智能定位器面蓋雙色注塑模設計

張維合，溫煌英，馮 婧

（廣東科技學院機電工程學院，廣東 東莞 523083）

0 前言

雙色注塑是指將2種不同品種的塑料或相同品種但顏色不同的塑料注射到同一套模具中，從而得到1件雙色或雙料制品的成型工藝。雙色注塑模具有2個定模A1、A2和2個動模B1、B2，其中動模2個型腔完全相同，定模2個型腔則不一樣。合模后形成2個型腔，第一次注射時A1-B1組成1個型腔，A2和B2組成1個型腔，第二次注射時動模旋轉180°，合模后A1-B2組成1個型腔，A2和B1組成1個型腔。

雙色注射成型技術是注塑模具有革新意義的核心技術之一，它不但提高了注射成型的產品附加值和勞動生產率，也開拓了注射成型的新領域，使塑料制品越來越豐富多彩[1]。本文介紹了1副智能定位器面蓋雙色注塑模具，其設計經驗和技巧可供同行借鑒。

1 塑件結構分析

智能定位器雙色面蓋由聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）2種塑料組成，其中內芯是紅色PC，包覆層是藍色ABS。制品造型優美，紅藍兩色搭配立體感強，給人以高貴、舒適的感覺。智能定位器面蓋結構較復雜，有兩處倒扣S1和S2，脫模困難，塑件最大外形尺寸為114 mm×690 mm×64.5 mm，詳見圖1。塑件為外飾件，表面不允許有澆口痕跡，也不允許有黑點、黑斑、流痕和熔接痕等成型缺陷。

圖1 智能定位器面蓋（單位：mm）Fig.1 The intelligent positioner cover（Unit：mm）

2 模具結構分析

由于成型塑件由PC和ABS 2種塑料組成，為提高成型效率和成型質量，模具采用雙色注塑模結構，詳見圖2。智能定位器雙色面蓋雙色注塑模具由2套模架組成，2套模架外形尺寸相同，長300 mm，寬250 mm，高386 mm。由于每次注射成型之前動模要旋轉180°，故2副模架4個角上的導柱、導套位置完必須全對稱，不能像普通單色注塑模具那樣有1根導柱存在2 mm的偏距[2]。為了提高模具剛度，方便模具安裝，2套模架的動模固定在同一塊模具底板上，2套模架的定模固定在同一塊面板上。雙色注塑模前后模都需設計定位圈，方便對位。

圖2 智能定位器面蓋雙色注塑模具結構圖（單位：mm）Fig.2 Structure drawing of bicolor injection mold for the intelligent positioner cover（Unit：mm）

2.1 成型零件設計

模具有2個型腔，所以有2組成型零件，第一組成型零件成型PC半成品，包括定模鑲件9、動模鑲件20和動模型芯21；第二組成型零件成型PC+ABS雙色制品，包括定模鑲件58、動模鑲件56和動模型芯55。定模鑲件和動模鑲件均采用S136模具鋼，為提高模具壽命，型腔表面進行滲氮處理。 模具鋼S316經鍛造加工，具有極好的機械加工性，為高抗腐蝕、高拋光預硬塑膠鋼材，淬火時具有優良的穩定性[3]。

由于第二次注射成型的產品與第一次注射成型的PC半成品表面需要封膠，故第一次注射PC的半成品表面要留預壓量（即稍大一些），使它在第二次注射成型的時候能夠與定模鑲件貼壓得更緊，以達到封膠的效果，預壓量一般為0.02～0.05 mm[4]。

2.2 澆注系統設計

智能定位器面蓋雙色注塑模具采用注射PC熔體和注射ABS熔體的兩個澆注系統，第一次注射PC，第二次注射ABS。由于第一次進料的澆注系統的型腔中沒有脫模系統，澆注系統凝料必須能夠自動脫落，故第一次進料膠采用了點澆口，點澆口流道凝料可以實現和PC半成品自動切斷，并能夠自動脫落[5]。由于智能定位器外表面質量要求很高，不允許有澆口痕跡，故第一次注射的點澆口應被第二次注射的ABS料覆蓋，且第二次注射時模具只能采用潛伏式澆口，詳見圖3。

圖3 模具澆注系統（單位：mm）Fig.3 Gating system of the mold（Unit：mm）

雙色注塑模具第一次注射的點澆口處模具型腔一定要做球面凸起，凸起高度為0.5 mm，成型半成品后澆口處就會凹入0.5 mm（俗稱的肚臍眼），詳見圖3（a）的放大圖。這樣做的目的是保證第一次的澆口痕跡完全被第二次注射的熔體覆蓋住，避免點澆口斷裂的毛刺插穿第二次注射的熔體壁厚[6]。

第二次注射ABS時熔體是從內側面進入型腔，但第一次注射后內側面已被PC內芯封住，ABS熔體無法由潛伏式澆口通過動模鑲件進入由PC內芯和定模鑲件組成的型腔。為解決這個問題，我們設計了1個進料工藝孔，見圖3（b），在第一次注射PC料的型腔內設計了1根工藝型芯64，詳見圖2（e），該型芯用于成型二次注射ABS時的輔助流道，即進料工藝孔。這是本模具結構的第一個創新點。

2.3 側向抽芯機構設計

普通單色注塑模具一般優先采用動模側向抽芯，這樣可以在開模的過程中完成側向抽芯，模具結構較簡單。但對于雙色注塑模具，因為第一次注塑完成后動?；瑝K不能進行抽芯，否則旋轉180°后第二次合模容易壓傷半成品，故應優先采用定模側向抽芯。雙色注塑模具如果必須設計動模側向抽芯機構，則必須采用以下4種特殊機構之一：（1）油缸抽芯：注塑機第一次開模油缸不動作，注塑機第二次開模后油缸才抽芯；（2）延時抽芯機構；（3）米思米（misumi）STRACK標準模具滑塊限位夾；（4）頂針板驅動滑塊[7]。

智能定位器面蓋的倒扣S1在分型線以下，但為了簡化模具結構，提高模具運行的穩定性和安全性，我們還是采用了定模側向抽芯機構，這是本模具結構的第二個創新點。該機構由滑塊24、擋銷25、楔緊塊26和彈簧27組成?；瑝K的鎖緊、抽芯和復位都由楔緊塊26完成。楔緊塊26合模后插入動模B板，大大提高了模具的剛性和對滑塊的鎖模力。在抽芯過程中滑塊與鑲件因相互運動而發生摩擦，為減小磨損，滑塊和鑲件的不宜采用相同的鋼材，采用瑞典一勝百公司的718模具鋼，硬度HB 330～370。

倒扣S2較復雜，抽芯方向與開模方向成35°夾角，無法采用常規的定模抽芯機構。斜向滑塊34由撥快32驅動抽芯，導向零件是導向塊28，定位零件是彈簧33和限位桿29，抽芯距離8 mm，由限位桿29控制，詳見圖4。

圖4 斜向滑塊側向抽芯機構（單位：mm）Fig.4 Side-core pulling mechanism with oblique slider（Unit：mm）

2.4 定距分型機構設計

由于模具采用點澆口澆注系統，且2個側向抽芯機構都在定模中，故動、定模打開之前必須要完成澆注系統凝料自動脫落以及定?；瑝K的側向抽芯，否則成型制品就會扣留在定模型腔而無法脫模[8]。模具有3個分型面（見圖2），各分型面打開順序必須保證：I→II→III。根據澆注系統凝料的尺寸和側向倒扣S1和S2的深度，分型面I的打開距離為130 mm；根據分流道截面尺寸，分型面II的打開距離取10 mm；根據成型制品的高度尺寸，分型面III的打開距離取150 mm。為保證模具個分型面的開模順序和開模距離，模具設計了定距分型機構。定距分型機構由外置扣基和內置小拉桿組成，包括長拉條52、短拉條51、活動塊50、彈簧49以及小拉桿57、63、限位螺釘43、60組成，詳見圖2（e）和（f）。

2.5 溫度控制系統設計

模具采用“直通式冷卻水管+隔片式冷卻水井”的組合溫度控制系統，共有10組冷卻水路組成，其中2個動模的溫度控制系統大致相似，而2個定模的溫度控制系統則完全不同[9]，詳見圖2和圖5。充分且合理的溫度控制系統不但保證了塑件的成型質量，而且模具的勞動生產率也提高了約10 %。

圖5 模具溫度控制系統示意圖Fig.5 Schematic diagram of temperature control system of the injection mold

2.6 導向定位系統設計

雙色注塑模具由兩套模架組成，精度高，活動零件多，導向定位系統若設計不合理，模具精度、剛度、強度、壽命就難以達到設計要求。為此本模具所有活動的模板均采用了導柱導套導向，見圖2中的導柱22、46，導套23、47、48。所有活動的側向抽芯機構均采用了T形槽導向。由于第一次注射成型后，動模要旋轉180°再合模組成2個型腔，為保證旋轉后順利合模，導柱導套位置必須完全對稱，且全部要設計了防轉結構。模具的定位系統主要是動模鑲和定模鑲件4個角上的5°錐面內模管位。采用內模管位定位后成型制品的精度將不受模板制造誤差和導柱導套之間間隙的影響[10]。

2.7 脫模機構設計

智能定位器面蓋雙色模具脫模系統由2套完全相同的脫模系統組成，每套脫模系統包括由8根推桿、6根推管、1塊推件固定板和1塊推件底板，詳見圖2（e）。因為脫模系統只能將“ABS+PC”雙色成型制品推離模具，而不能將PC內芯半成品推出模具，故2套脫模系統在每一次注射成型過程中只有1套脫模系統發揮作用，而另一套脫模系統在開模過程中則完全不動[11]。

3 模具工作過程

3.1 熔體填充

（1）PC熔體通過點澆口進入型腔“A1+B1”，成型PC半成品內芯；（2）ABS熔體通過潛伏式澆口進入型腔“A2+B2”，成型ABS包覆層，并得到PC+ABS雙色成品。

3.2 冷卻固化

兩型腔熔體填滿型腔后，保壓、冷卻、固化。

3.3 開模

兩型腔的半成品和產品冷卻固化至足夠剛性后，注塑機拉動動模固定板1開模。（1）在外置定距分型機構中短拉桿的作用下，模具先從分型面I處打開，打開距離130 mm，由內置小拉桿控制。分型面I打開過程中，澆注系統凝料在拉料桿作用下與成型塑件分離，并脫離定模鑲件和定模板，同時楔緊塊17、26驅動滑塊19、24進行側向抽芯，撥塊32撥動斜向滑塊34進行定模斜向外側抽芯。（2）分型面I完成開模行程130 mm后，外置定距分型機構中的長拉桿推動活動塊脫離短拉桿，模具接著從分型面II處打開，打開距離10 mm，由限位螺釘控制。分型面II打開過程中，脫料板強行將澆注系統凝料推離拉料桿，模具實現自動脫澆。（3）注塑機拉動動模繼續后退，模具最后從分型面III處打開，打開距離150 mm（成型制品高度+型芯高出分型面最大高度+安全距離20～30 mm）。分型面III打開過程中，工藝型芯脫離PC半成品內芯，PC半成品內芯和雙色成型制品同時脫離定模型腔。（4）完成開模行程后，注塑機頂棍通過K.O孔推動“A2+B2”型腔內的推桿和推管，將“PC+ABS”雙色成品推出動模。

3.4 動模旋轉180°

雙色成品脫模后，注塑機帶動動模旋轉180°，半成品PC內芯進入定模的另一個型腔。

3.5 合模

推出零件在復位桿和復位彈簧作用下復位，滑塊在楔緊塊的作用下復位，斜向滑塊在耐磨塊推動下復位。

3.6 模具接著下一次注射成型

每次注射都得到一件PC半成品內芯和一件“PC+ABS”雙色制品。

這是一副較復雜的雙色注塑模具，由于結構設計先進合理，模具自投產以來，運行安全穩定，成型周期和成型制品質量均達到設計要求。

4 結論

（1）模具采用定模側向抽芯機構，不但大大簡化模具結構，而且大大提高了模具運行的安全性和穩定性，大大降低了故障發生的幾率；

（2）模具采用工藝型芯成型ABS熔體的輔助流道，使熔體能夠通過潛伏式澆口由內側面進入型腔，從而保證了成型制品的外觀質量，同時也提高了模具的自動化程度，使注塑生產可以采用全自動化作業；

（3）模具的定距分型機構保證了模具的開模順序，導向定位機構保證了模具的剛度，充分且均衡的冷卻系統又有效保證了塑件的尺寸精度和模具的勞動生產率。