汽車進(jìn)氣彎管側(cè)向抽芯注塑模具設(shè)計(jì)*

海爭平

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 412004）

汽車進(jìn)氣彎管側(cè)向抽芯注塑模具設(shè)計(jì)*

海爭平

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 412004）

設(shè)計(jì)了一種汽車進(jìn)氣彎管側(cè)向抽芯注塑模具，彎管塑料件注塑成型生產(chǎn)時(shí)，由于彎管段脫模設(shè)計(jì)不好控制，抽芯深度較大等實(shí)際情況，容易引起管內(nèi)型芯跑偏、管內(nèi)型芯與塑料件粘連、出模時(shí)成型的塑料件已損壞等問題。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及塑料件由彎管段和直管段構(gòu)成的特點(diǎn)，對(duì)彎管段采用液壓油缸抽芯方式，對(duì)直管段采用斜導(dǎo)柱機(jī)動(dòng)抽芯方式，有效地解決了生產(chǎn)中實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)了彎管塑料件的自動(dòng)化注塑生產(chǎn)，保證了塑料件的成型質(zhì)量。

汽車進(jìn)氣彎管；側(cè)向抽芯；注塑模具

當(dāng)前，汽車輕量化已成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，在汽車上大量采用工程塑料代替金屬材料，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的一個(gè)重要途徑。圖1為某汽車的進(jìn)氣彎管，是汽車進(jìn)氣系統(tǒng)中一個(gè)重要的連接零件，該產(chǎn)品所選用的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS），ABS具有良好的綜合性能，強(qiáng)度高、韌性好、易于注塑成型，比較適合于該產(chǎn)品的大批量注塑生產(chǎn)。該塑料件的最大壁厚為4 mm，最小壁厚為2 mm，平均壁厚為2.6 mm，屬于薄壁殼類塑料件。就該產(chǎn)品而言，薄壁塑料件具有質(zhì)量輕、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但成型難度相對(duì)較大［1］，主要體現(xiàn)為塑料件的脫模問題，基于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征的特殊性，塑料件內(nèi)部管道分為兩部分：一段為中心半徑101 mm、張角45°、管道截面直徑33 mm的彎管段，另一段為長度41 mm、管道截面直徑33 mm的直管段。設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮塑料件內(nèi)部彎管特征的脫模，筆者根據(jù)該汽車進(jìn)氣彎管內(nèi)部彎管管道的脫模需要，設(shè)計(jì)了一種帶有特殊彎管抽芯滑塊機(jī)構(gòu)的模具。

圖1　某汽車的進(jìn)氣彎管形狀與尺寸

1　塑料件內(nèi)部抽芯脫模設(shè)計(jì)分析

從塑料件結(jié)構(gòu)來看，塑料件注塑成型脫模時(shí)在型腔、型芯部位脫模不存在困難，而其內(nèi)部型芯的抽芯則存在以下幾個(gè)脫模難點(diǎn)［2-4］：

（1）彎管段脫模設(shè)計(jì)不好控制，且抽芯深度較大，容易導(dǎo)致管壁厚度不均且易破損。

（2）管內(nèi)彎管段型芯缺乏堅(jiān)實(shí)的定位，型芯在注塑壓力下工作一段時(shí)間后容易跑偏。

（3）管內(nèi)抽芯時(shí)，塑料件需要固定以防止管內(nèi)型芯與塑料件粘連。

（4）塑料件最終脫模頂出后不至于在圓管外部留下較深痕跡。

綜上所述，結(jié)合圖1所示的彎管塑料件外觀及基本尺寸情況，塑料件內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基本特點(diǎn)是由彎管段和直管段兩部分構(gòu)成，對(duì)于以上所述脫模問題及管內(nèi)的兩段特征，須在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有針對(duì)性地加以克服。

2　彎管段滑塊抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1彎管段抽芯型芯及滑塊體設(shè)計(jì)

彎管段抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基于以下幾點(diǎn)考慮：

（1）針對(duì)抽芯深度大、易致管壁不均且易破損的問題，可以考慮管內(nèi)分段抽芯脫模方式，具體為：

①依據(jù)塑料件內(nèi)部管道組成的特點(diǎn)，將管內(nèi)內(nèi)型芯設(shè)計(jì)分成兩段進(jìn)行碰面拼接，即彎管段型芯和直管段型芯碰面拼接。

②兩段管內(nèi)內(nèi)型芯的分界處設(shè)在直身管的頂端，考慮管內(nèi)拔模以利型芯抽出的情況，在兩段型芯對(duì)接處對(duì)塑料件進(jìn)行增加壁厚處理，壁厚增加量為單邊1 mm，以保證彎管兩端出口直徑尺寸保持為33 mm。

③彎管段的型芯考慮采用液壓油缸抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽芯；直管段的型芯采用傳統(tǒng)的斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)動(dòng)式抽芯。

（2）針對(duì)管內(nèi)彎管段型芯較長、注塑時(shí)容易被注塑壓力壓彎變形的問題，可以考慮以下措施：

①借助CAE模流分析，優(yōu)化調(diào)整澆口位置及充模壓力，平衡充模壓力對(duì)彎管型芯的壓力分布，盡可能減小對(duì)彎管段型芯末端的沖擊變形。

②增大彎管段型芯非脫模部分的尺寸，其辦法是對(duì)非脫模部分的徑向尺寸增粗，弧向尺寸加長，因此，設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)圓弧型滑塊體的底部滑動(dòng)槽的設(shè)計(jì)為：滑動(dòng)槽為圓弧型，可供圓弧滑塊體在其內(nèi)滑動(dòng)，滑塊槽的中心圓弧半徑與產(chǎn)品彎管圓弧半徑相同，圓弧同心，從而保證圓弧型滑塊體在滑動(dòng)槽內(nèi)能移動(dòng)，相應(yīng)地，滑動(dòng)槽弧長對(duì)應(yīng)的圓弧角度為160°，彎管段型芯脫模轉(zhuǎn)動(dòng)所需基本角度為45°，圓弧滑塊沿其滑動(dòng)導(dǎo)槽可轉(zhuǎn)動(dòng)抽芯角度為70°，對(duì)應(yīng)的滑塊體非脫模部分弧長總角度設(shè)置為86°，增粗段弧長角度為75°。

③在彎管段型芯末端開設(shè)與直管段型芯頂端圓錐錐向配合的錐形定位圓槽，通過直管段型芯的輔助支撐來增強(qiáng)其注塑工況下的穩(wěn)定性，防止彎管段型芯末端跑偏，因此，兩段型芯對(duì)接處采用?10 mm、高度為4 mm、脫模為25°的錐形定位臺(tái)進(jìn)行相互鉗制定位，以防止型芯注塑時(shí)松動(dòng)［5-8］。

基于以上考慮，塑料件彎管段內(nèi)部脫模抽芯型芯及其滑塊體的設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2　塑料件內(nèi)部抽芯脫模設(shè)計(jì)

2.2彎管段型芯滑塊抽芯動(dòng)力機(jī)構(gòu)分析

塑料件彎管段的抽芯動(dòng)力機(jī)構(gòu)如圖3所示。彎管抽芯組件包括彎管抽芯油缸10、油缸聯(lián)接拉桿11、第一聯(lián)接銷12、滑塊體連桿13、第二聯(lián)接銷14、圓弧滑塊15、圓弧導(dǎo)向塊16、彎管型芯17 （見圖2）；圓弧滑塊15一端安裝有彎管型芯17，另外一端通過油缸聯(lián)接拉桿 11、第一聯(lián)接銷12、滑塊體連桿13、第二聯(lián)接銷14與彎管抽芯油缸10聯(lián)接；彎管型芯17、直管型芯18 （見圖2）碰穿處為錐面碰穿方式，如圖3所示。

圖3　塑料件彎管段抽芯動(dòng)力機(jī)構(gòu)

3　直管段滑塊抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑料件直管段抽芯動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用傳統(tǒng)斜導(dǎo)柱滑塊體抽芯方式，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。直管抽芯組件包括直管型芯18、滑塊體19、斜導(dǎo)柱20、滑塊加強(qiáng)支架21、限位螺釘22、滑塊彈簧23?；瑝K體19與直管型芯18采用鑲件聯(lián)接方式，斜導(dǎo)柱20安裝于模具定模板上，其直徑為18 mm，導(dǎo)角為25°，抽芯有效行程為45 mm；滑塊體鎖緊塊直接由定模板上挖槽銑出，鎖緊斜面角度為27°；抽芯輔助動(dòng)力由滑塊彈簧23完成；直管型芯18的冷卻采用噴管式水冷方式，內(nèi)管直徑為8 mm，外管直徑為14 mm，中間隔管為壁厚1 mm的黃銅管，進(jìn)出水由滑塊體19上引入、接出。

圖4　塑料件直管段抽芯動(dòng)力機(jī)構(gòu)

4　頂出脫模設(shè)計(jì)

針對(duì)塑料件脫模時(shí)的第3、第4個(gè)難點(diǎn)，頂出脫模設(shè)計(jì)基于以下幾點(diǎn)考慮：

（1）針對(duì)管內(nèi)抽芯時(shí)塑料件需要固定以防止管內(nèi)型芯與塑料件粘連，主要措施有：

①通過設(shè)置上下型腔的拔模角度差異，盡可能地將塑料件開模后留于下型腔一側(cè)，即型芯鑲件8一側(cè)。拔模角度差異設(shè)置的具體情況為：塑料件在型腔鑲件9一側(cè)的拔模角度比型芯鑲件8一側(cè)的拔模角度大1°。

②型芯鑲件盡可能多包圍塑料件，型芯鑲件的粘膜力盡可能大于側(cè)抽芯彎管段型芯和直管段型芯的粘膜力，具體為：一方面，將彎管段端面分型面分型界線設(shè)計(jì)于?33 mm處，而非?37.5 mm處；直管段分型面界線設(shè)計(jì)于?33 mm處，而非47 mm處，以此增加管內(nèi)型芯抽芯時(shí)型芯鑲件8對(duì)塑料件的固定力，保證塑料件在管內(nèi)抽芯時(shí)，不隨管內(nèi)型芯抽芯移動(dòng)而粘附移動(dòng)，確保管內(nèi)型芯抽芯時(shí)塑料件的完全脫模；另一方面，在彎管段一邊采用進(jìn)澆口增強(qiáng)固定措施。經(jīng)過CAE優(yōu)化后，將澆口位置設(shè)計(jì)于如圖5所示位置，且澆口中心線與進(jìn)澆處塑料件側(cè)邊輪廓線的夾角為55°，通過澆口及支流道沿塑料件外沿輪廓卡位的方式，輔助增強(qiáng)塑料件的彎管型芯抽芯時(shí)的固定；直管段則依靠側(cè)邊直板位自然增強(qiáng)。

（2）針對(duì)塑料件最終脫模頂出后不至于在圓管外部留下較深痕跡的問題，主要措施有：

圖5　頂出脫模設(shè)計(jì)

①綜合前述將塑料件開模后留于型芯鑲件8一側(cè)的設(shè)計(jì)問題，為保證塑料件的頂出，塑料件頂出時(shí)主要頂出部位為圓管管身部位，如采用頂桿頂出，基于圓管為曲面特征，頂桿頂出時(shí)為點(diǎn)接觸，易在頂桿頂出部位頂傷塑料件，因此不宜直接采用頂桿頂出方式；為增大頂桿的頂出面積，宜采用頂桿+頂塊頂出方式，頂桿規(guī)格為?8 mm，頂塊共3個(gè)，其規(guī)格為12 mm×18 mm，其布局如圖5所示。

②為增強(qiáng)頂桿+頂塊頂出方式對(duì)塑料件的頂出，在側(cè)邊直板位處設(shè)置了兩根?6 mm頂桿輔助頂出，在澆口處支流道設(shè)置一根?3 mm頂桿及主流道末端設(shè)置一根?6 mm頂桿，此兩根頂桿除起到頂出流道末端冷料井內(nèi)冷料外，也起到增強(qiáng)彎管段塑料件的頂出作用。

5　模具整體結(jié)構(gòu)與工作過程

根據(jù)塑料件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)模具的整體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

模具布局為一模兩腔結(jié)構(gòu)，澆注系統(tǒng)采用側(cè)邊進(jìn)澆方式。模具的主要構(gòu)成零件包括上模座板1、型腔固定板2、型芯固定板3、模腳墊塊4、推板5、頂桿固定板6、下模座板7、型芯鑲件8、型腔鑲件9、彎管抽芯油缸10、油缸聯(lián)接拉桿11、第一聯(lián)接銷12、滑塊體連桿13、第二聯(lián)接銷14、圓弧滑塊15、圓弧導(dǎo)向塊16、彎管型芯17、直管型芯18、滑塊體19、斜導(dǎo)柱20和滑塊加強(qiáng)支架21，以及限位螺釘22和滑塊彈簧23。其中，模具模架結(jié)構(gòu)組件包括上模座板1、型腔固定板2、型芯固定板3、模腳墊塊4、推板5、頂桿固定板6及下模座板7。模具成型組件包括型芯鑲件8、型腔鑲件9、彎管型芯17及直管型芯18。模具彎管抽芯組件、直管抽芯組件如前所述。模具冷卻采用?8 mm管道冷卻水冷卻方式。

實(shí)際工作時(shí)，模具工作原理如下：

（1）側(cè)邊抽芯。模具注塑完畢，開模后，型腔面已脫模；滑塊體19在其定模側(cè)斜導(dǎo)柱20的帶動(dòng)下先行側(cè)邊抽芯，完成塑料件側(cè)邊抽芯脫模。

（2）彎管位抽芯。彎管抽芯油缸10動(dòng)作，帶動(dòng)圓弧滑塊15在圓弧導(dǎo)向塊16的導(dǎo)向下，沿圓弧槽逆時(shí)針滑動(dòng)移動(dòng)，從而將彎管型芯17從塑料件中抽出，完成塑料件彎管位的抽芯脫模。

圖6　注塑模具結(jié)構(gòu)

（3）頂出。塑料件內(nèi)部彎管段、直管段抽芯脫模后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)頂桿固定板6，從而推動(dòng)頂桿將塑料件從型芯鑲件8上頂出，至此塑料件完全脫模。

（4）復(fù)位。復(fù)位時(shí)，彎管抽芯油缸10先動(dòng)作，帶動(dòng)圓弧滑塊15沿圓弧槽滑動(dòng)移動(dòng)復(fù)位閉合，而后模具閉合時(shí)，側(cè)抽芯滑塊體19被壓回復(fù)位，最后模具完全閉合，等待下一次注塑循環(huán)的開始。

6　結(jié)論

（1）根據(jù)塑料件內(nèi)孔由彎管段和直管段構(gòu)成的特點(diǎn)，彎管段采用液壓油缸抽芯機(jī)構(gòu)方式進(jìn)行抽芯，直管段采用斜導(dǎo)柱機(jī)動(dòng)抽芯方式進(jìn)行抽芯，順利地實(shí)現(xiàn)了塑料件的抽芯脫模，解決了彎管塑料件注塑成型時(shí)的脫模難題。

（2）針對(duì)塑料件彎管段脫模設(shè)計(jì)不好控制、抽芯深度較大等實(shí)際情況，以及造成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)后注塑時(shí)產(chǎn)生的管內(nèi)型芯跑偏、管內(nèi)型芯與塑料件粘連、出模時(shí)成型塑料件已損壞且塑料件充填不飽滿、欠注等生產(chǎn)問題，可通過合理設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)塑料件的自動(dòng)化模塑生產(chǎn)，有效保證塑料件的成型質(zhì)量。

（3）設(shè)計(jì)的某汽車進(jìn)氣彎管抽芯注塑模具結(jié)構(gòu)合理，工作穩(wěn)定，可為同類結(jié)構(gòu)的彎管塑料件抽芯模具設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

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植物塑料與石油塑料爭奪全球3D打印材料市場

大部分石油塑料制品如聚乙烯或聚苯乙烯制品等的廢塑料，如果直接焚燒，燃燒過程會(huì)產(chǎn)生致癌氣體，如果填埋，歷經(jīng)百年也很難降解，還會(huì)導(dǎo)致耕地板結(jié)，破壞生態(tài)平衡。植物塑料與環(huán)境親和力強(qiáng)，目前存在制造成本高、在高溫下易變形等不足，但是科學(xué)家認(rèn)為植物塑料有望在未來5年內(nèi)全面取代石油塑料。

隨著3D打印技術(shù)的不斷增長，3D打印材料市場的需求不斷增加。全球3D打印材料市場的市值有望在2020年達(dá)到14億美金，質(zhì)量達(dá)20億kg。

3D打印機(jī)制造商專注于開發(fā)新的3D打印材料，可以滿足高強(qiáng)度的建模要求，并且表面光潔度得到改善。據(jù)了解，在廣泛使用的3D打印材料中，塑料在全球3D打印材料市場的占有率最大，隨著對(duì)電子產(chǎn)品和消費(fèi)品需求的不斷增加，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步推動(dòng)塑料作為3D打印材料的需求。

據(jù)了解，植物塑料已經(jīng)成為3D打印受歡迎的一個(gè)選擇，因?yàn)樗鼈兏菀准庸で腋h(huán)保，但由于其軟化點(diǎn)溫度偏低，使得石油塑料仍得到廣泛應(yīng)用。然而，市場上更青睞的是植物塑料而不是石油塑料。Bioplastics與3Dom合作，開發(fā)了一種熱塑性Biome3d塑料，這種塑料是可降解的植物基塑料，用它打印出來的產(chǎn)品具有極高的表面光潔度，可以降低其脆性使得產(chǎn)品的柔韌性更好并且不容易翹曲和開裂，具有更低的收縮率，沒有氣味。這進(jìn)一步提供了植物塑料全面取代石油塑料的可能性。

3D打印技術(shù)研究人員正致力于整合各種所需的性能，下一代“智能”生物基塑料將顯示塑料的一個(gè)或多個(gè)屬性，在外部刺激如溫度、壓力、光、電場和磁場等環(huán)境下，會(huì)發(fā)生形狀或顏色的改變，或者能實(shí)現(xiàn)自愈。下一代智能塑料的智能功能，將會(huì)帶來一系列的新產(chǎn)品和應(yīng)用。

（工程塑料網(wǎng)）

塑料家具逐漸成為家具行業(yè)的新勢力

塑料家具造型精致、輕巧方便、色彩絢麗、舒適安逸、材質(zhì)環(huán)保、實(shí)用性較強(qiáng)，逐漸成為家具賣場的亮麗風(fēng)景，據(jù)報(bào)道，72.73%的受訪者表示愿意選購塑料家具，具有時(shí)尚個(gè)性美的塑料家具正融入人們的家居生活中。

（1）塑料家具亮點(diǎn)多。

如今，適用于家庭的塑料家具品種則不計(jì)其數(shù)：飯桌、柜子、米桶、儲(chǔ)物柜、臉盆架、鞋架等，這些塑料家具不僅具有實(shí)用性，而且還是美化居室的裝飾品。

（2）塑料家具市場前景樂觀。

近年來，塑料家具呈現(xiàn)出多樣化、細(xì)分化態(tài)勢。隨著消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變以及家具需求的特色化、多樣化，塑料家具受到年輕一代的熱捧，近年來不少設(shè)計(jì)師、家具企業(yè)相繼推出富有時(shí)代元素的塑料家具產(chǎn)品，塑料家具正逐漸成為家具巨頭搶占的“大蛋糕”。

近幾年米蘭國際家具展上不乏塑料家具身影，塑料家具在國外逐漸流行起來，越來越多歐洲年輕人喜愛用色彩斑斕的塑料透明家具裝扮家居。隨著環(huán)保觀念日漸增強(qiáng)，一些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師將他們前衛(wèi)的設(shè)計(jì)理念滲透到塑料家具的設(shè)計(jì)中，將家具的實(shí)用功能與審美功能完美結(jié)合。

據(jù)悉，全球家具生產(chǎn)巨頭宜家集團(tuán)CEO宣布了其制定的一系列以塑料為核心的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，并承諾至2020年，宜家家具將全部采用100%可再生或可循環(huán)原料進(jìn)行塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)。這意味著截至2020年底，宜家出廠的任何一種塑料產(chǎn)品（從餐具到庭院座椅）都將以可再生塑料或廢棄木材為原料，而目前其在荷蘭及瑞士市場推出的可再生100%塑料家具已獲得不錯(cuò)的市場反響。

隨著環(huán)保需求不斷升級(jí)，“以塑代木”時(shí)代來臨，塑料家具憑著大膽的色彩運(yùn)用和時(shí)尚的設(shè)計(jì)風(fēng)格正逐漸成為家具行業(yè)的新勢力。近年來，各大品牌中高端塑料家具產(chǎn)品的不斷推出，塑料家具市場策略從低端大眾消費(fèi)逐步朝中高端消費(fèi)市場發(fā)展。

（工程塑料網(wǎng)）

球塑料管道市場將以6.8%的年復(fù)合增長率增長

愛爾蘭市場研究公司Research and Markets預(yù)測，至2020年，全球塑料管道市場將以6.8%的年復(fù)合增長率增長。

其最新報(bào)告表示，市場的主要增長動(dòng)力將是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新增建筑、更換老化管道、不斷增長的人口和不斷提升的城市化水平。

在塑料管道市場中，主要原材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和其它樹脂。

聚乙烯塑料管道的需求有望在未來四年里呈現(xiàn)最快的增長，主要用于化工行業(yè)和污水處理應(yīng)用。

飲水供應(yīng)管道和下水管道是該市場中最大的兩個(gè)細(xì)分板塊。住宅和商業(yè)建筑的增長以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)熱潮預(yù)計(jì)將刺激其增長。

亞太地區(qū)得益于建筑和工業(yè)部門的增長，預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持全球最大市場的地位。

（工程塑料網(wǎng)）

Design of Side-Core Pulling Injection Mold for Automobile Air Intake Elbow

Hai Zhengping
（Hunan Communication Polytechnic， Changsha 412004， China）

An automotive air intake elbow side-core pulling injection mold was introduced. In the actual production of injection molded elbow plastic parts，due to releasing design of the bending section is not well controlled and core pulling depth is greater，it is easy to cause the tube core deviation，the core and the plastic parts mutual adhesion，the molded plastic parts damaging and other issues. Aiming at the problems in production and feature of elbow composed of bending and straight section，the hydraulic cylinders mechanism is used for bending part core pulling，bevel pillar propelled core pulling is used for straight part core pulling，the practical problems in production are effectively solved，the automatic injection molding production of the plastic parts is realized，and the quality of the plastic part is guaranteed.

automotive air intake elbow；side-core pulling；injection mold

TQ320.66

A

1001-3539（2016）02-0083-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.02.016

*湖南省教育科學(xué)規(guī)劃課題（XJK013BZY004），湖南省科技廳項(xiàng)目（2012GK3051），長沙市科技局項(xiàng)目（k1501106-11）

聯(lián)系人：海爭平，碩士，副教授，從事汽車制造與開發(fā)教學(xué)工作

2015-11-18