近年来，弯管类塑件应用越来越广泛，如汽车油箱连接管，弯管水龙头，花洒等塑件[1]。目前空心弯管形状的塑料一般使用旋转抽芯机构，在产品设计时需注意弯管处尽量设计成规则圆弧，避免不规则曲线，以免抽芯困难。由于塑料出模方向是旋转方向，所以在旋转方向上设计拔模斜度，以便抽芯机构顺利抽芯[2]。关于塑件弯管类旋转抽芯机构设计，已有一些相关研究，简忠武等[3]以三通接头为例，设计了排水管三通接头的旋转抽芯机构注塑模具，采用直线抽芯+圆弧旋转抽芯复合机构，成功解决了排水管三通接头内壁的自动脱模设计。贺柳操等[4]以双头螺纹花洒塑件为研究对象，采用电机驱动旋转外层螺纹管型芯转动脱模方式+液压油缸加杠杆机构，驱动大角度、大行程弯管内型芯脱模方式，成功解决了花洒塑件头部内螺纹和弯管部位抽芯问题。本实验以汽车油箱连接管塑件为研究对象，介绍塑件弯管位置抽芯方式，采用一次侧向移动抽芯+一次油缸驱动的曲柄旋转抽芯组合结构设计，解决塑件侧边倒扣及不同方向狭长的圆弧形倒扣问题[5-6]。1零件结构和生产工艺分析图1为汽车油箱连接管塑件的结构。从图1可以看出，塑件外形呈弯管形状加一条异形筋位，塑件尺寸为133 mm×109 mm×92 mm，平均壁厚为2 mm，局部骨位厚度达到6 mm以上，注塑生产时需要较大的保压压力和较长的保压时间，浇注系统的设计尤为重要。塑件的模具结构设计的难点主要是S1~S5五个呈不同方向立体空间分布的倒扣脱模问题。其中S1为单方向倒扣，通过普通的侧向移动滑块抽芯机构解决脱模问题；S2为异形骨位出模方向倒扣；S4为异形骨位上的一个斜孔倒扣，两个倒扣处于同一位置但是抽芯方向不同，设计二次侧向移动滑块抽芯组合解决脱模问题，此处为该模具结构中的第一设计难点；S3为侧边孔倒扣；S5为一个狭长的1/4圆弧形倒扣，与S3处于同一位置其抽芯方向不同，设计一次侧向移动滑块抽芯+一次油缸驱动的旋转抽芯方式解决脱模问题，此处为该模具结构中的第二设计难点，也是模具的特色。由于塑件属于内观结构性功能件，局位骨位较厚，优选针阀式单咀热流道直接进胶的方式，热流道进胶相对冷流道填充更顺畅，注塑生产时保压压力也相对减小，可防止塑件因保压压力过大产生内应力，从而影响产品变形。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F001图1汽车油箱连接管塑件的结构Fig.1Structure of automobile fuel tank connecting pipe plastic parts2模具结构总体设计模具采用两板模热流道模架，模具最大外形尺寸为800 mm×750 mm×631 mm，质量约1.7 t，属于中大型模具。模具的天地侧分别设置了一次侧向移动滑块抽芯+一次油缸驱动的旋转抽芯组合结构，此组合滑块抽芯结构复杂，尤其是旋转抽芯结构行程大，占用空间大，利用一模两穴的布局将其设置在天地两侧，既提高了模具的生产效率又合理地利用了模具空间；左右两侧分别设置一个普通侧向移动滑块抽芯和一个二次侧向移动滑块抽芯[7]。图2为总体结构图。图2模具总装图Fig.2Mold assembly diagram注：1-面板；2-热流道固定板；3-A板；4-B板；5-方铁；6-底板；7-顶针面板；8-顶针底板；9-抽芯油缸；10-斜导柱；11-弹簧；12-耐磨块；13-滑块A抽芯块；14-滑块A基座；15-滑块A连接板；16-热流道浇注系统；17-滑块B一次抽芯块；18-定模芯；19-水路；20-滑块B一次铲基；21-塑件；22-滑块B基座；23-滑块B二次抽芯块；24-动模芯；25-滑块C二次抽芯块；26-导柱；27-导套；28-滑块C二次压板；29-石墨铜耐磨块；30-连接轴；31-油缸连接块；32-滑块A压板；33-直顶杆；34-滑块C一次抽芯块；35-滑块C二次抽芯导向块；36-顶出油缸；37-二次滑块座；38-限位螺丝；39-垫套；40-滑块C连接板；41-一次滑块座；42-直顶块；43-滑块C一次压板；44-滑块B压板；45-轨迹槽10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F2a1(a)动模排位图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F2a2(b)定模排位图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F2a3(c)模具2D结构前侧剖视图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F2a4(d)模具2D结构右侧剖视图2.1浇注系统设计塑件选用尼龙+30%玻纤(PA+30%GF)材料，该材料具有良好的耐热性、力学性能、尺寸稳定性、外观着色性等[8]。图3为浇注系统设计。塑件的主体胶厚为2.0 mm，局部骨位胶位偏厚达到6.0 mm以上，注塑生产时需要较大的保压压力和较长的保压时间，浇注系统采用热流道针阀式热咀单点直接进胶的方式，一模两穴对称式布局，热流道相对冷流道注射压力减少5%，保压压力减少15%以上，塑件的内应力变形得到有效控制。热流道分二级进胶。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F003图3浇注系统设计Fig.3Gating system design2.2抽芯系统设计图4为动模滑块A抽芯系统设计。从图4可以看出，动模滑块A用于脱出塑件开模方向的两个倒扣S1。抽芯块与滑块座通过抽芯块固定板连接，开模时，斜导柱提供抽芯动力，弹簧提供辅助抽芯动力，并在抽芯完成后固定滑块A相对位置以确保合模时能够顺畅不压模，抽芯行程由限位面限制。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F004图4动模滑块A抽芯系统设计Fig.4Design of moving mold slider A core-pulling system图5为动模滑块B抽芯系统设计。从图5可以看出，动模滑块B用于脱出塑件上的两个倒扣S2和S4，倒扣S4在S2的内部，抽芯结构复杂，必须设置抽芯顺序才能顺利完成。抽芯块固定在滑块座上，一次抽芯在二次抽芯块内完成，由一次铲基驱动。一次铲基和二次抽芯块的T型配合槽通过慢走丝加工，精度达到IT2级，Ra=0.8以上，保证配保顺畅；弹簧用于实施M处优先打开权；开模时，斜导柱提供抽芯动力，弹簧提供辅助抽芯动力，限位螺丝限定第一次抽芯的行程，限位柱限定滑块B总行程；限位柱夹和弹簧固定滑块B的相对位置确保合模时顺畅不压模[9]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F005图5动模滑块B抽芯系统设计Fig.5Design of moving mold slider B core-pulling system图6为滑块C抽芯结构3D初始状态示意图。图7为滑块C抽芯结构3D完成状态示意图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F006图6滑块C抽芯结构3D初始状态示意图Fig.63D initial state schematic diagram of slider C core-pulling structure10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F007图7滑块C抽芯结构3D完成状态示意图Fig.7Slider C core-pulling structure 3D completion state diagram从图6和图7可以看出，动模滑块C用于脱出塑件上倒扣S3和S5，S3倒扣为移动抽芯，S5倒扣为旋转抽芯，需设置抽芯和复位顺序才能完成安全抽芯和复位。第一次抽芯块固定在一次滑块座上，开模时，斜导柱提供第一次抽芯动力，限位螺丝、限位柱限定第一次抽芯的行程，限位夹锁住限位柱固定滑块C第一次抽芯组件的相对位置。第二次抽芯为旋转抽芯，S5倒扣为一个90°夹角的1/4圆弧，旋转抽芯角度105°，全封闭结构包紧力大，抽芯力较大，选择油缸作为驱动力。油缸一端固定在B板底部，用轴承连接固定；另一端通过油缸连接块、轴承、连接轴与二次抽芯导向块相连。油缸两端的连接均采用轴承，使油缸和连接轴在二次抽芯灵活转动，实现刚性连接中圆弧形抽芯动作，使连接轴在轨迹槽中由线性摩擦运动变成滚动旋转运动。与曲柄连接带动的旋转抽芯结构相比，此种方式的精度更高，抽芯时明显减少运动阻力，同时提高使用寿命，稳定性更好。抽芯块为塑件结构，采用S136抗腐蚀模具钢，通过热处理工艺使其材料硬度达到HRC48~52。连接板结构为滑块的水路设计，简化了加工难度，降低加工成本；耐磨块采用中碳钢通过热处理工艺使其材料硬度达到HRC48~55。石墨铜以高强度铜合金为基材，在300 ℃下可正常工作且不出现烧死现象，硬度高抗压能力强、摩擦系数低，适用于行程大的旋转、摇摆等往复运动[10-11]。2.3冷却水路设计模具的水路设计与塑件成型的周期及品质有关，合理的水路设计不仅可以缩短注塑生产的成型周期提高生产效率，在提升塑件的外观品质和尺寸稳定性、减少塑件变形方面发挥作用。图8为冷却水路设计。从图8可以看出，在模架A/B板、定/动模芯、滑块A/B/C上分别设计单独的冷却水路，特别是滑块上的水路一直冷却到抽芯块的内部，均匀包围塑件，全方位充分冷却塑件，使成型周期控制在40 s内，与模具的初始设计值相比较，产品成型周期缩短约4 s，模具的生产率提高约10%，模具的生产率提高10%。塑件精度达到MT 3(GB/T 14486—2008)，零件最大尺寸公差控制在0.3 mm以内，保证了成型质量和数量。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F008图8冷却水路设计Fig.8Cooling water design3模具生产时的工作过程图9为滑块分布状态3D示意图。模具生产工作过程为：（1）合模完成塑件的首次成型。（2）开模：滑块A在斜导柱和弹簧作用力下向S1抽芯方向移动，抽芯行程35 mm，到达限位面，抽芯完成，S1倒扣完成安全脱模。滑块B在斜导柱带动滑块座向S2抽芯方向移动，由于弹簧的作用，M处会优先打开，一次铲基带动一次抽芯块沿着S4抽芯方向移动，到达限位行程18 mm时，第一次抽芯完成S4倒扣安全脱模；滑块座带动二次抽芯块继续向S2抽芯方向移动，到达限位柱限定的总行程53 mm时，第二次抽芯完成S2倒扣完成安全脱模。滑块C在斜导柱带动滑块座向S3抽芯方向移动，到达限位行程30 mm时，第一次抽芯完成S3倒扣安全脱模。（3）抽芯油缸启动，油缸通过连接板、连接轴、抽芯导向块带动滑块C沿轨迹槽向S5抽芯方向旋转，达到限定的旋转角度105°后，滑块C第二次抽芯完成，S5倒扣安全脱模。（4）顶出油缸启动，推动顶针底板、顶针面板、直顶杆带动顶块完成塑件顶出。（5）机械手取件或全自动生产（自动脱落）。（6）顶出油缸复位顶出机构。（7）抽芯油缸完成滑块C二次抽芯块复位。（8）合模完成一次完整的注塑生产周期，重复成型、开模、抽芯、顶出、取件、复位一系列循环动作，实施生产任务[12-13]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.017.F009图9滑块分布状态3D示意图Fig.93D schematic diagram of slider distribution state4结论（1）模具通过设计热流道单点针阀直接进胶的方式，成功解决塑件因局部壁厚较厚所需较长保压压力和较长保压时间问题。（2）根据塑件结构存在多方向不规则倒扣的特点，模具通过设计三个方向的滑块，成功解决塑件的脱模问题。其中二次抽芯滑块结构复杂，精度要求高，达到IT2级，以保证抽芯顺畅。（3）针对滑块C第二次大幅度旋转抽芯结构，特别设计了石墨铜垫块和耐磨块，解决了在大行程抽芯过程中易出现烧死的现象，在实际生产过程中模具运行平衡可靠。（4）多层次水路配合冷却水井，使塑件在生产时得到均匀、充分、快速地冷却，提升模具的生产效率的同时保证了塑件成型的品质。