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汽车油缸塑件的工艺分析与模具设计

冯艺

摘 要：分析了油缸塑料件的结构特点与注塑工艺，对油缸的注塑成型模具进行设计。完成模具的浇注系统、抽芯机构及冷却系统设计。模具选用一模一腔，中心浇口直接进胶的浇注模式。为保证模具的多方位抽芯和保证开模的同步性，塑件的斜孔和内凹结构选用了液压缸滑块抽芯机构;侧孔和凸包采用斜导柱滑块式抽芯形式;倒扣采用斜顶机构。冷却系统选用了产品圆周均匀布局冷却管道的方式，确保冷却效果的均匀性，并计算验证。该模具设计确保了油缸注塑成型结构的稳定性和运动准确性，表明了该设计是可行的。
关键词：注塑模具设计 分型面 侧向抽芯
现代工业领域的轻量化和高强度化设计中利用工程塑料产品来代替铁制品零件的使用越来越广泛。因此，工程塑料产品已经得到了快速的发展，是工业领域中不可缺少的组成部分。随着现代工业技术的快速发展，对塑料产品的设计和制造也提出了更高的要求。包括其结构上越来越复杂以及功能上在满足实用性的前提下，还应该保证其外形美观性和质量可靠性。这样给塑料产品的生产制造带来一定的难度，成为困扰模具设计开发者的难题。
以某油缸的塑料产品为例，其强度、轻量化和质量可靠性都可以优于铁制油箱，并且得到广泛使用。但油缸结构形状复杂，表面精度要求高，存在大量的侧孔和内凹形状，注塑成型过程中必须考虑侧向抽芯装置等多种影响因素。这样使得传统的模具设计和制造方式很难满足产品的需求。本文利用UG软件完成了多个外侧向抽芯、内侧向抽芯和斜侧向抽芯的模具结构设计。
1 油缸塑料制件工艺分析
1.1 塑料制件的结构分析
油缸塑料制件的结构如图1所示，其外观形状较为复杂，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（简称ABS塑料）。油缸塑料制件整体结构的长、宽和高分别为400mm、282mm和145mm，材料平均厚度为2mm。其中塑料制件的上表面有一个半径为135mm的凸包，左侧面①、②和③处存在一个半径10mm、深4mm侧孔、一个半径为27mm、深44mm的斜孔和一个内径1.5mm外径4mm高14mm圆柱体，右侧④处有一个半径80mm高7mm的凸包，这些结构在进行模具设计时都应该引入侧向抽芯机构才可以顺利脱模;下表面还存在12个高3.5mm的倒扣，其中左右两侧⑤处共有6个倒扣需要考虑斜顶抽芯机构来脱模，下表面与上表面结构相应的上凹，右侧面⑥处有内凹，应设置内侧抽芯机构脱模。为了保证结构的顺利脱模，塑料制件拐角设计成倒角。根据塑件设计MT精度要求以及ABS 塑料件公差等级（GB/T l4486-1993），选取塑件精度要求为MT2[1-2]。
1.2 塑料制件的注塑工艺分析
油缸塑料制件的材料为工业领域较为常用的ABS料，比重：1.05克/立方厘米;注塑成型时需要进行干燥处理，干燥温度为80～90℃，干燥时间2h左右;成型收缩率：0.4-0.7%，模具温度：25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低），融化温度：210-280℃（建议温度：245℃），成型温度：200-240℃，注射速度：中高速度，注射压力：50-100MPa[3]。
1.3 注塑机选用
油缸塑料制件的体积利用UG软件建模后，计算体积为569.972cm3，密度取1.05g/cm3，得到油缸的质量为598.47g。由注塑机的实际注射量为其理论注塑量的60-80%，应选用的注塑机容量为712.465-949.953 cm3，选用海天注塑机型号HTF450J/TJ完成生产，其参数如表1所示。
2 模具整体结构设计
油缸的整体模具结构图如图2所示。
模具运动过程分为开模与合模两部分：开模时，液压缸向外动作带动斜抽芯20和内抽芯27向外移动，注塑机带动动模座板1 向后移动;侧向抽芯和斜顶结构协同动作：斜导柱14和31带动下，侧向抽芯13和32向外移动，斜顶机构7在滑块带动下侧向移动，脱离工件;动模座板1继续向后移动，顶杆推动推杆垫板3向前移动，带动推杆38推出塑料件，实现脱模。合模时，液压缸向内运动，斜抽芯20和内抽芯27复位，注塑机推动动模座板1向前移动，在斜导柱14和31带动下，侧向抽芯13和32向内侧移动进行复位，推杆座板3在复位杆5 的作用下复位，动模座板1继续向前移动，当凸模型芯24运动到分型面时，注塑机给予一定的锁模力，合模完成，准备进行下一次注塑。
3 结论
油缸塑料件结构复杂，内部镂空，有斜孔、侧孔、凸台、倒扣和带小孔柱体等特征。综合考虑模具结构大小和成本要求，斜孔和内凹采用了液压缸顶出的方式;侧孔、凸台和柱体采用了滑块式抽芯机构，倒扣选用斜顶顶出机构，保证模具开模时滑块式抽芯机构和斜顶顶出机构的同步性，防止塑料件的开裂。冷却系统的设计主要考虑工件结构尺寸较大和保证质量的均匀性，采用内、外周围均布冷却回路設计，具有较好的快速冷却效果。通过验证，此模具结构工整，工作稳定可靠，成型周期短，符合设计要求。
基金项目： 广西高校中青年教师基础能力提升项目，2018KY0989， 2020KY31017
参考文献：
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[2]于延军，张娜. 复杂筒状零件侧抽芯注塑模具设计[J]. 工程塑料应用.
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[4]俞芙芳.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：清华大学 出版社 ，2011.
[4]李源，郭辰光，李威力. 薄壁电子机壳侧向抽芯注塑模具设计[J]. 塑料工业，2015，43（8）：45-28.
[5]郭辰光，李源，李威力.果汁机杯盖同向侧抽芯注塑模具设计[J].工程塑料应用，2015，43（4）：73-76.
[6]付伟，张海.斜顶式滑块机构在模具中的应用[J].工程塑料应用，2008，36（1）：62-64.
时代汽车2020年16期
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