆口進(jìn)料。考慮塑件為電鍍外觀件，第1色內(nèi)襯基體需注射飽滿，避免產(chǎn)生收縮導(dǎo)致第2 色包膠層外觀面料厚不均勻，引發(fā)縮印缺陷。第1 色內(nèi)襯基體型腔采用2 個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)料以保證填充飽滿，點(diǎn)澆口在與內(nèi)襯基體分離時(shí)凝料殘留較小，既可以保證第2 次注射時(shí)的外觀質(zhì)量，又方便第1 次注射的流道凝料取出。由于第2次注射成型塑件外觀面不能有澆口痕跡，采用側(cè)澆口在塑件裙邊底面進(jìn)料。在電鍍的過程中，塑件棱邊會(huì)產(chǎn)生溢鍍現(xiàn)象，塑件需設(shè)置電鍍陰極保護(hù)，第2次注射的側(cè)澆口與分流道凝料在電鍍完成后去除。

圖5 澆注系統(tǒng)

2.4 成型零件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)型芯、型腔板時(shí)，需從以下方面考慮：①型芯、型腔板要便于加工制造，深膠位處進(jìn)行鑲拼處理（見圖6），有利于注射填充時(shí)的排氣和模具零件的加工制造；②為保證模具的使用壽命，型芯、型腔板的材料需進(jìn)行熱處理，硬度達(dá)到48～52 HRC；③為防止型腔表面產(chǎn)生銹蝕，型腔板應(yīng)采用S136等耐蝕性鋼材；④試模塑件外觀確認(rèn)無缺陷后，第2色型腔表面可進(jìn)行涂層處理，以延長(zhǎng)模具使用壽命；⑤為便于鑲件裝配，鑲件的非配合面和非分型面均采用圓角避空；⑥嵌件放置需要定位準(zhǔn)確，依據(jù)嵌件特征在型芯上設(shè)置其定位孔。

圖6 動(dòng)模型腔板鑲拼結(jié)構(gòu)

2.5 模架設(shè)計(jì)

模具采用標(biāo)準(zhǔn)模架，第1 色子模采用點(diǎn)澆口進(jìn)料，選用三板模模架；第2 色子模采用側(cè)澆口進(jìn)料，選用兩板模模架。2 副子模的動(dòng)模及模架閉合后高度完全一樣，先設(shè)計(jì)完成1副子模后，通過復(fù)制和修改完成另一副子模，如圖7所示。

圖7 模架結(jié)構(gòu)

2.6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.6.1 滑塊抽芯機(jī)構(gòu)

塑件側(cè)面掛扣孔需設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)脫模，如圖8所示，2副子模滑塊設(shè)置在動(dòng)模，依據(jù)塑件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了左、右各2 個(gè)動(dòng)模滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，共4 個(gè)滑塊帶動(dòng)側(cè)型芯抽芯。由于第1次注射成型的內(nèi)襯基體要求停留在型芯上，避免因模具零件加工及裝配精度誤差導(dǎo)致第2色注射合模時(shí)側(cè)向抽芯鑲件壓壞塑件基體結(jié)構(gòu)，如圖9 所示，第1 色子模的鎖緊塊和壓塊只起到鎖緊作用，沒有側(cè)向抽芯功能，所以第1次注射完成后開模時(shí)側(cè)向抽芯滑塊不移動(dòng)脫模。第2色子模設(shè)計(jì)了T 形壓塊滑塊抽芯組件，T 形壓塊與鎖緊塊固定在第2 色子模的定模板上，如圖10 所示，在注塑機(jī)開模力的作用下，T 形壓塊迫使彈塊驅(qū)動(dòng)滑塊沿軌道向外滑動(dòng)，使塑件掛扣孔、動(dòng)模澆口凝料完成側(cè)抽芯動(dòng)作。模具左右滑塊、鎖緊塊、側(cè)型芯結(jié)構(gòu)相同，便于加工制造；考慮成本和效率，壓條使用標(biāo)準(zhǔn)件。

圖8 按鈕掛扣孔抽芯結(jié)構(gòu)

圖9 第1色子模抽芯滑塊組件

圖10 第2色子模抽芯滑塊組件

2.6.2 二次推出機(jī)構(gòu)

由于車身穩(wěn)定控制按鈕脫模角度小且行程大，四周為全包裹殼體結(jié)構(gòu)，注射完成后塑件冷卻收縮抱緊力大，需采用推桿加動(dòng)模板復(fù)合式二次推出機(jī)構(gòu)，如圖11所示。動(dòng)模預(yù)抽鑲件通過預(yù)抽型芯固定板固定在動(dòng)模支承板上，動(dòng)模板通過限位螺釘及限位襯套固定在動(dòng)模支承板上。當(dāng)?shù)? 色注射完成后，在注塑機(jī)滑塊的作用下開模到一定位置，注塑機(jī)頂桿通過頂塊推動(dòng)推板，帶動(dòng)推塊作用于彈塊沿開模方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)二次推出機(jī)構(gòu)（推塊4、彈塊9、固定塊10）、動(dòng)模板、動(dòng)模型腔板及塑件同步沿開模方向移動(dòng)，與動(dòng)模預(yù)抽鑲件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第1次推出。當(dāng)推桿固定板與動(dòng)模板上移到一定位置后，在固定塊斜面與彈塊斜面的相互作用下，彈塊內(nèi)縮給推塊讓位，推桿固定板帶動(dòng)推桿繼續(xù)沿開模方向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第2次推出，塑件順利完成脫模。

圖11 二次推出結(jié)構(gòu)

3 工作原理

模具三維結(jié)構(gòu)如圖12 和圖13 所示，模具上機(jī)安裝完成，定模接油溫機(jī)，動(dòng)模接冷卻水。開合模推出空運(yùn)行后，放入嵌件合模，第1 色子模開始注射，塑料熔體填充完畢后，動(dòng)模在注塑機(jī)滑塊的驅(qū)動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，第1色子模在拉鉤15與拉料桿21的作用下，流道推板19 與定模板16 在PL2 分型面分開，流道凝料脫離塑件；模具繼續(xù)開模，在拉鉤15與拉桿17 的作用下，定模板16 帶動(dòng)流道推板19 在PL1分型面推出流道凝料；模具繼續(xù)開模，定模板16與動(dòng)模板12 在PL3 分型面分開，第1 色子模開模到位時(shí)側(cè)向抽芯不發(fā)生位移脫模。在注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤的作用下，模具動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180°后合模，第1色子模、第2色子模同時(shí)注射完畢后，動(dòng)模在注塑機(jī)滑塊驅(qū)動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，第2 色子模在分型面P1 面分開，在滑塊抽芯機(jī)構(gòu)的作用下完成側(cè)抽芯動(dòng)作；動(dòng)模繼續(xù)下行開模到位，注塑機(jī)頂桿頂住推塊2向上運(yùn)動(dòng)，在二次推出脫模機(jī)構(gòu)的作用下動(dòng)模板8 與動(dòng)模板12 分開，完成動(dòng)模型芯抽芯，推塊2 繼續(xù)推動(dòng)推板帶動(dòng)推桿23 推出塑件實(shí)現(xiàn)完全脫模，如此反復(fù)操作即可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)生產(chǎn)。模具閉合過程與開模過程相反。

圖12 第1色子模結(jié)構(gòu)

圖13 第2色子模結(jié)構(gòu)

4 塑件成型效果

成型塑件表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，如圖14（a）所示，無縮痕、氣痕、流痕、熔接線、變形、拉傷等成型缺陷，滿足外觀要求。電鍍鐳雕后塑件整體效果良好，如圖14（b）所示，尺寸與外觀等所有功能均滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。經(jīng)小批量生產(chǎn)驗(yàn)證，模具注射時(shí)未出現(xiàn)任何不順暢、拉傷等成型問題，且注射工藝參數(shù)合理，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠生產(chǎn)，保證塑件尺寸穩(wěn)定及外觀良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖14 塑件實(shí)物及電鍍效果

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)帶嵌件雙色按鈕，采用2 副子模組合成1副雙色注射模成型，在生產(chǎn)中放置1個(gè)嵌件，通過雙色注射工藝可實(shí)現(xiàn)組合成型，對(duì)于類似塑件的模具開發(fā)及注射生產(chǎn)具有一定參考作用和借鑒意義，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（1）第1 色子模每個(gè)型腔采用2 個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)料，保證內(nèi)襯基體注射飽滿，避免第2 色子模注射時(shí)產(chǎn)生縮印，且澆口凝料殘留較少，便于第1色子模流道凝料的取出。

（2）設(shè)計(jì)的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)能使第1 色子模側(cè)向抽芯不發(fā)生位移脫模，避免動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180°后第2 色子模定模合模時(shí)側(cè)抽芯滑動(dòng)壓傷塑件內(nèi)襯基體。

（3）設(shè)計(jì)的二次推出脫模機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能保證脫模深度較深的塑件順利脫模，對(duì)于類似塑件的脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有參考作用。

（4）在型腔板上設(shè)置了定位虎口和定位斜壁，提高了型腔的閉合穩(wěn)定性，保證塑件的成型質(zhì)量。