塑料液壓油箱總成結構優化及模具設計

朱秀芳 楊旭宇 劉平濤

(1.湖北汽車工業學院,湖北 十堰,442000;2.十堰華利通液壓系統有限公司,湖北 十堰,442000)

自卸車目前普遍采用的是金屬液壓油箱總成,但金屬液壓油箱總成密封性不高且易腐蝕,常常誘發液壓系統的故障[1-2],采用塑料液壓油箱替代金屬液壓油箱是大勢所趨。

下面設計并制造了一種高密封性、耐腐蝕的塑料液壓油箱總成,該塑料液壓油箱可保障汽車使用安全性,符合汽車輕量化、可設計性強的發展要求,現已批量生產并應用在東風汽車公司某自卸車型。

1 塑料液壓油箱總成的密封結構

一種優化后的塑料液壓油箱總成,其結構如圖1所示。

序號Ⅰ為空濾殼體與油箱箱體的密封結構,空濾殼體與油箱箱體之間設置有平墊圈,通過自攻螺絲的連接夾緊,可達到空濾殼體與油箱箱體的密封作用。序號Ⅱ為回油嵌件、固定嵌件與油箱箱體的密封結構,回油嵌件和固定嵌件通過螺栓與內嵌在固定嵌件內的內嵌螺母連接,利用固定嵌件上端面凹槽內的O型圈起到密封作用。固定嵌件外周設置有環形螺紋和軸向螺紋,螺紋與吹塑箱體壁內由吹塑模具合模夾緊固定嵌件所形成的螺紋無間隙配合起到密封作用。序號Ⅲ為液位計與油箱箱體的密封結構,液位計透明管上鉆有油道孔,透明管通過空心螺栓與內嵌在油箱壁內的螺母固定連接,透明管上方的O型圈和下方的密封平墊圈通過空心螺栓的夾緊對該結構起到密封作用。序號Ⅳ為出油嵌件與油箱箱體的密封結構,出油嵌件外周設置有螺紋,螺紋與吹塑油箱箱體內壁通過吹塑模具合模夾緊內置的出油嵌件形成的螺紋無間隙配合,構成出油嵌件與吹塑箱體的密封。開關轉動軸通過凹槽內的O型圈與軸套形成密封作用,可形成開關轉動軸與箱體壁的密封。

圖1 塑料液壓油箱總成結構

2 油箱箱體吹塑模具設計

2.1 成型部件結構設計

圖2為左型腔板示意,箱體模具口模的結構直接設計在型腔板上,口模余料切除結構如標號1～3所示。為保證箱體上下端面接合線處的力學性能,型腔上下端面內側處設置有凸起傾斜的凸臺,在制件成型時可對接合料胚向內夾緊切斷,凸臺在結構如標號4～8所示。

圖2 左型腔板

2.2 冷卻系統結構設計

根據材料的物化性能,算出達到開模溫度時料胚需要吸收的熱量,即冷卻水需要吸收的熱量,進而計算出冷卻水的總傳熱面積,最終得出冷卻管道的總長度。為使油箱箱體均勻冷卻,冷卻水道設計時排布均勻。左型腔板的冷卻水道分布情況如圖3所示。

圖3 左型腔板的冷卻水道分布(單位:mm)

2.3 排氣系統結構設計

該箱體的外形設計簡單,型面的投影面積較大,所以該模具采用分型面排氣法。其排氣結構分布如圖4標號1～8所示。

圖4 排氣結構

2.4 吹塑模具三維結構

根據以上結構設計,在Solidworks平臺上采用Solidworks/iMold模塊進行模具的結構設計[3-4]。油箱箱體吹塑模具三維結構如5所示。

圖5 油箱箱體吹塑模具三維示意1—左型腔板固定板;2—左型腔板;3—吊環;4—右型腔板;5—開槽緊定螺釘;6—右型腔板固定板;7—內六角螺釘;8—導柱;9—直導套;10—水管接頭

3 油箱箱體注塑嵌件模具設計

為保障優化方案的完整性,設計了回油嵌件、固定嵌件和出油嵌件3種注塑嵌件。利用Solidworks對各部件進行分模,結合iMold插件,建立出各注塑嵌件的三維模具結構,回油嵌件、固定嵌件和出油嵌件的注塑模具結構如圖6～8所示。

圖6 回油嵌件注塑模具三維示意1—動模固定板;2—推板;3,12,16—螺栓;4—墊塊;5—支撐板;6—側型芯滑塊;7—嵌件接頭;8—定模板;9—導套;10—導柱;11—定模座板;13—澆口套;14—動模板;15—型芯;17—推板導柱;18—彈簧

圖8 出油嵌件注塑模具三維示意

如圖6所示,回油嵌件模具運動分為開模與合模兩部分:注塑完成后模具中子退,向外抽動側型芯滑塊6,側型芯滑塊6與嵌入回油嵌件內的嵌件接頭7分離;開模后,動模固定板1被注塑機帶動向后運動,致使支撐板5、動模板14與型芯15向后運動,型芯15與回油嵌件內部脫模分離,實現脫模,可取出回油嵌件。

完成取出回油嵌件動作后,在側型芯滑塊6內放置好新的嵌件接頭7;由注塑機推動動模固定板1向前移動,帶動型芯15與側型芯滑塊6精確復位,當動模板14運動到分型面時,注塑機施加一定的鎖模力,合模動作完成,可進行下一次注塑動作。

如圖7所示,固定嵌件模具開模時,注塑機帶動動模固定板1向后移動,在斜導柱8的帶動下,側型芯滑塊16向外移動;于此同時支撐板5帶動型芯7向后運動,拉斷直澆道與內澆道內的系統凝料;動模固定板1繼續向后移動,頂桿推動推板2向前運動,帶動頂針20推出塑料件和系統料料,實現脫模。

合模時,注塑機推動動模固定板1向前移動,在斜導柱8的帶動下,側型芯滑塊16向內側移動復位;在型芯7內放置好內嵌螺母,動模固定板1繼續向前移動,型芯7運動到分型面后,注塑機施加一定的鎖模力,合模完成,進行下一次注塑動作。

如圖8所示,出油嵌件模具開模時,動模固定板1向后移動,在斜導柱8的帶動下,側型芯滑塊12向外移動;于此同時動模板6帶動嵌件接頭固定柱7向后運動,拉斷直澆道與內澆道內的系統凝料;動模固定板1繼續向后移動,頂桿推動推板2向前運動,帶動頂針5推出塑料件,實現脫模。

合模時,注塑機推動動模固定板1向前移動,在斜導柱8的帶動下,側型芯滑塊12向內側移動復位;在嵌件接頭固定柱7內放置好嵌件接頭11,動模固定板1繼續向前移動,動模板6運動到分型面,注塑機施加鎖模力,合模完成,進行下一次注塑動作。

4 制件成型工藝

將上述方案制作成的模具投入實際生產,制件的生產設備及工藝的部分參數如表1所示。

表1 制件生產的部分參數

注:嵌件的注射參數相同,預熱溫度為80～85 ℃,料筒前段溫度為180～210 ℃,料筒中段溫度為160～180 ℃,料筒后段溫度為150～175 ℃,最大鎖模力為360 kN,最大注射壓力300 MPa。

5 結論

1) 利用ABS極性材料注塑嵌件與非極性液壓油接觸,不會發生互溶,保證了油箱箱體密封性和油品的純凈性。

2) 根據液壓油箱的功能特點,設計可使自卸車液壓油箱總成采用吹塑工藝一次性成型的方案,解決了金屬油箱易腐蝕易滲漏的缺點,并促進了汽車輕量化。

3) 注塑嵌件的設計解決了吹塑工藝成型制品不能預埋異性嵌件、無法穩固預埋嵌件螺母的缺陷,解決了與其它部件的有效連接問題。

4) 根據塑料液壓油箱總成的方案,設計了吹塑模具,該塑料液壓油箱總成的材料性能、外觀結構和密封性已通過相關國家標準,已成功裝車。