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【摘 要】本文阐述双色注塑成型的机构原理和工艺过程，包括非旋转模具式结构和旋转模具式结构，然后分析了注塑流动成形模拟技术中的中面流技术、双面流技术和实体流技术三个技术的优缺点，从根本上了解了整个注塑过程的模拟分析方法。
【关键词】双色注塑成型，工艺，过程模拟
一、引言
与普通注塑相比，双色注塑的成型原理和过程更加复杂，模具结构更加复杂，技术含量更高，但可以大幅度提高生产效率，降低生产成本，保证塑件良好的质量。由于双色注塑技术在成形过程中受到的影响因素更加繁多复杂，涉及到第一次注塑和第二次注塑中两个不同结构和不同材料的共同分析，所以针对双色注塑的模拟分析还比较少。本文针对双色注塑成型原理与工艺过程，分析了中面流技术、双面流技术和实体流技术三个技术的优缺点。
二、 双色注塑成型原理与工艺过程
常用的双色注塑成型方法按照模具结构大体可分为两种，一种是非旋转模具式，另一种是旋转模具式。前者又可细分成两类：后退型芯式和跷跷板式。后退型芯式双色注塑注射原理如图1所示。型芯1由液压装置控制，可以上下运动。闭模后，型芯1处于上部位置，与定模板紧密贴合，第一次注塑材料首先充满大型腔；经过一定时间的保压冷却后，活动型芯1后退，形成一个新的小型腔，然后第二次注塑材料再进行填充，最后得到双组份塑件。后退型芯式双色注塑模具具有结构简单、体积较小、对设备要求较低的特点。
在后退型芯式的基础上又发展出了跷跷板式结构。跷跷板式的工作原理是将靠破针的顶部加工出和第二次注塑部分相同的形状，作为型芯的一部分。当第一次注塑时，靠破针在跷跷板的作用下往上运动，在第一次注塑的产品中占据和第二次注塑部分形状相同的位置；第二次注塑时，靠破针在跷跷板的作用下往下运动，让出相应的型腔孔，使得二次料能够流入并封闭该区域，最终完成双色注塑。跷跷板结构主要用在键盘、按键或开关上双色数字、字母、提醒标志等的注塑成型。
旋转模具式双色注塑注射原理如图3所示，模具的定、动模板分别安装在注塑机定模固定板和可旋转的动模固定板上，一副模具的两个型腔或两副模具按1800排列。模具合模后，熔融塑料首先注塑充满小型腔1，待熔体冷却固化成一定形状后开模，塑件留在动模，随动模固定板旋转1800，然后再闭模进行第二次大型腔2的注塑，再次开模后即完成双色塑件的注塑。
除了这些常见情况外，有时产品的结构要求两个公模结构有所不同，则需要应用脱板旋转式模具结构（也叫中板模结构）。其工作原理是：注塑机在完成一次注塑后，两幅公模不动，模具的中心旋转轴先把脱板顶出，然后使脱板旋转180°，脱板回落后再进行二次成型。这样，公模的一二次部位可以做成不同的形状，完成相应塑件的双色注塑成型。
三、注塑流动成形模拟技术
注塑成型流动模拟技术利用上一节所述的方法，在模流分析软件中模拟熔融塑料在模具浇注系统以及模具型腔中的充填流动以及保压冷却过程，计算出浇注系统及模具型腔中的塑件在不同状态、不同位置和时间点的压力、温度、速度、剪切应变速率和剪切应力的分布，最后用图表、云纹图和等值线图的方式将分析结果直观地显现在软件窗口上。注塑成型流动模拟技术发展至今，先后历经了中面流技术、双面流技术和实体流技术三个重要阶段。
（1）中面流技术
所谓中面是指位于模具型芯面和型腔面中间的层面，一般需要用户自己提取。基于中面流技术的模流分析软件的数值方法都是基于中面进行的，主要包括有限元法、有限差分法和控制体积法。中面流技术在模拟运算中具有算法简单、运算速度快等优点，但其缺点也很明显，主要有：
①用户必须手动构造出中面模型，对于一些复杂的模型往往费时费力，甚至不可能完成。
②注塑产品的结构千变万化，难易不一，虽然许多CAD软件可以自动由产品模型直接生成中面模型，但大都成功率不高，效果不好。
③CAE阶段抽取的中面模型与CAD阶段使用的产品模型不统一，需要二次建模，而采用中面流技术的注塑成型流动分析软件的造型功能又都较差，操作困难难以达到理想的要求。
④中面流技术由于只是抽取了注塑零件中间平均厚度的一个面来运行分析计算，忽略了塑料熔体在厚度上各因素的影响，造成分析精度不高。因此中面流技术适用于结构简单、形状规则、壁厚均勻的塑料塑件分析，在实际的应用中具有较大的局限性。
（2）双面流技术
双面流技术是指将模具型腔或塑件在厚度方向上分成上下两部分，在型腔或塑件的表面划分有限元网格，使其在流动过程中塑料熔体在上下两表面的流动保持同时与协调。
双面流技术所应用的原理与方法在本质上与中面流技术是相同的，只不过双面流技术通过相应的算法，将中面流技术中的单股熔体流动转变为沿模型上下表面协调流动的双股熔体流动。双面流技术在模拟过程中计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，与中面流技术相比具有更高的分析精度。目前双面流技术的难点在于上下表面处的划分的网格在形状、方位与大小方面都不能做到上下完全匹配，使模拟的上下表面的熔体流动前沿存在一定的差别，对分析精度有一定的影响。而且双面流分析中，仅考虑了熔体沿上下表面的流动，忽略了在厚度方向上的流动，导致分析数据不完整，与实际情况存在一定的差异。
（3）实体流技术
实体流技术与中面流技术的实现原理也是相同的，但它们的数值分析方法并不相同。在中面流技术中，一般塑件的厚度远小于熔体流动方向的尺寸，因此可以忽略熔体压力沿厚度方向的变化，忽略熔体速度在厚度方向的分量，将熔体的充填流动当做扩展层流。经过这样的简化，可以使用二维有限元法求解流动方向的压力与温度等各待求量，用一维有限差分法求解厚度方向的各待求量和时间变量等。两种方法交替进行，最终完成整个求解过程。在实体流技术中，采用立体网格进行实体划分，熔体在厚度方向的速度分量以及压力在厚度方向的变化都不再被忽略，利用三维有限元法或三维有限差分法模拟分析熔体的充填流动。与中面流和双面流技术相比，使用实体流技术的模流分析软件可以进行更符合实际情况的模拟，提供精度更高的分析结果。但其缺点也很明显，即计算数据量巨大、计算时间过长，与高质量、低成本和短周期的虚拟制造宗旨相悖，大大限制了其应用。但随着计算机技术的不断进步以及模拟算法的不断优化，相信实体流技术会逐渐成为注塑流动模拟分析的主流技术。
四、结束语
随着人们对注塑塑件质量要求的提高，以及注塑机械工业和自动控制技术水平的发展，双色注射的应用越来越广泛，但是对双色注塑成型工艺的模拟分析还没有很完全的理论指导，本文对双色注塑成型工艺和模拟方法进行分析，可以对以后相关的模拟提供很好的借鉴。
参考文献：
[1] 胡开元. 双色注塑技术及其应用研究[D]. 镇江： 江苏大学，2010.
[2] 余卫东. CAE 技术-塑料模具设计发展的必然趋势. 美国 Moldflow 公司上海办事处. 2008：15.
[3] 邓康清， 姜兆华. 表征高分子形态、表面和界面的新方法——激光扫描共聚焦荧光显微镜法[J]. 化学与粘合， 2009， 31（4）：33-50.
[4] 张浦. 高分子界面分子模拟的研究进展[J]. 上海涂料， 2010， 48（1）：25-28.
【关键词】双色注塑成型，工艺，过程模拟
一、引言
与普通注塑相比，双色注塑的成型原理和过程更加复杂，模具结构更加复杂，技术含量更高，但可以大幅度提高生产效率，降低生产成本，保证塑件良好的质量。由于双色注塑技术在成形过程中受到的影响因素更加繁多复杂，涉及到第一次注塑和第二次注塑中两个不同结构和不同材料的共同分析，所以针对双色注塑的模拟分析还比较少。本文针对双色注塑成型原理与工艺过程，分析了中面流技术、双面流技术和实体流技术三个技术的优缺点。
二、 双色注塑成型原理与工艺过程
常用的双色注塑成型方法按照模具结构大体可分为两种，一种是非旋转模具式，另一种是旋转模具式。前者又可细分成两类：后退型芯式和跷跷板式。后退型芯式双色注塑注射原理如图1所示。型芯1由液压装置控制，可以上下运动。闭模后，型芯1处于上部位置，与定模板紧密贴合，第一次注塑材料首先充满大型腔；经过一定时间的保压冷却后，活动型芯1后退，形成一个新的小型腔，然后第二次注塑材料再进行填充，最后得到双组份塑件。后退型芯式双色注塑模具具有结构简单、体积较小、对设备要求较低的特点。
在后退型芯式的基础上又发展出了跷跷板式结构。跷跷板式的工作原理是将靠破针的顶部加工出和第二次注塑部分相同的形状，作为型芯的一部分。当第一次注塑时，靠破针在跷跷板的作用下往上运动，在第一次注塑的产品中占据和第二次注塑部分形状相同的位置；第二次注塑时，靠破针在跷跷板的作用下往下运动，让出相应的型腔孔，使得二次料能够流入并封闭该区域，最终完成双色注塑。跷跷板结构主要用在键盘、按键或开关上双色数字、字母、提醒标志等的注塑成型。
旋转模具式双色注塑注射原理如图3所示，模具的定、动模板分别安装在注塑机定模固定板和可旋转的动模固定板上，一副模具的两个型腔或两副模具按1800排列。模具合模后，熔融塑料首先注塑充满小型腔1，待熔体冷却固化成一定形状后开模，塑件留在动模，随动模固定板旋转1800，然后再闭模进行第二次大型腔2的注塑，再次开模后即完成双色塑件的注塑。
除了这些常见情况外，有时产品的结构要求两个公模结构有所不同，则需要应用脱板旋转式模具结构（也叫中板模结构）。其工作原理是：注塑机在完成一次注塑后，两幅公模不动，模具的中心旋转轴先把脱板顶出，然后使脱板旋转180°，脱板回落后再进行二次成型。这样，公模的一二次部位可以做成不同的形状，完成相应塑件的双色注塑成型。
三、注塑流动成形模拟技术
注塑成型流动模拟技术利用上一节所述的方法，在模流分析软件中模拟熔融塑料在模具浇注系统以及模具型腔中的充填流动以及保压冷却过程，计算出浇注系统及模具型腔中的塑件在不同状态、不同位置和时间点的压力、温度、速度、剪切应变速率和剪切应力的分布，最后用图表、云纹图和等值线图的方式将分析结果直观地显现在软件窗口上。注塑成型流动模拟技术发展至今，先后历经了中面流技术、双面流技术和实体流技术三个重要阶段。
（1）中面流技术
所谓中面是指位于模具型芯面和型腔面中间的层面，一般需要用户自己提取。基于中面流技术的模流分析软件的数值方法都是基于中面进行的，主要包括有限元法、有限差分法和控制体积法。中面流技术在模拟运算中具有算法简单、运算速度快等优点，但其缺点也很明显，主要有：
①用户必须手动构造出中面模型，对于一些复杂的模型往往费时费力，甚至不可能完成。
②注塑产品的结构千变万化，难易不一，虽然许多CAD软件可以自动由产品模型直接生成中面模型，但大都成功率不高，效果不好。
③CAE阶段抽取的中面模型与CAD阶段使用的产品模型不统一，需要二次建模，而采用中面流技术的注塑成型流动分析软件的造型功能又都较差，操作困难难以达到理想的要求。
④中面流技术由于只是抽取了注塑零件中间平均厚度的一个面来运行分析计算，忽略了塑料熔体在厚度上各因素的影响，造成分析精度不高。因此中面流技术适用于结构简单、形状规则、壁厚均勻的塑料塑件分析，在实际的应用中具有较大的局限性。
（2）双面流技术
双面流技术是指将模具型腔或塑件在厚度方向上分成上下两部分，在型腔或塑件的表面划分有限元网格，使其在流动过程中塑料熔体在上下两表面的流动保持同时与协调。
双面流技术所应用的原理与方法在本质上与中面流技术是相同的，只不过双面流技术通过相应的算法，将中面流技术中的单股熔体流动转变为沿模型上下表面协调流动的双股熔体流动。双面流技术在模拟过程中计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，与中面流技术相比具有更高的分析精度。目前双面流技术的难点在于上下表面处的划分的网格在形状、方位与大小方面都不能做到上下完全匹配，使模拟的上下表面的熔体流动前沿存在一定的差别，对分析精度有一定的影响。而且双面流分析中，仅考虑了熔体沿上下表面的流动，忽略了在厚度方向上的流动，导致分析数据不完整，与实际情况存在一定的差异。
（3）实体流技术
实体流技术与中面流技术的实现原理也是相同的，但它们的数值分析方法并不相同。在中面流技术中，一般塑件的厚度远小于熔体流动方向的尺寸，因此可以忽略熔体压力沿厚度方向的变化，忽略熔体速度在厚度方向的分量，将熔体的充填流动当做扩展层流。经过这样的简化，可以使用二维有限元法求解流动方向的压力与温度等各待求量，用一维有限差分法求解厚度方向的各待求量和时间变量等。两种方法交替进行，最终完成整个求解过程。在实体流技术中，采用立体网格进行实体划分，熔体在厚度方向的速度分量以及压力在厚度方向的变化都不再被忽略，利用三维有限元法或三维有限差分法模拟分析熔体的充填流动。与中面流和双面流技术相比，使用实体流技术的模流分析软件可以进行更符合实际情况的模拟，提供精度更高的分析结果。但其缺点也很明显，即计算数据量巨大、计算时间过长，与高质量、低成本和短周期的虚拟制造宗旨相悖，大大限制了其应用。但随着计算机技术的不断进步以及模拟算法的不断优化，相信实体流技术会逐渐成为注塑流动模拟分析的主流技术。
四、结束语
随着人们对注塑塑件质量要求的提高，以及注塑机械工业和自动控制技术水平的发展，双色注射的应用越来越广泛，但是对双色注塑成型工艺的模拟分析还没有很完全的理论指导，本文对双色注塑成型工艺和模拟方法进行分析，可以对以后相关的模拟提供很好的借鉴。
参考文献：
[1] 胡开元. 双色注塑技术及其应用研究[D]. 镇江： 江苏大学，2010.
[2] 余卫东. CAE 技术-塑料模具设计发展的必然趋势. 美国 Moldflow 公司上海办事处. 2008：15.
[3] 邓康清， 姜兆华. 表征高分子形态、表面和界面的新方法——激光扫描共聚焦荧光显微镜法[J]. 化学与粘合， 2009， 31（4）：33-50.
[4] 张浦. 高分子界面分子模拟的研究进展[J]. 上海涂料， 2010， 48（1）：25-28.