注吹一體化中空容器成型模具的優(yōu)化

莫持標(biāo)

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門 529090）

0 引言

隨著醫(yī)藥中空包裝市場(chǎng)需求量不斷增大和市場(chǎng)竟?fàn)幍募ち一?，用戶?duì)產(chǎn)品的要求越來越高，原一步法雙工位注塑、吹塑一體化中空容器成型模具因部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)品合格率不夠高。為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)的需要，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，必須對(duì)原有模具進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 一步法雙工位注吹一體化中空容器成型模具優(yōu)化

1.1 概述

一步法雙工位注塑、吹塑一體化中空容器成型模具生產(chǎn)工藝是對(duì)擠出、吹塑成型工藝的不足之處，提供一種在普通注塑機(jī)上用一步法雙工位，型芯固定，一次完成注塑、吹塑塑料中空容器成型產(chǎn)品的過程。其生產(chǎn)步驟包括注塑過程和吹塑過程。注塑過程包括：1）注塑機(jī)中的定模具和動(dòng)模具閉合過程；2）注射坯料成型過程；3）注塑機(jī)模具開啟過程。吹塑過程包括：1）吹塑成型模塊閉合過程；2）吹氣成型過程；3）開啟吹塑成型模塊和成型中空容器頂出。

模具包括注塑模組件和吹塑模組件。注塑模組件包括水平左右平行設(shè)置的動(dòng)模和定模，動(dòng)模由第一組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制與定模的開合；定模上設(shè)置有2 排縱向排列的瓶坯模腔，動(dòng)模上固定有2 排縱向排列的帶有吹氣口的芯棒，與定模上的瓶坯模腔一一對(duì)應(yīng)；每排芯棒配置一吹塑模組件，每個(gè)吹塑模組件包括2 塊吹塑成型模塊，分別位于芯棒的兩側(cè)，2 個(gè)模塊的開合由第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（左右安裝的油缸）控制。

1.2 原模具在生產(chǎn)中存在的問題

1.2.1 原模具結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量分析

注塑、吹塑一體化中空容器成型模具2 排型芯各配置一吹塑模組件，2 組4 塊吹塑成型模塊在模具兩側(cè)的油缸作用下，通過互拉桿的作用實(shí)行同步開合。互拉桿的結(jié)構(gòu)相當(dāng)關(guān)鍵，如果各互拉桿與吹塑模塊的配合不準(zhǔn)確，影響到吹塑模塊的閉合情況，就無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量。原設(shè)計(jì)的一步法雙工位注塑、吹塑一體化中空容器成型模具采用6根互拉桿形式，分3 組分別設(shè)置在吹塑模塊的上、中、下端，與相應(yīng)的吹塑模塊配合。當(dāng)油缸工作時(shí)，在互拉桿的作用下，實(shí)現(xiàn)各組吹塑模塊聯(lián)動(dòng)閉合。模具的動(dòng)模結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明，原模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。原來的模具設(shè)計(jì)上為了避開吹塑模塊中間組的互拉桿，導(dǎo)致定模上的注塑型坯模板采取分段式裝配，即分為4 個(gè)單元，分別裝配在定模固定板上，與動(dòng)模各型芯對(duì)應(yīng)。定模如圖2 所示。

對(duì)本結(jié)構(gòu)系列模具生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)的數(shù)據(jù)測(cè)量與分析，各注塑型坯模板單元靠外側(cè)的2 個(gè)型腔上所生產(chǎn)出來的吹塑產(chǎn)品成形相對(duì)較難、較慢，其外觀質(zhì)量較差，出現(xiàn)次品的機(jī)率也較高。

圖1 原設(shè)計(jì)雙排注吹模具動(dòng)模

圖2 原設(shè)計(jì)雙排注吹模具定模

通過研究和分析，運(yùn)用Pro/E 三維設(shè)計(jì)軟件，在Pro/E Mechanica 環(huán)境下，利用在Pro/E 中所建立的幾何信息，選取熱力分析模型進(jìn)行分析。由于模具連續(xù)生產(chǎn)，把熔料傳熱給模具的過程簡(jiǎn)化成一個(gè)平穩(wěn)恒定的熱源對(duì)模具的加熱過程，在相應(yīng)的參數(shù)欄輸入有關(guān)參數(shù)，計(jì)算得出分析結(jié)果，如圖3 所示。

圖3 注塑型坯單元溫度分析圖

從圖中可以看出，單個(gè)注塑型坯模板單元靠外側(cè)的兩個(gè)型腔的溫度較低，原因是其距離注坯模板上下端面較近，散熱較快，而靠中心的兩個(gè)型腔溫度較高且基本一致。這樣，造成了同時(shí)成型困難，溫度不一致除了造成型腔和型芯的中心不能對(duì)齊之外，還會(huì)使兩側(cè)型坯難以吹脹，造成次品。故要采取措施，使其各型腔溫度趨向一致，才能保證各型腔生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1.2.2 原模具結(jié)構(gòu)存在的問題

1）定模存在的問題。因原模具結(jié)構(gòu)的限制，定模中的熱流道板采取中間銑空避讓的形式，大大削弱了熱流道板的強(qiáng)度，在長(zhǎng)期高溫的條件下生產(chǎn)，熱流道板會(huì)出現(xiàn)彎曲變形現(xiàn)象，直接影響了各注塑型坯模板單元的位置精度，隨之發(fā)生不定形的位置偏移，影響定模各型腔與動(dòng)模各型芯的對(duì)中性，最終生產(chǎn)出壁厚不均勻的次品，造成損失，如圖4 所示。

2）動(dòng)模存在的不足。吹塑模塊中間的互拉桿造成動(dòng)模的長(zhǎng)度過大，強(qiáng)度不足，在外力作用下容易引起較大變形。由于注塑機(jī)工作臺(tái)的限制，整套模具的長(zhǎng)寬尺寸不能再變大，動(dòng)模部分的合模導(dǎo)柱也沒有位置加大，直徑只有35 mm，合模時(shí)剛性不足，對(duì)生產(chǎn)造成影響，當(dāng)用戶要求產(chǎn)品的壁厚較薄時(shí)，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品壁厚偏差較大，產(chǎn)品的合格率較低。

原設(shè)計(jì)方案對(duì)動(dòng)模的影響主要是：因動(dòng)模采取6 根分為3 組互拉桿型式，給模具加工、裝配和調(diào)試帶來很大的不便，當(dāng)其中某2 組互拉桿長(zhǎng)度或裝配精度存在偏差時(shí)，都會(huì)直接影響到整套模具各吹塑模塊的閉合性；另原設(shè)計(jì)的方形條互拉桿材料采用截面尺寸為12 mm×12 mm的45 鋼，其抗彎強(qiáng)度不夠高，在高壓油缸的作用力下會(huì)發(fā)生彎曲變形，同樣影響各吹塑模塊的閉合性。

圖4 原設(shè)計(jì)熱流道板

以上兩個(gè)方面都可能出現(xiàn)并最終導(dǎo)致次品產(chǎn)生，造成較大損失。

1.3 一步法雙工位注吹一體化中空容器成型模具優(yōu)化

1.3.1 動(dòng)模的優(yōu)化

將動(dòng)模原來6 根互拉桿改為4 根，分為2 組分別設(shè)置在吹塑模塊的上、下兩端；將原互拉桿的材料改為Cr12，其抗彎強(qiáng)度高、變形小、尺寸穩(wěn)定，是更理想的拉桿材料。通過分析計(jì)算，互拉桿的截面尺寸為20 mm×20 mm。采用2 組互拉桿的結(jié)構(gòu)形式，給模具調(diào)試和安裝帶來了方便，這種形式對(duì)吹塑模塊的閉合性更有保證。對(duì)互拉桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，使定模和動(dòng)模結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大的變化，為吹塑模塊節(jié)省了一定的位置，模具長(zhǎng)度縮短，強(qiáng)度剛度更好。優(yōu)化后的模具動(dòng)模部分如圖5 所示。

動(dòng)模除了改良互拉桿結(jié)構(gòu)外，還對(duì)合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在注射模中，用來保證動(dòng)模和定模之間準(zhǔn)確對(duì)合，在模具中起定位、導(dǎo)向和承受一定側(cè)壓力的作用。雙排注、吹模具主要導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是4 根導(dǎo)柱，因模具自重較大，在生產(chǎn)過程中不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須要配備具有足夠強(qiáng)度和剛度的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。方法是把原來模具上的導(dǎo)柱由直徑為35 mm 加大至50 mm，定模相應(yīng)地更換導(dǎo)套和加設(shè)導(dǎo)套加強(qiáng)塊。這樣可較好地確保定模和動(dòng)模平穩(wěn)閉合，保證定模注塑型腔和動(dòng)模型芯的對(duì)中性。

1.3.2 定模的優(yōu)化

動(dòng)模結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，定模也要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。因動(dòng)模中的吹塑模塊中間減少了一組互拉桿，所以定模的注塑型坯模板可以實(shí)行單排整體加工，無需進(jìn)行分段加工，原來要對(duì)四單元進(jìn)行裝配調(diào)整，現(xiàn)在只需對(duì)兩排進(jìn)行裝配調(diào)整就行了，大大減少了加工的時(shí)間并且降低了難度，同時(shí)給模具裝配帶來了方便，縮短了裝配調(diào)整時(shí)間，提高了模具的精度。

圖5 經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)的雙排注吹模具動(dòng)模

圖6 經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)的雙排注吹模具定模

因動(dòng)模和定模進(jìn)行了優(yōu)化，故相應(yīng)熱流道板也發(fā)生了變化，中間不必銑空，采取整一條的形式，大大提高了熱流道板的強(qiáng)度和剛性，消除了長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)出現(xiàn)彎曲變形的現(xiàn)象，更好地保證了模具的穩(wěn)定性。經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)后的雙排注吹模具定模如圖6 所示。

利用Pro/E 軟件對(duì)優(yōu)化后的注塑型坯用同樣的方法進(jìn)行溫度分析，結(jié)果如圖7 所示。

從圖7 可知，單排中靠近兩端面的兩模腔散熱快，溫度較低，而其它的模腔溫度基本一致，采取措施是在每排兩端注塑型坯底部加設(shè)紫銅套，以起到保溫作用。通過上述方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在實(shí)際生產(chǎn)中起到顯著的效果，使各型坯溫度基本一致，從而確保了各型腔同時(shí)成形，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖7 模具優(yōu)化后單側(cè)注塑型坯溫度分析圖

表1 模具優(yōu)化前后生產(chǎn)情況對(duì)照表

優(yōu)化后的模具提高了產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。以生產(chǎn)50 mL醫(yī)用瓶為例，通過對(duì)原雙排注、吹模具的優(yōu)化改進(jìn)，生產(chǎn)率提高15.38%，產(chǎn)品合格率提高近5 個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯，如表1 所示。

2 結(jié)論

通過對(duì)原一步法雙工位注、吹一體化中空容器成型模具的優(yōu)化，使該模具技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。通過生產(chǎn)檢驗(yàn)，優(yōu)化改進(jìn)后的模具結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定性高、模具使用壽命長(zhǎng)、安裝和調(diào)試方便，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品外觀更美觀光滑，表面夾縫線不明顯，產(chǎn)品壁厚更均勻，對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性更強(qiáng)；由于定模、動(dòng)模對(duì)中性好，受熱變形影響少，能經(jīng)得起長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)的考驗(yàn)，能生產(chǎn)出壁厚較薄的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了壁厚偏差控制在±0.06 mm 以內(nèi)，較好地解決了以往雙工位注、吹模具生產(chǎn)薄壁產(chǎn)品難、生產(chǎn)不穩(wěn)定的問題；優(yōu)化后的模具，結(jié)構(gòu)更合理，使模具自身生產(chǎn)周期縮短，成本降低。

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