碳纤自行车前三角架一般采用袋压成型工艺,该成型工艺通常使用橡胶弹性内袋或耐高温薄膜内袋膨胀压实碳纤预浸料,但这两种内袋存在诸多不足。采用热塑性塑料内袋（即芯轴）是一种创新的袋压成型工艺,可减少设备数量,提高成型效率,提升自行车车架品质。本文以其中结构复杂的STM29芯轴为研究对象,首先进行了STM29芯轴设计和成型方式分析,确定了其通过挤出吹塑成型的可行性;然后采用数值模拟的方法对STM29芯轴吹塑模具结构和成型过程进行了深入研究与优化;最后完成芯轴吹塑模具设计和生产验证。研究成果对于采用热塑性塑料芯轴的袋压成型新工艺的成熟应用具有重要的工程实践价值,也为复杂中空制件吹塑成型提供案例指导。首先,本文通过对STM29芯轴几何及成型分析发现芯轴在模具中的摆放位置、上管模具结构及切料刀口结构是其吹塑模具设计的关键,因此使用Polyflow软件对上述模具结构进行了模拟研究,对芯轴上管提出斜分型结构设计,探究了芯轴摆放位置、斜分型结构对芯轴壁厚均匀性的影响,研究了切料刀口结构对熔接缝形状和厚度的影响规律,结果表明:在所研究的五种摆放位置中,0°摆放位置使得型腔宽度最小,芯轴壁厚均匀性较好,质量最轻。斜分型结构参数中,斜偏移量越大,芯轴上管环向壁厚分布越均匀,当斜偏移量为8mm,过渡宽度L1和L2均为30mm时,上管壁厚均匀性最佳。刀口结构参数中,增大刀口宽度和减小刀口深度有助于良好熔接缝形状的形成,刀口角度45°时熔接缝形状最佳;熔接缝厚度随刀口宽度的增大,刀口深度的减小,刀口角度的增大而增大;对于STM29芯轴吹塑模具,刀口宽度1mm,刀口深度1mm,刀口角度45°是较佳的刀口结构参数。上述研究结果确定了芯轴吹塑模具结构中的关键参数。然后,在确定模具结构的基础上,本文又借助Polyflow软件模拟研究了型坯初始温度、预吹压力和吹胀速度对STM29芯轴最小壁厚、壁厚均匀性、质量及产生余料量的影响,并以减重和均匀壁厚为目标,采用逐步迭代法进行了型坯轴向壁厚优化,研究发现:型坯初始温度越高,预吹压力越大,越有助于获得壁厚均匀、质量轻的芯轴,但也使得芯轴最小壁厚越小,成型相同壁厚的芯轴产生的余料越多;吹胀速度对STM29芯轴的上述考察内容影响不大;权衡最小壁厚、壁厚均匀性及余料量等因素,型坯初始温度180℃,预吹压力为吹胀压力的0.11%及吹胀速度0.2s是较好的芯轴成型工艺。经型坯轴向壁厚优化,实现芯轴减重的同时提升了其壁厚均匀性,优化后,芯轴减重37%,壁厚均匀性提升79.7%。最后,将上述模具结构研究用于STM29芯轴吹塑模具设计,上述工艺研究和优化的型坯壁厚用于STM29芯轴吹塑生产,并将生产的STM29芯轴用于碳纤自行车前三角架的成型,完成相关测试与验证,结果表明:通过上述研究设计的吹塑模具顺利成型出STM29芯轴,芯轴结构尺寸达到设计要求,上管未发生歪斜变形,熔接缝形状良好,结构复杂的区域正确成型,仿真和实验数据基本吻合,由STM29芯轴生产的碳纤自行车前三角架满足相关测试标准,可以导入生产。