（机械工程专业论文）新型吹塑成型机双模具合模装置原理及结构研究.pdf

摘要 本课题在全面了解中空吹塑成型原理、工艺和设备的基础上，对合模装置的各种结 构形式做了深入的分析，借鉴了合模装置最新的研究成果，提出了一种新式的气压直动 式斜楔锁模双模具合模装置。 设计了合模装置的工作原理，确定合模装置由气缸直接驱动，作业环境清洁，不污 染制品，符合吹塑产品对生产环境的要求；采用三构件斜面机构锁模，锁模力是锁模构 件发生弹性变形的变形力，锁模力大；三构件斜面机构具有微小移动和斜面夹紧的作用， 能实现准确合模，同时通过斜面机构的自锁功能，达到锁模目的。采用双模具四型腔结 构，一模具合模，吹塑成型，另一模具同步开模，完成制品取出、上瓶坯，加快了生产 节拍，提高了吹塑机的设计生产能力。每组模具的两半模都安装在动模板上，开、合模 两半模都同步动作。开模时，两半模向相反方向移动，打开模具，制品自动与模具型腔 分离，实现脱模，无需专门的脱模机构，使合模装置结构进一步简化。 论文对合模装置的运动特性、力学特性进行了分析。计算了合模装置的运动行程、 移模速度、锁模力、开模力和系统刚度。分析了合模气缸的瞬态特性、速度特性、锁模 机构自锁和正常运动的条件以及锁模机构的锁模特性，对合模装置的性能作了较全面的 分析和计算。 关键词：气压传动；斜楔锁模；双模具；合模装置 a b s t r a c t b a s e do nc o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n gw i t l lt h ep r i n c i p l e p r o c e s sa n de q u i p m e n t so f b l o wm o l d i n g , t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dd i f f e r e n tk i n d so fs t r u c t u r a ls t y l eo f c l a m p i n gs y s t e m s p r o f i t e df r o mt h en e w e s tr e s e a r c hr e s u l to fc l a m p i n gs y s t e m s ，t h i sa r t i c l eh a sp r o p o s e dan e w d e s i g no fc l a m p i n gs y s t e m sd r i v e nb ya t m o s p h e r i cp o w e ro fb l o wm o l d i n gm a c h i n e 、i t t l d o u b l em o l d t h ep a p e rh a sd e s i g n e dt h ew o r kp r i n c i p l eo ft h ec l a m p i n gs y s t e m ，a n dd e t e r m i n e dt h e s y s t e mt ob ed r i v e nb ya i rc y l i n d e rd i r e c t l y t h ew o r ke n v i r o n m e n ti sc l e a n , a n di td o e sn o t p o l l u t et h ep r o d u c t s t h i sc o n f o r m st ot h er e q u e s to fe n v i r o n m e n to ft h eb l o wm o l d i n g p r o d u c t s t h em o l di sl o c k e db yt h ei n c l i n e do r g a n i z a t i o nw i t ht h r e ec o m p o n e n t s t h el o c k i n g f o r c ei st h et r a n s m u t a t i v ef o r c eo fc o m p o n e n t se l a s t i cd e f o r m a t i o n , a n di ti ss t r o n g t h r e e c o m p o n e n t si n c l i n e do r g a n i z a t i o nh a st h ei n c o n s i d e r a b l ed i s p l a c e m e n ta n dt h ef u n c t i o no f i n c l i n ec l a m p i n g i tc a nr e a l i z ec l o s i n gt h em o l da c c u r a t e l y , s i m u l t a n e o u s l yt h r o u g ht h e i n c l i n e do r g a n i z a t i o ns e l f - l o c k i n gf u n c t i o n , i tc a na c h i e v et h el o c k i n gm o l dg o a l u s i n gt h e s t r u c t u r eo f d o u b l em o l dw i t l lf o u rc a v i t i e s w h i l eo n em o l dc l o s e sa n dt h eb l o wm o l d i n gt a k e f o m m t i o m ，a n o t h e rm o l ds y n c h r o n i z a t i o no p e n st h em o l d , c o m p l e t i n gt ot a k eo u tt h ep r o d u c t a n dp u to nt h es e m i f i n i s h e dp r o d u c t 珊ss p e e d su pt h ep r o d u c t i o n , a n di m p r o v e st h e p r o d u c t i v ec a p a b i l i t i e s t w oh a l f - m o l di ne a c hg r o u po fm o l da r ei n s t a l l e do nt h em o v i n g t e m p l a t e t w oh a l f - m o l dm o v es y n c h r o n i z a t i o nw h e nt h e yc l o s eo ro p e nm o l d s w h i l e o p e n i n gm o l d , t w o - h a l fm o l dm o v et o t h er e v e r s ed i r e c t i o n , o p e nt h em o l d ，t h ep r o d u c t s e p a r a t e sa u t o m a t i c a l l yw i t i lt h em o l dc a v i t y t h i sd o e s n tn e e dt h es p e c i a lo r g a n i z a t i o na n d s i m p l i 黟t h ec l a m p i n gs y s t e mf u r t h e r t h ep a p e rh a sa n a l y z e dt h ec l a m p i n gs y s t e m ss t a t eo fm o t i o na n dm e c h a n i c s c h a r a c t e r i s t i c s , a n dc a l c u l a t e dt h em o v e m e n tc o u r s e , t h es p e e do f r e m o v i n gm o l d , t h el o c k i n g f o r c e ，t h eo p e n i n gf o r c ea n dt h es y s t e mr i g i d i t y a n di ta l s oa n a l y z e st h ea i rc y l i n d e r s t r a n s i e n tc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ev e l o c i t yc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ec o n d i t i o no ft h ec l a m p i n gs y s t e m s e l f - l o c k i n ga n dt h en o r m a lm o v e m e n ta sw e l la st h el o c k i n gc h a r a c t e r i s t i c s i th a sm a d ea c o m p r e h e n s i v es t a t e m e n tt ot h ec l a m p i n gs y s t e m sp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：a t m o s p h e r i cp o w e r ；w e d g e ：d o u b l em o l d ；c l a m p i n gs y s t e m i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：气呵彳，拿 日期：砂衫年，j 月2 5 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有 权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论 文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全部或 部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 酌i 保密。 学位论文全文电子版提交后： 日同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏 览。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：可寺，孝 日期：夕z ，j j 彳 指导教师签名：受步日期：一p 第一章绪论 第一章绪论 1 1 吹塑成型概述 1 1 1 中空吹塑的定义 吹塑成型是一种生产中空制品的加工过程，它是将挤出或注射成型所德的半融态管 坯( 型坯) 放于各种形状的模具中，在管坯中通入压缩空气使其膨胀，紧贴于模具型腔 壁上，经冷却脱模得到制品的方法。这种成型方法可以生产不同形状和容量的瓶、桶、 壶等中空容器，日常生活用品及儿童玩具等，也可以生产不同的工业中空制品。 1 1 2 吹塑成型分类 中空吹塑可以分为两类：挤出吹塑和注射吹塑。两者的主要区别在于型坯的制备， 吹塑过程基本相同。在这两类成型方法的基础上发展起来的还有挤出拉伸一吹塑和注 射拉伸一吹塑及多层吹塑的共挤吹塑和共注吹塑等。 挤出吹塑是目前产量最大，经济性良好的一种吹塑成型方法。挤出吹塑按其出料方 式不同可分为连续挤出法和间歇挤出法。 注射吹塑成型是用注射机将熔料注入模具内制取型坯，再将型坯趁热放到吹塑模具 内，通入空气使型坯吹胀的一种成型方法。 拉伸吹塑成型是将预制的型坯加热到熔点以下的适当温度后，放到吹塑模具内，先 用拉伸杆进行轴向拉伸后再进行吹气横向拉伸的成型方法。 多层吹塑成型是指通过多层挤出成型工艺或注塑工艺制得的两层以上的坯壁分层 而粘在一起的型坯，再经吹塑得到多层中空制品的成型方法【l l 。 1 2 合模装置简介 合模装置是吹塑成型设备的主要组成部分，是对型坯进行吹胀、冷却、定型的设备。 一般包括模板、拉杆、传动机构、机架、电器控制等部件。 1 2 1 合模装置的作用 合模装置是吹塑成型设备的主要组成部分，是由液压或气压与机械肘秆机构通过合 模板来使吹塑模具闭合与开启【2 1 。合模装置主要功能为： ( 1 ) 固定两半模具并使它们对准； ( 2 ) 吹胀力的作用下，模具要有足够的锁模力而不被打开； ( 3 ) 使模具循环地开启与闭合； 华南理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 为了安全取出容器，要有必需的开关模具行程和安装模具的间隔距离： ( 5 ) 为了便于模具安装，必须有充分的模具安装面积，要有拉杆间隔； ( 6 ) 模具开与关速度适当快些，锁模与开模结束时没有冲击； ( 7 ) 为了连续挤出形坯的需要，模具把型坯抓住后，锁模机构能够把其移到其他 位置进行吹胀、冷却； ( 8 ) 模具把型坯抓住后，用模具的切1 3 部分切断余料和飞边【l 】。 1 2 2 合模装置的传动方式 合模装置的传动机构主要用于模具的闭合、开启、施加足够的锁模力。它包括直压 式和曲肘式两类。其传动方式包括机械传动、液压传动、气压传动等。 1 2 2 1 机械传动 机械传动是用丝杆带动模板的机械传动，完成模具的启闭。有单模具及双模具锁模 机两类，其结构简单，制造及维修方便，价格也较低，但存在启闭速度慢，传动速度不 可控制，机械自锁锁模力小，动作时噪声大等缺点。 1 2 2 2 液压传动 液压传动合模装置有直压式、曲肘式等类型。它具有锁模速度快、模板运动平稳、 锁模压力大等特点，用比例阀控制模板运动时，能准确地控制模板按不同移动速度启闭 模，并在较短时间内，达到最大锁模力。其缺点是阀体及液压装置容易漏油，维修或保 养不当，会污染作业环境，它适用于各种类型的中空吹塑制品生产。 1 2 2 3 气压传动 气压传动合模装置具有液压传动合模装置的许多特点，它可采用吹胀型坯的压 缩空气，而无需另设动力源，作业环境清洁。但是，气压传动对压缩空气的品质要求较 高，压缩空气必须干燥、清洁、无油；用气压启闭模时，会产生较大的冲击力，噪声较 大。它适用于各种类型的挤出吹塑容器的生产唧。 1 3 本课题的来源、任务和创新 1 3 1 课题的来源 近年来，轻巧美观，便于携带，不易破碎，可循环利用的聚酯对苯二甲酸乙二醇酯 ( p e t ) 瓶已成为饮料和日用品包装的发展趋势。从国内市场看，用于软饮料包装的p e t 瓶数量最多，在食用油、清洁剂及化妆品包装方面的用量在逐年上升。目前，国内有许 2 第一章绪论 多企业引进了美国、德国、日本等国的注射拉伸吹塑制瓶设备，国内亦有开发生产p e t 制瓶设备厂家，已开发这类设备的制瓶质量和生产能力跟国外设备比还有一定差距。佛 山南海某精密机械有限公司是一家主要制造p e t 瓶吹瓶设备及模具的企业，生产有多种 全自动、半自动吹瓶设备。2 0 0 5 年该企业开发了一款x p 3 6 0 0 型一出四全自动吹瓶机， 该设备采用二步法拉伸吹塑成型工艺，p e t 型坯生产由其他设备完成。x p 3 6 0 0 型吹瓶 机样机已投入试运行，在运行中存在合模装置不稳定，设计生产能力偏低等问题。受该 精密机械有限公司委托，研究、设计新的合模装置，提高吹塑成型机合模装置运行稳定 性和生产能力。 l - 3 2 课题的任务和创新 本课题的任务是：设计开发出一种新型的双模具合模装置，模具开闭平稳、噪音小， 一模具合模吹瓶，另一模具开模，出瓶、进坯，提高吹瓶机工作节拍，大幅提高生产能 力。 本课题的创新是：在分析x p 3 6 0 0 型一出四全自动吹瓶机存在问题的基础上，运用 斜楔式锁模装置设计出一种双模具合模机构，为中空吹塑成型机械提供一种新式、高效、 结构简单、运行平稳可靠的合模装置。 3 华南理工大学硕士学位论文 第二章中空吹塑成型原理和设备 2 1 中空吹塑成型原理和设备 塑料中空吹塑成型是目前较为常见的一种热塑性塑料制品的成型方法之一。成型 时，首先将用挤出或注射成型所得的热型坯置于一定形状的吹塑模具中，再向型坯中通 入压缩空气将其吹胀，经冷却定型后脱模而得到中空塑料制品。用于此成型方法的设备 称为塑料中空吹塑成型机。 吹塑成型已成为多种方法并存的一大类成型方法。按照型坯的成型工艺不同，吹塑 成型可分为挤出吹塑和注射吹塑两大类，前者的型坯成型是用挤出，而后者是用注射。 在这两种成型方法的基础上发展起来的有：挤出一拉伸砍塑中空成型和注射拉伸一 吹塑中空成型等方法。一般在实际生产中，将拉伸中空成型作为一种专门类型 4 1 。 2 1 1 挤出吹塑成型与设备 挤出吹塑成型是将热塑性塑料熔融塑化，并通过挤出机机头挤出型坯；然后将型坯 置于吹塑模具内，通入压缩空气( 或其他介质) 吹胀型坯，冷却定型后，从模具内取出 制品。挤出吹塑主要用来成型单层结构的容器，包括牛奶瓶、饮料瓶、洗涤剂瓶等容器， 化学试剂桶、农用化学品桶、饮料桶等桶类容器，以及大容量包装桶和储槽。挤出吹塑 成型包括： ( 1 ) 挤出机将聚合物熔融塑化，并通过机头挤出管状型坯； ( 2 ) 型坯达到预定长度时，吹塑模具闭合，将型坯夹持在两半模具之间； ( 3 ) 将压缩空气注入型坯内，用以吹胀型坯，使之贴紧模具型腔，成型为制品； ( 4 ) 冷却吹塑制品； ( 5 ) 开模，取出制品； ( 6 ) 修整制品，回收边角料； ( 7 ) 检验。 挤出吹塑成型机一般包括挤出机、机头、合模装置、模具、供气装置、电气控制装 置及混料机、上料机、机械手( 自动取出装置) 等。 挤出机是中空吹塑装置中最主要的设备，一般由挤出系统、传动系统、加热冷却系 统、控制系统四部分组成。挤出吹塑多数采用单螺杆挤出机，只是p v c 吹塑采用双螺 杆挤出机或行星挤出机。塑化挤出机起固体输送、熔融、混炼、排气与熔体输送五大功 能。设计优良的挤出机可明显提高挤出性能。 4 第二章中空吹塑成犁原理和设备 经挤出机熔融混炼的熔体，流经机头，并由机头挤出或压出为型坯。机头是形成型 坯的主要装置，其作用是：使物料由螺旋运动变为直线运动；产生必要的成型压力，保 证制品的密实；使物料通过机头得到进一步的塑化；通过机头成型所需要的端面形状的 型坯。它包括滤板及滤网组件、连接头、型芯组件、加热器等。 合模装置是对型坯进行吹胀、冷却、定型的设备，主要起到实现开、闭模动作、锁 紧模具、顶出产品的作用。它一般由模板、拉杆、传动机构和机架等组成。 模具具有冷却被吹胀的型坯和赋予制品形状及尺寸的作用，一般包括模体、肩部夹 坯嵌块、导柱、模腔、模底嵌块等部件。挤出吹塑模具具有以下特点： ( 1 ) 模具结构简单，一般只有阴模； ( 2 ) 吹塑模具型腔受到的压力为型坯吹胀压力，一般为o 2 1 0 m p a , 因此吹塑模 具对材料的要求较低。 ( 3 ) 由于模具没有阳模，可以吹胀成型带有较深凹陷、外形复杂的塑料容器。 2 1 2 注射吹塑成型与设备 注射吹塑成型是采用注射成型工艺，制取有底型坯，然后转移到吹塑模具内，用压 缩空气将型坯吹胀，冷却定型后，从模具内取出制品。与挤出吹塑成型的不同之处在于 注射吹塑的型坯是采用注射的方法制备的。注射吹塑适用于多种热塑性塑料的成型，如 p p 、p v c 、p s 、p a n 等。它主要用于吹制小瓶，用于日用化工产品、食品及药品的包 装。注射吹塑成型方法的特点是，自动化及生产效率较高，成型的制品无拼缝线，制品 的底部强度较高，不存在裂底问题，制品的壁厚均匀，口部尺寸精确，废料很少。 注射吹塑成型的工艺过程是由注射机将熔融塑料注入注射模内成型管坯，开模后管 坯留在芯棒上，然后趁热移至吹塑模内，从芯棒的管道通入压缩空气，对型坯进行吹胀， 冷却后即可得到吹塑制品。 注射吹塑成型机主要由注射系统、吹塑系统、液压系统、电气控制系统和其他机械 部分组成。注射系统可采用垂直往复式注射机或水平往复注射机。垂直注射机比水平注 射机结构简单，在相等的充模速度、较低的注射压力下，当公称注射量相同时，垂直注 射机部件少、能耗小、占地面积少、维修简便，适用于要求低剪切、低熔融温度、不适 宜高扭力的材料。水平注射机的结构虽然比较复杂，但其操作方便，运行可靠。 注射系统是将塑料输送、熔融、混炼成塑化均匀的熔体，并以一定的注射压力和注 射速度将一定的熔融物科经喷嘴从流道注入型坯模具，制成有底的管状型坯。注射系统 5 华南理工大学硕士学位论文 主要由料斗、螺杆、料筒、螺杆转动装置、注射座移动油缸、注射油缸和计量装置等组 成。 吹塑系统包括压模板、合模装置、转位装置、脱模板等。模具的启闭一般采用液压 传动。回转及脱模装置采用液压或气压传动。脱模板根据模腔数，设置多个u 型缺口， 它刚好能穿过容器的颈部，拉动其肩部使容器从芯棒上脱落；脱模板还能吹出空气，使 型芯棒头部冷却，以便芯棒转位后，能顺利注射型坯。 2 1 3 拉伸吹塑成型与设备 拉伸吹塑成型又称为双轴取向吹塑。它是将挤出或注射成型的型坯，经冷却，再加 热，然后用机械的方法及压缩空气，使型坯沿纵向及横向进行吹胀拉伸、冷却定型的方 法。 拉伸吹塑成型与普通非拉伸吹塑成型的不同之处在于拉伸吹塑除了赋予塑料制件 一定的形状外，还能使其微观状态定向排列，达到改善塑料的某些物理性能的目的。实 践表明，经过双向拉伸以后，制品的抗冲击性、低温性、透明性、表面光泽、刚性及阻 隔性等均有明显提高，而生产成本降低。 拉伸吹塑成型按型坯的成型方法不同可分为挤出拉伸吹塑及注射拉伸吹塑两种，而 这两类拉伸吹塑又各有一步法和两步法之分。 目前拉伸吹塑法实际有以下四种： 一步挤出拉伸吹塑法； 一步注射拉伸吹塑法； 两步挤出拉伸吹塑法； 两步注射拉伸吹塑法。 挤出拉伸吹塑是采用挤出法制作管状型坯，再进行双向拉伸吹塑。挤出拉伸吹塑与 挤出吹塑成型相比具有以下特点： ( 1 ) 对于透明的非结晶塑料，经双向拉伸后，可提高制品的透明度和光泽度； ( 2 ) 制品有较高的刚度，从而减轻瓶的质量，节约材料，或提高制品的堆积强度； ( 3 ) 可改善制品的阻隔性； ( 4 ) 提高制品低温状态下的冲击强度； ( 5 ) 提高生产能力； ( 6 ) 挤出拉伸吹塑成型需要具备两副模具，预吹胀模和拉伸吹塑模。 6 第二章中空吹塑成帮原理和设备 注射拉伸吹塑成型是通过注射法将树脂制成有底型坯后，将型坯进行调温处理，使 其达到理想的拉伸温度，经内部( 拉伸芯棒) 或外部( 拉伸夹具) 机械力的作用，进行 纵向拉伸，同时或稍后经压缩空气吹胀进行径向拉伸，最后冷却脱模取出制品。 注射拉伸吹塑成型的特点是轴向和径向具有相同的拉伸比，可以提高容器的力学性 能，阻渗性能、透明性，减小制品壁厚，这是吹塑成型中壁厚最薄的一种工艺。 注射拉伸吹塑成型主要用于生产o 2 2 l ，形状为圆形或椭圆形的容器，如饮料瓶、纯 净水瓶和食用油瓶等，这些产品用量大，因此，设备的生产效率较高，可靠性强。 一步法拉伸吹塑成型又称热型坯法。它是将刚成型完的热型坯的温度调整到拉伸温 度后，马上进行拉伸吹塑成型，也就是型坯的制取和拉伸吹塑在同一台设备上进行。其 设备形式有两种：一种是由挤出机和拉伸吹塑机组成的挤出拉伸吹塑机组；另一种是由 注射机和吹塑机构成的注射吹塑机组。 两步法拉伸吹塑成型又称冷型坯法。其型坯的成型与拉伸吹塑分别在两台设备上进 行。型坯是作为一种待进一步加工的半成品，因而型坯的生产不论是在时问上还是在位 置上，均可与拉伸吹塑这个重要工序分开来进行。即型坯可专门由一个工厂生产，然后 作为半成品提供给另一个工厂对型坯进行加热和拉伸吹塑等后续加工。 一步法挤拉吹设备如图2 一l 所示。 两步法注拉吹设备包括型坯的注射设备和拉伸设备两部分。 注射设备一般包括注射装置、合模装置、注坯模具、电器系统、液压系统、瓶坯传 送系统、自动去坯装置等。 两步法拉伸设备如图2 - 2 所示，该设备由型坯进给、型坯加热、控制系统、平板传 送装置、拉伸吹塑、瓶子取出等装置组成1 3 】。 7 华南理工大学硕士学位论文 一铲 鼎簖鳓翮舻 i g 凹q l 0 叫3 i l ，4 - 一型坯挤出； 2 ，5 一预吹塑冷却； 3 一拉伸吹塑；6 _ 一加热调温7 拉伸吹塑 图2 一l 一步法挤拉吹设备示意【3 1 1 一型坯进给；2 一型坯加热；3 一控制系统； 4 一平板传送装置；5 一拉伸吹塑及瓶子取出 图2 2 两步法( 再加热) 拉伸吹塑机械【3 】 s 第二章中空吹塑成犁原理和设备 2 1 4 典型p e t 两步法注拉吹成型工艺 冷灌装聚酯瓶( p e t ) 主要用来盛装碳酸饮料，另外还可以用来盛装食用油、调料 等。对这种容器的要求相当严格，因为内容物处于压力之一，而且还要保持一定的二氧 化碳气的含量，经得住夏天的贮存，具有较低透气率且乙醛( a a ) 含量低，灌装后变 形小。 p e t 瓶具有优良的性能，不易破碎，特别是双向拉伸容器有更好的气体阻隔性和透 明度、光泽性、耐化学腐蚀性。双向拉伸p e t 瓶可以做到质量轻，薄壁，例如，l l 玻 璃汽水瓶的质量为6 0 0 9 ，而p e t 瓶仅为3 8 9 ，1 2 5 2 l p e t 瓶壁厚仅为o 2 5 o 4 0 m m ， 另外p e t 双向拉伸后，力学性能明显得到改善，有更好的耐冲击性，其耐热性能也有所 提高。由注射拉伸吹塑成型的p e t 瓶，具有很好的尺寸稳定性，其质量偏差及容量 偏差极小。 p e t 瓶有较好的卫生性，在正常成型工艺条件下，p e t 树脂挤出的乙醛( a a ) 含 量可控制在适当范围，而不影响瓶装饮料的味道，p e t 瓶还有较好的环境安全性，废弃 p e t 瓶可回收，也可采用焚烧处理，且燃烧时挥发的气体无毒害性。 2 1 4 1p e t 瓶的性能要求 不同容积的p e t 瓶对高度、壁厚、各段件重、容积误差及中心厚度都有标准。一个 好的p e t 瓶应该是外观光洁、透明、各段壁厚适宜、瓶口直立、中心点居中、角部壁厚 均匀及无硬颈、歪瓶口、凹坑、白雾及埂环等缺陷，且在规定条件下不破裂、不渗漏。 该规定条件是：在瓶内放入o 6 m p a 压力的气体，加盖密封后，放入2 0 n a o h 溶液中 2 0 r a i n 左右，或在瓶内放入产生约o 4 m p a 压力的气体，加盖密封后，放入2 0 n a o h 溶液中3 0 m i n 以上，不破裂、不渗漏。瓶子在上述条件下是否破裂、渗漏是检验瓶子质 量好坏的关键指标，为了保证瓶子不破裂、不渗漏，同时也要求饮料生产企业的贮存仓 库应保持通风、干燥和低温状态。 2 1 4 2 成型加工过程 聚酯瓶两步法注射拉伸一吹塑的工艺流程如下： p e t 粒料一去湿干燥一瓶坯注射一冷却一再加热一瓶坯吹胀( 双向拉伸吹塑) 一冷 却一p e t 瓶。 1 p e t 树指的干燥 为了生产高质量非结晶的瓶坯，p e t 树脂的含水量应控制在o 0 0 5 以下。而p e t 9 华南理工大学硕士学位论文 又是一种易吸湿的高分子材料，如果在制坯前不将所吸附的水分去掉，制坯时水分就会 被蒸发出来，在瓶坯上形成气泡，并使原料降解，如特性黏度值( ) 下降和容易结晶 等，以至于不能满足吹制瓶子的要求。采用去湿干燥机所产生的热风，经封闭回路通入 干燥料斗连续进行干燥。而一般热风是除去不了p e t 树脂中水分的。 干燥通风料斗与去湿干燥机连接，干燥气流能匀速地通过料斗内p e t 粒料；干燥通 风料斗安装在注塑机的进料1 ：3 上方。干燥的热空气从料斗的底部进入，并向上经过一个 圆锥体平衡分开通过原料，吸收原料中的水分并使原料加热。吸满水分的气体回到干燥 机中，整个过程在封闭中进行。周围空气不会进入该系统而影响内循环气流的干燥度。 为保持干燥系统的效率，干燥料斗的自动加料系统一直能均匀地加料，使其保持满载。 对于干燥料斗来说，其高度应大于直径，这样才能保证干燥的原料能进行“活塞式” 流动，而不是“选择性”流动，这样才能使p e t 粒料均匀地向下移动和干燥。 2 注一拉一吹成型 注拉一吹塑料瓶是先通过注射制成有底型坯，然后将型坯处理至所用塑料的理想 拉伸温度，经拉伸装置的机构力作用进行纵向拉伸，同时或稍后经压缩空气吹胀进行横 行拉伸而制得的中空塑料制品。其特点是直接制成有底型坯，型坯内外温度均匀，有利 于拉伸，制品形状准确，无飞边。瓶颈质量高，瓶底平滑均匀。 2 1 4 _ 3 成型设备与模具 1 注射成型机 注射成型机用于瓶坯的成型，是定型的往复式注射机。注射机的螺杆应有防止物 料回流组件，螺杆采用液压驱动、无级变速，在料筒中存在冷料时应防止注射机过载， 注射机应足够的锁模力，防止管坯模在物料注入时发生胀模。 p e t 型坯采用热流道模具成型。模具型腔有1 6 腔、2 4 腔、3 2 腔、4 2 腔，最多时可 达9 6 腔。每个型腔的浇口处，应有能单独控制的加热装置，为了控制p e t 结晶，熔融 物料注入型腔后，应能急骤冷却，使瓶坯成为无定形的透明体，并缩短成型周期。因此， 供模具冷却用的冷冻水机应配有温控装置及能提供高压、高流量的水泵。为满足成型工 艺要求，注射机喷嘴与模具之间应有隔热层，流道系统采用等距离对称流道，浇口锥度 建议为3 5 。 如果采用排气式注射拉伸吹塑机，在生产过程中，可能不使用干燥机。原料中的湿 气是由机器中的排气螺杆去除。 2 型坯加热装置 1 0 第二章中空吹塑成型原理和设备 冷却的瓶坯垂直置于加热装置内，加热装置可选用石英加热器或远红外加热器，并 能在瓶坯轴向分段加热。 3 拉伸吹塑机 用于瓶坯的双向拉伸吹塑，一般包括拉伸杆、瓶坯口夹持件及吹气杆、模具及锁模 装置。拉伸吹塑机一般是多工位成型，有4 2 位、6 2 位、8 2 位，最多可达1 6 2 位。此外 还有包括瓶坯再加热装置的多工位拉伸吹塑机。 4 空气压缩机 为瓶坯的吹胀提供清洁、干燥、压力稳定的压缩空气。空气压缩机需同时配置储气 槽、油水分离器、汽水分离器、压缩空气干燥装置等。 2 1 4 4 工艺条件及控制 1 干燥工艺 p e t 在注射前要经过干燥处理，否则吸湿p e t 在加工过程中会发生水解，使制品 的物理性能显著下降。 干燥温度1 1 0 1 2 0 ，干燥时间4 5 h 。 影响干燥质量的工艺条件主要是干燥温度和干燥时间。干燥温度过低，水分不能很 快排除，易使型坯出现银斑和发霉；若干燥时间短，p e t 不能完全熔融塑化，易使瓶坯 表面不光滑，出现毛糙细粒；若干燥温度过高，干燥时间太长，则瓶坯会发黄；丽干燥 温度较低，干燥时间较短，都有利于减少p e t 中乙醛的形成。经干燥的物料应立即使用 或贮存在8 0 1 0 0 的恒温烘箱中稍后使用。 2 注射成型工艺 料筒温度2 4 0 2 9 0 ；模具温度1 0 4 0 c ；注射时间1 2 1 5 s ：冷却时间8 1 0 s ； 注射压力：高压注射压力7 0 7 8 m p a ：低压注射压力3 5 4 0 m p a 。 3 瓶坯保存 用两步法制造p e t 瓶时，应考虑瓶坯的贮存条件( 即贮存温度、相对湿度) 对冲击 韧性及极限伸长率的影响。例如，在温度2 0 2 3 ，相对湿度 5 0 的条件下，贮存 瓶坯5 0 6 0 天，冲击强度没有什么变化，在温度3 8 ，相对湿度 1 0 0 的条件下贮存 瓶坯，冲击强度会随时间的增加而明显下降。 4 瓶坯再加热和拉伸吹塑 成型的型坯一般应在室温下放置2 4 h 才能进行双向拉伸吹塑成型。 ( 1 ) 瓶坯再加热恒温加热箱的温度1 9 0 2 2 5 ；型坯再加热后温度9 5 1 1 5 ； 1 l 华南理工大学硕士学位论文 型坯再加热时间6 0 8 0 s , 型坯调温时间1 0 2 0 s 。 ( 2 ) 瓶坯的拉伸吹塑第一次吹胀瓶坯的压力0 7 5 1 0 0 m p a ；第二次吹胀瓶坯的 压力2 0 2 5 m p a ；瓶坯吹胀比( 1 2 o 1 2 5 ) ：1 ，其中，轴向拉伸比( 4 5 5 0 ) ：1 ，径向 拉伸比( 2 o 2 5 ) ：1 ；成型周期时间1 5 3 0 s 。 5 工艺控制 ( 1 ) 温度控制 温度的控制主要是指p e t 管坯放在加热箱中加热时预置的温度值，这对吹瓶是很重 要的。如果加热温度过低，会造成质量不稳定或成型困难；如果加热温度过高。p e t 的 结晶速率太快，会造成管坯结晶而不利于拉伸和吹胀。在生产过程中，要将加热箱上部、 中部、底部温度调节均匀，其生产过程中的温度，还要根据管坯的壁厚、环境温度、操 作工的熟练程度而定，环境温度调节人操作不熟练则温度低，管坯厚则温度高。 ( 2 ) 压力控制 压力是指吹胀时的气压，如果压力太低，容易造成瓶子成型不足；压力太高，容易 造成瓶子厚薄不均。 ( 3 ) 时间控制 这里是指两种时间，一个是指管坯加热所需时间，加热时间太长，易使管坯结晶， 无法吹制；时间过短，管坯还未完全软化，吹制时会出现白雾、结晶等现象。加热时间 一般在加热温度选定之后选择1 0 2 0 s ；另一个时间是指p e t 管坯放入吹瓶机后，合模、 拉伸杆下降、拉伸、延时吹气、吹气、开模等一系列动作或过程所需时间，这些时间如 调整不好，或不成型或会造成p e t 瓶各种各样的质量问题。具体工艺条件还需根据管坯 的质量、制品的形状等因素进行合理的调整【3 】。 2 2 吹塑成型合模装置 2 2 1 常用合模装置结构形式 2 2 1 1 直压式合模装置 直压式合模装置模具直接由左右两边油缸或气缸的活塞杆与锁模板连接进行移模 和锁模。油、气缸的推力全部变为锁模力，如图扛_ 3 所示。合模装置工作时，从两个 油、气缸的同一侧进油( 或气) ，两侧的模板前进带动模具闭合；从另一侧进油( 或气) ， 两模板后退使模具打开；要求两边的模板闭合和打开的动作同时进行。这种锁模装置的 主要问题是在模具快要闭合时，不会产生两半模具闭合速度自动地减慢，因此，要保护 1 2 第二章中空吹塑成型原理和设备 模具必须避免高速合模，要避免切口处得不到充分的熔合。 图2 3 直压式合模装置 直压式锁模油、气缸的力完全变成了锁模力，所设置的拉杆只不过起到支撑反作用 力的作用。拉杆对模具的安装和容器取出有一定的影响，因此，有的锁模装置取消了拉 杆，成为无拉杆锁模装置，如图2 - _ 4 所示。 图2 4 无拉杆锁模装置 2 2 1 2 肘节式合模装置 肘节式合模装置如图2 _ _ 5 所示，是由一个悬挂的浮动油( 或气) 缸和两组对称的曲 肘连杆机构组成。结构简单，移模行程大。在合模过程，力的扩大率和速度在变化，在 运动初始阶段速度要快，而力的扩大率要小；在接近合模结束前，随着速度的快速减慢 而增加力的扩大率。当套环伸展到极限位置时，合模速度变得无限小，而力的扩大率变 得无限大。 1 3 一兰童翌王奎兰堡主兰堡笙茎一 图2 5 肘节式合模装置 2 2 1 3 上下移动式合模装置 上下移动式合模装置如图2 - - 6 所示，是将合模系统安装在两个油缸进行升降的架台 上面。合模系统上升把型坯夹住，下降至一适当位置进行吹胀成型、模具闭合、打开与 锁模机构的上下移动共同用油缸系统来完成。 ii 乙曩i 一- 一一一。 一一5 - nr _ l - 刁k 一 _ 卜一 一hh 1 u q弋 i 世一 ， l ii i k - 一 - r 一 t - 卜 j li 昌 童皿王 图2 一上下移动式合模装置 2 2 i 4u 型合模装置 对于大型容器的吹制需要大的模具，两模板之间的间距要宽大，模板下还需要容纳 型坯拉伸装置以及适应设备的装配与检修等。采用u 型合模装置框架是能够满足要求 的，如图2 7 所示，它可以在任何时候都处于平衡状态。 1 4 第二章中空吹塑成型原理和设备 1 贮料机头：2 - - 型坯；3 一模具；4 - - 模板；5 - - 液压缸 6 一u 型架；7 一模板支撑；8 一机座；9 一吹塑装置；l o 一轴 图2 7u 型合模装置 2 2 1 5 旋转锁模装置 为了提高吹塑成型机的生产能力，应使各个工序，即塑料在挤出机内的塑化，型坯 的挤出，模具的开闭，压缩空气的吹入、冷却，容器的取出等的时问要尽量缩短，比较 有效的方法是采用旋转锁模装置。模具旋转运动有在垂直面内的，如图2 8 所示；也 l 一挤出机；2 一机头；3 一型坯：4 一模具；5 一转盘 6 一合模；7 通入压缩空气；8 一吹塑容器 图2 8 垂直面旋转合模装置 有在水平面内进行的，如图2 9 所示。在垂直面式和水平面式的转盘上，用几个到十 几个模具把从机头口模中连续挤出来的型坯一个一个地夹住，一边旋转一边进行吹塑成 1 5 华南理工大学硕士学位论文 型、冷却和容器的取出。 1 一挤出机：2 一机头；3 一旋转台：4 一输送槽； 5 一容器；6 一模具；7 一型坯 图2 9 平面旋转合模装置 旋转吹塑成型能够充分发挥挤出机的塑化能力，采用一个机头口模连续地提供型坯， 既简单，又没有停滞熔料的危险，特别适应于热稳定性较差的物料。 旋转式吹塑成型机从机头口模挤出的型坯不被切断，而是连续地依次被模具夹住， 用横吹气方式进行吹用胀成型。型坯的切断是利用各个模具来完成的i ”。 2 2 2 合模装置的工艺参数 2 2 2 1 锁模力 锁模装置应有足够的锁模力，以保证型坯吹胀对模具不会胀模。在实际生产中，由 于存在型坯尾料和飞边，需提高合模装置的锁模力。 2 2 2 2 启闭模速度 合模装置应具有尽可能大的启闭模速度，它有利于缩短成型周期，以减小型坯自重 量下垂现象；但启闭模速度过快，会导致合模冲击力增大，增加噪声，损坏模具，且使 型坯易在夹断处破裂。在实际生产中模具闭合时常采用分段控制速度的方式移动模具， 即先以高速低压闭模，当模板移动到行程最后的1 3 1 5 时，改为低速高压闭模，这 样可减少闭模的冲击力，使模具不易失损；同时使容器在型坯夹断处有更高的封接强度。 启闭模速度的选择，对于熔体强度较高的塑料，启闭模速度一般控制在小于o 3 m s ： 熔体强度较低的工程塑料，启闭模速度控制在o 3 o 6 m s 。 2 2 2 3 模板开距 固定模板( 或动模板) 与动模板相对移动的最大距离称为模板开距。模板开距限制 1 6 第二章中空吹塑成砸原理和设备 了可成型中空制品的最大直径。成型时模板最小开距应符合以下条件：模板最小开距大 于制品最大直径与模具导柱长度之和。 因此，合模装置应具有足够大的开距。成型时，为缩短模具闭合行程，可在等待型 坯时，先行移动一定距离。 锁模装置模板，还要有足够大的面积，以使安装不同尺寸的模具，模板的面积大， 模具的锁模压力也较均匀。为提高模板在启闭模行程中的稳定性，可在两块模板之间设 置拉杆【2 】 2 3 合模装置研究现状 随着塑料工业的发展，塑料制品在各行各业中都有越来越广泛的应用。各种塑料制 品的技术越来越高，壁厚超薄、外形尽寸超精密、重量超轻，对吹塑成型工艺方法提出 了更高的要求，对欢塑机的合模装置也提出越来越高的要求。合模装置是吹塑成型机最 主要的部件，它在合模速度、合模精度、锁模力上达到相关的要求才能满足这些制品的 生产，因此在传统直压式、肘节式、上下移动式合模装置的基础上开发了全电动、无拉 杆等新的合模装置。 尽管早在1 9 8 3 年全电动合模装置已经在日本研制成功，并在其后的若干年中在日 本得到了迅速发展，但是直到几年前，它才被世界市场接受。全电动合模装置具有低能 耗、低运行成本、高精度、高速度性能、易于控制、环保等优点，这些优点以及伺服电 机的成熟应用和价格的大幅度下降，使得全电动合模装置的研发迅速成为热点。目前市 场推出的三板式伺服电动传动肘杆式合模装置采用伺服电机取代原来的油缸推动肘杆 作合模运动，可以使肘杆在不同角度停下来，有利于锁模力的改变及可以进行压缩成型， 而且由于没有油压冲击惯性的影响，所以噪音低，控制精度较高5 1 。但是也出现了一些 新的问题，如滚珠丝杆易磨损，并导致合模精度下降，超载时可能导致滚珠丝杆的损坏 ( 6 l 。 近年来，插销式无拉杆合模装置发展较快，它具有锁模力大、分布均匀、装卸模具 容易、容模量大、节能等方面的优点，因此，应在大型挤吹中空塑料成型机中推广使用。 插销式无拉杆合模装置的导向运动部件应采用摩擦系数小、运动平稳、运行精度高的滚 珠直线导轨，快速移模由伺服电机通过滚珠丝杆来实现。高压锁模是由一模板上的插销 插入另一模板上的锁紧套后，分布在其中一个模板左右两侧的两对以上的锁模油缸通过 拉紧另一模板来实现的，反之，则为高压开模。 1 7 华南理工大学硕士学位论文 同步驱动无拉杆合模装置是一种最新的合模机构，它采用互相对称的两套液压驱动 机构，分别同步驱动各自的模板。由于模板中心受驱动油缸的作用力，所以能降低模板 的重量，减小锁紧变形量，从而使装卸模具更容易，容模量更大，以至于更适合机械手 的操作，性能上比插销式无拉杆合模机构更具有优越性，值得推广应用。 大型中空成型机的合模装置，近年来的主要变化是进一步向节能化发展。早期的合 模装置大都采用四板液压直动式，能耗较大；以后发展为液压节能型合模装置，也就是 现在使用较广泛的四拉杆三板联动式。在过去的1 5 年内，几乎各大公司投放市场的大 型中空成型机的合模装置，无论其外部形状如何，实质上都可归入到三板联动式，它的 主要特点是将快速移模缸与增压缸分开，用较小的油缸推动三块模板的联动快移，在较 小油泵站的条件下获得更高的移模速度。早期的三扳联动式合模装置的一个主要缺点是 必然带有2 - _ 4 根拉杆，使装置空间受到一定的限制。 近年来，大型中空成型机的合模装置逐步趋向于两板销式装置，菲舍尔w 公司生 产的1 0 0 0