汽車霧燈裝飾蓋倒裝雙色注塑模設計

石波，郝加杰

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西柳州 545007)

近年來隨著我國汽車工業的快速發展，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用越來越廣泛[1–4]。雙色注射成型是生產雙色塑料制品的主要成型工藝，同時也是注塑模具領域最重要的核心技術之一[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、性能穩定[9]，同時還簡化了塑料制品后續的裝配生產工藝，降低了塑料件開發成本[10–11]。鑒于雙色注塑工藝的獨特性，雙色注塑模具在模具設計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象，分析介紹了該雙色注塑模具的設計要點。

1 霧燈裝飾蓋產品分析

霧燈裝飾蓋塑料件的材質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)構成，如圖1所示，硬膠位于霧燈裝飾蓋產品的外圈，硬膠產品的外觀要求為高光免噴涂，質量為0.15 kg；軟膠位于霧燈裝飾蓋產品的內圈，軟膠產品的外觀要求為細皮紋，質量為0.03 kg。

圖1 霧燈裝飾蓋產品

霧燈裝飾蓋軟膠產品與硬膠產品的連接截面如圖2所示，軟膠產品位于硬膠產品的下側；為增大軟膠產品與硬膠產品的接觸面積，軟膠產品與硬膠產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 雙色注塑模模具結構設計

2.1 模具整體方案設計

(1)注塑順序。

根據雙色注塑模具的設計要求，第一射注塑后的產品通常會參與到第二射注射成型時的型腔封膠[14]，為避免雙色塑料件在兩種材料結合位置產生披鋒等缺陷，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。因此結合霧燈裝飾蓋雙色產品的設計特點，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。

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

由于硬膠產品背面存在卡扣座等安裝結構，需在模具的型芯側設計斜頂機構對其進行成型。而該模具為倒裝模，型芯側為定模，產品成型后需要留在動模型腔側，因此在模具定模側也需要設計頂出機構來驅動定模型芯側的斜頂機構運動。

為實現上述功能要求，在模具的定模側設計了同步頂出機構，在模具開模的過程中，定模側的頂出機構會隨動模側的型腔同步運動。在同步運動的過程中，通過型芯側斜頂機構脫出產品背面的倒扣，同時將成型后的產品留在動模型腔上。

該雙色產品量產采用的注塑機為直角式雙色注塑機，因此，模具上也采用直角式雙色進膠系統設計，如圖3所示。

圖3 直角式雙色注塑

2.2 模具澆注系統設計

該霧燈裝飾蓋雙色模采用1模4腔的產品布局設計，4腔產品分別是左霧燈裝飾蓋硬膠產品、右霧燈裝飾蓋硬膠產品、左霧燈裝飾蓋軟膠產品和右霧燈裝飾蓋軟膠產品，熱流道進膠系統如圖4所示，第一射硬膠產品和第二射軟膠產品分別設計了兩套獨立的熱流道進膠系統，熱流道系統采用YUDO品牌針閥式熱流道。

圖4 熱流道進膠系統

其中，圖4a為第一射硬膠產品的進膠系統，單個產品設計3個進膠點，采用側澆口設計；圖4b為第二射軟膠產品的進膠系統，單個產品設計2個進膠點，每個進膠點再分出3個流道，軟膠產品采用潛伏式澆口設計。

2.3 雙色注塑模模具結構設計

(1)定模模具結構。

圖5為定模模具結構。圖5a為第一射硬膠產品模具定模模具結構，每個產品設計5個斜頂機構，用于成型硬膠產品背面的部分安裝點結構。圖5b為第二射軟膠產品模具定模模具結構，模具結構為頂針和頂塊，用于將第二射軟膠產品的的潛伏式澆口從定模內頂出。

圖5 定模模具結構

(2)動模模具結構。

如圖6a、6b分別為動模型腔側第一射硬膠產品和第二射軟膠產品的模具結構，兩套子模具的模具結構完全相同，全部為斜頂機構，用于成型硬膠產品背面部分安裝點結構及將第一射硬膠產品留在動模側型腔內。

圖6 動模模具結構

2.4 頂出機構設計

根據霧燈裝飾蓋雙色產品的結構設計特點，該雙色模具的定模側和動模側分別設計了頂出系統。

(1)同步頂出機構。

為使注塑完成的塑料件留在動模型腔側，型芯側的斜頂機構需在模具開模過程中隨動模型腔同步運動，直至型芯內的斜頂機構完全退出產品倒扣。為保證定斜頂機構的同步運動，模具設計了同步拉鉤機構。

同步拉鉤機構如圖7所示，同步拉鉤機構主要由拉鉤主體、拉鉤導向塊、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銷釘和螺栓1固定在定模側頂出系統的頂針板上，拉塊導向塊通過螺栓2固定在型芯模板上，拉塊內開設有2個盲孔，彈簧安裝在拉塊的盲孔內，拉塊壓塊壓著拉塊將壓塊及彈簧安裝在型腔模板上，同時拉塊壓塊通過螺栓3固定在型腔模板上。

圖7 同步拉鉤機構

同步拉鉤機構的配合關系如圖8所示，拉鉤主體與拉鉤導向塊之間間隙配合，配合間隙為0.5 mm；同時，模具在閉合狀態時，拉鉤主體扣在拉塊上。

圖8 同步拉鉤機構配合關系

模具拉鉤機構在模具同步運動前的狀態如圖9所示，此時，模具處于開模前的臨界狀態，拉鉤主體扣在拉塊內，為同步運動做準備。

圖9 拉鉤機構同步運動前狀態

如圖10所示，模具向上開模時，型腔通過拉塊帶動拉塊主體一起向上運動，拉塊主體再驅動定模頂針板向上運動，以實現型腔與定模頂出系統的同步運動。當型腔向上運動55 mm時，拉塊導向塊開始壓迫拉塊向右運動；當型腔向上運動90 mm時，拉塊導向塊壓迫拉塊向右運動5 mm，此時拉鉤主體完全脫離拉塊，拉鉤同步運動結束。

圖10 拉鉤機構同步運動后狀態

(2)定模頂出機構。

定模側頂出系統如圖11所示，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具在定模側分別都設計了頂出系統，且兩套子模具的頂出系統都設計了同步拉鉤機構，模具開模過程中，定模側頂出系統都隨動模側型腔同步頂出90 mm，完成定模側的頂出系統運動。其中，第一射硬膠模具的頂出系統主要作用是驅動斜頂運動，脫出硬膠產品背面的部分倒扣結構；第二射軟膠模具頂出系統的主要作用是從型芯內頂出軟膠模具的潛進膠澆口及流道。

圖11 定模側頂出機構

定模側頂出系統的復位過程靠動模側型腔壓著復位桿帶動整個定模頂出機構及拉鉤機構復位。

(3)動模頂出機構。

動模側頂出機構如圖12所示，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具在動模側的頂出機構完全相同。第一射硬膠模具注塑完成后，硬膠模具動模頂出系統不頂出，動模旋轉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，軟膠模具動模頂出機構運動，將雙色塑料件頂出。

圖12 動模側頂出機構

動模側第二射軟膠模具頂出機構的復位過程靠氮氣彈簧壓縮頂針板復位。

2.5 雙色注塑模模具冷卻系統設計

為避免雙色產品冷卻不均勻而導致產生翹曲變形，產生質量缺陷。霧燈裝飾蓋動模、定模水路的設計除了遵循模具冷卻系統設計的一般原則[15]外，還有以下設計特點：

(1)模具冷卻系統采用“隨形水路+水井”的設計方案，如圖13所示，整體上沿產品形狀設計隨形水路，局部冷卻不足的區域設計水井進行輔助冷卻，以保證產品冷卻均勻；

圖13 模具冷卻系統

(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，水路距離產品表面距離為20～25 mm；

(3)模具動模、定模分別接模溫機，動定模模具溫度獨立控制。

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上進行生產。在進行第一次注塑時，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行開模運動時，注塑機動模板帶動雙色模動模后退，同時利用同步拉鉤機構驅動硬膠模具和軟膠模具的定模頂出系統隨動模一起同步頂出，實現將硬膠產品在定模側的倒扣結構脫模成型，同時將硬膠產品停留在倒裝模的動模上；然后注塑機動模轉動盤帶動雙色模動模順時針轉動180°后模具閉合，實現雙色模的換腔動作。

圖14 雙色模工作示意圖

在第二次注塑時，第一射硬膠模具和第二射軟膠模具同時進行注塑，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備。第二次注塑完成進行開模時，注塑機動模板帶動雙色模動模后退，同時利用同步拉鉤機構驅動硬膠模具和軟膠模具的定模頂出系統隨動模一起同步頂出，實現將第一射硬膠產品和第二射雙色產品在定模側的倒扣結構脫模成型，同時硬膠產品和雙色產品分別停留在硬膠模具和軟膠模具的動模上；此時，第一射硬膠模具動模不頂出，第二射軟膠模具動模頂出，將雙色塑料件頂出后進行機械手取件。最后，雙色模動模按逆時針方向轉動180°，模具閉合，開始雙色注塑循環[16]。

4 結論

根據霧燈裝飾蓋雙色注塑模具的設計過程，得到如下結論：

(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品注塑完成后留在動模側型腔內，解決了霧燈裝飾蓋雙色產品硬膠高光表面被壓傷的難題。

(2)采用第一射注塑硬膠產品、第二射注塑軟膠產品的注塑順序，保證了軟膠、硬膠結合區域的產品成型質量。

(3)采用在該雙色模定模側和動模側分別設計頂出系統的模具方案，實現了該霧燈裝飾蓋雙色塑料件的成型。

(4)采用定模側同步拉鉤機構的設計方案，達到了定模側頂出機構隨動模型腔同步開模運動的要求，實現了產品在定模側的順利脫模。

(5)“隨形水路+水井”的水路設計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量。

該雙色模模具結構方案經批量生產驗證后，模具結構可靠，動作平穩，脫模順暢，產品質量得到有效保證，達到了預期的設計效果。