塑料液壓油箱總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化及模具設(shè)計

朱秀芳 楊旭宇 劉平濤

(1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院,湖北 十堰,442000;2.十堰華利通液壓系統(tǒng)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(fā)液壓系統(tǒng)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(shè)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(shè)計性強的發(fā)展要求,現(xiàn)已批量生產(chǎn)并應(yīng)用在東風(fēng)汽車公司某自卸車型。

1 塑料液壓油箱總成的密封結(jié)構(gòu)

一種優(yōu)化后的塑料液壓油箱總成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

序號Ⅰ為空濾殼體與油箱箱體的密封結(jié)構(gòu),空濾殼體與油箱箱體之間設(shè)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(jié)構(gòu),回油嵌件和固定嵌件通過螺栓與內(nèi)嵌在固定嵌件內(nèi)的內(nèi)嵌螺母連接,利用固定嵌件上端面凹槽內(nèi)的O型圈起到密封作用。固定嵌件外周設(shè)置有環(huán)形螺紋和軸向螺紋,螺紋與吹塑箱體壁內(nèi)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(jié)構(gòu),液位計透明管上鉆有油道孔,透明管通過空心螺栓與內(nèi)嵌在油箱壁內(nèi)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(jié)構(gòu)起到密封作用。序號Ⅳ為出油嵌件與油箱箱體的密封結(jié)構(gòu),出油嵌件外周設(shè)置有螺紋,螺紋與吹塑油箱箱體內(nèi)壁通過吹塑模具合模夾緊內(nèi)置的出油嵌件形成的螺紋無間隙配合,構(gòu)成出油嵌件與吹塑箱體的密封。開關(guān)轉(zhuǎn)動軸通過凹槽內(nèi)的O型圈與軸套形成密封作用,可形成開關(guān)轉(zhuǎn)動軸與箱體壁的密封。

圖1 塑料液壓油箱總成結(jié)構(gòu)

2 油箱箱體吹塑模具設(shè)計

2.1 成型部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

圖2 左型腔板

2.2 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)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(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

該箱體的外形設(shè)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(jié)構(gòu)分布如圖4標號1～8所示。

圖4 排氣結(jié)構(gòu)

2.4 吹塑模具三維結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計,在Solidworks平臺上采用Solidworks/iMold模塊進行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計[3-4]。油箱箱體吹塑模具三維結(jié)構(gòu)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(huán);4—右型腔板;5—開槽緊定螺釘;6—右型腔板固定板;7—內(nèi)六角螺釘;8—導(dǎo)柱;9—直導(dǎo)套;10—水管接頭

3 油箱箱體注塑嵌件模具設(shè)計

為保障優(yōu)化方案的完整性,設(shè)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(jié)合iMold插件,建立出各注塑嵌件的三維模具結(jié)構(gòu),回油嵌件、固定嵌件和出油嵌件的注塑模具結(jié)構(gòu)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(cè)型芯滑塊;7—嵌件接頭;8—定模板;9—導(dǎo)套;10—導(dǎo)柱;11—定模座板;13—澆口套;14—動模板;15—型芯;17—推板導(dǎo)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(cè)型芯滑塊6,側(cè)型芯滑塊6與嵌入回油嵌件內(nèi)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(nèi)部脫模分離,實現(xiàn)脫模,可取出回油嵌件。

完成取出回油嵌件動作后,在側(cè)型芯滑塊6內(nèi)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(cè)型芯滑塊6精確復(fù)位,當(dāng)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(dǎo)柱8的帶動下,側(cè)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(nèi)澆道內(nèi)的系統(tǒng)凝料;動模固定板1繼續(xù)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(tǒng)料料,實現(xiàn)脫模。

合模時,注塑機推動動模固定板1向前移動,在斜導(dǎo)柱8的帶動下,側(cè)型芯滑塊16向內(nèi)側(cè)移動復(fù)位;在型芯7內(nèi)放置好內(nèi)嵌螺母,動模固定板1繼續(xù)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(dǎo)柱8的帶動下,側(cè)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(nèi)澆道內(nèi)的系統(tǒng)凝料;動模固定板1繼續(xù)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(xiàn)脫模。

合模時,注塑機推動動模固定板1向前移動,在斜導(dǎo)柱8的帶動下,側(cè)型芯滑塊12向內(nèi)側(cè)移動復(fù)位;在嵌件接頭固定柱7內(nèi)放置好嵌件接頭11,動模固定板1繼續(xù)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(chǎn),制件的生產(chǎn)設(shè)備及工藝的部分參數(shù)如表1所示。

表1 制件生產(chǎn)的部分參數(shù)

注:嵌件的注射參數(shù)相同,預(yù)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(jié)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(fā)生互溶,保證了油箱箱體密封性和油品的純凈性。

2) 根據(jù)液壓油箱的功能特點,設(shè)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(shè)計解決了吹塑工藝成型制品不能預(yù)埋異性嵌件、無法穩(wěn)固預(yù)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(jù)塑料液壓油箱總成的方案,設(shè)計了吹塑模具,該塑料液壓油箱總成的材料性能、外觀結(jié)構(gòu)和密封性已通過相關(guān)國家標準,已成功裝車。