擠出中空成型機(jī)塑化、機(jī)頭和合模機(jī)三大系統(tǒng)詳述（四）

徐彥飛 董尚舉 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

中空吹塑技術(shù)培訓(xùn)連載（四）

擠出中空成型機(jī)塑化、機(jī)頭和合模機(jī)三大系統(tǒng)詳述（四）

徐彥飛 董尚舉 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

本文是在《塑料包裝》雜志上連載的中空吹塑技術(shù)方面的文章，屬連載文章的其中之一。本文著重介紹擠出中空成型機(jī)的塑化、機(jī)頭和合模機(jī)三大組成部分。

中空吹塑機(jī) 塑化 機(jī)頭 合模機(jī)

（上接2014年《塑料包裝》第4期）

前言

擠出中空吹塑成型機(jī)由塑化、機(jī)頭、合模系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械手、模具及制冷系統(tǒng)、電氣、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及制品后處理系統(tǒng)等組成。塑化、機(jī)頭、合模三大系統(tǒng)是擠出中空吹塑成型機(jī)最重要的部件，本文主要介紹這三大部件，其余部件在以下的文章中敘述。

1 塑化系統(tǒng)

在前期文章中說(shuō)到擠出中空吹塑機(jī)的擠出機(jī)多以單螺桿形式為主，目前國(guó)內(nèi)中空成型機(jī)廠家也多以采用單螺桿擠出機(jī)為主，所以本文也主要針對(duì)單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行講述。

1.1 塑化系統(tǒng)的組成

塑化系統(tǒng)一般由擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻和控制系統(tǒng)組成。如圖1所示。

擠出系統(tǒng)主要由螺桿、料筒、分流梭、分流板、過(guò)濾網(wǎng)等組成，擠出系統(tǒng)使物料塑化為均勻的熔體，并產(chǎn)生一定的壓力，被螺桿連續(xù)、定溫、定壓和定量地?cái)D進(jìn)機(jī)頭。傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、減速箱、聯(lián)軸器等組成，作用是驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，提供擠出過(guò)程中螺桿所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。加熱冷卻系統(tǒng)由加熱器、溫度控制元件和冷卻裝置組成，作用是通過(guò)加熱和冷卻保證擠出系統(tǒng)在工藝要求范圍內(nèi)進(jìn)行。擠出機(jī)的控制系統(tǒng)由電氣元件、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，可以調(diào)節(jié)控制螺桿轉(zhuǎn)速、料筒或螺桿溫度以及機(jī)頭壓力等參數(shù)，保證擠出機(jī)按照預(yù)設(shè)的工藝過(guò)程要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間）準(zhǔn)確有效地工作。

圖1

1.2 螺桿

螺桿是塑化的最重要的部件，不僅能對(duì)塑料進(jìn)行高效、均勻的塑化，還直接影響到擠出機(jī)的擠出產(chǎn)量、塑化混合質(zhì)量、能量消耗等。螺桿是一根帶單頭或多頭右旋螺紋的軸，其作用是對(duì)物料進(jìn)行輸送、壓實(shí)、熔化、攪拌和施壓，所有這些都是通過(guò)螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)完成的。螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，塑料對(duì)料筒內(nèi)壁、螺桿螺槽底面、螺棱推進(jìn)面以及塑料之間均會(huì)產(chǎn)生摩擦及相互運(yùn)動(dòng)，塑料的向前推進(jìn)是這些運(yùn)動(dòng)組合的結(jié)果，除料筒外部加熱圈提供的熱量外，上述摩擦產(chǎn)生的熱量是物料熔融塑化所需能量的另一重要來(lái)源。螺桿在工作時(shí)需要承受高溫高壓和高轉(zhuǎn)矩的作用，所以螺桿必須要有較高的強(qiáng)度和耐高溫高壓性能，還要有耐腐蝕和耐磨損性能，螺桿的表面粗糙度要低于0.4，因此對(duì)螺桿一般要進(jìn)行滲氮、噴涂合金、電鍍硬鉻等表面處理。

在選擇螺桿材料時(shí)，要滿(mǎn)足力學(xué)性能、耐腐蝕、耐磨損和加工性能幾個(gè)方面的要求。一般采用45鋼、40Cr鋼鍍鉻、38CrMoAL氮化鋼等。一般的螺桿可采用45鋼，雖然耐磨性、強(qiáng)度和耐腐蝕性稍差但價(jià)格便宜，容易取材。采用40Cr鋼鍍鉻的螺桿耐磨性和耐腐蝕性都較好，對(duì)鍍層要求較嚴(yán)格，鍍層也容易脫落。采用38CrMoAL氮化鋼的螺桿綜合性能較好，是擠出機(jī)螺桿應(yīng)用最廣的材料。

螺桿的長(zhǎng)徑比是最重要的參數(shù)，是指螺桿有效螺紋部分長(zhǎng)度與螺桿外徑之比。長(zhǎng)徑比的大小影響塑料的塑化、混煉的均勻性、物流的密實(shí)程度以及擠出量的大小，即可以表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量。

一臺(tái)中空機(jī)塑化系統(tǒng)的產(chǎn)量對(duì)我們來(lái)說(shuō)至關(guān)重要決定著制品的生產(chǎn)效率，目前中空機(jī)廠家測(cè)定產(chǎn)量的方法為：將擠出機(jī)的塑化率設(shè)定為99%，對(duì)單位時(shí)間內(nèi)擠出的塑料待冷卻后稱(chēng)重即可計(jì)算出此擠出機(jī)的產(chǎn)量。

1.3 料筒

料筒是擠出機(jī)最重要的部件之一，料筒加料段的結(jié)構(gòu)直接影響到物流的輸送效率，料筒的加工和裝配工藝對(duì)擠出機(jī)的性能和使用壽命影響很大。料筒的結(jié)構(gòu)形式有整體式、分段式、襯套式、軸向開(kāi)槽式等多種。

整體式料筒長(zhǎng)徑比大，零件少，加工精度容易滿(mǎn)足，料筒受熱均勻。但對(duì)加工設(shè)備要求高，磨損后修復(fù)困難。一般長(zhǎng)徑比小的料筒采用整體式。

分段式料筒加工容易可適應(yīng)長(zhǎng)徑比大的螺桿要求。但分段會(huì)影響裝配時(shí)的對(duì)中性和料筒的加熱均勻性。

襯套式料筒適應(yīng)于大中型擠出機(jī)，使用可以更換的合金鋼襯套，外部的料筒可以使用一般材料的鋼材，這樣可以節(jié)約材料成本。但是這種形式的料筒加工和裝配比較復(fù)雜

軸向開(kāi)槽式料筒可以增大加料段固體物料的輸送速率。目前在擠出機(jī)中較常用。

下圖2是一種軸向開(kāi)槽式結(jié)構(gòu)的料筒。

圖2

料筒也是在高溫、高壓、嚴(yán)重磨損和一定腐蝕條件下工作的。其材料一般采用較耐磨的合金鋼。

2 機(jī)頭

機(jī)頭是擠出機(jī)的成型部件，主要包括機(jī)頭體，芯棒、口模、芯模、調(diào)節(jié)螺釘?shù)龋瑱C(jī)頭與擠出機(jī)相連，擠出機(jī)為機(jī)頭提供塑化好的具有一定溫度、壓力、黏度、流道速度的塑料熔體，塑料熔體進(jìn)入機(jī)頭后，原來(lái)的螺旋運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，熔體在流道內(nèi)的流動(dòng)剪切過(guò)程使塑料熔體進(jìn)一步塑化均勻，熔體在流道內(nèi)經(jīng)過(guò)減壓使流道速度均勻一致，熔體經(jīng)過(guò)進(jìn)一步壓縮增壓產(chǎn)生必要的成型壓力使擠出制品密實(shí)，熔體最后經(jīng)過(guò)機(jī)頭成型段和口模的定型作用成為具有一定截面形狀尺寸的型坯，型坯再經(jīng)過(guò)后續(xù)的部件加工和冷卻成型即成為制品。前期文章講到過(guò)機(jī)頭有單層、雙層、多層和單模頭、雙模頭、多模頭的多種形式。無(wú)論什么形式的機(jī)頭都可歸納為直接擠出機(jī)頭和儲(chǔ)料機(jī)頭。

在小型中空機(jī)中多采用直接擠出機(jī)頭，同時(shí)配有雙工位的合模系統(tǒng)，這樣生產(chǎn)效益高，滿(mǎn)足小型制品生產(chǎn)的要求。大中型中空機(jī)通常采用儲(chǔ)料式機(jī)頭。

直接擠出式機(jī)頭有中心進(jìn)料式直角機(jī)頭和側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭。

中心進(jìn)料式直角機(jī)頭采用支架來(lái)支承分流體和芯棒，支架設(shè)置有若干條分流肋，自擠出機(jī)來(lái)的熔體經(jīng)過(guò)分流梭時(shí)，分流梭支架把熔體分成若干股，之后再重新匯合，擠出為型坯。中心進(jìn)料式機(jī)頭的流徑較短，個(gè)熔體單元的停留時(shí)間相差很短，型坯軸向壁厚較均勻，熔體降解的可能性較小。但熔體流徑支架形成的匯合線會(huì)降低制品性能，特別是對(duì)薄壁制品在分流肋表面處的強(qiáng)度有很大影響，熔體所受的剪切速度較大，這會(huì)降低熔體匯合線的結(jié)合強(qiáng)度。具體的改善措施前期文章中已敘述過(guò)。

下面主要講述幾種側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭

2.1 環(huán)形支管式機(jī)頭

特征：由擠出機(jī)螺桿頭部來(lái)的物料經(jīng)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)角，進(jìn)入到機(jī)頭部分，芯棒上開(kāi)設(shè)有環(huán)形槽，熔體在機(jī)頭入口處被分成兩股后再進(jìn)入芯棒上的環(huán)形支管。環(huán)形支管的流動(dòng)截面積較大，流動(dòng)阻力較小，使兩股熔體快速地環(huán)繞支管周向流動(dòng)，并在與入料口相對(duì)的一側(cè)匯合，形成環(huán)形熔流向下流動(dòng)，軸向擠出型坯。

優(yōu)點(diǎn)：機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流道長(zhǎng)度短，型坯只有一條熔合線。

缺點(diǎn)：難以保證型坯徑向厚度的均勻性。

適用性：主要適用于中、小容量的吹塑制品。

2.2 心形支管式機(jī)頭

特征：在心形支管式機(jī)頭中熔體被分成兩股，進(jìn)入心形支管后沿周向分流，同時(shí)進(jìn)行軸向分流，在與入口相對(duì)的一側(cè)兩股熔體匯合，形成一條匯合線，匯合后的熔體自口模處擠出型坯。

優(yōu)點(diǎn)：這種形式的機(jī)頭，使擠出的型坯壁厚趨于均勻，流動(dòng)具有流線型，使流體的流動(dòng)通暢，流速高，殘留熔體少，而且容易拆下清理。

適用性：可成型縱向帶雙色條紋或帶透明嵌條的雙色型坯，適用于需要經(jīng)常更換型坯顏色及材質(zhì)的吹塑制品。

2.3 螺旋支管機(jī)頭

特征：機(jī)頭的芯棒入口處設(shè)計(jì)成螺旋形，熔體從螺旋芯棒中心孔進(jìn)入，再?gòu)闹行目讖较蛄魅肼菪鞯?，最后流體沿芯棒流動(dòng)，擠出型坯。

優(yōu)點(diǎn)：螺旋型機(jī)頭的機(jī)構(gòu)緊湊，出口處熔體流動(dòng)均勻性好，不形成匯合線，壓力消耗降低，制品性能較均勻。

缺點(diǎn)：螺旋芯棒制造費(fèi)用較高，不易清理。

機(jī)頭材料的具體要求：應(yīng)滿(mǎn)足在耐壓條件下，有足夠的強(qiáng)度和剛度；保證耐腐蝕、耐磨、耐熱，有足夠的表面硬度；容易進(jìn)行拋光處理。

3 合模系統(tǒng)

合模系統(tǒng)完成模具的閉合、開(kāi)啟以及施加足夠的鎖模力，動(dòng)力方式有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)。合模系統(tǒng)均要滿(mǎn)足下述基本要求：

a、固定兩半模具并使之對(duì)準(zhǔn)，保證模具工作時(shí)的順利開(kāi)啟與閉合；

b、吹脹壓力作用下，有足夠的鎖模力而不至于被打開(kāi)；

c、為了便于安裝，必須有足夠的模具安裝面積，要有拉桿間隔；

d、為了安全取出制品，必須要有足夠的開(kāi)關(guān)模具行程和安裝模具間隔距離；

e、模具開(kāi)與合的速度要適當(dāng)快些，鎖模和開(kāi)模結(jié)束時(shí)沒(méi)有沖擊；

f、為滿(mǎn)足連續(xù)擠出型坯的需要，模具將型坯抓住后，鎖模機(jī)構(gòu)要能將其移到指定位置進(jìn)行吹張和冷卻；

g、模具將型坯抓住后，要用其刃口部分切除余料和飛邊。

3.1 合模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

合模系統(tǒng)主要用于固定吹塑模具，使塑料型坯能在模具中快速成型為吹塑制品。能實(shí)現(xiàn)模具的快速開(kāi)合模、慢速開(kāi)合模、模具嵌件及抽芯動(dòng)作、高壓合模以及模具的快速更換等功能。

3.1.1 直壓式合模

模具直接由左右兩邊的液壓油缸或汽缸活塞桿與模板連接實(shí)現(xiàn)鎖模動(dòng)作。這種合模機(jī)構(gòu)已經(jīng)較為少見(jiàn)了。

這種形式合模機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是鎖模液壓缸或汽缸的力完全轉(zhuǎn)化為鎖模力，拉桿只起到支承反作用力的作用。

3.1.2 三板四拉桿合模

這種結(jié)構(gòu)形式的合模系統(tǒng)目前在大中型吹塑設(shè)備中使用最為廣泛。三板兩拉桿結(jié)構(gòu)是它的改進(jìn)，為了方便安裝模具。該合模機(jī)構(gòu)的主要功能有快速合模、慢合模、快開(kāi)模、慢開(kāi)模、高壓鎖模、保壓等，一般根據(jù)產(chǎn)品需要還會(huì)增加四開(kāi)模模具的上下開(kāi)模、合模、保壓等功能，有些產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)還需要增加嵌件的固定、推出以及側(cè)吹等功能。

這種合模機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)在于它的有效行程調(diào)整方便，開(kāi)合模平穩(wěn)可靠。

3.1.3 兩板銷(xiāo)鎖式合模

兩板銷(xiāo)鎖式合模機(jī)構(gòu)由液壓缸或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)移模，運(yùn)動(dòng)副采用直線導(dǎo)軌。具有剛性好、運(yùn)動(dòng)精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

此合模結(jié)構(gòu)采用相互對(duì)稱(chēng)的兩套液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)各自的模板，由于模板中心受驅(qū)動(dòng)液壓缸的作用，所以能降低模板的重量，減小鎖緊變形量，裝修模具更容易、容模量更大、更適合機(jī)械手的操作，性能上比其他結(jié)構(gòu)的合模結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)越性，越來(lái)越被廣泛使用。

兩邊銷(xiāo)鎖合模結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿的形式在技術(shù)上已成熟，尤其是在中小型中空機(jī)上已得到較多的使用，比用液壓油缸更環(huán)保，調(diào)節(jié)開(kāi)合模速度更方便。

3.2 合模系統(tǒng)的傳動(dòng)方式

機(jī)械傳動(dòng)是用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿帶動(dòng)模板，實(shí)現(xiàn)模具的開(kāi)合。其主要特點(diǎn)是衛(wèi)生環(huán)保、維修方便、傳動(dòng)位置精準(zhǔn)，但伺服系統(tǒng)價(jià)格較昂貴。

液壓傳動(dòng)是利用液壓元件控制鎖模結(jié)構(gòu)的動(dòng)作，具有鎖模速度快，模板運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，鎖模壓力大等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確的按照不同速度開(kāi)合模具，并在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的鎖模力，但液壓系統(tǒng)容易漏油造成污染。

氣動(dòng)傳動(dòng)作業(yè)環(huán)境比較清潔，但對(duì)壓縮空氣品質(zhì)要求較高，必須干燥、清潔，具有模具開(kāi)合產(chǎn)生的沖擊較大，鎖模力小，噪音大的缺點(diǎn)。

3.3 合模系統(tǒng)的工藝參數(shù)

鎖模力，模具閉合后需要足夠的鎖模力以保證吹脹時(shí)模具不會(huì)脹模，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中存在型坯尾料和飛邊時(shí)需要提供鎖模力。

啟閉速度，啟閉速度要分段控制，先已高速低壓的方式移動(dòng)到行程的1／3左右，然后改為低速高壓閉模。高的閉合速度有力于縮短成型周期，以減小由于型坯自重造成的下垂現(xiàn)象，但過(guò)快閉合會(huì)造成合模沖擊過(guò)大，損壞模具，型坯易在夾斷處破裂。

模板開(kāi)距，模板開(kāi)距為固定模板動(dòng)模板相對(duì)移動(dòng)的最大距離。模板開(kāi)距限制了可成型中空制品的最大直徑，做大直徑的中空制品設(shè)計(jì)時(shí)比較加大模板開(kāi)距。

（未完待續(xù)：見(jiàn)本刊2014年第6期）

更 正

本刊2014年第4期登載“國(guó)內(nèi)雙向薄膜拉伸設(shè)備存在問(wèn)題及未來(lái)展望”一文的作者“楊偉”應(yīng)為“楊偉光”。特此更正。

Summarization of plasticizing，head and clamping machine three system s of blow molding machine

YanFei Xu ShangJu Dong JianLing He
（Suzhou Tongdamachinery Co.，LTD）

This article is one of articles about blow technology which serialized in the plastic packagingmagazine.It focuses on plasticizing，head and clamping machine three major components.

Blow Molding Machine，Plasticizing，Head，Mold machine.