匡唐清，李树桢，黄创业

(1华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013；2精英制模实业(深圳)有限公司，广东深圳518104)

    摘要：针对双色牙刷柄头部材料单一、主体部分嵌有装饰性软材料的特点，确定采用转轴式双色注塑机成型，由此设计了一出八、十六腔的转轴式热流道双色注塑模，详细阐述了该转轴式双色注塑模的结构及工作原理。针对该模具的非自然平衡流道，利用Moldflow软件进行反复流动模拟分析和调整，最终确定了各型腔二级分流道的截面尺寸，实现了其流道系统的几何平衡，保证各型腔充填的平衡。最后还阐述了该双色注塑模热流道板的设计要点。

图片：牙刷

    关键词：牙刷柄；双色模；热流道；流道平衡

    随着人民生活水平的提高，塑料产品不仅要满足人们的功能需求，还要求能给人良好的视觉、触觉感受以及对低成本的追求，因而双色、甚至多色产品应运而生。双色产品是由两种不同颜色的塑料成型，两种颜色塑料之间有着明显界限。双色塑件不仅具有良好的视觉效果，同时，用不同性能塑料构成塑件相应结构还能使塑件的功能和品质提高。生活中常见的双色产品有：车灯罩、相机外壳、手机外壳、MP3外壳、小刀柄、按钮、牙刷柄等。   

    本文以日常生活中常见的双色牙刷柄的成型模具为例，介绍了双色产品转轴式成型模具的设计方法。

      1塑件工艺分析   

    该双色牙刷柄制件分为主体部分和纹饰部分，纹饰部分在制件的柄部，牙刷的头端为单一    材料。主体部分(硬胶)选用丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)，满足使用的强度要求，此塑料与其他原料有很好的结合性，适合双色成型；纹饰部分(软胶)选用热塑性弹性体(TPE)原料(Kraiburg公司生产，牌号为Thermolast K HTP7630／9)，TPE材料是通过动态硫化技术使得橡胶完全硫化并以微米级尺寸分散于塑料基体中，兼有热塑性塑料的优良加工性能和硫化橡胶的良好弹性等性能，且易染色。该材料嵌入制件主体中，体现出良好的视觉感和触觉感，且结合良好，不会剥落。   

    因该塑件生产批量大，决定用双色模具自动成型，并采用热流道浇注系统以节约原材料、确保成型品质和提高生产效率。

      2模具结构设计

      2．1模具总体结构   

    双色注塑机分为转盘式和转轴式两种：转盘式是整个动模安装在转盘上，开模后成品被顶出、半成品在动模中随转盘的旋转换位到成品型腔；转轴式是动模中成型制品非双色部分作为旋转块固定在转轴上，开模后成品被顶出、转轴带动旋转块伸出并旋转，半成品随其旋转换位缩回成品型腔。本双色牙刷柄头部这端为单一材料，柄部为两种材料，因而选择转轴式双色注塑机，头部在旋转块中成型。由此选择富强鑫(宁波)公司的FB-200T转轴式精密双色注塑机，该注塑机有两套可独立控制的水平注射单元，两套独立控制的顶出系统。   

    由于牙刷柄为条形，采用一出八、十六腔，平行布置。动模分成3部分，如图2所示：中间部分为旋转块，成型牙刷头，与注塑机的旋转轴相连；左边部分成型牙刷柄主体；右边部分成型牙刷柄纹饰部分。注射时注塑机两个注射单元的塑料分别经过不同的热流道浇注系统进入半成品型腔和成品型腔。因为圆柱结构,分型面选在圆柱中间面上,有利于脱模.

      由于只有成品才需要顶出脱模，而半成品由牙刷头带动脱离半成品型腔(成型牙刷头上多个刷毛安置孔的型芯可保证牙刷柄主体可靠脱出与旋转换位)，只有成品型腔位置需要推出机构。 

    模具结构如图3所示。

     2．2模具工作过程   

    成型时，半成品型腔注入的材料为ABS，成品型腔注入的材料为TPE。成型完毕后开模，动模向后运动至达到开模行程后停止，成品区的注塑机推出机构开始推动推板34向前运动，顶针32将成品推出。推出动作结束后，注塑机推出机构回撤，推板34、顶针32、复位杆39在压缩弹簧作用下复位，然后注塑机的中间转轴4向前推进，推出旋转动模4l，旋转180º后缩回停止，再合模。这样半成品(牙刷柄主体部分)就随旋转动模换到成型型腔，而半成品型腔已被空出，再继续下一个生产循环.

      2.3模具设计要点

      2.3.1浇注系统   

    由于各型腔平行布置，其流道系统非自然平衡，为保证各型腔成型制件品质的均一，采用Moldflow软件进行流动分析实现流道的流变学平衡.基于制件的结构特点,采用3D网格模型，当前的MPI6.1版本不支持3D网格模型的流动平衡分析，因此先按经验公式初步确定流道尺寸，再进行充填分析，经过多次调整与分析，最后得出流变学平衡的浇注系统。为了提高分析效率，考虑对称性，只对半边作分析，设置分流道、浇口及制件(型腔)的出现次数为2，这样的分析与整体分析就等效了。   

    对半成品型腔，主流道为锥形结构，连接注塑机喷嘴处的直径为4mm，末端为6 mm，一级分流道为6 mm，浇口直径均为1.2 mm，离主流道由近及远的各二级分流道的直径通过多次分析调整后分别确定为3．4、4．2、4．8、5．4 mm。其分析结果-充填时间分布如图4所示，充满所有型腔的时间为2．607 s，型腔间的充填时间最大相差约为3.6％，说明各型腔间充填基本平衡。

      类似分析，成品型腔的浇注系统确定为主流道连接注塑机喷嘴处的直径为4 mm、末端为8 mm，一级分流道为8 mm，浇口直径均为l.2 mm，离主流道由近及远的各二级分流道的直径通过多次分析调整后分别确定为6．5、7、7．6、8．0 mm。

      2．3．2热流道板的设计。

    此套模具半成品和成品的成型均采用热流道系统，因此有2块热流道板，除了流道尺寸不同外，其余结构相同。热流道板选用碳素工具钢T10A制造，采用矩形结构，使用可弯曲电热管外加热方式，半成品和成品的热流道板加热功率经计算分别为1.6 kw和1．4 kw。为减小流道内的压力损失，并防止熔料滞留流道内过热分解而影响产品品质，流道转角处应尽可能光滑过渡，流道表面应有较好的表面粗糙度，因而在流道板上钻出深孔，在转角处镶入带有圆角过渡的两通镶件，采用流体抛光机进行抛光。为保证密封，在流道板中流道孔端面采用金属O形密封圈密封、流道板与喷嘴间采用螺纹连接。流道板的横向热膨胀将会引起流道板与喷嘴的相对滑移，因而喷嘴与定模在横向留有一定间隙。

      3结论   

      (1)对于双色制件，若一端为单一材料、另一端为两种材料，宜采用转轴式双色注塑机，单一材料端在旋转块中成型；   

      (2)在转轴式双色注塑模中，应在成品侧设置顶出机构与复位机构，且在合模前先复位，保证半成品顺利进入成品型腔；   

      (3)对转轴式双色注塑模中的成品区和半成品区的非自然平衡流道，均可借助Moldflow软件进行模流分析，调整流道尺寸，达到流变学平衡，实现不同型腔的流动平衡；   

      (4)在双色注塑模中，宜采用热流道系统，以节省能源并实现生产的自动化。应注意保证流道光滑、密封且留有热膨胀空间。