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2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集塑料油箱单管坯挤出两型腔吹塑的成型工艺研究塑料油箱单管坯挤出两型腔吹塑的成型工艺研究塑料油箱单管坯挤出两型腔吹塑的成型工艺研究塑料油箱单管坯挤出两型腔吹塑的成型工艺研究邱方军1，王海民，李能文（重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆，400050）摘摘摘摘要要要要：：：：在传统的挤出吹塑成型技术的基础上，从应用和生产实际出发，通过对挤出机头，吹塑模具结构设计，研究挤出一个管坯吹塑成型两个油箱塑件的成型工艺，以提高生产效率，提高设备利用率，节约人力物力，提高经济效益,以满足大批量生产的需要。关键字关键字关键字关键字：：：：塑料油箱；两型腔；挤出吹塑；模具设计ResearchonTheFormingTechnologyforDouble-cavityBlowMoldingBasedonSingleParisonofPlasticFuelTankHUANGHong,QIUFang-jun,WANGHai-min,LINeng-wen(CollegeofMaterialScienceandEngineering,ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing,400050)AbstractAbstractAbstractAbstract:Basedontheanalysisoftheconventionalextrusion-blowtechnologyforplastics,Startingfromapplicationandpracticalproduction,theformingtechnologyofextrudingonetubeblanktoblowdoubleindustryplasticpartshasbeenresearched.Theextrusiondieandblowingmouldwerespeciallydesigned,inordertoimprovetheproductionefficiencyandequipmentutilization,savelaborandresources,increaseeconomicbenefits,andthus,meettheneedofvolume-produce.KeyKeyKeyKeywordswordswordswords：plasticfueltank;;;;hollowindustryplasticparts;double-cavity;extrusion-blowmolding;moulddesign1前言塑料挤出吹塑具有设备造价低，适用范围广，成型周期短等优点，广泛运用于中空制件的生产，已成为继塑料挤出成型，注射成型之后的第三大成型方法。挤出吹塑常用于瓶，桶，壶，罐等容器的成型加工，在食品，日用品，化工和医药等行业得到广泛的应用。随着塑料制件在工业制件中的广泛运用，目前挤出吹塑已大量用于大中型中空工业制件的成型加工，如汽车仪表盘，塑料油箱，进气管，排气管，工具箱等[1,2]。大中型中空工业制件具有体积较1邱方军：（1984-），男，四川乐山人，汉，硕士生，主要从事高分子成型加工及模具设计方向的研究。2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集大，形状复杂，生产批量大等特点。在传统吹塑成型生产中，常常采用单管坯挤出、单型腔吹塑的1次生产1个塑件的生产方式[1]。但是一模一件不但生产效率低，不能满足大批量生产的需要；而且对设备、能源和人力也造成较大的浪费。对于中小型塑件，为提高生产效率，发展了多管坯挤出吹塑成型[3]及单管坯挤出多型腔吹塑成型技术[4]。但是，对于形状较为复杂的大中型工业制件还多采用单管坯单型腔吹塑成型，生产效率较低，制约着挤出吹塑技术在大中型中空工业制件成型加工中的应用和发展。塑料油箱体积较大，形状复杂，生产批量大。因此，为提高生产效率，满足大批量生产要求，我们对单管坯挤出－两型腔吹塑成型的成型工艺进行了研究。2塑件工艺分析油箱塑件结构如图1所示，塑件的容积约1.5L，质量约为365克，最小壁厚大于1.5mm，外型尺寸为190mm×94mm×201mm，材料为HDPE，年产量为数万件。油箱塑件尺寸较大，外观形状较复杂，不对称，各部分的吹胀比不均（箱体左右两侧凸起部位吹胀比较大），易造成制件壁厚分布不均匀，表面质量要求较高；并且制件为大批量生产。因此在设计模具和设定工艺参数是要综合考虑以下因素：（1）为提高生产效率，满足大批量生产的要求，采用单管坯挤出-两型腔吹塑成型的生产方式；（2）制件尺寸较大，并且采用单管坯挤出-两型腔吹塑成型，因此要尽量减少管坯挤出过程中由于自重引起的下垂和收缩，引起制件的质量和壁厚不均；（3）制件形状复杂，各部分的吹胀比不均，为提高制件壁厚均匀性，应设法调节管坯壁厚分布情况，让吹胀比较大部位的管坯壁厚比吹胀比较小部位厚。图1油箱塑件结构示意图2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集ab图2型腔布置方案3吹塑模具设计3333．．．．1111型腔的布置型腔的布置型腔的布置型腔的布置利用单管坯在两型腔吹塑模具中成型，吹塑模具型腔的布置有2种形式，如图2所示。图2a中，将每个型腔横向排列，管坯的直径应满足型腔数量的要求，因油箱尺寸较大，形状不对称，周向变形量不均，若水平布置，型坯直径大，长度短，成型过程中自动切料操作不便。图2b中，将每个型腔纵向排列，挤出管坯的直径只需满足一个油箱的尺寸要求，管坯的长度要保证覆盖2个型腔的长度，自动切料操作方便。采用带储料缸和壁厚控制系统的机头挤出管坯，能实现快速挤出，减少管坯的自重下垂和收缩，通过调整型坯纵向壁厚分布，使吹胀比较大的部位型坯壁厚相对较厚，并补偿自重下垂和收缩引起的壁厚变化，能保证上、下型腔成型的塑件壁厚、质量和容积较为均一。通过以上分析，图2b的型腔布置能保证塑件质量，操作方便，材料利用率较高。因此，采用图2b的型腔布置方法。3333．．．．2222模具切刃口设计模具切刃口设计模具切刃口设计模具切刃口设计多型腔吹塑模具中，分型面上每个型腔的轮廓周边都是切刃口，刃口外边还留有余料槽。切刃口的作用是：成型时，使切刃口处的两片熔融状态的坯料牢固地熔接在一起，形成熔接缝，并具有一定的强度。切刃口宽度要考虑既能切断余料，不留明显的痕迹，又能保证熔接缝的强度。设计切刃口时，还应配合余料槽的形式来设计。余料槽的深度对吹塑成型与制品的自动修整有较大影响。余料槽深度适度，既能够保证切刃口处余料的排除，分型面闭合，又能保证切刃口处具有一定的横向压力，使余料槽的少量熔体挤入熔接缝，塑件熔接缝壁厚增厚，熔接强度提高。在设计两个型腔之间的余料槽时尽量的减小余料槽的宽度，以此减小两型腔之间的距离，减小型坯的长度，从而减少余边料损，提高材料利用率，降低生产成本。切刃口最佳宽度及余料槽的最佳深度和宽度取决于塑料的品种、型坯厚度、塑件容积大小等因素。设计中模具切刃口宽度取2mm，单边余料槽深度取4mm，余料槽角度取40°。结构2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集如图3所示。图3切刃口和余料槽结构图4排气槽结构图3.33.33.33.3排气系统设计排气系统设计排气系统设计排气系统设计挤出吹塑成型中，当压缩空气吹胀型坯使之紧贴型腔壁时，型坯外壁与型腔之间的气体需排除。若夹留在型腔与型坯之间的空气无法排除，型坯就不能被快速地吹胀，吹胀后也不能与型腔良好地接触（尤其是拐角部分），会造成制品表面粗糙、凹陷或文字、图案不清晰等缺陷，影响制品的外观性能、外部形状与尺寸精度。排气不良还会延长制品的冷却时间，降低其力学性能，造成其壁厚分布不均匀。为此，要设法提高吹塑模具的排气性能。采用单管坯挤出-两型腔吹塑成型工艺成型油箱制件时，坯料覆盖了吹塑模具分型面上每个型腔的整个轮廓，吹塑时，坯料与型腔间的空气无法沿分型面排除，即使在分型面上开设排气槽，也会被坯料堵塞，起不了排气的作用，影响吹塑的顺利进行。制件最后成型部位，如拐角处，易困气。因此，为了有效的排除气体，在拐角处型腔表面开设排气孔。为保证制件表面质量，排气孔孔径应尽量小，因此设计排气孔直径为0.3mm，其深度为2mm，然后扩大孔径为5mm，使之与大气相通。如图4所示。3333．．．．4444冷却系统设计冷却系统设计冷却系统设计冷却系统设计吹塑模具的冷却直接影响到塑件的质量和生产效率。冷却不充分会影响塑件的力学性能，表面质量，脱模困难，翘曲，瓶颈歪斜等不良现象。冷却时间过长又影响生产效率。通常在保证制品质量的前提下，加快冷却速度，提高生产效率。同时，冷却不均匀，会使制品的力学性能下降，使制品各部位的收缩率有差异，引起翘曲，瓶颈歪斜等不良现象，因此需要注意各部位的均匀冷却。采用钻孔回路通冷却水的冷却方式进行冷却，冷却水孔直径为10mm。为保证一模两腔模具上下型腔温度的均匀性，而且为加强切刃口和瓶口的冷却，因此在靠近瓶口处入水，两个型腔各自使用一套冷却系统，以保证均匀冷却。3333．．．．5555模具总体结构模具总体结构模具总体结构模具总体结构模具型腔由基本对称的左型腔10和右型腔4两部分组成，如图5所示，左右两型腔由螺钉和销钉分别与垫板3、8和底板2、7固定在一起。两半模具之间设有导柱导向，使模具能很好2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集地对合。当型坯放入吹塑模具中以后，模具合模，夹紧型坯，吹头刺破型坯进入型腔，将压缩空气引入，吹胀型坯，成型塑件，冷却定型后，吹头退出，模具开模，取出塑件和余料，在模外分离。4挤出机头的设计由于油箱形状复杂，各部分的吹胀比不同，使壁厚均匀的型坯吹胀后所得制件壁厚分布不均匀。吹胀比较大的两端凸起部位壁厚较薄，若薄壁部位壁厚满足最小壁厚要求时，其它部位壁厚严重增加，导致制件质量超重，浪费原材料，增加生产成本。通过芯棒的移动调节口模间隙，增加吹胀比较大部位的型坯壁厚，减小吹胀比较小部位的型坯壁厚，确保吹胀后制件各部分壁厚均匀。由于制件较大并且采用单管坯挤出-两型腔吹塑成型的生产方式，挤出管坯较长，受型坯自重下垂和收缩，影响型坯上下壁厚均匀性。采用带储料缸和壁厚控制器的机头，一方面挤入储料缸的熔体有较长的松弛时间，活塞向下施压时，熔体所受的剪切时间较短，下垂和收缩现象减少，另一方面，通过壁厚控制曲线能准确的控制型坯壁厚分布，实现最终成型的上下两制件质量和壁厚分布的均匀性。图5模具总体结构示意图1-导套；2-底板1；3-垫板1；4-右型腔1；5-内六角螺钉；6-销钉；7-底板2；8-垫板2；9-冷却水道；10-左型腔2；11-导柱；12-水道接头挤出机头如图6所示，挤出机20塑化熔体并将熔体侧向挤入模头内芯13的螺旋流道，部分熔体沿螺旋流道方向流动，同时一部分熔体沿套筒10与模头内芯13螺杆的间隙轴向漏流。螺旋流道的深度沿螺旋方向逐渐变小，螺棱顶面与套筒之间的间隙则沿轴向逐渐增加，故螺旋流动将逐渐减小，轴向漏流将相应地增加。当螺旋流道深度为零时，流动完全被轴向2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集流动所替代。带螺槽的模头内芯主要起分流作用，同时也对熔体进行进一步的塑化，压缩，侧向挤入的熔体沿螺旋流道流动，使得熔体流动均匀性好，分流后绕过模头内芯的熔体熔接良好，无熔接线。熔体沿内芯流入储料缸15内，将压料活塞11顶起，当储料量达到设定值后，压料活塞在注射液压油缸活塞杆2的作用下下行，把熔体挤出。在此同时，壁厚控制器根据用户在面板上设定的型坯壁厚轴向变化曲线，输出大小变化的电压信号至电液伺服阀，由电液伺服阀控制伺服油缸驱动与油缸活塞杆1连接在一起的芯棒19上下移动，调整口模间隙，实现型坯壁厚的控制。图6挤出机头图1-液压伺服油缸活塞杆；2-注射液压油缸活塞杆；3-射料压板；4-SF-1无油轴承；5-射料导杆；6-壁厚调整螺母；7-模头支撑架；8-接头颈；9-模头上盖；10-套筒；11-压料活塞；12-筒体；13-模头内芯；14-壁厚调整杆；15-储料缸；16-调节螺钉；17-外模嘴压板；18-口模；19-芯棒；20-挤出机5结语通过以上分析和设