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(guān)注汽車動力性能外，同時(shí)對其外觀也提出了更高的要求。為了進(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)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(hù)車燈光源逐步擴(kuò)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(yīng)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(yùn)用到汽車車燈燈罩的生產(chǎn)上，可以說雙色注塑工藝技術(shù)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(shí)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(shù)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(diǎn)，在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

德國ARBURG、恩格爾電機(jī)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(jī)的研發(fā)與應(yīng)用方面已經(jīng)取得了豐碩的成果[3]。我國華大機(jī)械有限公司、富強(qiáng)鑫集團(tuán)、海天國際等也在雙色注塑機(jī)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(shù)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(shù)仍需要引進(jìn)。

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(yīng)性好、塑料件附加值大等優(yōu)點(diǎn)，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(guān)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(shí)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(jìn)行結(jié)合，當(dāng)涉及到兩種或者以上材料搭配時(shí)，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(xué)性能較為一致的材料，并能夠有效相互交叉結(jié)合。應(yīng)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(yīng)用更為廣泛。

2)模具設(shè)計(jì)復(fù)雜。雙色注射機(jī)是由兩套相互獨(dú)立的塑化注射裝置組成，它需要兩套澆注系統(tǒng)、兩個(gè)工位型腔、特殊的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)。噴嘴也是雙色注塑成型中一個(gè)重要的裝置，按照注塑方式的不同，噴嘴應(yīng)具有特殊結(jié)構(gòu)。

3)工序控制難度大。雙色注塑成型時(shí)，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(shí)，為了保障兩種材料的理想流動，在注塑過程中要精密計(jì)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(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了較大的進(jìn)步，但仍然有一些問題亟需解決。如原料要求高、模具設(shè)計(jì)復(fù)雜、工序控制難度大，注塑缺陷多，總體成本高等；同時(shí)，由于雙色注塑技術(shù)條件的限制，導(dǎo)致雙色燈罩設(shè)計(jì)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(yán)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(cè)增加一個(gè)黑色燈罩套來實(shí)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(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配，就注塑工藝來講，是兩個(gè)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(shè)計(jì)要求。如前霧燈雙色燈罩設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。

3 組合燈罩方案驗(yàn)證

3.1 數(shù)模建立

本文選用前霧燈燈罩為例，進(jìn)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(jìn)行裝配，裝配后組合燈罩如圖1(b)所示。在建模時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：

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(dǎo)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(yīng)小于0.5 mm，以增加注塑時(shí)材料的流動性，提高產(chǎn)品成型率。

在模型建好以后，導(dǎo)入Moldflow軟件。

3.2 模擬驗(yàn)證

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

1)網(wǎng)格劃分。對燈罩套進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇四面體網(wǎng)格類型，共劃分3 500 000個(gè)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(jìn)行模擬分析。

3)澆口位置設(shè)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(cè)進(jìn)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(shè)置。PP-T20材料熔體溫度設(shè)定為210 ℃，模具溫度設(shè)定為40 ℃，注塑、保壓、冷卻時(shí)間為30 s，其余參數(shù)選擇默認(rèn)值，進(jìn)行分析。

5)結(jié)果分析。燈罩套材料采用PP-T20，使用兩個(gè)側(cè)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(yàn)縮痕值小于0.03 mm時(shí)，實(shí)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(gè)側(cè)面澆口進(jìn)膠，材料選擇ABS使用五個(gè)側(cè)面澆口進(jìn)膠，均可成型，注塑缺陷都可通過調(diào)整工藝進(jìn)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(jié)底是單色注塑，其與雙色燈罩相比有如下優(yōu)勢：

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

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

3)總體成本低。復(fù)雜的雙色注塑模具價(jià)格高于兩套單色注塑模具的價(jià)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(jié)

本文針對雙色燈罩存在的部分缺點(diǎn)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(dá)到了雙色燈罩保護(hù)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?jǐn)?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。