吸塑制品變形與絲印圖案錯(cuò)位原因分析和解決方案

王波群 胡曉岳 李友余

(廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州，510515)

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吸塑制品變形與絲印圖案錯(cuò)位原因分析和解決方案

王波群 胡曉岳 李友余

(廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州，510515)

結(jié)合實(shí)際情況，借助計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)，對(duì)影響吸塑產(chǎn)品品質(zhì)、制品變形、模具結(jié)構(gòu)的原因做了深入分析，通過(guò)改進(jìn)壓板的結(jié)構(gòu)進(jìn)而控制吸塑變形的區(qū)域，解決了在吸塑領(lǐng)域中絲印圖案和吸塑型腔錯(cuò)位的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，拓展了信息化吸塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用。

絲印圖案 錯(cuò)位 模具 產(chǎn)品品質(zhì)

將絲印技術(shù)應(yīng)用到熱塑性塑料是近年來(lái)塑料包裝行業(yè)發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，可使產(chǎn)品變得更加美觀和逼真。但塑料片材在熱成型過(guò)程中，由于塑料在熱成型溫度下的變形表現(xiàn)為黏彈變形，各部位的變形相差很大，平面絲印的圖像在成型后不可能按照簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系進(jìn)行投影，致使平面印刷的圖像成型后難以保持原來(lái)形狀。生產(chǎn)中通常采用“試錯(cuò)法”進(jìn)行平面圖像的確定[1]，不僅使新產(chǎn)品開發(fā)周期大大延長(zhǎng)，而且造成原材料的浪費(fèi)，成本增加，甚至開發(fā)的產(chǎn)品圖像達(dá)不到設(shè)計(jì)者的要求。

計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)能夠較好地降低成本，并能來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品在模具中成型的問(wèn)題和變形過(guò)程，其中Polyflow軟件的熱成型計(jì)算模塊主要功能就是分析片材變形后的制品壁厚分布以確定制品的變形趨勢(shì)[2]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模具的改進(jìn)，大大降低了開發(fā)成本。

1 塑件結(jié)構(gòu)與吸塑成型工藝分析

現(xiàn)以某食品公司暴力熊圖案的吸塑模具為例，分析其成型的塑件用來(lái)澆注巧克力的情況。在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的片材上絲印圖案，然后進(jìn)行凹模吸塑成型，片材厚度為0.4 mm，臺(tái)階面作用是在后工段進(jìn)行定位和壓緊周轉(zhuǎn)筐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆注巧克力，絲印圖案與模型、制件在周轉(zhuǎn)筐中的狀態(tài)分別如圖1，圖2所示。除要求保證較高的外觀質(zhì)量以外，絲印在片材上的圖案經(jīng)過(guò)吸塑后的所處位置與型腔主要位置偏差控制在0.1 mm之內(nèi)。

圖1 絲印圖案與模型

圖2 制件在周轉(zhuǎn)筐中的狀態(tài)

真空吸塑成型是將熱塑性塑料坯材(板、片材)固定在模具上，使其加熱到塑性狀態(tài)，用真空泵把材料和模具之間空氣抽掉，借助大氣壓力使坯材覆蓋于模具成型表面上而成為塑料制件，待制件冷卻后，再用壓縮空氣脫模[3]，原理如圖3所示。

圖3 吸塑原理示意

對(duì)于吸塑成型過(guò)程，其制件的核心控制因素包括：成型溫度，模具溫度，牽引作用的影響以及熱成型制件與模具制件的有效接觸壓力。

因前期針對(duì)加熱溫度做了大量的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)置，都無(wú)法矯正圖案經(jīng)過(guò)吸塑后與型腔輪廓的錯(cuò)位。現(xiàn)考慮通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真單個(gè)產(chǎn)品找出制件壁厚的變形規(guī)律，進(jìn)而控制整個(gè)變形區(qū)域，找到對(duì)應(yīng)的解決方案。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

該塑件對(duì)應(yīng)的吸塑模具如圖4所示。

圖4 吸塑模具的二維和三維圖

片材經(jīng)過(guò)加熱后，模具在氣壓缸的作用下向上運(yùn)動(dòng)，壓板向下運(yùn)動(dòng)至模具外側(cè)面，通過(guò)橡膠密封墊使片材與模具處在密閉空間，然后抽真空完成276 mm×500 mm投影區(qū)域的變形[4]。其中189 mm×412 mm投影區(qū)域與分型面高度差5 mm。圖5是模具壓板的二維圖；圖6是壓板及吸塑模具與產(chǎn)品的裝配關(guān)系。

圖5 模具壓板的二維圖

圖6 壓板及吸塑模具與產(chǎn)品的裝配關(guān)系

3 問(wèn)題提出和改進(jìn)方案

針對(duì)目前生產(chǎn)的產(chǎn)品和模具結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真變形技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)[5]，分析得出：?jiǎn)蝹€(gè)制品吸塑變形過(guò)程中，平面區(qū)域的內(nèi)壁幾乎不產(chǎn)生變化，變化較大區(qū)域主要集中在拐角區(qū)，壁厚變薄。所以對(duì)于整個(gè)一版PET片材(一模十腔)來(lái)說(shuō)，在吸塑過(guò)程中變形較大區(qū)域主要集中在模具型腔內(nèi)厚度差為5 mm的臺(tái)階和單個(gè)產(chǎn)品的外形，而導(dǎo)致絲印的卡通圖案與成型的型腔錯(cuò)位差主要來(lái)源就在臺(tái)階區(qū)域，對(duì)于長(zhǎng)寬不一的片材，相同的變形會(huì)分布在不同的長(zhǎng)度區(qū)域。如圖7所示。

圖7 單個(gè)制品吸塑變形壁厚的變化

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述判斷的科學(xué)性，利用帶有絲印圖案的PET板材放在沒(méi)有臺(tái)階的模具進(jìn)行吸塑，圖案較好的吻合了變形的型腔，如圖8所示。

圖8 試樣在沒(méi)有設(shè)置臺(tái)階的吸塑模具上成型

充分考慮技術(shù)改進(jìn)影響的生產(chǎn)成本，先對(duì)設(shè)備廠提供的壓板進(jìn)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)前壓板結(jié)構(gòu)示意如圖9(a)所示，從之前的在鋁合金模具外邊緣壓緊密封方案改為在模具框上進(jìn)行預(yù)壓緊，如圖9(b)中陰影區(qū)域所示。這樣片材的成型分成了兩部分工藝，外邊緣(陰影區(qū)域)先接觸依靠熱壓預(yù)成型，內(nèi)部成型面依靠吸塑成型，只有制品產(chǎn)品部分進(jìn)行了變形。經(jīng)過(guò)再次試驗(yàn)驗(yàn)證，較好地解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了一大批需要絲印的產(chǎn)品圖案與型腔精確匹配的設(shè)計(jì)、制造。

圖9 改進(jìn)前后壓板與吸塑模具配合結(jié)構(gòu)示意

4 總結(jié)

結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)際需求，在食品行業(yè)引進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造信息化技術(shù)，通過(guò)對(duì)吸塑工藝的研究、利用CAE技術(shù)對(duì)制品和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，找到變形區(qū)域的核心關(guān)鍵點(diǎn)，改進(jìn)了壓板的結(jié)構(gòu)，尋找到一種低成本解決生產(chǎn)問(wèn)題的方案，解決了產(chǎn)品絲印圖案經(jīng)過(guò)吸塑后與型腔錯(cuò)位的難題，明顯地提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

[1] 楊詩(shī)潤(rùn)，楊冰，黃軍等．覆革ABS吸塑件應(yīng)力開裂分析[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 2015, 27(4):35-38．

[2] 徐瑩，鄧益超．鼻液盒內(nèi)襯墊的吸塑成型分析與模具設(shè)計(jì)[J]. 工具技術(shù) ，2014(11):41-43．

[3] 簡(jiǎn)慶金．吸塑熱轉(zhuǎn)印機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 絲網(wǎng)印刷， 2015(1):34-37．

[4] 徐瑩，鄧益超．鼻液盒內(nèi)襯墊的吸塑成型分析與模具設(shè)計(jì)[J]．工具技術(shù)，2014(11):41-43．

[5] MORALES R A， CANDAL M V， SANTANA O O，et al．Effect of the thermoforming process variables on the sheet friction coefficient[J]．Materials & Design, 2014, 53(1):1097-1103．

Analysis and Solution on the Deformation of Suction Parts and Screen Printing Pattern Dislocation

Wang Boqun Hu Xiaoyue Li Youyu

(Guangdong Mechanical and Electrical Polytechnic College, Guangzhou, Guangdong, 510515)

Combined with the actual situation, the reasons of effect on the quality of plastic product,deformation of product and mold structure was analyzed by CAE technology. By the means of improving plate structure to control plastic deformation area, the dislocation problem between screen printing pattern and blister cavity in the plastic field is solved,and the product quality is improved. The informatization blister mold design technology in food industry application is expanded.

screen printing pattern;dislocation;mold;product quality

2016-04-01;修改稿收到日期:2016-06-23。

王波群(1983—)，男,講師，主要從事模具設(shè)計(jì)與制造研究工作。E-mail:458989109@qq.com。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.05.013