汽車油缸塑件的工藝分析與模具設計

馮藝

摘 要：分析了油缸塑料件的結構特點與注塑工藝，對油缸的注塑成型模具進行設計。完成模具的澆注系統、抽芯機構及冷卻系統設計。模具選用一模一腔，中心澆口直接進膠的澆注模式。為保證模具的多方位抽芯和保證開模的同步性，塑件的斜孔和內凹結構選用了液壓缸滑塊抽芯機構;側孔和凸包采用斜導柱滑塊式抽芯形式;倒扣采用斜頂機構。冷卻系統選用了產品圓周均勻布局冷卻管道的方式，確保冷卻效果的均勻性，并計算驗證。該模具設計確保了油缸注塑成型結構的穩定性和運動準確性，表明了該設計是可行的。

關鍵詞：注塑模具設計 分型面 側向抽芯

現代工業領域的輕量化和高強度化設計中利用工程塑料產品來代替鐵制品零件的使用越來越廣泛。因此，工程塑料產品已經得到了快速的發展，是工業領域中不可缺少的組成部分。隨著現代工業技術的快速發展，對塑料產品的設計和制造也提出了更高的要求。包括其結構上越來越復雜以及功能上在滿足實用性的前提下，還應該保證其外形美觀性和質量可靠性。這樣給塑料產品的生產制造帶來一定的難度，成為困擾模具設計開發者的難題。

以某油缸的塑料產品為例，其強度、輕量化和質量可靠性都可以優于鐵制油箱，并且得到廣泛使用。但油缸結構形狀復雜，表面精度要求高，存在大量的側孔和內凹形狀，注塑成型過程中必須考慮側向抽芯裝置等多種影響因素。這樣使得傳統的模具設計和制造方式很難滿足產品的需求。本文利用UG軟件完成了多個外側向抽芯、內側向抽芯和斜側向抽芯的模具結構設計。

1 油缸塑料制件工藝分析

1.1 塑料制件的結構分析

油缸塑料制件的結構如圖1所示，其外觀形狀較為復雜，材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（簡稱ABS塑料）。油缸塑料制件整體結構的長、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半徑為135mm的凸包，左側面①、②和③處存在一個半徑10mm、深4mm側孔、一個半徑為27mm、深44mm的斜孔和一個內徑1.5mm外徑4mm高14mm圓柱體，右側④處有一個半徑80mm高7mm的凸包，這些結構在進行模具設計時都應該引入側向抽芯機構才可以順利脫模;下表面還存在12個高3.5mm的倒扣，其中左右兩側⑤處共有6個倒扣需要考慮斜頂抽芯機構來脫模，下表面與上表面結構相應的上凹，右側面⑥處有內凹，應設置內側抽芯機構脫模。為了保證結構的順利脫模，塑料制件拐角設計成倒角。根據塑件設計MT精度要求以及ABS 塑料件公差等級（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領域較為常用的ABS料，比重：1.05克/立方厘米;注塑成型時需要進行干燥處理，干燥溫度為80～90℃，干燥時間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 注塑機選用

油缸塑料制件的體積利用UG軟件建模后，計算體積為569.972cm3，密度取1.05g/cm3，得到油缸的質量為598.47g。由注塑機的實際注射量為其理論注塑量的60-80%，應選用的注塑機容量為712.465-949.953 cm3，選用海天注塑機型號HTF450J/TJ完成生產，其參數如表1所示。

2 模具整體結構設計

油缸的整體模具結構圖如圖2所示。

模具運動過程分為開模與合模兩部分：開模時，液壓缸向外動作帶動斜抽芯20和內抽芯27向外移動，注塑機帶動動模座板1 向后移動;側向抽芯和斜頂結構協同動作：斜導柱14和31帶動下，側向抽芯13和32向外移動，斜頂機構7在滑塊帶動下側向移動，脫離工件;動模座板1繼續向后移動，頂桿推動推桿墊板3向前移動，帶動推桿38推出塑料件，實現脫模。合模時，液壓缸向內運動，斜抽芯20和內抽芯27復位，注塑機推動動模座板1向前移動，在斜導柱14和31帶動下，側向抽芯13和32向內側移動進行復位，推桿座板3在復位桿5 的作用下復位，動模座板1繼續向前移動，當凸模型芯24運動到分型面時，注塑機給予一定的鎖模力，合模完成，準備進行下一次注塑。

3 結論

油缸塑料件結構復雜，內部鏤空，有斜孔、側孔、凸臺、倒扣和帶小孔柱體等特征。綜合考慮模具結構大小和成本要求，斜孔和內凹采用了液壓缸頂出的方式;側孔、凸臺和柱體采用了滑塊式抽芯機構，倒扣選用斜頂頂出機構，保證模具開模時滑塊式抽芯機構和斜頂頂出機構的同步性，防止塑料件的開裂。冷卻系統的設計主要考慮工件結構尺寸較大和保證質量的均勻性，采用內、外周圍均布冷卻回路設計，具有較好的快速冷卻效果。通過驗證，此模具結構工整，工作穩定可靠，成型周期短，符合設計要求。

基金項目： 廣西高校中青年教師基礎能力提升項目，2018KY0989， 2020KY31017

參考文獻：

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