車身穩定控制按鈕雙色注射模設計

陳緒波， 胡光良， 潘利兵， 嚴勝義， 宋小尉

（浙江長江汽車電子有限公司， 浙江 溫州 325025）

0 引 言

隨著人們生活水平的不斷提高，塑件不僅要滿足人們的使用功能需求，還要給人良好的視覺、觸覺感受并兼顧低成本生產，在此需求下雙色甚至多色塑件應運而生[1]。按鈕開關作為汽車內部裝飾件的重要組成部分，除控制功能外還起到內部裝飾美化作用，所以按鈕的外觀質量關系整車內部裝飾效果。車身穩定控制按鈕作為雙色并帶嵌件的塑件，主表面為曲面結構，設置有卡扣、導軌槽及嵌件放置在透光區等復雜結構，這給其注射模設計帶來一定難度，不僅要從模具整體布局進行合理安排，還要對澆注、冷卻、脫模機構等進行合理規劃和布置，才能保證成型塑件無缺陷且滿足大批量注射成型生產的要求[2]。現以某汽車車身穩定控制按鈕為例，闡述此類帶嵌件雙色塑件模具的結構設計。

1 塑件分析

1.1 帶嵌件雙色塑件成型過程

帶嵌件雙色按鈕成型過程如圖1 所示，塑件總成由2 個步驟注射成型，首先放入嵌件，注射PC 材料成型塑件基體和內襯基體，然后在內襯基體上注射ABS 材料形成塑件的外壁包膠層，最終成型為完整的塑件總成。

圖1 雙色按鈕成型過程

1.2 塑件結構分析

車身穩定控制按鈕結構如圖2 所示，為全包圍形狀殼體結構，為方便按鈕裝配固定第1色基體，兩側設計有2 個方形掛扣孔，塑件最大外形尺寸為33.8 mm×25 mm×18.8 mm，基本壁厚為1.2 mm，最大筋位壁厚為1 mm，其中第1 色子塑件頂面主壁厚為0.8 mm，凈重2.458 g，第2 色子塑件頂面主壁厚為1.2 mm，凈重2.230 g。第1 色子塑件中所用嵌件壁厚為0.7 mm，凈重0.084 g。塑件為外觀件，表面質量要求較高，成型第2色表面后進行電鍍處理，不允許存在縮印、熔接痕、飛邊等缺陷。第1色子塑件原材料為PC 2805 901510（黑色），第2 色子塑件原材料為ABS PG GY419（煙灰色），收縮率均為0.5%，嵌件為PC材料，需手工放置。

圖2 按鈕結構

2 模具結構設計

由于雙色注塑機的2組注射單元和噴嘴獨立分開，其成品的2 種顏色界限分明。雙色注塑機與一般注塑機最大的區別在于注射單元和活動轉盤的設計，活動轉盤提供180°往復旋轉功能使模具產生循環交替動作。該雙色注射模是基于160噸立式雙色注塑機設計，注塑機實際注射量為68 g，最大注射速率為44 cm3/s，最大注射壓力為250 MPa，最大注射行程為100 mm，滿足塑件生產要求。雙色注射模由動模相同、定模不同的2 副子模組合而成，第1 次注射成型內襯基體后旋轉180°，作為第2 次注射熔體的嵌件總成，隨后第2 次注射成型外壁包膠層實現整體塑件的成型。

2.1 分型面設計

待成型塑件在模具中的布局既要考慮脫模方便，又要降低成型零件的加工難度及模具結構的復雜程度，在此基礎上設置分型面，才能獲得最優的模具結構[3-5]。綜合塑件的結構特征確定主分型面，如圖3 所示，結構較為簡單，主分型面PL 為平面，模具主要成型零件為定模型腔板和動模型腔板。

圖3 分型面設計

2.2 型腔布局

型腔布局從以下方面考慮：①型腔數量的確定需考慮塑件年產量、塑件精度、注塑機設備情況等；②型腔到主流道的距離盡量短，可以減少凝料，提高材料利用率；③各型腔到主流道的距離應盡量相等，以保證注射時料流的平衡；④各型腔的間距要合理，以便設置推桿和冷卻水路等。綜上所述，型腔布局為1模2腔，如圖4所示，第1色型腔與第2色型腔布局一樣，結構緊湊且平面分型便于模具零件的加工。

圖4 型腔布局

2.3 澆注系統設計

雙色注射模有2 套澆注系統，從模具制造成本考慮，第1 次注射成型的內襯基體與第2 次注射成型的外壁包膠層均采用普通流道的澆注系統，在流道末端開設排氣通道，便于注射填充過程中順利排出氣體。澆注系統如圖5 所示，第1 次注射為三板模點澆口進料，第二次注射為側澆口進料。考慮塑件為電鍍外觀件，第1色內襯基體需注射飽滿，避免產生收縮導致第2 色包膠層外觀面料厚不均勻，引發縮印缺陷。第1 色內襯基體型腔采用2 個點澆口進料以保證填充飽滿，點澆口在與內襯基體分離時凝料殘留較小，既可以保證第2 次注射時的外觀質量，又方便第1 次注射的流道凝料取出。由于第2次注射成型塑件外觀面不能有澆口痕跡，采用側澆口在塑件裙邊底面進料。在電鍍的過程中，塑件棱邊會產生溢鍍現象，塑件需設置電鍍陰極保護，第2次注射的側澆口與分流道凝料在電鍍完成后去除。

圖5 澆注系統

2.4 成型零件設計

設計型芯、型腔板時，需從以下方面考慮：①型芯、型腔板要便于加工制造，深膠位處進行鑲拼處理（見圖6），有利于注射填充時的排氣和模具零件的加工制造；②為保證模具的使用壽命，型芯、型腔板的材料需進行熱處理，硬度達到48～52 HRC；③為防止型腔表面產生銹蝕，型腔板應采用S136等耐蝕性鋼材；④試模塑件外觀確認無缺陷后，第2色型腔表面可進行涂層處理，以延長模具使用壽命；⑤為便于鑲件裝配，鑲件的非配合面和非分型面均采用圓角避空；⑥嵌件放置需要定位準確，依據嵌件特征在型芯上設置其定位孔。

圖6 動模型腔板鑲拼結構

2.5 模架設計

模具采用標準模架，第1 色子模采用點澆口進料，選用三板模模架；第2 色子模采用側澆口進料，選用兩板模模架。2 副子模的動模及模架閉合后高度完全一樣，先設計完成1副子模后，通過復制和修改完成另一副子模，如圖7所示。

圖7 模架結構

2.6 脫模機構設計

2.6.1 滑塊抽芯機構

塑件側面掛扣孔需設計側向抽芯機構脫模，如圖8所示，2副子模滑塊設置在動模，依據塑件結構，設計了左、右各2 個動模滑塊抽芯機構，共4 個滑塊帶動側型芯抽芯。由于第1次注射成型的內襯基體要求停留在型芯上，避免因模具零件加工及裝配精度誤差導致第2色注射合模時側向抽芯鑲件壓壞塑件基體結構，如圖9 所示，第1 色子模的鎖緊塊和壓塊只起到鎖緊作用，沒有側向抽芯功能，所以第1次注射完成后開模時側向抽芯滑塊不移動脫模。第2色子模設計了T 形壓塊滑塊抽芯組件，T 形壓塊與鎖緊塊固定在第2 色子模的定模板上，如圖10 所示，在注塑機開模力的作用下，T 形壓塊迫使彈塊驅動滑塊沿軌道向外滑動，使塑件掛扣孔、動模澆口凝料完成側抽芯動作。模具左右滑塊、鎖緊塊、側型芯結構相同，便于加工制造；考慮成本和效率，壓條使用標準件。

圖8 按鈕掛扣孔抽芯結構

圖9 第1色子模抽芯滑塊組件

圖10 第2色子模抽芯滑塊組件

2.6.2 二次推出機構

由于車身穩定控制按鈕脫模角度小且行程大，四周為全包裹殼體結構，注射完成后塑件冷卻收縮抱緊力大，需采用推桿加動模板復合式二次推出機構，如圖11所示。動模預抽鑲件通過預抽型芯固定板固定在動模支承板上，動模板通過限位螺釘及限位襯套固定在動模支承板上。當第2 色注射完成后，在注塑機滑塊的作用下開模到一定位置，注塑機頂桿通過頂塊推動推板，帶動推塊作用于彈塊沿開模方向運動，此時二次推出機構（推塊4、彈塊9、固定塊10）、動模板、動模型腔板及塑件同步沿開模方向移動，與動模預抽鑲件發生相對運動實現第1次推出。當推桿固定板與動模板上移到一定位置后，在固定塊斜面與彈塊斜面的相互作用下，彈塊內縮給推塊讓位，推桿固定板帶動推桿繼續沿開模方向運動實現第2次推出，塑件順利完成脫模。

圖11 二次推出結構

3 工作原理

模具三維結構如圖12 和圖13 所示，模具上機安裝完成，定模接油溫機，動模接冷卻水。開合模推出空運行后，放入嵌件合模，第1 色子模開始注射，塑料熔體填充完畢后，動模在注塑機滑塊的驅動下向下運動，第1色子模在拉鉤15與拉料桿21的作用下，流道推板19 與定模板16 在PL2 分型面分開，流道凝料脫離塑件；模具繼續開模，在拉鉤15與拉桿17 的作用下，定模板16 帶動流道推板19 在PL1分型面推出流道凝料；模具繼續開模，定模板16與動模板12 在PL3 分型面分開，第1 色子模開模到位時側向抽芯不發生位移脫模。在注塑機轉盤的作用下，模具動模旋轉180°后合模，第1色子模、第2色子模同時注射完畢后，動模在注塑機滑塊驅動下向下運動，第2 色子模在分型面P1 面分開，在滑塊抽芯機構的作用下完成側抽芯動作；動模繼續下行開模到位，注塑機頂桿頂住推塊2向上運動，在二次推出脫模機構的作用下動模板8 與動模板12 分開，完成動模型芯抽芯，推塊2 繼續推動推板帶動推桿23 推出塑件實現完全脫模，如此反復操作即可實現半自動生產。模具閉合過程與開模過程相反。

圖12 第1色子模結構

圖13 第2色子模結構

4 塑件成型效果

成型塑件表面質量優良，如圖14（a）所示，無縮痕、氣痕、流痕、熔接線、變形、拉傷等成型缺陷，滿足外觀要求。電鍍鐳雕后塑件整體效果良好，如圖14（b）所示，尺寸與外觀等所有功能均滿足預期設計要求。經小批量生產驗證，模具注射時未出現任何不順暢、拉傷等成型問題，且注射工藝參數合理，可實現穩定可靠生產，保證塑件尺寸穩定及外觀良好，滿足設計要求。

圖14 塑件實物及電鍍效果

5 結束語

針對帶嵌件雙色按鈕，采用2 副子模組合成1副雙色注射模成型，在生產中放置1個嵌件，通過雙色注射工藝可實現組合成型，對于類似塑件的模具開發及注射生產具有一定參考作用和借鑒意義，主要體現在以下4個方面。

（1）第1 色子模每個型腔采用2 個點澆口進料，保證內襯基體注射飽滿，避免第2 色子模注射時產生縮印，且澆口凝料殘留較少，便于第1色子模流道凝料的取出。

（2）設計的側抽芯機構能使第1 色子模側向抽芯不發生位移脫模，避免動模旋轉180°后第2 色子模定模合模時側抽芯滑動壓傷塑件內襯基體。

（3）設計的二次推出脫模機構結構簡單，能保證脫模深度較深的塑件順利脫模，對于類似塑件的脫模結構設計具有參考作用。

（4）在型腔板上設置了定位虎口和定位斜壁，提高了型腔的閉合穩定性，保證塑件的成型質量。