汽車霧燈裝飾蓋倒裝雙色注塑模設(shè)計(jì)

石波，郝加杰

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州 545007)

近年來(lái)隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，雙色或多色塑料制品如車燈、按鍵、手柄等零部件在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1–4]。雙色注射成型是生產(chǎn)雙色塑料制品的主要成型工藝，同時(shí)也是注塑模具領(lǐng)域最重要的核心技術(shù)之一[5–6]；它可以一次注射成型出具有不同顏色或不同材料的塑料制品[7–8]，成型的塑料制品不僅外形美觀、性能穩(wěn)定[9]，同時(shí)還簡(jiǎn)化了塑料制品后續(xù)的裝配生產(chǎn)工藝，降低了塑料件開發(fā)成本[10–11]。鑒于雙色注塑工藝的獨(dú)特性，雙色注塑模具在模具設(shè)計(jì)上與普通注塑模具相比也有很大不同[12–13]。筆者以某車型霧燈裝飾蓋雙色塑料件為研究對(duì)象，分析介紹了該雙色注塑模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 霧燈裝飾蓋產(chǎn)品分析

霧燈裝飾蓋塑料件的材質(zhì)由硬膠聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)+丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物(ASA)合金材料和軟膠熱塑性彈性體(TPE)構(gòu)成，如圖1所示，硬膠位于霧燈裝飾蓋產(chǎn)品的外圈，硬膠產(chǎn)品的外觀要求為高光免噴涂，質(zhì)量為0.15 kg；軟膠位于霧燈裝飾蓋產(chǎn)品的內(nèi)圈，軟膠產(chǎn)品的外觀要求為細(xì)皮紋，質(zhì)量為0.03 kg。

圖1 霧燈裝飾蓋產(chǎn)品

霧燈裝飾蓋軟膠產(chǎn)品與硬膠產(chǎn)品的連接截面如圖2所示，軟膠產(chǎn)品位于硬膠產(chǎn)品的下側(cè)；為增大軟膠產(chǎn)品與硬膠產(chǎn)品的接觸面積，軟膠產(chǎn)品與硬膠產(chǎn)品的接觸面采用了鋸齒形連接。

圖2 霧燈裝飾蓋軟膠與硬膠的連接截面

2 雙色注塑模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 模具整體方案設(shè)計(jì)

(1)注塑順序。

根據(jù)雙色注塑模具的設(shè)計(jì)要求，第一射注塑后的產(chǎn)品通常會(huì)參與到第二射注射成型時(shí)的型腔封膠[14]，為避免雙色塑料件在兩種材料結(jié)合位置產(chǎn)生披鋒等缺陷，通常雙色注塑第一射注塑硬度較高的材料，第二射注塑硬度較低的材料。因此結(jié)合霧燈裝飾蓋雙色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，決定第一射注射成型PMMA+ASA硬膠材料，第二射注射成型TPE軟膠材料。

(2)模具方案。

由于第一射硬膠產(chǎn)品外表面為高光面，為避免硬膠產(chǎn)品參與第二射注塑時(shí)，硬膠產(chǎn)品的外觀面在第二射子模具合模時(shí)被型腔壓傷，同時(shí)根據(jù)雙色塑料件軟膠、硬膠的搭接形式，決定該雙色模采用倒裝模的設(shè)計(jì)方案。將第一射注塑完成的硬膠產(chǎn)品停留在第一射模具的型腔內(nèi)，型腔側(cè)作為動(dòng)模，然后旋轉(zhuǎn)180°參與第二射軟膠模具的成型。

由于硬膠產(chǎn)品背面存在卡扣座等安裝結(jié)構(gòu)，需在模具的型芯側(cè)設(shè)計(jì)斜頂機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行成型。而該模具為倒裝模，型芯側(cè)為定模，產(chǎn)品成型后需要留在動(dòng)模型腔側(cè)，因此在模具定模側(cè)也需要設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)定模型芯側(cè)的斜頂機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述功能要求，在模具的定模側(cè)設(shè)計(jì)了同步頂出機(jī)構(gòu)，在模具開模的過(guò)程中，定模側(cè)的頂出機(jī)構(gòu)會(huì)隨動(dòng)模側(cè)的型腔同步運(yùn)動(dòng)。在同步運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)型芯側(cè)斜頂機(jī)構(gòu)脫出產(chǎn)品背面的倒扣，同時(shí)將成型后的產(chǎn)品留在動(dòng)模型腔上。

該雙色產(chǎn)品量產(chǎn)采用的注塑機(jī)為直角式雙色注塑機(jī)，因此，模具上也采用直角式雙色進(jìn)膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 直角式雙色注塑

2.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該霧燈裝飾蓋雙色模采用1模4腔的產(chǎn)品布局設(shè)計(jì)，4腔產(chǎn)品分別是左霧燈裝飾蓋硬膠產(chǎn)品、右霧燈裝飾蓋硬膠產(chǎn)品、左霧燈裝飾蓋軟膠產(chǎn)品和右霧燈裝飾蓋軟膠產(chǎn)品，熱流道進(jìn)膠系統(tǒng)如圖4所示，第一射硬膠產(chǎn)品和第二射軟膠產(chǎn)品分別設(shè)計(jì)了兩套獨(dú)立的熱流道進(jìn)膠系統(tǒng)，熱流道系統(tǒng)采用YUDO品牌針閥式熱流道。

圖4 熱流道進(jìn)膠系統(tǒng)

其中，圖4a為第一射硬膠產(chǎn)品的進(jìn)膠系統(tǒng)，單個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)3個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)，采用側(cè)澆口設(shè)計(jì)；圖4b為第二射軟膠產(chǎn)品的進(jìn)膠系統(tǒng)，單個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)2個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)，每個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)再分出3個(gè)流道，軟膠產(chǎn)品采用潛伏式澆口設(shè)計(jì)。

2.3 雙色注塑模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)定模模具結(jié)構(gòu)。

圖5為定模模具結(jié)構(gòu)。圖5a為第一射硬膠產(chǎn)品模具定模模具結(jié)構(gòu)，每個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)5個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)，用于成型硬膠產(chǎn)品背面的部分安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)。圖5b為第二射軟膠產(chǎn)品模具定模模具結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)為頂針和頂塊，用于將第二射軟膠產(chǎn)品的的潛伏式澆口從定模內(nèi)頂出。

圖5 定模模具結(jié)構(gòu)

(2)動(dòng)模模具結(jié)構(gòu)。

如圖6a、6b分別為動(dòng)模型腔側(cè)第一射硬膠產(chǎn)品和第二射軟膠產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)，兩套子模具的模具結(jié)構(gòu)完全相同，全部為斜頂機(jī)構(gòu)，用于成型硬膠產(chǎn)品背面部分安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)及將第一射硬膠產(chǎn)品留在動(dòng)模側(cè)型腔內(nèi)。

圖6 動(dòng)模模具結(jié)構(gòu)

2.4 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)霧燈裝飾蓋雙色產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，該雙色模具的定模側(cè)和動(dòng)模側(cè)分別設(shè)計(jì)了頂出系統(tǒng)。

(1)同步頂出機(jī)構(gòu)。

為使注塑完成的塑料件留在動(dòng)模型腔側(cè)，型芯側(cè)的斜頂機(jī)構(gòu)需在模具開模過(guò)程中隨動(dòng)模型腔同步運(yùn)動(dòng)，直至型芯內(nèi)的斜頂機(jī)構(gòu)完全退出產(chǎn)品倒扣。為保證定斜頂機(jī)構(gòu)的同步運(yùn)動(dòng)，模具設(shè)計(jì)了同步拉鉤機(jī)構(gòu)。

同步拉鉤機(jī)構(gòu)如圖7所示，同步拉鉤機(jī)構(gòu)主要由拉鉤主體、拉鉤導(dǎo)向塊、拉塊、彈簧、拉塊壓條、螺栓1、銷釘、螺栓2、螺栓3組成。其中，拉塊主體的下端通過(guò)銷釘和螺栓1固定在定模側(cè)頂出系統(tǒng)的頂針板上，拉塊導(dǎo)向塊通過(guò)螺栓2固定在型芯模板上，拉塊內(nèi)開設(shè)有2個(gè)盲孔，彈簧安裝在拉塊的盲孔內(nèi)，拉塊壓塊壓著拉塊將壓塊及彈簧安裝在型腔模板上，同時(shí)拉塊壓塊通過(guò)螺栓3固定在型腔模板上。

圖7 同步拉鉤機(jī)構(gòu)

同步拉鉤機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系如圖8所示，拉鉤主體與拉鉤導(dǎo)向塊之間間隙配合，配合間隙為0.5 mm；同時(shí)，模具在閉合狀態(tài)時(shí)，拉鉤主體扣在拉塊上。

圖8 同步拉鉤機(jī)構(gòu)配合關(guān)系

模具拉鉤機(jī)構(gòu)在模具同步運(yùn)動(dòng)前的狀態(tài)如圖9所示，此時(shí)，模具處于開模前的臨界狀態(tài)，拉鉤主體扣在拉塊內(nèi)，為同步運(yùn)動(dòng)做準(zhǔn)備。

圖9 拉鉤機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)前狀態(tài)

如圖10所示，模具向上開模時(shí)，型腔通過(guò)拉塊帶動(dòng)拉塊主體一起向上運(yùn)動(dòng)，拉塊主體再驅(qū)動(dòng)定模頂針板向上運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)型腔與定模頂出系統(tǒng)的同步運(yùn)動(dòng)。當(dāng)型腔向上運(yùn)動(dòng)55 mm時(shí)，拉塊導(dǎo)向塊開始?jí)浩壤瓑K向右運(yùn)動(dòng)；當(dāng)型腔向上運(yùn)動(dòng)90 mm時(shí)，拉塊導(dǎo)向塊壓迫拉塊向右運(yùn)動(dòng)5 mm，此時(shí)拉鉤主體完全脫離拉塊，拉鉤同步運(yùn)動(dòng)結(jié)束。

圖10 拉鉤機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)后狀態(tài)

(2)定模頂出機(jī)構(gòu)。

定模側(cè)頂出系統(tǒng)如圖11所示，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具在定模側(cè)分別都設(shè)計(jì)了頂出系統(tǒng)，且兩套子模具的頂出系統(tǒng)都設(shè)計(jì)了同步拉鉤機(jī)構(gòu)，模具開模過(guò)程中，定模側(cè)頂出系統(tǒng)都隨動(dòng)模側(cè)型腔同步頂出90 mm，完成定模側(cè)的頂出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。其中，第一射硬膠模具的頂出系統(tǒng)主要作用是驅(qū)動(dòng)斜頂運(yùn)動(dòng)，脫出硬膠產(chǎn)品背面的部分倒扣結(jié)構(gòu)；第二射軟膠模具頂出系統(tǒng)的主要作用是從型芯內(nèi)頂出軟膠模具的潛進(jìn)膠澆口及流道。

圖11 定模側(cè)頂出機(jī)構(gòu)

定模側(cè)頂出系統(tǒng)的復(fù)位過(guò)程靠動(dòng)模側(cè)型腔壓著復(fù)位桿帶動(dòng)整個(gè)定模頂出機(jī)構(gòu)及拉鉤機(jī)構(gòu)復(fù)位。

(3)動(dòng)模頂出機(jī)構(gòu)。

動(dòng)模側(cè)頂出機(jī)構(gòu)如圖12所示，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具在動(dòng)模側(cè)的頂出機(jī)構(gòu)完全相同。第一射硬膠模具注塑完成后，硬膠模具動(dòng)模頂出系統(tǒng)不頂出，動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180°參與第二射軟膠模具的成型，第二射軟膠模具注塑完成后，軟膠模具動(dòng)模頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將雙色塑料件頂出。

圖12 動(dòng)模側(cè)頂出機(jī)構(gòu)

動(dòng)模側(cè)第二射軟膠模具頂出機(jī)構(gòu)的復(fù)位過(guò)程靠氮?dú)鈴椈蓧嚎s頂針板復(fù)位。

2.5 雙色注塑模模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為避免雙色產(chǎn)品冷卻不均勻而導(dǎo)致產(chǎn)生翹曲變形，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。霧燈裝飾蓋動(dòng)模、定模水路的設(shè)計(jì)除了遵循模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則[15]外，還有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

(1)模具冷卻系統(tǒng)采用“隨形水路+水井”的設(shè)計(jì)方案，如圖13所示，整體上沿產(chǎn)品形狀設(shè)計(jì)隨形水路，局部冷卻不足的區(qū)域設(shè)計(jì)水井進(jìn)行輔助冷卻，以保證產(chǎn)品冷卻均勻；

圖13 模具冷卻系統(tǒng)

(2)模具水路直徑為11 mm，水井直徑為18 mmn，相鄰水路之間間距為50 mm，水路距離產(chǎn)品表面距離為20～25 mm；

(3)模具動(dòng)模、定模分別接模溫機(jī)，動(dòng)定模模具溫度獨(dú)立控制。

3 雙色注塑模工作原理

霧燈裝飾蓋雙色模工作原理如圖14所示，該霧燈裝飾蓋雙色模安裝在直角式雙色注塑機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)。在進(jìn)行第一次注塑時(shí)，只注塑第一射硬膠模具，第二射軟膠模具不注塑；硬膠模具注塑完成進(jìn)行開模運(yùn)動(dòng)時(shí)，注塑機(jī)動(dòng)模板帶動(dòng)雙色模動(dòng)模后退，同時(shí)利用同步拉鉤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)硬膠模具和軟膠模具的定模頂出系統(tǒng)隨動(dòng)模一起同步頂出，實(shí)現(xiàn)將硬膠產(chǎn)品在定模側(cè)的倒扣結(jié)構(gòu)脫模成型，同時(shí)將硬膠產(chǎn)品停留在倒裝模的動(dòng)模上；然后注塑機(jī)動(dòng)模轉(zhuǎn)動(dòng)盤帶動(dòng)雙色模動(dòng)模順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°后模具閉合，實(shí)現(xiàn)雙色模的換腔動(dòng)作。

圖14 雙色模工作示意圖

在第二次注塑時(shí)，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具同時(shí)進(jìn)行注塑，第二射軟膠模具完成硬膠塑料件和軟膠塑料件的雙色成型，同時(shí)第一射硬膠模具注射成型硬膠塑料件，為下一模雙色塑料件的注射成型做準(zhǔn)備。第二次注塑完成進(jìn)行開模時(shí)，注塑機(jī)動(dòng)模板帶動(dòng)雙色模動(dòng)模后退，同時(shí)利用同步拉鉤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)硬膠模具和軟膠模具的定模頂出系統(tǒng)隨動(dòng)模一起同步頂出，實(shí)現(xiàn)將第一射硬膠產(chǎn)品和第二射雙色產(chǎn)品在定模側(cè)的倒扣結(jié)構(gòu)脫模成型，同時(shí)硬膠產(chǎn)品和雙色產(chǎn)品分別停留在硬膠模具和軟膠模具的動(dòng)模上；此時(shí)，第一射硬膠模具動(dòng)模不頂出，第二射軟膠模具動(dòng)模頂出，將雙色塑料件頂出后進(jìn)行機(jī)械手取件。最后，雙色模動(dòng)模按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)180°，模具閉合，開始雙色注塑循環(huán)[16]。

4 結(jié)論

根據(jù)霧燈裝飾蓋雙色注塑模具的設(shè)計(jì)過(guò)程，得到如下結(jié)論：

(1)采用倒裝模的模具方案，將外觀面為高光免噴涂的硬膠產(chǎn)品注塑完成后留在動(dòng)模側(cè)型腔內(nèi)，解決了霧燈裝飾蓋雙色產(chǎn)品硬膠高光表面被壓傷的難題。

(2)采用第一射注塑硬膠產(chǎn)品、第二射注塑軟膠產(chǎn)品的注塑順序，保證了軟膠、硬膠結(jié)合區(qū)域的產(chǎn)品成型質(zhì)量。

(3)采用在該雙色模定模側(cè)和動(dòng)模側(cè)分別設(shè)計(jì)頂出系統(tǒng)的模具方案，實(shí)現(xiàn)了該霧燈裝飾蓋雙色塑料件的成型。

(4)采用定模側(cè)同步拉鉤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了定模側(cè)頂出機(jī)構(gòu)隨動(dòng)模型腔同步開模運(yùn)動(dòng)的要求，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品在定模側(cè)的順利脫模。

(5)“隨形水路+水井”的水路設(shè)計(jì)方案提高了霧燈裝飾蓋模具的冷卻效率，縮短了成型周期，保證了制品的成型質(zhì)量。

該雙色模模具結(jié)構(gòu)方案經(jīng)批量生產(chǎn)驗(yàn)證后，模具結(jié)構(gòu)可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，脫模順暢，產(chǎn)品質(zhì)量得到有效保證，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。