汽车灯罩的双色注射与热流道技术

双色塑料制品

双色注射成型是通过两个注射装置，两种塑料注入两个型腔，生产注射模塑双色制品。双色注射最早诞生于1963年，德国生产嵌入数码的成批的按钮。打字机和电话机的塑料按钮有拇指大小。一批12个数码字符第1次注射成型，它们由流道粘连在一起。在第2工位这些数码作为嵌件，在第2个按钮型腔中完成第2次注射成型。如今，一些仪表透明塑料盖板, 能使刻度可读;双色器皿，牙刷、杯和盆等日用品美观和实用;双色汽车灯罩等制品有很大的生产批量。

图1所示，里白外紫的双色小杯有瓷器的质感。透明塑料镶边和嵌底的托盘，可将漂亮台布和托盘融合在一起。图2所示双色牙刷，第1次注射用ABS成型半成品，第2次用热塑性弹性体(TPE)成型手柄的接触部位。热塑性弹性体中聚氨酯弹性体(TPU)耐磨耐油，手感好。

醒目又实用的汽车双色把手见图3，中央把手部位的双层塑料，提高了强度。把手外形尺寸222×30×47mm，半成品壁厚0.5～2.5mm。

a) 第1次注射的半成品;

b) 第2次注射的外层;

c) 双色把手成品

图4所示灯罩，在汽车上是左右成对布置的。汽车后尾灯罩用轻质聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)成型，其成型温度范围大，透明度高，但制品表面硬度低。车尾灯有停车灯和信号灯等，有双色或三色的。轿车的前灯罩用聚碳酸酯(PC)注射成型。PC的光学性能和着色性能好，有很好冲击韧性。比起PMMA灯罩，能较好承受风沙冲刷侵袭。车头有近光灯和远光灯等，车灯的里芯和底壳是不同着色的PC/ABS混合物制造。

两种材料要有足够的粘接面积，必要时增设2×2mm左右截面的凹凸槽。通常，两组份的粘合面应为平整面。两种塑料的热性能和流动性能应尽量接近，两种材料在界面上相容。

双色塑件的注射工艺和注塑机

双色注射要用专门双色注射机成型制品。双色注射模具由两副并列的动模型腔组成。在一个注射周期中，两种塑料同时向两个型腔注射充模。经冷却固化，其中一个型腔脱模顶出双色成品后，两动模转动换位。双色注射机的动模装置的驱动转位有转盘式、转轴式和转塔式。

图5是单件生产的双色注射在转盘式注塑机上的工艺过程示意图。A向是白色塑胶的半成品成型模塑位置。B向是红色塑胶的成品注射模塑位置，也是成品脱模位置。

A-第1次半成品注塑位置;

B-第2次成品注塑位置

1-注射机动模板;2-注射机转盘;3-成品的成型动模;4-二红一白的双色成品;5-成品成型的定模型腔; 6-注射机定模板;7-第2次注射的注塑装置;8-第1次注射的注塑装置;9-半成品成型定模型腔;10-半成品;11-半成品成型动模

双色注塑机上两个注射循环有相同周期。它们的注射时间和保压时间要协调。大面积双色塑料制件在温度大范围变化时，两种不同塑料在冷热冲击下会脱开，必须考虑两种材料界面粘合牢度。半成品的冷却收缩不能过大。双色注射成型模具的成型收缩率，取决于第1次注射成型半成品材料。半成品组成了第2次注塑的型腔，体积收缩量不会更大。

双色注塑还应按照下述的次序进行。

① 硬质塑料第1次注射成型半成品，软质塑料第2次注射成型制品。

② 透明塑料第1次注射成型半成品，着色塑料第2次注射成型制品。

③ 成型温度高的塑料第1次注射成型半成品，熔融温度低的塑料第2次注射成型制品。

④ ABS与PC、ABS与PC/ABS混合物、ABS与PMMA双色注射时，将PC、PC/ABS、PMMA第1次注射成型半成品。

⑤ ABS与PMMA双色注射时，常用倒装的注塑模结构。PMMA透明半成品厚度0.8mm以上。ABS厚度与半成品壁厚不能相差太大，在0.7mm以上，以浅色为好。

图6为转盘式三色注射机成型三色汽车灯罩。两种塑料的注塑装置是并列的。除了少数进口的双色注塑机，两个塑化装置和喷嘴间距是不变的。图6所示的第3色注射装置和喷嘴位于注塑模的侧面。大中型双色和三色注射机还要配置机械手取出双色成品。

1-动模板上转盘;2-定模上定距的两注射孔;

3-第3色塑料的侧向注射装置

双色注塑成型模具

早期的双色注射模塑不采用热流道。二次注射都是冷流道浇注系统，浇口的切离，流道凝料的脱模，造成了模具结构复杂。双色注射模采用热流道浇注系统，不但简化双色成型模具结构，也提高了双色塑料制品的质量。现代双色注射采用无流道凝料的热流道浇注系统。双色注塑成型模具有下述特征。

① 定模固定不动，包括热流道浇注系统。

② 两种塑料两块流道板，用分喷嘴直接注射。

③ 动模旋转180°后，动模型芯的整体位置相反。要防止半成品在转动中从动模中脱落。要保证第2次成品型腔正确，注意合模定位可靠。

④ 两套动模都有脱模机构，但只有成品注射位置才有脱模顶出动作。在半成品注射位置，没有脱模运动，致使动模部分单边受力。在合模过程要强使脱模机构复位。为此，脱模机构尽可能设置先复位弹簧，或设计推板复位。在成品注塑位置设计气动脱模，会有很好的效果。

⑤ 两套动模型芯的冷却水管接头在注塑模中央。进出口接头并列，防止动模冷却水的软管纠扰。要有足够水压，保证两套动模型芯的冷却充分均衡。

图7是随身听的双色外壳面板110×47mm，内外层壁厚1.2mm。内层用有色ABS/PC混合塑料浇注，耐热、抗冲和刚性好，具有薄壁成型的流动性。外层包覆PMMA透明塑料。第1次注射见图7a所示，用PMMA料，经单喷嘴的直接浇口注入冷流道和扇形浇口。第2次注射经在第1次流道凝料，充填外层型腔。ABS/PC物料经热流道的单喷嘴注入冷流道，由潜伏式浇口注入内层。二次浇注的流道凝料粘合在一起。

a)1次注射的透明外层;b) 2次注射的内层

1-冷流道;2-扇形浇口;3-潜伏式浇口

图8所示注射模的定模部分有两个型腔，动模有半成品与成品的两套型芯。PMMA半成品在动模型芯上，被双色注射机的转盘转动180°。在ABS/PC料筒的注射位置上，成品注射冷却固化后，由脱模机构顶出。此刻，顶杆顶出浇道凝料时，剪断潜伏式浇口。

A-半成品注塑位置;B-成品注塑位置

1-动模垫板;2-顶出板;3-顶出固定板;4-斜顶杆;5-斜顶杆;6-动模仁;7-定模仁;8-定模;9-定模固定板;10-定位环;11-直接浇口的单喷嘴;12-定模水管接头;13-顶杆;14-动模板;15-动模水管接头;16-弹簧;17-定位销

热流道双色注射较多采用以下三种浇注系统：

① 在定模设置二个针尖式浇口的单喷嘴，只要浇口痕迹充许，是最简便方法。

② 在半成品位置采用直接浇口的单喷嘴，下游是冷流道与扇形浇口。下游是冷流道与潜伏式浇口，浇口要在成品位置切断。冷流道的凝料要在成品位置脱模。

③ 两种塑料用两块流道板，用分喷嘴直接注射。适合于一模多腔的双色制品成型。

汽车灯罩的双色注射成型

汽车后尾灯罩成品尺寸见图9，平均壁厚2.5mm。用白色透明和红色透光的两种PMMA注射成型。第1次注射成型中央的白色PMMA的L板条。呈L构型增大了与二块红罩壳的侧边上的粘接面积。第2次在白色条板的两侧，用红色PMMA注射成型。白色板条与2块红色板条粘合成双色灯罩成品。

a) 侧视;b) 正视;c) 翻倒

灯罩的周角都应是圆弧过渡，以防止流痕显现。周边有筋条，灯罩和灯底壳的热焊连接，要求筋条壁厚均匀，并为平均壁厚的三分之二。过厚的连接筋条会产生缩瘪。

见图10所示，一付模具生产二个红白双色灯罩制品。第一次注射位置的定模上白罩板型腔;2，由定模的凸镶块1和3与动模构成。在动模转过180。后第二次注射时，白板半成品与动模构成二个红罩板的型腔。要有二个浇口注射红色PMMA物料。第1次注射白色PMMA时，注射二个灯罩半成品。在第2次注射位置，成型二件成品要充填四个型腔的红色PMMA塑胶。

1-第1次注射时红板的第1凸镶块; 2-第1次注射时白板型腔; 3-第1次注射时红板的第2凸镶块;4-第2次注射时红板的第1型腔; 5-第2次注射白板半成品; 6-第2次注射时红板的第2型腔

汽车灯罩是双色注射生产的“大型”制品。生产批量大，每周期成型两件。成型模具1m3以上，重达数吨。双色注射机的两个注射装置上两喷嘴固定间距是710mm。定模面积890×1150mm，高度约527mm。本例为一次成型二件灯罩的双色注塑。见图11所示，第1次注射有2个针阀式喷嘴，而第2次注射有4个针阀式喷嘴。

G1、G2-第1次半成品注射的针阀式喷嘴;G3、G4、G5、G6-第2次成品注射的针阀式喷嘴

1-第1次注射的半成品;2-第1次注射的双层流道板;3-第1次注射的主流道喷嘴;4-G3阀针的驱动油缸;5-第2次注射的主流道喷嘴;6-第2次注射的双层流道板;7-双色灯罩成品

针阀式喷嘴斜向注射

众所周知，在喷嘴头的浇口位置，喷嘴轴线与成型塑料件表面成斜角，喷嘴头外的浇口区模具壁厚不一致，不对称。受锐角方向空间的限制，喷嘴头的刚性差，浇口冷却不均衡。而且斜向的阀针圆锥头会使塑料件上浇口冻结不稳定。形成较大的浇口凝料，痕迹异常不规则。这对于汽车灯罩外观是不允许的。

因此，注射点的上喷嘴轴线要与灯罩曲面的法线方向一致，即与开模方向成斜角。为了减小浇口痕迹，采用圆锥头的阀针。圆锥浇口洞口在定模上，圆锥小头直径2mm。

如图11所示，每个灯罩成品由三块曲面板构成，经三个浇口分别用三个针阀式喷嘴注射成型。二红一白灯罩球曲面的曲率半径各不相同，注射点的位置和方向按以下步骤确定。

① 按塑料熔体充模流动阻力最小原则，确定浇口的最佳位置。

② 按灯罩成品脱模要求，确定分型面。

③ 再由注射点的法向平面，确定喷嘴轴线的方向。它与开模方向有注射斜角。

如图11所示，件2和件5是两组双层的流道板。流道平板接受主流道喷嘴的塑料熔体，分配到各自侧弯流道板的分流道中。在斜向的侧弯流道板平台上安装针阀式喷嘴，见图12所示。

双层的流道板与斜置的针阀式喷嘴，使热流道系统的结构复杂。为减小流道板体积，减少流道板的热膨胀量，双层流道板设计成三维的交错布置。G1与G2、G3与G4、G5与G6的各对喷嘴相向斜置，而且喷嘴头在前后二个平面上。双层流道平板曲折布局优点有:

① 在注射工作温度下侧弯流道板横向热膨胀时，作用在喷嘴轴线两端的弯曲力矩较小。

② 定模对双层流道板的约束力处较好的平衡状态。

③ 流道平板和流道侧弯板都能在上下两个平面上布排电加热弯管。

整体式热流道

整体式热流道和侧弯流道板结构，如图12所示。针阀式喷嘴用螺纹与侧弯流道板24联接在一起，用螺钉整体装压在定模板上。传统的热流道系统中，流道板与针阀式分喷嘴之间压紧联接。再将流道板用螺钉联接定模，也把喷嘴压向定模。整体式热流道系统排除了两者的接触面上泄漏塑胶的可能。

1-承压垫;2-流道平板;3-缸体; 4-通孔缸盖; 5-锁紧螺钉; 6-活塞; 7-阀针位置调节螺杆;8-活塞密圈(格兰圈); 9-液压油出入口; 10-冷却管道; 11-钛合金隔热板;12-封堵螺塞;13-导滑套;14-电热弯管;15-喷嘴壳体：16-引出线：17-阀针;18-喷嘴头;19-嵌线加热铜套;20-凹环槽;21-中心定位销;22-隔热支撑垫：23-承压流道环;24-侧弯流道板

整体式热流道的油缸被直接安装在流道板上。对于图11和图12上针阀式喷嘴G3的液压油缸驱动，通常油压是2～8MPa。设计液压缸的活塞直径65mm，内径25mm，液压油压力5MPa时, 阀针可以获得14kN的足够大闭合力。在100MPa的高压塑料熔料中，驱动阀针启闭运动。控制油路由液压阀和电磁换向阀组成。

油缸直接安装在高温流道板上。图12上油缸的钛合金底板11与流道板隔热。该底板挖有大面积凹槽，用气隙绝热。在缸体3底部位置还有冷却循环水管道10降温。每个冷却水的回路只能串接两个油缸。热流道在密闭的定模框中，很难维持油缸密封圈的温度不超过45～55℃。高温使密封圈的效果变差，工作寿命缩短。油温升高后黏度下降，热流道工作数月后有油液渗出，阀针闭合力下降。

侧弯流道板24与流道平板2的两层之间有绝热气隙5mm，间隔的承压流道环23用钛合金制造。侧弯流道板的悬臂尺寸以小为好，以能容纳安装固定油缸即可。流道侧弯板用定位销21固定在定模板上，与针阀式喷嘴很近。侧弯流道板的横向热膨胀极小。注射点浇口又在定模中央的主流道喷嘴下方，因此热膨胀影响很小。但是塑料熔体几经Z形弯绕注入针阀式喷嘴的流道，流程的压力损失较大些。