雙色塑料制品形狀特性與模腔換位裝置的適用性分析與綜述

劉宏，嚴厚明，黎順香

(東華機械有限公司，廣東 東莞 523118)

0 前言

雙色塑料制品在當今社會的日常生活、醫(yī)療保健、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用如圖1，在色彩感觀、軟硬觸感、強度支撐、功能密封、填料減材等方面有著優(yōu)異的功用，例如雙色的玩具部件，有著絢麗的感觀色彩賞心悅目，深受喜愛；例如手工具外殼、運動器材握柄有著舒適的軟硬觸感，提供合適的抓緊力，避免打滑、增強抓持使用過程中的安全性；例如汽配件中的門柱塑殼、日用品中的容器蓋、醫(yī)用品的呼吸面罩，使用軟質(zhì)材料提供密封性能，使用硬質(zhì)塑料滿足結(jié)構(gòu)強度；一體成型的雙色塑料按鍵或旋鈕，可以減少上色噴印、節(jié)能環(huán)保。

圖1 雙色塑料制品圖例

這些各式各樣，形狀特異的雙色塑料制品，生產(chǎn)時所用的設(shè)備裝置也有所不同，下面將圍繞形狀特性與換位裝置的配套適用性展開闡述。

1 制品形狀一

制品形狀：局部二色填充、穿透、層疊，或一二色拼接。

（2）如圖3所示，為一種帶有縮芯裝置的雙色模具結(jié)構(gòu)，先注射一色膠料并使縮芯裝置保持伸出狀態(tài)圖2(a），適度冷卻使一色料能夠定型，然后縮芯退回圖2(b），即在一色基體上留下了二色料的填充空腔，再注射二色料完成雙色制品生產(chǎn)。

圖3 縮芯裝置注射原理

（3）如圖2(c)的示意形狀，紅色的二色料以局部小范圍的熔接粘連方式與一色料拼接在一起，最簡單的可以在模具的一二色流道拼接處設(shè)置一個閘板裝置來實現(xiàn)生產(chǎn)。先關(guān)閉閘板將一二色流道阻隔斷開，注射一色膠料并適度冷卻，再打開閘板注射二色膠料，周期完畢之后即可得到完整的雙色成品，例如圖4的翻折蓋。

圖2 一級形狀雙色塑料制品示意

圖4 翻折蓋雙色制品

（4）在這里將圖2示意的形狀定義為一級形狀，具有局部二色填充、穿透、層疊，拼接等特征。它們不需移動一色基體即能夠開展二色料的注射，形狀簡單，適用的設(shè)備結(jié)構(gòu)也簡單，但是要符合上述的形狀特征才行，制品形狀或一二色位置關(guān)系受限，設(shè)計自由度小。

（5）縮芯和閘板實現(xiàn)雙色成型的方法，中間過程不需將一色基材半成品移動位置，在動定模保持閉合的狀態(tài)下，抽退型芯鑲件[1]或閘板之后注射二色料，一二色是按順序先后注射的，周期完成，連續(xù)生產(chǎn)，每次開模即可得到雙色成品。由于一色基材沒有移動，所以能使一二色保持最佳的相對位置，中間過程不需二次開模，能夠避免生產(chǎn)環(huán)境中的灰塵或油汽等微粒粘附到制品上，并且模具和注塑機設(shè)備的投資成本也較低。

2 制品形狀二

制品形狀二：（單側(cè)包膠，半包覆或全包覆）。

（1）如圖5(a)的示意形狀，二色料局部包覆在一色膠料的一側(cè)；圖5(b)，二色膠料從一側(cè)包裹至一色料的另一側(cè)并保持平齊（未裹覆第二側(cè)），包覆在一色料的局部；圖5(c)，二色料將一色料的一側(cè)完全包覆。它們有一個共同點，無論是半包或是全包，二色料只是在一色料的某一側(cè)。將它們定義為二級形狀，具有單側(cè)二色半包覆，或單側(cè)二色全包覆的特征。

圖5 二級形狀雙色塑料制品示意

（2）具備二級形狀的雙色制品，若使用縮芯的模具結(jié)構(gòu)，模具的縮芯鑲件形狀結(jié)構(gòu)、伸縮動作難度高，不易實現(xiàn)設(shè)計與制造，經(jīng)濟性、操作性、實施性都不好。從制品分析一色基材的一側(cè)型面未被二色包覆，可以用來依附貼合在模具型壁上，開模后保持與模芯或模腔不分離的狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到二色模具型腔中實施二色膠料的注射。雙色模具設(shè)計中通常將需移動的模芯或模腔做成相同的2個一色模形，而不移動的另一半模具做成2個不同的形狀，1個為僅容納一色基材的形狀，另1個為容納雙色成品的形狀，稱作“動模相同，定模不同”的第一簡單設(shè)計原則[3]。所以二級形狀的雙色制品需要使用模腔換位或移位裝置來實現(xiàn)生產(chǎn)，以首要簡單原則來說有滑移裝置或轉(zhuǎn)盤裝置可以選用。

印尼語言教育的有關(guān)法律規(guī)定印尼語是各教學(xué)單位的教學(xué)用語，小學(xué)三年級以下可以適當使用該地方的地方語，而外語只能在該外語課程教學(xué)中使用。確切地說，印尼語既是課程語言又是語言課程，而華語只是各教育階段的語言課程，并僅為華語課程的課程語言。

（3）滑移裝置，通常為一個動模，兩個定模的樣式。如圖6的滑移裝置示意原理，動模先與一色定模閉合注射一色膠料，然后開模使用推拉機構(gòu)將動?；茖识＃俅魏夏２⒆⑸涠?，完成雙色制品生產(chǎn)。一二色是先后注射的，且兩次開模才能獲得雙色成品，制品取出后還得做一次滑移動作將動模型芯復(fù)位與一色定模對準，以保證下一生產(chǎn)周期的連續(xù)進行，滑移之后的停止定位要比較精準，保證動定模閉合順暢、無錯位、無碰撞，才能保證雙色制品的合格生產(chǎn)，效率很低。但是若能使用立式注塑機[2]配合輸送裝置實現(xiàn)多套動模連續(xù)地滑移，比如形成一個圓環(huán)形的輸送回路，使注塑機的一二色膠料在模具閉合時的每個模次都同時注射，每次開模將帶有雙色成品的動模移到模區(qū)外進行脫模，不影響合模與注射，效率會大大提高，比較適用于品質(zhì)要求不高的塑料制品。

圖6 滑移裝置動作原理

（4）轉(zhuǎn)盤裝置有橫軸立面式和豎軸臥面式兩種，可生產(chǎn)的雙色制品案例如圖7所示，以模具的工作面數(shù)量來區(qū)分則有單面平面式、兩面式、四面式三種。圖6所示為單面式轉(zhuǎn)盤裝置，當為橫軸立面時用在臥式注塑機[2]上，當為豎軸臥面時用在立式注塑機[2]上。在轉(zhuǎn)盤板上安裝2副一樣的動模，對制品來說，合模后先注射一色料，開模轉(zhuǎn)盤板旋轉(zhuǎn)180°，使2副動模交換了位置，再合模注射二色料。但在實際的生產(chǎn)周期中，是一二色膠料同時注射的，每次開模，其中1副模具中是雙色成品，另1副是半成品，取出成品清空模腔，而保留半成品，二者旋轉(zhuǎn)互換位置后再次合模注射，半成品則變成了雙色品，清空的模腔又被注入了一色料，如此循環(huán)。另外，圖8所示的2副分體的模具實際中也可以制成一體的，但具備至少2套型腔。

圖7 轉(zhuǎn)盤裝置可生產(chǎn)的雙色制品件圖例

圖8 單面轉(zhuǎn)盤裝置動作原理

（5）單面轉(zhuǎn)盤裝置的生產(chǎn)是連續(xù)性地、同時注射，每次開模都能獲得雙色成品，相比縮芯、閘板、滑移來說，生產(chǎn)效率高，但每模的成品產(chǎn)量是模腔數(shù)量的一半，這是與單色注塑機的產(chǎn)量差異。另外當臥式注塑機轉(zhuǎn)盤板上掛裝的動模負載較大時，由于重力影響會使轉(zhuǎn)盤板側(cè)傾下墜，對設(shè)備和塑件品質(zhì)產(chǎn)生不良影響，所以當轉(zhuǎn)盤板直徑超大時需從設(shè)計角度設(shè)置合適的裝置來應(yīng)對這種缺陷。而在立式注塑機應(yīng)用時，負載重力與轉(zhuǎn)盤板軸線同方向且施壓在轉(zhuǎn)盤板平面上，無此影響。

（6）圖9所示，臥式注塑機配套豎軸臥面轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤板上安裝的動模有2個工作面，每次開模轉(zhuǎn)盤板旋轉(zhuǎn)180°，取出制品，再合模同時注射一二色膠料。這種兩面轉(zhuǎn)盤裝置與圖8的相同之處在于同樣為兩副動模和兩副定模，但是每模次獲得的雙色成品卻是單面轉(zhuǎn)盤的2倍，并且豎軸臥面轉(zhuǎn)盤裝置避免了負載重力的不良影響。而圖10所示的四面模具與轉(zhuǎn)盤裝置，轉(zhuǎn)盤板上的動模有4個工作面，俗稱立方體模具，每次旋轉(zhuǎn)90°，可在合模注射的同時在脫離定模的2個動模工作面處取制品，即脫模與注射同步，周期時間更短，產(chǎn)量是單面轉(zhuǎn)盤的4~5倍。

圖9 雙面模具與轉(zhuǎn)盤

圖10 四面立方體模具與轉(zhuǎn)盤

3 制品形狀三

制品形狀三兩側(cè)局部非全封包覆。

（1）如圖11示意的制品形狀，二色料局部地包覆在一色料的兩側(cè)，將它們定義為三級形狀。這種形狀已不能夠像二級那樣，保持一色基材的一整側(cè)與模具型壁貼合而轉(zhuǎn)移換位，貼合側(cè)的一部分表面需要先脫離型壁，再作換位動作，并且兩副動模的型腔已不是完全相同的了，不能做到“動模相同，定模不同”，因此適用轉(zhuǎn)芯裝置來作生產(chǎn)，轉(zhuǎn)盤裝置不適用。

圖11 三級形狀雙色塑料制品示意

（2）某款轉(zhuǎn)芯裝置如圖12所示，對制品件來講一色基材先注射完畢并適度冷卻定型開模，模具芯板被推出并帶著一色基材，旋轉(zhuǎn)180°到位對準二色型腔，芯板再被拉回復(fù)位嵌入到動模中，再次合模注射二色料。實際生產(chǎn)流程是一二色料同時注射，在芯板推出前或拉回后取出雙色成品，而保留一色半成品。

圖12 帶轉(zhuǎn)芯裝置的模具

（3）轉(zhuǎn)芯裝置的動模型芯被分割成兩部分，留在可動轉(zhuǎn)芯板上的形狀是相同的，留在動模上相對不動的形狀又區(qū)分為一色動模型芯和二色動模型芯，總的來說兩副動模型芯不相同，兩副定模型腔也不同。生產(chǎn)的具有三級形狀特征的塑件舉例如圖13所示，轉(zhuǎn)芯裝置還可兼容生產(chǎn)一級和二級形狀的制品。每次開模都能獲得型腔數(shù)一半的成品件，但因為轉(zhuǎn)芯的一套完整動作比轉(zhuǎn)盤多了推出和回拉，時間周期長，效率比轉(zhuǎn)盤裝置低。

圖13 轉(zhuǎn)芯裝置可生產(chǎn)的雙色塑件圖例

4 制品形狀四

制品形狀四：兩側(cè)包覆+局部填充。

（1）如圖14所示意的雙色形狀，二色料不僅包覆到了一色料的局部兩側(cè)，而且還有局部范圍的二色穿透或填充，定義為四級形狀。二色料的面積占比又增大了，一色料的暴露位置越來越少，不論動模還是定模的型芯或型腔都是不同的，更加難以像轉(zhuǎn)芯或轉(zhuǎn)盤那樣僅憑借塑件與模具的二者作用關(guān)系保持貼合而進行換位，需要引入第三方機構(gòu)輔助執(zhí)行一色基材的換位動作，例如人手或機械手。

圖14 四級形狀雙色塑料制品示意

（2）使用機械手裝置輔助生產(chǎn)，雙色制品的設(shè)計自由度最大，限制條件少，可以靈活設(shè)計制品的一二色位置關(guān)系，但是生產(chǎn)周期長，效率低。另外機械手可用于生產(chǎn)一級、二級、三級和四級形狀的雙色制品，適用范圍最廣。

（3）例如在新產(chǎn)品開發(fā)試制的初期，可以暫緩在轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)芯等專用設(shè)備上的投資，暫用機械手替代試制，可以節(jié)省成本，待新產(chǎn)品試制驗證成功、市場需求量增大時，再進行專用投資。

（4）實際上針對某款產(chǎn)量不大的雙色制品，或者為了節(jié)約專用雙色模具與雙色注塑機投資，充分利用已有的單色機資源，可以把兩臺單色機擺放在一起，分別安裝一色模和二色模，中間放置一臺機械手，從一臺機取出半成品而放入第二臺機注射二色料，實現(xiàn)雙色生產(chǎn)、優(yōu)化利用現(xiàn)有資源，這種生產(chǎn)組織方式也俗稱套啤。

5 制品形狀五

制品形狀五：全封閉夾層。

（1）如圖15所示的形狀，二色料被一色料完全封閉包覆在內(nèi)，且不暴露在外，將它定義為五級形狀，稱為全封閉夾層，也俗稱三明治夾層。這種雙色制品的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，與前述4種有著較大差異，不需要模腔換位，并且一色料與二色料共用一個澆注流道。例如圖16所示的夾層注射原理，先定量注射一部分一色料，趁著一色料尚未冷凝定型，立即注射二色料，由于先接觸到模腔壁的一色料會先行散熱降溫、粘度增大、流動性降低而粘附到模腔壁上，此時一色料的芯部還保持著高溫和較好的流動性，在二色料注推下會裹覆著二色料繼續(xù)向前填充模腔，同時又被二色料擠推與模腔壁接觸，一色料的芯層變皮層又粘附到模腔壁上形成新的外殼層，最后再注射少量的一色料封口，將二色料完全封閉在一色料之內(nèi)。二色料也稱作芯層，一色料稱作皮層或殼層。

圖15 五級形狀雙色塑料制品示意

圖16 夾層注射裝置及原理

（2）夾層注射生產(chǎn)工藝的調(diào)制，與熔體溫度、注射壓力、注射速度、注膠量等因素有著非常大的關(guān)聯(lián)，還與注射裝置計量的準確性、一二色轉(zhuǎn)換的靈敏性等息息相關(guān)。要實現(xiàn)芯層料填膠量的最大化，保證芯層料不突破皮層料而暴露在外，需對這些因素細致研究、熟練把控。

（3）夾層注射裝置也可以實現(xiàn)混色生產(chǎn)，例如圖17的塑料制品的兩色之間邊界線不清晰，兩色在邊界線處呈色澤漸變、滲入摻雜的特性，色條或色塊的形狀及分布呈不規(guī)則樣式，一旦注射壓力、速度、膠量等任一注射工藝參數(shù)有細微改變，成型后的制品花紋立即變化，與先前模次的制品花樣不一致?；焐破飞a(chǎn)還有這樣的好處，可以用原有的單色模具配套夾層混色注塑機直接生產(chǎn)，舊模開新花，賦予舊模新生命，單色變雙色，提高制品附加值。

圖17 混色制品圖例

6 總結(jié)

（1）本文依據(jù)制品件的外形構(gòu)造特征、一色與二色的位置關(guān)系，將雙色塑料制品分類歸結(jié)為5個形狀等級，各自有著不同的適用設(shè)備，塑料注塑領(lǐng)域從業(yè)者可針對制品件具體觀察與分析，并綜合考慮投資成本、生產(chǎn)效率、需求產(chǎn)量等因素，選用合適的設(shè)備開展生產(chǎn)。一級形狀的雙色制品不需模腔換位即可實現(xiàn)生產(chǎn)，但大批量生產(chǎn)時還是推薦用轉(zhuǎn)盤裝置兼顧生產(chǎn)效率； 五級形狀是一個特殊的樣式，不能與一級、二級、三級和四級的生產(chǎn)設(shè)備通用；從一級到四級的雙色制品可選用的生產(chǎn)設(shè)備越來越少（如表1所示），但高級別的設(shè)備可以向下兼容低級別形狀的制品生產(chǎn)。

表1 形狀等級與換位裝置的適用性（√適用，×不適用）

（2）轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)芯是最常見的兩種模腔換位裝置，在市場上得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)出的制品大約占雙色制品總量的65%。近5年來逐步出現(xiàn)了二者集成兼容在同一套轉(zhuǎn)盤裝置中的實際應(yīng)用，使用戶僅投資一套設(shè)備，卻能同時獲得轉(zhuǎn)芯和轉(zhuǎn)盤的兩種功用，在同一臺雙色注塑機上擴大了適用范圍。

（3）在中國雙色技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟，并已逐步向多色發(fā)展，例如三色、四色、五色等注塑機和模具設(shè)備已在現(xiàn)實中得到制造應(yīng)用。與之配套相關(guān)的轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)芯裝置，從最初的二工位旋轉(zhuǎn)分度，發(fā)展出了三工位、四工位分度，從液壓馬達驅(qū)動發(fā)展到了伺服電機驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)快速平穩(wěn)、分度定位更加精準。

（4）立方體模具及其關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)盤技術(shù)、注塑機、生產(chǎn)技術(shù)是轉(zhuǎn)盤裝置發(fā)展的集大成者，生產(chǎn)效率超高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備價格昂貴，當前國內(nèi)設(shè)備廠商對這種技術(shù)掌握還不夠成熟，尚處在起步階段。