前燈雙色燈罩的替代方案
——組合燈罩

朱秀麗，李建清，李樸義，于惠楠，黃園林

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇 常州 213022)

引言

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們除了關注汽車動力性能外，同時對其外觀也提出了更高的要求。為了進一步滿足客戶的需求，車廠對整車造型，特別是汽車車燈的設計提出了新的要求。

汽車車燈燈罩也在近年中不斷地得到改進和發(fā)展。車燈燈罩從最初的單色燈罩發(fā)展成為現(xiàn)在的雙色、多色燈罩，其功能也從單一地保護車燈光源逐步擴展到遮擋車燈雜光、配合車身整體造型。如今雙色燈罩已經(jīng)廣泛的應用到汽車的前燈、尾燈等諸多燈具上。

1 雙色注塑成型簡介

近年來，雙色注塑成型工藝已經(jīng)越來越多的運用到汽車車燈燈罩的生產(chǎn)上，可以說雙色注塑工藝技術較大程度上決定了車燈雙色燈罩的發(fā)展。

1.1 雙色注塑成型發(fā)展

雙色注塑成型是指將兩種不同材質(zhì)或同種材質(zhì)不同顏色的材料分別塑化，然后按順序或同時注入模腔而得到兩種不同顏色或者不同材質(zhì)的塑料成型制品的注塑成型工藝[1，2]。雙色注塑成型技術與普通注塑成型相比，具有生產(chǎn)效率高、塑料件附加值大等優(yōu)點，在國外已經(jīng)得到了廣泛的應用。

德國ARBURG、恩格爾電機股份有限公司、Ferromatik Milacron公司、加拿大HUSKY公司、日本SODICK公司等在多組多色注塑機的研發(fā)與應用方面已經(jīng)取得了豐碩的成果[3]。我國華大機械有限公司、富強鑫集團、海天國際等也在雙色注塑機制造方面取得了一定的成績。但總體來說國內(nèi)的雙色技術發(fā)展與國外還是存在一定的差距，許多高端雙色注塑技術仍需要引進。

1.2 雙色注塑成型研究現(xiàn)狀

雙色注塑成型與單色注塑成型相比具有生產(chǎn)效率高、適應性好、塑料件附加值大等優(yōu)點，但是也面臨著一些問題[1，4]：

1)原材料要求高。注塑材料的選擇是雙色注塑成型的關鍵。雙色注塑需要選用熱穩(wěn)定性好、溶體粘度低的材料，以避免在注塑成型過程中因熔料溫度高、在流道內(nèi)停留時間較長而分解。雙色注塑成型不可避免的會使用兩種不同性質(zhì)的材料進行結合，當涉及到兩種或者以上材料搭配時，它對材料的兼容性要求更高。因此，在雙色注塑成型的工藝中，需要選擇兩種熱力學性能較為一致的材料，并能夠有效相互交叉結合。應用較多的材料有聚烯烴類樹脂、聚苯乙烯和ABS等。目前，同種材料的雙色注塑應用更為廣泛。

2)模具設計復雜。雙色注射機是由兩套相互獨立的塑化注射裝置組成，它需要兩套澆注系統(tǒng)、兩個工位型腔、特殊的旋轉(zhuǎn)機構和冷卻系統(tǒng)。噴嘴也是雙色注塑成型中一個重要的裝置，按照注塑方式的不同，噴嘴應具有特殊結構。

3)工序控制難度大。雙色注塑成型時，要求兩套塑化注射裝置中的熔料溫度、注射壓力、注射熔料量等工藝參數(shù)盡可能的相同或類似。同時，為了保障兩種材料的理想流動，在注塑過程中要精密計算流長、溫度、注塑壓力等因素，通常采用較高的熔料溫度和注射壓力。

2 組合燈罩的提出

1)雙色燈罩的不足。雙色燈罩是由兩種不同或同種的塑料原料通過注塑成型而形成的單一的塑料零件。其注塑成型技術經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了較大的進步，但仍然有一些問題亟需解決。如原料要求高、模具設計復雜、工序控制難度大，注塑缺陷多，總體成本高等；同時，由于雙色注塑技術條件的限制，導致雙色燈罩設計存在諸多局限，影響車燈整體造型的發(fā)揮。

鑒于雙色燈罩存在上述問題，且汽車及車燈行業(yè)整體成本增加等諸多因素，使得一部分車燈企業(yè)尋找更優(yōu)的替代方案，來滿足車廠對車燈日益嚴苛的要求。

2)組合燈罩基本思想。本文提出了一種新型組合燈罩的方案來替代常用的前燈雙色燈罩方案，即在白色燈罩的外側增加一個黑色燈罩套來實現(xiàn)雙色燈罩的功能。如圖1(a)所示，白色燈罩與黑色燈罩套通過卡接結構進行裝配，就注塑工藝來講，是兩個單色注塑成型零件的裝配組合。

雙色燈罩通常由白色燈罩片和黑色燈罩片組成，兩者基本壁厚均為2 mm。而組合燈罩由白色燈罩和黑色燈罩套組成，白色燈罩壁厚為2 mm，黑色燈罩套壁厚為0.5 mm。

3)組合燈罩適用范圍。組合燈罩可用于替代前燈的雙色燈罩方案，其能滿足大多數(shù)前燈燈罩的設計要求。如前霧燈雙色燈罩設計需要配合整車造型、遮擋雜光、遮擋內(nèi)部零件等，組合燈罩均可實現(xiàn)。

3 組合燈罩方案驗證

3.1 數(shù)模建立

本文選用前霧燈燈罩為例，進行數(shù)模建立。首先在CATIA軟件上分別制作白色燈罩和黑色燈罩套數(shù)據(jù)，然后進行裝配，裝配后組合燈罩如圖1(b)所示。在建模時需要注意以下兩點：

圖1 組合燈罩意圖Fig.1 The schematic diagram of the combined lens

1)白色燈罩及燈罩套壁厚分別為2 mm、0.5 mm，且壁厚均勻，以避免因局部壁厚過厚，而導致零件表面產(chǎn)生縮痕等注塑缺陷；

2)燈罩圓角半徑在許可范圍內(nèi)取較大值，最小值不應小于0.5 mm，以增加注塑時材料的流動性，提高產(chǎn)品成型率。

在模型建好以后，導入Moldflow軟件。

3.2 模擬驗證

由于白色燈罩結構較為常規(guī)，此處不再進行贅述。燈罩套材料分別選用PP-T20、PP-T30、ABS進行模擬。下面以PP-T20為例，運用Moldflow軟件對燈罩套進行分析[5-8]。

1)網(wǎng)格劃分。對燈罩套進行網(wǎng)格劃分，選擇四面體網(wǎng)格類型，共劃分3 500 000個單元。最大縱橫比為40.01，滿足流動分析的網(wǎng)格要求。網(wǎng)格劃分完成后的燈罩套如圖2(a)所示。

2)材料選用。燈罩套可選的材料有PP類、ABS類、PC類等。本步驟選用PP-T20材料進行模擬分析。

3)澆口位置設置。由于燈罩套為外觀件，要求裝車正向可見處無明顯缺陷，所以選擇從燈罩套翻邊兩側進膠，澆口位置如圖2(b)所示。

圖2 燈罩套網(wǎng)格劃分與澆口位置Fig.2 The grid split and gate of the lens cover

4)工藝參數(shù)設置。PP-T20材料熔體溫度設定為210 ℃，模具溫度設定為40 ℃，注塑、保壓、冷卻時間為30 s，其余參數(shù)選擇默認值，進行分析。

5)結果分析。燈罩套材料采用PP-T20，使用兩個側面澆口的方案可以成型。其局部存在少量縮痕，如圖3所示，其最大值為0.005 9 mm，根據(jù)經(jīng)驗縮痕值小于0.03 mm時，實物縮痕不可見；圓形出光孔處存在兩條熔接線，如圖4所示，熔接線無法避免，外觀可接受；總體變形量最大值為0.225 mm，如圖5所示，在可接受范圍內(nèi)。

圖3 燈罩套縮痕模擬示意圖Fig.3 The lens cover that has shrink mark

圖4 燈罩套熔接線模擬示意圖Fig.4 The lens cover and the weld bond

圖5 燈罩套總體變形量模擬示意圖Fig.5 The deflection of the simulation lens cover

燈罩套材料選擇PP-T30使用兩個側面澆口進膠，材料選擇ABS使用五個側面澆口進膠，均可成型，注塑缺陷都可通過調(diào)整工藝進行改善，外觀質(zhì)量在可接受范圍內(nèi)。

綜上所述，組合燈罩在注塑工藝上歸根結底是單色注塑，其與雙色燈罩相比有如下優(yōu)勢：

1)模具結構較為簡單。單色注塑只需要一套澆注系統(tǒng)，一個工位型腔和常用的冷卻系統(tǒng)，不需要特殊的旋轉(zhuǎn)機構。

2)注塑缺陷少，工藝成熟。單色注塑發(fā)展時間久，技術趨于成熟，多數(shù)注塑缺陷可通過工藝進行改善或避免。

3)總體成本低。復雜的雙色注塑模具價格高于兩套單色注塑模具的價格。雙色注塑成型的產(chǎn)品合格率較低，組合燈罩總體材料用量低于雙色燈罩，綜合考慮組合燈罩在成本上更具優(yōu)勢。

4 總結

本文針對雙色燈罩存在的部分缺點及車燈企業(yè)面臨成本增加的問題，提出了組合燈罩的方案以替代前燈雙色燈罩。組合燈罩通過白色燈罩和黑色燈罩套的卡接，達到了雙色燈罩保護光源，遮擋雜光和內(nèi)部零件，配合整車造型的功能。本文通過組合燈罩數(shù)模的建立和軟件的模擬對組合燈罩方案的可行性提供了有力支撐。