普通注塑機上實現(xiàn)電視機面殼雙層雙色注射成型

高西成，方 剛，儲 彪

（1.創(chuàng)維集團研究院結構所，廣東 深圳518108；2.清華大學機械工程系，北京100084）

普通注塑機上實現(xiàn)電視機面殼雙層雙色注射成型

高西成1，方 剛2＊，儲 彪1

（1.創(chuàng)維集團研究院結構所，廣東 深圳518108；2.清華大學機械工程系，北京100084）

介紹了一種在普通單色注塑機上增加輔助螺桿和特殊模具設計實現(xiàn)電視機面殼零件雙色注射成型的技術方案。該方案使用型芯下沉式模具結構，通過特殊的頂針板設計，解決了雙色彩電面殼內(nèi)部眾多不等高螺絲柱注射成型難的問題，并且不會在制品表層透明材料的表面上產(chǎn)生光學缺陷。目前，采用這種設計的模具已經(jīng)實現(xiàn)工程量產(chǎn)，塑件成型效果良好。

注塑機；輔助螺桿；電視機面殼；雙色注射成型

0 前言

近年來，雙色仿水晶面殼成為高端彩色電視機外殼設計的流行趨勢，這種外殼一般需要采用大型專用雙色注塑機來成型。但是，大型專用注塑設備造價昂貴、保有量少，并且通用性和使用率也較低，因此成型設備成為制約雙色仿水晶面殼應用的主要因素。

通過改裝普通的單色注塑機來實現(xiàn)大中型雙層雙色注射成型已有報道，主要是增加輔助螺桿，模具形式采用型芯下沉式結構[1－2]。雙色仿水晶彩電面殼內(nèi)部結構相對復雜，使用型芯下沉方式雖然可以實現(xiàn)雙層殼體的主體部分成型，但零件內(nèi)側結構細節(jié)的成型會受到很大限制。

本文介紹的技術是通過零件結構優(yōu)化和模具的特殊設計突破上述限制，滿足零件的成型工藝要求和使用要求，在普通注塑機上實現(xiàn)較復雜的雙色仿水晶電視機面殼注射成型，從而大幅節(jié)約專用設備的巨額投入，提高設備利用率。經(jīng)過實踐證明，這一技術方案適合彩電行業(yè)的生產(chǎn)要求，具有良好的應用前景。

1 塑件及注塑工藝分析

圖1為一典型雙層雙色彩電面殼零件結構圖。在注射成型時，第一次成型透明的表層殼體結構1，材料為聚甲基丙烯酸甲酯＋聚碳酸酯（PMMA＋PC）；第二次成型深色不透明的內(nèi)層結構2，材料為丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物（ABS），包括與表層殼體相貼合的內(nèi)層殼體，以及內(nèi)部的加強筋和一些不同高度的螺絲柱凸臺結構3。整個零件的透明表面都是產(chǎn)品的外觀面，不允許噴涂，不能有表層或者光學的外觀缺陷。

從上述成型要求可以看出，零件需要采用蒸氣模無痕注塑和透明零件雙色注塑相結合的工藝。如果選擇型芯下沉方式的雙色模具結構，則要求第一次注射成型之后，所成型的塑膠殼體1要留在型腔一側；然后型芯活動部件下沉，形成面殼內(nèi)層殼體結構以及加強筋和螺絲柱凸臺的成型腔體，再進行第二次注塑；保壓、冷卻、開模之后，零件保留在動模一側，最后頂出半成品零件。顯然，這個塑件成型工藝的難點在于如何通過型芯下沉形成加強筋和不等高螺絲柱的成型腔體，并且要求在第一次注射成型時，上述活動型芯不能在透明殼體內(nèi)側形成明顯的凸凹痕跡，以免影響零件外觀面的透明光學效果。

圖1 塑件結構圖Fig.1 Structure of the plastic part

考慮到加強筋形狀的不規(guī)則性和成型工藝的復雜性，在不影響塑件使用性能的基礎上，對其結構予以簡化（圖2）：取消加強筋結構，把承載較大的角部4個螺釘柱分散為8個螺釘柱1，通過塑膠過渡支架2轉接，以確保螺絲柱位置的承載強度。處理后的面殼有螺釘柱40余處，并且高度各有差異。

圖2 優(yōu)化后的塑件（局部放大）Fig.2 Plastics part after optimization（portion enlarged）

塑件上螺絲柱的注射成型通常在模具上采用司筒頂針結構來實現(xiàn)。由于第一次注塑的外層殼體是零件的外觀面，并且為全透明材料，所以注塑模具中的司筒工作端面必須盡可能與型腔內(nèi)表面平齊，并光滑過渡，避免在透明殼體上產(chǎn)生尖角和光學瑕疵。在進行第二次注塑時，司筒移動到各螺絲柱成型所需的不同高度；零件脫模時，所有司筒要同步頂出。常規(guī)的司筒頂針結構每個司筒只有1個工作位置，因此在普通單色模具和標準的雙色模具上都很容易實現(xiàn)。然而，對于型芯下沉的雙色模具而言，每一個成型司筒及司筒針都有2個工作位置，并且對應的行程各不相同，這是此類塑件注塑模具設計中的主要難點。

2 注塑模具設計改進

為實現(xiàn)塑件上螺釘柱成型的要求，設計了一種特殊的司筒頂板結構（圖3）。與普通的司筒頂板結構相比，新司筒頂板結構增加了2組針板（1、2）、行程螺釘11、背壓彈簧8和司托4，同時改進了模腳10。

改進后的模具工作過程為：在進行第一次注塑之前，第二組針板2向定模方向移動，然后通過司托4、行程螺釘11推動或拉動司筒7及第一組針板1向前移動，當?shù)谝唤M針板1及第二組針板2遇第三組針板5（底針板）及模腳10限位后，司筒7及司筒針3頂端到達與透明殼體內(nèi)側平齊的位置，即第一個工作位置，此時即可進行第一次注塑。第二組針板2可以平衡第一次注塑時作用于司筒7及司筒針3頂端的模內(nèi)壓力；在進行第二次注塑之前，第二組針板2帶動第一組針板1及司筒針3向后退回并脫離司托4，司筒7在復位彈簧8的作用下推動司托4退回，直至司托4受到壓塊6限位停止，這正是司筒7成型螺絲柱的位置，即第二個工作位置。此時可以進行第二次注塑，壓塊6可以平衡第二次注塑時作用于司筒7頂端的模內(nèi)壓力。

圖3 司筒頂板結構的改進Fig.3 Structural improvement of ejector sleeve and ejector plate

從此可以看出，新司托頂板結構可為司筒提供2個工作位置，分別由第二組針板2和司托壓塊6來平衡2次注塑時作用于司筒頂斷面的模內(nèi)壓力。當完成第一次注塑之后，由復位彈簧驅動司筒運動，退回到第二個工作位置。顯然，每個螺絲柱的成型高度都可以通過司托的長度進行單獨控制和調(diào)整。該結構完全滿足雙色彩電面殼內(nèi)側眾多不等高螺絲柱的成型要求。

將上述新型司筒頂板結構用于型芯下沉式雙色模結構，設計出雙色彩電面殼成型模具（圖4），其中，下沉式型芯通過專用油缸驅動和控制。

圖4 模具運行位置圖Fig.4 Operating position of the injection mold

目前設計的模具與使用2套模具實現(xiàn)雙色注塑的標準雙色模具相比，其型芯下沉式雙色模只需一套模具，模具成本約降低一半。另外，在注塑生產(chǎn)時，也不需專用注塑設備提供模架的整體旋轉換位動作等，注塑機臺面只要能夠容納一套模具，并提供2組獨立控制的注塑螺桿即可滿足生產(chǎn)要求。

當然，上述設計的模具結構形式還存在一定的局限性。例如，針對該塑件注塑模的設計，司筒和頂針的成型端面因螺絲柱形態(tài)的要求必須做成平面，而模具在第一次注射成型時，動模的工作表面為光順的曲面。因此，此曲面和司筒的接觸周邊無法做到真正的平滑過渡，從而在一次注射成型的透明毛坯上形成司筒端面形狀的細小平臺，理論上可能會影響最終零件的光學外觀效果。考慮到二次注塑融膠對一次注塑毛坯內(nèi)側的融蝕作用，前述毛坯在司筒位邊緣的幾何不連續(xù)會被二次融膠融蝕、磨平，甚至完全掩蓋（圖5）。實踐證明，在內(nèi)層膠顏色相對較深的情況下，最終零件的光學外觀效果良好，即使近距離檢測，在司筒位正面也看不到光學瑕疵，完全滿足使用要求。

圖5 第二次注塑時模具型腔局部放大圖Fig.5 Enlarged partial view of the cavity before the second injection

3 注塑結果

利用上述的注塑模具設計方案制造了32寸LED電視機整機的透明雙色注塑模具。模具總體寬長高各為1080、1270、1200mm。選用設備為海天1050T注塑機，改裝增加PC專用輔助螺桿。輔助螺桿采用立式安裝，改裝后的設備總高約4m，無須增大設備占地面積，也不必改變廠房結構。

使用上述設備已經(jīng)實現(xiàn)雙色彩電面殼的批量生產(chǎn)，最終生產(chǎn)的面殼成品如圖6所示。

圖6 利用改進模具成型的塑件Fig.6 Plastic part molded by the improved mold

4 結論

（1）在不需要購買大型專用注塑機的前提下，通過通用注塑機增加頂置輔助螺桿的改造，利用一套型芯下沉的模具結構完全可以實現(xiàn)相對復雜的大中型的雙色雙層殼體結構零件注射成型，實現(xiàn)批量生產(chǎn)；

（2）在模具上使用所提出的新型司筒頂桿結構，可以很自由地控制和調(diào)整上述雙色注塑零件內(nèi)側的眾多不等高螺絲柱的成型，并且不會在最終零件上產(chǎn)生光學缺陷；

（3）上述成型方案不能成型常規(guī)的零件內(nèi)側加強筋，零件設計要進行一定優(yōu)化，通過增加螺絲柱和過度小零件的方法代替承載相對集中區(qū)域的加強筋結構簡單易行，效果良好；對于平板電視而言，雙層雙色結構本身也有助于提高零件的剛性，滿足使用性能要求。

[1] 趙蘭蓉.雙色注塑成型技術及其發(fā)展[J].塑料科技，2009，37（11）：92－95.

[2] 羅伯特A馬洛伊.塑料注塑制件設計[M].趙樹高，譯.北京：化學工業(yè)出版社，2000：402－403.

Two－color Injection Molding of a TV Front Cabinets on an General Machine

GAO Xicheng1，F(xiàn)ANG Gang2＊，CHU Biao1
（1.Structure Institute，Institute of Research and Development，Skywordth Group，Shenzhen 518108，China；2.Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

A technical scheme of double－color injection molding was presented，aimed to produce TV front cabinets on a regular injector.An auxiliary screw was added on the regular injector and the injection mold was improved.A movable core was introduced into the structure double－color mold.With a special ejector plate，dozens of bosses with varying heights inside a double－color cabinet could be injected smoothly.Although the skin layer of the cabinet was molded with transparent material，no optical defect was detectable with naked eyes.The scheme has been adopted in mass production and has gained good effects.

injection molding machine；auxiliary screw；television set front cabinet；double－color injection

TQ320.66＋2

B

1001－9278（2011）08－0099－04

2011－04－21

＊聯(lián)系人，fangg＠tsinghua.edu.cn