吹塑模具的基本結(jié)構(gòu)及材料選用

秦 超 肖志林

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

中空吹塑技術(shù)培訓(xùn)連載（十）

吹塑模具的基本結(jié)構(gòu)及材料選用

秦 超 肖志林

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

本文主要介紹中空吹塑模具的基本結(jié)構(gòu)及材料的選用。

模具結(jié)構(gòu)模具材料

前言

中空吹塑成型是借助氣體的壓力，使閉合在模具中的熱型坯膨脹，經(jīng)冷卻定型后脫模而得到中空塑料制品的一種方法。中空吹塑成型用到的模具與注塑成型相比，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低，適應(yīng)性更強(qiáng)，可成型性能好（低應(yīng)力）、可成型具有復(fù)雜起伏曲線(xiàn)（形狀）的制品。吹塑制品涉及的容積范圍較大，中小型吹塑制品類(lèi)有各種食品、藥品、化工產(chǎn)品、日化產(chǎn)品、汽車(chē)配件、工業(yè)配件、潤(rùn)滑油等許多產(chǎn)品的包裝瓶、包裝桶等大量工業(yè)、民用塑料吹塑產(chǎn)品。大型吹塑制品主要有200L系列塑料桶、吹塑托盤(pán)、1000L IBC塑料桶、汽車(chē)燃油箱、汽車(chē)擾流板、汽車(chē)吹塑配件、大型工具箱、大型儲(chǔ)水箱、包裝箱、大型塑料浮體、水處理儲(chǔ)水罐等，各成型模具與中空成型機(jī)配套，形成各種不同規(guī)格、品種的生成線(xiàn)，生產(chǎn)出種類(lèi)繁多的各類(lèi)吹塑制品及產(chǎn)品包裝物。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，塑料品種的增多以及其性能的改善，新的吹塑制品和包裝物不斷出現(xiàn)，塑料制品的使用范圍將越來(lái)越大。但是塑料制品更新?lián)Q代快，行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈，現(xiàn)代塑料模具設(shè)計(jì)與制造就具有了品種多、更新?lián)Q代快和單件小批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。各類(lèi)吹塑模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)也正在步入快速發(fā)展的道路，這些高新技術(shù)的應(yīng)用加快了吹塑產(chǎn)品的更新周期。預(yù)計(jì)借助現(xiàn)代塑料模具開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、降低生產(chǎn)成本會(huì)成為該行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

一、模具的結(jié)構(gòu)

中空吹塑成型用到的模具由兩個(gè)半邊模具組成，不同制品的吹塑模具主要結(jié)構(gòu)基本一致。而根據(jù)合模機(jī)的不同，可將其中的一半可以作為定模，另一半作為動(dòng)模，即一邊模具是不動(dòng)的，另一邊是運(yùn)動(dòng)的。也可以?xún)蓚€(gè)半邊模具都是動(dòng)模，由各自動(dòng)模板帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，兩個(gè)半邊都是動(dòng)模的應(yīng)用比較多，但少數(shù)廠(chǎng)家還是能看到一半定模和一半動(dòng)模的吹塑模具。

吹塑模具的基本結(jié)構(gòu)，主要有模具型腔、模具主體、切口部分、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)，以及導(dǎo)向部分等組成。另外，在一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品如汽車(chē)配件，其模具結(jié)構(gòu)通常還需加入嵌件、抽芯、分段開(kāi)合模、負(fù)壓等比較特殊的結(jié)構(gòu)形式。

吹塑模具結(jié)構(gòu)的組裝方式可分為以下幾種類(lèi)型。

1．整體式結(jié)構(gòu)

整體式結(jié)構(gòu)模具的兩個(gè)半邊模具各自都是由一整塊金屬加工而成，可采用高強(qiáng)度的不銹鋼或模具鋼加工出型腔、切口、冷卻水道，以及螺紋、排氣孔、槽和導(dǎo)柱、套等。采用整體式結(jié)構(gòu)的模具精度高，幾何尺寸誤差小，經(jīng)久耐用，適用于一些要求較高的吹塑制品。在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)有許多中小型工業(yè)吹塑制品和日用化學(xué)品，以及藥品等許多包裝瓶采用這種整體式模具成型。

2．組合式結(jié)構(gòu)

組合式結(jié)構(gòu)吹塑模具的兩個(gè)半邊模具各自都是由幾塊金屬加工過(guò)后組合而成。采用這種結(jié)構(gòu)的模具需要分別加工出這幾塊模具零件，而后組裝成一體，通常都具有一定的加工誤差，后續(xù)需要人工進(jìn)行打磨和修整。這種結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用于中大型吹塑制品模具，以及對(duì)制品要求不高的模具加工。

3．鑲嵌式結(jié)構(gòu)

鑲嵌式結(jié)構(gòu)吹塑模具的兩個(gè)半邊模具都是由一整塊金屬零件與幾塊較硬的金屬零件鑲嵌而成，鑲嵌的方法有鑄造鑲嵌、壓入鑲嵌和螺旋連接鑲嵌等方法。鑄造鑲嵌法主要是將鑲嵌件放入指定位置后經(jīng)鋁合金鑄造而成，再進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工。壓入鑲嵌法主要是將機(jī)械加工過(guò)后的鑲嵌件經(jīng)壓入后與模具結(jié)合在一起，再進(jìn)行機(jī)械加工。螺旋連接鑲嵌法是將加工到位后的模具零件全部進(jìn)行螺旋連接成一整體。

4．鋼板疊層結(jié)構(gòu)模具

鋼板疊層結(jié)構(gòu)是指兩個(gè)半邊模具各自由模腔鋼板、冷卻水鋼板、側(cè)吹鋼板以及背板或其他類(lèi)型的多層鋼板疊加而成。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有許多廠(chǎng)家研制出了采用鋼板疊層技術(shù)組成的大型全冷卻吹塑模具，極大地提高了模具的冷卻速度，與原有冷卻方法相比產(chǎn)品成型周期縮短近一倍，大大加快了大型吹塑制品的成型速度。并且這種模具冷卻水道的制造成本比傳統(tǒng)模具的制造成本有所降低。

5．其他類(lèi)型模具結(jié)構(gòu)

對(duì)一些比較特殊的吹塑制品進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，往往還需加入特殊的結(jié)構(gòu)形式，例如抽芯模、預(yù)制件鑲嵌模、分體順序合模機(jī)構(gòu)、高壓熱封模、局部抽真空模、局部控溫負(fù)壓模、插抽模等。這些特殊結(jié)構(gòu)的不同組合也能帶來(lái)各種不用的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)制品的成型。

二、模具的工藝要求

在設(shè)計(jì)制造模具時(shí)，除了要考慮模具對(duì)后續(xù)產(chǎn)品加工生產(chǎn)時(shí)的性能及效率影響，還要考慮產(chǎn)品制造工藝對(duì)模具的要求。

（一）模具的排氣

模具合模與型坯吹脹瞬間要將模具中的氣體排出，如排氣效果不好，殘留在模具型腔的氣體會(huì)使得制品表面出現(xiàn)條紋、凹痕、字體不清晰、不平整，甚至出現(xiàn)變形等缺陷。因此，這需要在模具設(shè)計(jì)與制造中加以充分考慮，可采取如下幾中常用的措施。

1．制品表面設(shè)計(jì)

對(duì)制品表面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在模具中設(shè)計(jì)必要的文字、圖案或凹槽，以利于模具的排氣。但也要避免出現(xiàn)大面積的光面，或在光面上刻制較淺的花紋，這樣有利于模具的排氣。

2．模具型腔的處理

并不是所有模具型腔表面越光滑越好，稍帶有粗糙的型腔表面不僅有利于模具的排氣。還能提高制品表面效果。型腔表面處理常用的方法有型腔表面噴砂、表面蝕刻花紋、型腔拋光等方法。但對(duì)一些表面要求非常高的制品，例如聚苯乙烯制成的高級(jí)化妝品容器，就不適用。

3．排氣孔或排氣槽

解決模具排氣問(wèn)題最有效的方法，是在模具型腔中及分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽或排氣孔，幾種常用的排氣方式如下。

（1）在模具分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽

在分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽可盡可能快速地排出空氣，一般排氣槽設(shè)計(jì)在分型面的肩部與底部，有特別需要的可在特殊位置開(kāi)設(shè)。排氣槽的寬度一般在5-25mm；排氣槽的深度需根據(jù)制品生產(chǎn)工藝、容器容積與壁厚來(lái)進(jìn)行實(shí)際的選擇，一般在0．01-0．2mm之間選取，容積越大槽深也越深。

（2）在模具型腔內(nèi)開(kāi)設(shè)排氣孔

當(dāng)需要在模具型腔內(nèi)開(kāi)設(shè)排氣孔時(shí)，一般將靠近模具型腔的排氣孔直徑設(shè)計(jì)成0．1-0．3mm，直徑過(guò)大易在制品的表面留下凸點(diǎn)影響制品表面，直徑過(guò)小又會(huì)出現(xiàn)凹坑，且設(shè)計(jì)模具型腔內(nèi)排氣孔位置時(shí)還需考慮到不干擾冷系統(tǒng)的布置。對(duì)于大容積的制品，排氣孔直徑可以大一些，并安裝特定的排氣塞進(jìn)行排氣。此外，還可在模具型腔內(nèi)的嵌件處，設(shè)置排氣槽。

（3）抽真空排氣

在模具制造時(shí)，將模具的型腔內(nèi)鉆出一些小孔，使他們與真空機(jī)相連，可以快速抽走模具型腔內(nèi)存留的空氣，使吹塑型坯與模腔緊密貼合。此外這種方法也有利于一些需要拉深、吹塑制品內(nèi)部不能充氣、表面質(zhì)量要求高、夾層中空等比較特殊的一些吹塑制品。抽真空排氣系統(tǒng)的控制需要與中空成型機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)控，才能有效地保障控制的準(zhǔn)確性和可靠性。

（二）模具的冷卻

吹塑模具的冷卻是重要的成型工藝條件之一，是直接影響和決定制品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到冷卻部位、冷卻面積、傳熱效率、制品冷卻均勻性、冷卻水溫度、流量、壓力、熔融樹(shù)脂的溫度與熱容量等因素。因此，對(duì)模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)給予必要的考慮。

常用的模具冷卻水道方式有箱式冷卻水道、鉆孔式冷卻水道、澆鑄埋入式冷卻水道、疊層模具冷卻水道。無(wú)論哪種方式，冷卻水道的排列應(yīng)該是進(jìn)口在模具的下方，出口在模具的上方，這樣可使得冷卻水按自然升溫方向流動(dòng)。

（三）模具的切口及尾料槽

為了夾持和封閉型坯，切去型坯尾料，需要在模具的分型面的口頸部、底部、提手及把柄出等部位布置切口。切口的寬度取決于材料的類(lèi)型、型坯厚度、制品容積的大小，一般取1-4．5mm之間。切口的深度受制品容積與型坯厚度的影響，切口的深度過(guò)淺，模具不能完全閉合，型坯越不易切斷。切口的深度過(guò)大，型坯尾料不能和完全接觸模具，無(wú)法快速冷卻，一般來(lái)說(shuō)，刀口的深度為型坯壁厚的80%-90%。在模具切口的外邊緣處開(kāi)設(shè)尾料槽，即能使切去的部分儲(chǔ)藏于料槽中又能使得制品的合縫處局部增厚。尾料槽的深淺同樣對(duì)制品有很大的影響，不同材料使用的槽深區(qū)間見(jiàn)推薦表，一般槽深選擇在型坯壁厚的80%-90%，可對(duì)制品合縫處起到增厚作用。

夾坯口（切刀）尺寸推薦

材 料 b／mm 材 料b／mm HDPE 0．1～4 PS 0．3～1 LDPE 0．1～4 PA 0．3～4 PP 0．3～2 POM 0．5～1 ABS 0．3～1．5 LLDPE 0．1～4

三、模具的材料

吹塑模具的材料可根據(jù)材料的導(dǎo)熱率、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、可鑄造性、拋光性、使用壽命以及使用塑料的品種、制品的質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量值、成本等來(lái)綜合考慮。由于吹塑制造過(guò)程中合模壓力和吹塑壓力比較低，所以吹塑模具不需要使用高抗拉強(qiáng)度的材料制作。常用的模具材料有鋼、鋁和鋁合金、鈹銅合金、鑄鐵、鋅合金、高分子材料等。

在實(shí)際應(yīng)用中，高分子材料一般中用于試驗(yàn)用吹塑模具，鑄鐵模具一般只用于手動(dòng)鉸鏈?zhǔn)侥＞吆托∨康纳?，大批量生產(chǎn)時(shí)通常不選用，主要模具材料的性能特點(diǎn)見(jiàn)下表。

材料 密度／（kg／dm3）布氏硬度熱導(dǎo)率／［W／（m·℃）］度／Mpa 耐磨性 可鑄造性抗拉強(qiáng)拋光加工性可修復(fù)性鑄鐵 7．10 19．5 29～54 2．35可可可 可鋼7．80 27．0 51 6．70優(yōu)可優(yōu) 可鋁2．69 5．4 155 0．25劣良優(yōu) 可鈹青銅 8．09 38．2 78～224 10．30優(yōu)優(yōu)優(yōu) 可鋅合金 6．70 11．8 100 2．59良優(yōu)優(yōu) 可

1．鋼

一般認(rèn)為，當(dāng)吹塑制品批量較大，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)同時(shí)考慮到模具切口需要較高的強(qiáng)度、硬度與耐磨性，模具材料選用碳素鋼效果較為理想。碳素鋼制造的模具，使用壽命能達(dá)到1000萬(wàn)次以上。模具可采用各種機(jī)械加工方法，如澆鑄、車(chē)削、模銑、焊接、雕刻等制造模具。盡管其傳熱性能不如鋁合金、鋅合金以及鈹銅合金，但如果采用較好的冷卻水道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效改善傳熱狀況。

鋼還能用來(lái)加工成模具的易磨損件，如頸部嵌塊、夾坯刀口嵌件、導(dǎo)柱及導(dǎo)套，鋼的焊接性能較好，利于進(jìn)行焊接加工。采用碳素鋼中的低碳鋼作為模具材料，可利用滲碳（滲氮）技術(shù)對(duì)模具的表面進(jìn)行處理，對(duì)經(jīng)過(guò)使用了一段時(shí)間的低碳鋼模具，可以進(jìn)行滲碳（滲氮）處理來(lái)

2．鋁和鋁合金

鋁材料制作的模具具有質(zhì)量輕導(dǎo)熱性好、機(jī)械加工及延伸性好，但硬度低、易磨損、損壞后焊接性不好、材料成本高。大型吹塑模具采用一般都是采用鑄鋁制造，模具冷卻水道也可采用無(wú)縫鋼管或不銹鋼制作成盤(pán)管直接安置在模具的內(nèi)部，然后將鑄鋁材料融化后和冷卻水管一起澆鑄成模具坯模，經(jīng)機(jī)械加工后即可。一般采用鋁合金，可以改善耐磨性，鋁合金制造的模具使用壽命也在200萬(wàn)次。

3．鈹銅合金

鈹銅合金是較為常用的材料之一，具有很好的導(dǎo)熱性、硬度、耐磨性、耐腐蝕性、機(jī)械性，主要適合于制作批量大的中小型吹塑制品和吹塑模具，但其主要的不足就是成本高、相對(duì)密度大、機(jī)械加工時(shí)間較長(zhǎng)。鈹銅合金較多用于塑料原料硬度較大時(shí)的模具如聚苯乙烯，同樣還可以加工成其他材料模具的易磨損零件，如鋁合金吹塑模具中的切坯嵌件。

鈹銅合金一般成分為w（Be）2．75%、w（Co）0．5%，其余是銅。改變合金中的鈹含量，可以使其具有不同的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)熱性、耐腐蝕和耐磨性。鈹銅合金可進(jìn)行機(jī)械加工、熱擠壓、澆鑄等方法制作，w（Be）1．7%的鈹合金適宜進(jìn)行澆鑄，嵌件可以選用w（Be）2．0%的鈹銅合金。鈹銅合金能防止模具冷卻水道中的結(jié)垢。鈹銅合金能經(jīng)熱處理后洛氏硬度值達(dá)到38～40，可長(zhǎng)期耐磨。

4．其他材料

鋅合金具有導(dǎo)熱性好，成本低，易于鑄造和機(jī)械加工，多用于制造形狀不規(guī)則容器的吹塑模具，但耐磨蝕性稍差些，模具切口部分一般采用鋼件嵌入澆鑄件中。

高分子材料制作的模具一般用于批量較小的吹塑制品或試驗(yàn)性，如環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等材料。

鋅鎳合金導(dǎo)熱性介于銅鋁合金和鋁合金之間，但硬度要比鈹銅合金低些。

Introduction to the basic structure of themold and selection ofmold material of hollow blow molding

Qin Chao Xiao Zhilin
（Suzhou Tongdamachinery Co．，LTD）

This article ismainly about structure of the mold and selection ofmold material of hollow blow molding

mold structuremold material