汽車燈罩的雙色注射與熱流道技術

雙色塑料制品

雙色注射成型是通過兩個注射裝置，兩種塑料注入兩個型腔，生產注射模塑雙色制品。雙色注射最早誕生于1963年，德國生產嵌入數碼的成批的按鈕。打字機和電話機的塑料按鈕有拇指大小。一批12個數碼字符第1次注射成型，它們由流道粘連在一起。在第2工位這些數碼作為嵌件，在第2個按鈕型腔中完成第2次注射成型。如今，一些儀表透明塑料蓋板, 能使刻度可讀；雙色器皿，牙刷、杯和盆等日用品美觀和實用；雙色汽車燈罩等制品有很大的生產批量。

圖1  雙色杯和盤

圖1所示，里白外紫的雙色小杯有瓷器的質感。透明塑料鑲邊和嵌底的托盤，可將漂亮臺布和托盤融合在一起。圖2所示雙色牙刷，第1次注射用ABS成型半成品，第2次用熱塑性彈性體（TPE）成型手柄的接觸部位。熱塑性彈性體中聚氨酯彈性體（TPU）耐磨耐油，手感好。

圖2雙色牙刷

醒目又實用的汽車雙色把手見圖3，中央把手部位的雙層塑料，提高了強度。把手外形尺寸222×30×47mm，半成品壁厚0.5～2.5mm。

圖3 雙色把手
a) 第1次注射的半成品；
b) 第2次注射的外層；
c) 雙色把手成品

圖4所示燈罩，在汽車上是左右成對布置的。汽車后尾燈罩用輕質聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）成型，其成型溫度范圍大，透明度高，但制品表面硬度低。車尾燈有停車燈和信號燈等，有雙色或三色的。轎車的前燈罩用聚碳酸酯（PC）注射成型。PC的光學性能和著色性能好，有很好沖擊韌性。比起PMMA燈罩，能較好承受風沙沖刷侵襲。車頭有近光燈和遠光燈等，車燈的里芯和底殼是不同著色的PC/ABS混合物制造。

圖4 雙色汽車燈罩

兩種材料要有足夠的粘接面積，必要時增設2×2mm左右截面的凹凸槽。通常，兩組份的粘合面應為平整面。兩種塑料的熱性能和流動性能應盡量接近，兩種材料在界面上相容。

雙色塑件的注射工藝和注塑機

雙色注射要用專門雙色注射機成型制品。雙色注射模具由兩副并列的動模型腔組成。在一個注射周期中，兩種塑料同時向兩個型腔注射充模。經冷卻固化，其中一個型腔脫模頂出雙色成品后，兩動模轉動換位。雙色注射機的動模裝置的驅動轉位有轉盤式、轉軸式和轉塔式。

圖5是單件生產的雙色注射在轉盤式注塑機上的工藝過程示意圖。A向是白色塑膠的半成品成型模塑位置。B向是紅色塑膠的成品注射模塑位置，也是成品脫模位置。

圖5  單件轉盤式雙色注射模塑過程示意
A-第1次半成品注塑位置；
B-第2次成品注塑位置
1-注射機動模板；2-注射機轉盤；3-成品的成型動模；4-二紅一白的雙色成品；5-成品成型的定模型腔； 6-注射機定模板；7-第2次注射的注塑裝置；8-第1次注射的注塑裝置；9-半成品成型定模型腔；10-半成品；11-半成品成型動模

雙色注塑機上兩個注射循環有相同周期。它們的注射時間和保壓時間要協調。大面積雙色塑料制件在溫度大范圍變化時，兩種不同塑料在冷熱沖擊下會脫開，必須考慮兩種材料界面粘合牢度。半成品的冷卻收縮不能過大。雙色注射成型模具的成型收縮率，取決于第1次注射成型半成品材料。半成品組成了第2次注塑的型腔，體積收縮量不會更大。

雙色注塑還應按照下述的次序進行。

① 硬質塑料第1次注射成型半成品，軟質塑料第2次注射成型制品。

② 透明塑料第1次注射成型半成品，著色塑料第2次注射成型制品。

③ 成型溫度高的塑料第1次注射成型半成品，熔融溫度低的塑料第2次注射成型制品。

④ ABS與PC、ABS與PC/ABS混合物、ABS與PMMA雙色注射時，將PC、PC/ABS、PMMA第1次注射成型半成品。

⑤ ABS與PMMA雙色注射時，常用倒裝的注塑模結構。PMMA透明半成品厚度0.8mm以上。ABS厚度與半成品壁厚不能相差太大，在0.7mm以上，以淺色為好。

圖6為轉盤式三色注射機成型三色汽車燈罩。兩種塑料的注塑裝置是并列的。除了少數進口的雙色注塑機，兩個塑化裝置和噴嘴間距是不變的。圖6所示的第3色注射裝置和噴嘴位于注塑模的側面。大中型雙色和三色注射機還要配置機械手取出雙色成品。

圖6 轉盤式三色注射機
1-動模板上轉盤；2-定模上定距的兩注射孔；
3-第3色塑料的側向注射裝置

雙色注塑成型模具

早期的雙色注射模塑不采用熱流道。二次注射都是冷流道澆注系統，澆口的切離，流道凝料的脫模，造成了模具結構復雜。雙色注射模采用熱流道澆注系統，不但簡化雙色成型模具結構，也提高了雙色塑料制品的質量。現代雙色注射采用無流道凝料的熱流道澆注系統。雙色注塑成型模具有下述特征。

① 定模固定不動，包括熱流道澆注系統。

② 兩種塑料兩塊流道板，用分噴嘴直接注射。

③ 動模旋轉180°后，動模型芯的整體位置相反。要防止半成品在轉動中從動模中脫落。要保證第2次成品型腔正確，注意合模定位可靠。

④ 兩套動模都有脫模機構，但只有成品注射位置才有脫模頂出動作。在半成品注射位置，沒有脫模運動，致使動模部分單邊受力。在合模過程要強使脫模機構復位。為此，脫模機構盡可能設置先復位彈簧，或設計推板復位。在成品注塑位置設計氣動脫模，會有很好的效果。

⑤ 兩套動模型芯的冷卻水管接頭在注塑模中央。進出口接頭并列，防止動模冷卻水的軟管糾擾。要有足夠水壓，保證兩套動模型芯的冷卻充分均衡。

圖7是隨身聽的雙色外殼面板110×47mm，內外層壁厚1.2mm。內層用有色ABS/PC混合塑料澆注，耐熱、抗沖和剛性好，具有薄壁成型的流動性。外層包覆PMMA透明塑料。第1次注射見圖7a所示，用PMMA料，經單噴嘴的直接澆口注入冷流道和扇形澆口。第2次注射經在第1次流道凝料，充填外層型腔。ABS/PC物料經熱流道的單噴嘴注入冷流道，由潛伏式澆口注入內層。二次澆注的流道凝料粘合在一起。

圖7  雙色亮蓋
a)1次注射的透明外層；b) 2次注射的內層
1-冷流道；2-扇形澆口；3-潛伏式澆口

圖8所示注射模的定模部分有兩個型腔，動模有半成品與成品的兩套型芯。PMMA半成品在動模型芯上，被雙色注射機的轉盤轉動180°。在ABS/PC料筒的注射位置上，成品注射冷卻固化后，由脫模機構頂出。此刻，頂桿頂出澆道凝料時，剪斷潛伏式澆口。

圖8 雙色機蓋注塑模簡圖
A-半成品注塑位置；B-成品注塑位置
1-動模墊板；2-頂出板；3-頂出固定板；4-斜頂桿；5-斜頂桿；6-動模仁；7-定模仁；8-定模；9-定模固定板；10-定位環；11-直接澆口的單噴嘴；12-定模水管接頭；13-頂桿；14-動模板；15-動模水管接頭；16-彈簧；17-定位銷

熱流道雙色注射較多采用以下三種澆注系統：

① 在定模設置二個針尖式澆口的單噴嘴，只要澆口痕跡充許，是最簡便方法。

② 在半成品位置采用直接澆口的單噴嘴，下游是冷流道與扇形澆口。下游是冷流道與潛伏式澆口，澆口要在成品位置切斷。冷流道的凝料要在成品位置脫模。

③ 兩種塑料用兩塊流道板，用分噴嘴直接注射。適合于一模多腔的雙色制品成型。

汽車燈罩的雙色注射成型

汽車后尾燈罩成品尺寸見圖9，平均壁厚2.5mm。用白色透明和紅色透光的兩種PMMA注射成型。第1次注射成型中央的白色PMMA的L板條。呈L構型增大了與二塊紅罩殼的側邊上的粘接面積。第2次在白色條板的兩側，用紅色PMMA注射成型。白色板條與2塊紅色板條粘合成雙色燈罩成品。

圖9  雙色汽車燈罩注塑制品
a) 側視；b) 正視；c) 翻倒

燈罩的周角都應是圓弧過渡，以防止流痕顯現。周邊有筋條，燈罩和燈底殼的熱焊連接，要求筋條壁厚均勻，并為平均壁厚的三分之二。過厚的連接筋條會產生縮癟。

見圖10所示，一付模具生產二個紅白雙色燈罩制品。第一次注射位置的定模上白罩板型腔；2，由定模的凸鑲塊1和3與動模構成。在動模轉過180。后第二次注射時，白板半成品與動模構成二個紅罩板的型腔。要有二個澆口注射紅色PMMA物料。第1次注射白色PMMA時，注射二個燈罩半成品。在第2次注射位置，成型二件成品要充填四個型腔的紅色PMMA塑膠。

圖10  雙色汽車燈罩定模型腔
1-第1次注射時紅板的第1凸鑲塊; 2-第1次注射時白板型腔; 3-第1次注射時紅板的第2凸鑲塊;4-第2次注射時紅板的第1型腔; 5-第2次注射白板半成品; 6-第2次注射時紅板的第2型腔

汽車燈罩是雙色注射生產的“大型”制品。生產批量大，每周期成型兩件。成型模具1m3以上，重達數噸。雙色注射機的兩個注射裝置上兩噴嘴固定間距是710mm。定模面積890×1150mm，高度約527mm。本例為一次成型二件燈罩的雙色注塑。見圖11所示，第1次注射有2個針閥式噴嘴，而第2次注射有4個針閥式噴嘴。

圖11  一模二件雙色燈罩的斜射針閥式噴嘴熱流道
G1、G2-第1次半成品注射的針閥式噴嘴；G3、G4、G5、G6-第2次成品注射的針閥式噴嘴
1-第1次注射的半成品；2-第1次注射的雙層流道板；3-第1次注射的主流道噴嘴；4-G3閥針的驅動油缸；5-第2次注射的主流道噴嘴；6-第2次注射的雙層流道板；7-雙色燈罩成品

針閥式噴嘴斜向注射

眾所周知，在噴嘴頭的澆口位置，噴嘴軸線與成型塑料件表面成斜角，噴嘴頭外的澆口區模具壁厚不一致，不對稱。受銳角方向空間的限制，噴嘴頭的剛性差，澆口冷卻不均衡。而且斜向的閥針圓錐頭會使塑料件上澆口凍結不穩定。形成較大的澆口凝料，痕跡異常不規則。這對于汽車燈罩外觀是不允許的。

因此，注射點的上噴嘴軸線要與燈罩曲面的法線方向一致，即與開模方向成斜角。為了減小澆口痕跡，采用圓錐頭的閥針。圓錐澆口洞口在定模上，圓錐小頭直徑2mm。

如圖11所示，每個燈罩成品由三塊曲面板構成，經三個澆口分別用三個針閥式噴嘴注射成型。二紅一白燈罩球曲面的曲率半徑各不相同，注射點的位置和方向按以下步驟確定。

① 按塑料熔體充模流動阻力最小原則，確定澆口的最佳位置。

② 按燈罩成品脫模要求，確定分型面。

③ 再由注射點的法向平面，確定噴嘴軸線的方向。它與開模方向有注射斜角。

如圖11所示，件2和件5是兩組雙層的流道板。流道平板接受主流道噴嘴的塑料熔體，分配到各自側彎流道板的分流道中。在斜向的側彎流道板平臺上安裝針閥式噴嘴，見圖12所示。

雙層的流道板與斜置的針閥式噴嘴，使熱流道系統的結構復雜。為減小流道板體積，減少流道板的熱膨脹量，雙層流道板設計成三維的交錯布置。G1與G2、G3與G4、G5與G6的各對噴嘴相向斜置，而且噴嘴頭在前后二個平面上。雙層流道平板曲折布局優點有:

① 在注射工作溫度下側彎流道板橫向熱膨脹時，作用在噴嘴軸線兩端的彎曲力矩較小。

② 定模對雙層流道板的約束力處較好的平衡狀態。

③ 流道平板和流道側彎板都能在上下兩個平面上布排電加熱彎管。

整體式熱流道

整體式熱流道和側彎流道板結構，如圖12所示。針閥式噴嘴用螺紋與側彎流道板24聯接在一起，用螺釘整體裝壓在定模板上。傳統的熱流道系統中，流道板與針閥式分噴嘴之間壓緊聯接。再將流道板用螺釘聯接定模，也把噴嘴壓向定模。整體式熱流道系統排除了兩者的接觸面上泄漏塑膠的可能。

圖12  雙層流道板和針閥式噴嘴G3
1-承壓墊；2-流道平板；3-缸體; 4-通孔缸蓋; 5-鎖緊螺釘; 6-活塞; 7-閥針位置調節螺桿;8-活塞密圈(格蘭圈); 9-液壓油出入口; 10-冷卻管道; 11-鈦合金隔熱板；12-封堵螺塞；13-導滑套；14-電熱彎管；15-噴嘴殼體：16-引出線：17-閥針；18-噴嘴頭；19-嵌線加熱銅套；20-凹環槽；21-中心定位銷；22-隔熱支撐墊：23-承壓流道環；24-側彎流道板

整體式熱流道的油缸被直接安裝在流道板上。對于圖11和圖12上針閥式噴嘴G3的液壓油缸驅動，通常油壓是2～8MPa。設計液壓缸的活塞直徑65mm，內徑25mm，液壓油壓力5MPa時, 閥針可以獲得14kN的足夠大閉合力。在100MPa的高壓塑料熔料中，驅動閥針啟閉運動。控制油路由液壓閥和電磁換向閥組成。

油缸直接安裝在高溫流道板上。圖12上油缸的鈦合金底板11與流道板隔熱。該底板挖有大面積凹槽，用氣隙絕熱。在缸體3底部位置還有冷卻循環水管道10降溫。每個冷卻水的回路只能串接兩個油缸。熱流道在密閉的定?？蛑?，很難維持油缸密封圈的溫度不超過45～55℃。高溫使密封圈的效果變差，工作壽命縮短。油溫升高后黏度下降，熱流道工作數月后有油液滲出，閥針閉合力下降。

側彎流道板24與流道平板2的兩層之間有絕熱氣隙5mm，間隔的承壓流道環23用鈦合金制造。側彎流道板的懸臂尺寸以小為好，以能容納安裝固定油缸即可。流道側彎板用定位銷21固定在定模板上，與針閥式噴嘴很近。側彎流道板的橫向熱膨脹極小。注射點澆口又在定模中央的主流道噴嘴下方，因此熱膨脹影響很小。但是塑料熔體幾經Z形彎繞注入針閥式噴嘴的流道，流程的壓力損失較大些。