汽車油缸塑件的工藝分析與模具設(shè)計(jì)

馮藝

摘 要：分析了油缸塑料件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與注塑工藝，對(duì)油缸的注塑成型模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成模具的澆注系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。模具選用一模一腔，中心澆口直接進(jìn)膠的澆注模式。為保證模具的多方位抽芯和保證開模的同步性，塑件的斜孔和內(nèi)凹結(jié)構(gòu)選用了液壓缸滑塊抽芯機(jī)構(gòu);側(cè)孔和凸包采用斜導(dǎo)柱滑塊式抽芯形式;倒扣采用斜頂機(jī)構(gòu)。冷卻系統(tǒng)選用了產(chǎn)品圓周均勻布局冷卻管道的方式，確保冷卻效果的均勻性，并計(jì)算驗(yàn)證。該模具設(shè)計(jì)確保了油缸注塑成型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性，表明了該設(shè)計(jì)是可行的。

關(guān)鍵詞：注塑模具設(shè)計(jì) 分型面 側(cè)向抽芯

現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的輕量化和高強(qiáng)度化設(shè)計(jì)中利用工程塑料產(chǎn)品來代替鐵制品零件的使用越來越廣泛。因此，工程塑料產(chǎn)品已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，是工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造也提出了更高的要求。包括其結(jié)構(gòu)上越來越復(fù)雜以及功能上在滿足實(shí)用性的前提下，還應(yīng)該保證其外形美觀性和質(zhì)量可靠性。這樣給塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)制造帶來一定的難度，成為困擾模具設(shè)計(jì)開發(fā)者的難題。

以某油缸的塑料產(chǎn)品為例，其強(qiáng)度、輕量化和質(zhì)量可靠性都可以優(yōu)于鐵制油箱，并且得到廣泛使用。但油缸結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，表面精度要求高，存在大量的側(cè)孔和內(nèi)凹形狀，注塑成型過程中必須考慮側(cè)向抽芯裝置等多種影響因素。這樣使得傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造方式很難滿足產(chǎn)品的需求。本文利用UG軟件完成了多個(gè)外側(cè)向抽芯、內(nèi)側(cè)向抽芯和斜側(cè)向抽芯的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 油缸塑料制件工藝分析

1.1 塑料制件的結(jié)構(gòu)分析

油缸塑料制件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其外觀形狀較為復(fù)雜，材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（簡(jiǎn)稱ABS塑料）。油缸塑料制件整體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬和高分別為400mm、282mm和145mm，材料平均厚度為2mm。其中塑料制件的上表面有一個(gè)半徑為135mm的凸包，左側(cè)面①、②和③處存在一個(gè)半徑10mm、深4mm側(cè)孔、一個(gè)半徑為27mm、深44mm的斜孔和一個(gè)內(nèi)徑1.5mm外徑4mm高14mm圓柱體，右側(cè)④處有一個(gè)半徑80mm高7mm的凸包，這些結(jié)構(gòu)在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)該引入側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)才可以順利脫模;下表面還存在12個(gè)高3.5mm的倒扣，其中左右兩側(cè)⑤處共有6個(gè)倒扣需要考慮斜頂抽芯機(jī)構(gòu)來脫模，下表面與上表面結(jié)構(gòu)相應(yīng)的上凹，右側(cè)面⑥處有內(nèi)凹，應(yīng)設(shè)置內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)脫模。為了保證結(jié)構(gòu)的順利脫模，塑料制件拐角設(shè)計(jì)成倒角。根據(jù)塑件設(shè)計(jì)MT精度要求以及ABS 塑料件公差等級(jí)（GB/T l4486-1993），選取塑件精度要求為MT2[1-2]。

1.2 塑料制件的注塑工藝分析

油缸塑料制件的材料為工業(yè)領(lǐng)域較為常用的ABS料，比重：1.05克/立方厘米;注塑成型時(shí)需要進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為80～90℃，干燥時(shí)間2h左右;成型收縮率：0.4-0.7%，模具溫度：25-70℃（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低），融化溫度：210-280℃（建議溫度：245℃），成型溫度：200-240℃，注射速度：中高速度，注射壓力：50-100MPa[3]。

1.3 注塑機(jī)選用

油缸塑料制件的體積利用UG軟件建模后，計(jì)算體積為569.972cm3，密度取1.05g/cm3，得到油缸的質(zhì)量為598.47g。由注塑機(jī)的實(shí)際注射量為其理論注塑量的60-80%，應(yīng)選用的注塑機(jī)容量為712.465-949.953 cm3，選用海天注塑機(jī)型號(hào)HTF450J/TJ完成生產(chǎn)，其參數(shù)如表1所示。

2 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

油缸的整體模具結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

模具運(yùn)動(dòng)過程分為開模與合模兩部分：開模時(shí)，液壓缸向外動(dòng)作帶動(dòng)斜抽芯20和內(nèi)抽芯27向外移動(dòng)，注塑機(jī)帶動(dòng)動(dòng)模座板1 向后移動(dòng);側(cè)向抽芯和斜頂結(jié)構(gòu)協(xié)同動(dòng)作：斜導(dǎo)柱14和31帶動(dòng)下，側(cè)向抽芯13和32向外移動(dòng)，斜頂機(jī)構(gòu)7在滑塊帶動(dòng)下側(cè)向移動(dòng)，脫離工件;動(dòng)模座板1繼續(xù)向后移動(dòng)，頂桿推動(dòng)推桿墊板3向前移動(dòng)，帶動(dòng)推桿38推出塑料件，實(shí)現(xiàn)脫模。合模時(shí)，液壓缸向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，斜抽芯20和內(nèi)抽芯27復(fù)位，注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模座板1向前移動(dòng)，在斜導(dǎo)柱14和31帶動(dòng)下，側(cè)向抽芯13和32向內(nèi)側(cè)移動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，推桿座板3在復(fù)位桿5 的作用下復(fù)位，動(dòng)模座板1繼續(xù)向前移動(dòng)，當(dāng)凸模型芯24運(yùn)動(dòng)到分型面時(shí)，注塑機(jī)給予一定的鎖模力，合模完成，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次注塑。

3 結(jié)論

油缸塑料件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部鏤空，有斜孔、側(cè)孔、凸臺(tái)、倒扣和帶小孔柱體等特征。綜合考慮模具結(jié)構(gòu)大小和成本要求，斜孔和內(nèi)凹采用了液壓缸頂出的方式;側(cè)孔、凸臺(tái)和柱體采用了滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)，倒扣選用斜頂頂出機(jī)構(gòu)，保證模具開模時(shí)滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)和斜頂頂出機(jī)構(gòu)的同步性，防止塑料件的開裂。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮工件結(jié)構(gòu)尺寸較大和保證質(zhì)量的均勻性，采用內(nèi)、外周圍均布冷卻回路設(shè)計(jì)，具有較好的快速冷卻效果。通過驗(yàn)證，此模具結(jié)構(gòu)工整，工作穩(wěn)定可靠，成型周期短，符合設(shè)計(jì)要求。

基金項(xiàng)目： 廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目，2018KY0989， 2020KY31017

參考文獻(xiàn)：

[1]馮愛新.塑料模具工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出，2008.

[2]于延軍，張娜. 復(fù)雜筒狀零件側(cè)抽芯注塑模具設(shè)計(jì)[J]. 工程塑料應(yīng)用.

[3]張維合.注塑模具復(fù)雜結(jié)構(gòu) 100例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4]俞芙芳.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué) 出版社 ，2011.

[4]李源，郭辰光，李威力. 薄壁電子機(jī)殼側(cè)向抽芯注塑模具設(shè)計(jì)[J]. 塑料工業(yè)，2015，43（8）：45-28.

[5]郭辰光，李源，李威力.果汁機(jī)杯蓋同向側(cè)抽芯注塑模具設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用，2015，43（4）：73-76.

[6]付偉，張海.斜頂式滑塊機(jī)構(gòu)在模具中的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2008，36（1）：62-64.