中空吹塑成型機(jī)三層型坯機(jī)頭設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

何建領(lǐng) 林一波 肖志林

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

0 緒論

經(jīng)過(guò)近二十多年的高速發(fā)展，我國(guó)塑料加工技術(shù)已漸趨成熟。在塑料制品中，中空塑料制品占有較大的比例，隨著用戶(hù)對(duì)中空制品要求的不斷提高，中空塑料制品成型設(shè)備得到了快速的發(fā)展，塑料制品的質(zhì)量和檔次進(jìn)一步得到了提高。擠出中空吹塑成型技術(shù)已得到高速的發(fā)展，生產(chǎn)出的制品已應(yīng)用到各行各業(yè)。當(dāng)然，擠出中空成型可加工的塑料種類(lèi)也很多，制品更是多種多樣。吹塑制品具有整體性好、綜合性能好、成本較低、附加值較高等優(yōu)點(diǎn)，?？商娲⑺艹尚椭破贰岢尚椭破?、結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品和金屬制品等。基于吹塑成型和吹塑制品的上述優(yōu)點(diǎn)，吹塑成型加工在今后仍具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

中空機(jī)從開(kāi)始到現(xiàn)在，其基本構(gòu)成并無(wú)多大變化，一般包括：擠出機(jī)、機(jī)頭、合模裝置、吹脹裝置、制品取出裝置、液壓站、電控系統(tǒng)。一般的外輔設(shè)備還包括：混送料系統(tǒng)、余料粉碎回收系統(tǒng)等。擠出機(jī)是原料的塑化系統(tǒng)，機(jī)頭部件是中空成型機(jī)最核心的部件，擠出機(jī)擠出的熔融塑料經(jīng)過(guò)機(jī)頭的流道擠出型坯，然后型坯進(jìn)入合模裝置，吹塑成型機(jī)將模具固定在合模機(jī)構(gòu)的前后模板上，通過(guò)合模機(jī)構(gòu)的開(kāi)合來(lái)實(shí)現(xiàn)模具的張開(kāi)和鎖緊，使機(jī)頭擠出來(lái)的型坯在模具中快速成型為吹塑制品，然后由制品取出裝置取出制品。隨著塑料制品的要求逐步提高，多層塑料制品越來(lái)越多，比如多層油箱。多層塑料制品就需要多層機(jī)頭進(jìn)行吹塑成型，多層機(jī)頭的設(shè)計(jì)與單層機(jī)頭相比，設(shè)計(jì)和加工裝配的技術(shù)難度更高。

1 機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已有的技術(shù)積累與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定三層型坯機(jī)頭整體結(jié)構(gòu)為嵌套式結(jié)構(gòu)，即三層流道由內(nèi)到外依次嵌套組合，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。中間為儲(chǔ)料芯，中間環(huán)內(nèi)孔與儲(chǔ)料芯配合，外環(huán)內(nèi)控與中間環(huán)配合，形成三層流道結(jié)構(gòu)。

圖1 機(jī)頭流道整體結(jié)構(gòu)圖

三層型坯機(jī)頭整體結(jié)構(gòu)方案確定后還要分別對(duì)機(jī)頭中各部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，吹塑機(jī)頭從上到下的結(jié)構(gòu)部件依次為軸向型坯壁厚控制液壓裝置、壓料液壓裝置和壓料桿件構(gòu)成的壓料機(jī)構(gòu)、流道結(jié)構(gòu)和進(jìn)料口，最底下是芯模和口模構(gòu)成的型坯出口，中間調(diào)整拉桿的上下端又分別與型坯壁厚控制液壓活塞和芯模固定連接。

壓料機(jī)構(gòu)的作用是將儲(chǔ)料機(jī)頭內(nèi)腔匯集熔融狀態(tài)的料向機(jī)頭型坯出口處輸送，在此過(guò)程中，壓料環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)行極為重要，因?yàn)橐ＷC各層料坯匯集后從型坯出口擠出的速度穩(wěn)定，這也將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

吹塑機(jī)頭中一般也只涉及了壓料機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部分，包括壓料油缸、壓料頂桿和壓料環(huán)，工作時(shí)吹塑機(jī)頭儲(chǔ)料腔內(nèi)的熔融原料壓力會(huì)先將壓料環(huán)向上頂以增大內(nèi)腔容料體積，此過(guò)程中壓料液壓油缸不對(duì)壓料頂桿作用；開(kāi)始擠出型坯時(shí)，壓料油缸活塞與壓料頂桿上段接觸，活塞以穩(wěn)定的速度向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)頂桿連接的壓料環(huán)也向下擠壓機(jī)頭型腔內(nèi)的熔融料坯，使其以一定速度由機(jī)頭型坯出口擠出成型。整個(gè)過(guò)程中要求壓料平穩(wěn)，液壓缸的設(shè)計(jì)尤為重要，要保證壓力足夠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要合理；壓料頂桿分為上下兩段不至于頂桿過(guò)長(zhǎng)而影響精度。型坯壁厚控制液壓裝置和壓料機(jī)構(gòu)液壓裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 液壓缸結(jié)構(gòu)圖

流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是吹塑機(jī)頭設(shè)計(jì)中最重要的一點(diǎn)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括流道的形狀、流道位置的分布、流道零件材料的選擇；多層型坯機(jī)頭還要考慮多層流道復(fù)合以及入料口的安排。流道形式主要有單層心形包絡(luò)流道、雙層心形包絡(luò)流道、單層螺旋流道和雙層螺旋流道，早期機(jī)頭流道形式多是單層心形包絡(luò)流道，這種形式的流道在儲(chǔ)料機(jī)頭擠出的型坯周?chē)嬖诿黠@的熔合縫區(qū)，使得到的型坯質(zhì)量較差。雙層心形包絡(luò)流道則可以更好地解決這個(gè)問(wèn)題，目前，大型中空吹塑成型機(jī)中大多采用雙層心形包絡(luò)式流道。

設(shè)計(jì)前要考慮熔融塑料原料在流道內(nèi)的各項(xiàng)流動(dòng)要素，要減短原料在機(jī)頭流道內(nèi)的停留時(shí)間，保證原料不會(huì)在流道內(nèi)發(fā)生滯留現(xiàn)象；要使流道內(nèi)熔融狀態(tài)下的塑料流動(dòng)速度穩(wěn)定，壓力降低，波動(dòng)小。流道零件的材料選擇上，要求耐壓、耐熱、耐磨損，要有足夠的表面硬度和良好的導(dǎo)熱性，這類(lèi)零件常用的材料有40 Cr、38 CrMoAlA、35 CrMo，本文中的儲(chǔ)料芯選用材料40Cr，儲(chǔ)料內(nèi)環(huán)選用38 CrMoAlA，儲(chǔ)料外環(huán)要求較低，45鋼經(jīng)過(guò)表面特殊處理即能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)仿真模擬結(jié)果和相關(guān)設(shè)計(jì)資料提供的經(jīng)驗(yàn)，確定內(nèi)層流道形狀如圖3。

圖3 內(nèi)層流道結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)層流道包絡(luò)于儲(chǔ)料芯上，中間層和外層位于嵌套在儲(chǔ)料芯外側(cè)的兩個(gè)儲(chǔ)料環(huán)上，心形流道下接覆蓋表面的螺旋流道，能使熔融原料在流道內(nèi)流動(dòng)擠出時(shí)達(dá)到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。進(jìn)料結(jié)構(gòu)是連接擠出機(jī)與各層流道的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮進(jìn)料口的布置，過(guò)渡要平穩(wěn)光滑；中間層和內(nèi)層由于與外接口處之間存在間隙，為防止漏料，過(guò)渡管出口與流道間增加一根光滑銅管作為導(dǎo)管。三個(gè)進(jìn)料口結(jié)構(gòu)和布置如圖4所示。

圖4 機(jī)頭進(jìn)料口布置圖

型坯出口主要由機(jī)頭芯模和口模構(gòu)成，結(jié)構(gòu)也可分為正錐形和倒錐形兩種，如圖5所示。

圖5 型坯出口兩種類(lèi)型示意圖

型坯壁厚控制系統(tǒng)工作時(shí)，口模固定不動(dòng)，液壓缸活塞通過(guò)調(diào)整拉桿帶動(dòng)芯模上下移動(dòng)來(lái)調(diào)整芯模與口模之間的間隙以形成不同的型坯厚度；要得到相同的型坯厚度，這兩種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式卻是相反的，正錐形芯模向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，出口間隙減小，而倒錐形卻增大。大型中空吹塑機(jī)頭大多采用正錐形型坯出口結(jié)構(gòu)。

型坯出口與流道之間還有一段儲(chǔ)料腔的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，要保證零件與零件配合之間無(wú)縫隙無(wú)死角，過(guò)渡要平滑自然，不會(huì)使熔融原料在此區(qū)域滯留。

此機(jī)頭的三維模型如圖6所示。

圖6 機(jī)頭三維總裝圖

2 關(guān)鍵部件的有限元強(qiáng)度分析

本文利用ANSYS Workbench分析軟件對(duì)吹塑機(jī)頭中的型坯壁厚液壓缸缸筒進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析。

2.1 前期處理

經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)并校核計(jì)算后確定的型坯壁厚控制液壓缸筒三維模型如圖7所示。

圖7 型坯壁厚控制液壓缸筒三維模型

在Workbench中進(jìn)行項(xiàng)目分析首先要確定分析類(lèi)型，打開(kāi)Workbench15.0，在工具欄（Toolbox）中的分析類(lèi)型（Analysis Systems）中選擇靜力結(jié)構(gòu)分析（Static Structural）。

第二步是實(shí)體模型（Geometry）的建立，利用導(dǎo)入方式直接導(dǎo)入由Solidworks已建好的型坯壁厚液壓缸筒零件體，可以在Workbench自帶的模型創(chuàng)建插件中繼續(xù)修改，此例無(wú)需修改。

導(dǎo)入幾何體后還要定義其材料屬性，在材料庫(kù)（Engineering Data）中選擇，型坯壁厚液壓缸筒材料為45鋼，在材料庫(kù)中選擇結(jié)構(gòu)鋼（Structural Steel），主要確定其彈性模量和泊松比等屬性。

第三步網(wǎng)格劃分，本文中型坯壁厚液壓缸筒和壓料缸筒都屬于比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體，網(wǎng)格劃分方法可選擇自動(dòng)劃分法（Automatic Method），再詳細(xì)設(shè)置其相關(guān)參數(shù)，在尺寸控制（Sizing）中將關(guān)聯(lián)中心（Relevance Center）的選項(xiàng)設(shè)置為Fine，這是將網(wǎng)格劃分細(xì)化，分析結(jié)果也將更接近實(shí)際情況。

劃分得到的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為78958個(gè)，單元為45039個(gè)，如圖8所示。

圖8 型坯壁厚液壓缸筒網(wǎng)格劃分效果圖

第四步施加約束和載荷，首先確定實(shí)際裝配體中缸筒的約束和載荷情況，缸筒端面圓周均勻分布22個(gè)17.5 mm的光滑通孔，上下端面與伺服缸蓋和壓料缸蓋端面接觸，通過(guò)22個(gè)M16x210 mm的長(zhǎng)螺釘緊固連接；這樣的約束缸筒上下端面被壓緊，螺釘并不與缸筒直接接觸，選擇僅有壓縮的約束（Compression only Support），作用面選擇缸筒的上下端面。液壓缸的載荷，工作時(shí)缸筒內(nèi)充滿(mǎn)液壓液，設(shè)計(jì)最大工作液壓為12 MPa，ANSYS分析時(shí)按1.25倍放大校核，即施加壓力載荷（Pressure）15 MPa。作用面選擇缸筒內(nèi)壁，施加效果如圖9所示。

圖9 伺服缸筒的約束和載荷施加效果圖

2.2 求解與結(jié)果分析

添加要求解的項(xiàng)目，本文要得到缸筒的應(yīng)力（Stress）、應(yīng)變（Strain）和總變形（Total Deformation）圖，分別添加至項(xiàng)目樹(shù)中，然后點(diǎn)擊全部求解，等待軟件計(jì)算完成。求解完成后，點(diǎn)擊各求解項(xiàng)目可以查看相應(yīng)的云圖。

（1）型坯壁厚液壓缸筒應(yīng)力云圖

ANSYS分析結(jié)果如圖10所示。

圖10 缸筒應(yīng)力云圖

由圖中可得出，型坯壁厚液壓缸筒在最大工作載荷（放大1.25倍）時(shí)，其最大工作應(yīng)力為247.99 MPa，出現(xiàn)點(diǎn)為螺釘通孔端面邊緣，缸筒經(jīng)過(guò)熱處理后的許用應(yīng)力可達(dá)到270 MPa，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

（2）型坯壁厚液壓缸筒應(yīng)變?cè)茍D

應(yīng)變?cè)茍D如圖11所示。

圖11 缸筒應(yīng)變?cè)茍D

最大應(yīng)變?yōu)?.2×10-3mm，出現(xiàn)在螺釘通孔端面邊緣。

（3）型坯壁厚液壓缸筒總變形云圖

總變形圖如圖12所示。

由圖可以清楚的看出，缸筒內(nèi)側(cè)與螺釘通孔之間產(chǎn)生了最大形變，這是因?yàn)閮?nèi)部壓力一定時(shí)，厚度薄的地方承受能力更弱，最大變形為0.082 mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖12 缸筒總變形云圖

分析結(jié)果表明型坯壁厚液壓缸筒滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，又不超出最大工作極限太多，所以無(wú)需繼續(xù)優(yōu)化。

3 三層型坯機(jī)頭流道的建模與仿真分析

3.1 機(jī)頭外環(huán)流道的模型的建立

3.1.1 心形流道的幾何模型

圖13為機(jī)頭外層流道的實(shí)體圖，圖14為機(jī)頭外層流道展開(kāi)圖，從圖中看出機(jī)頭中流道的分布情況，該流道分為兩個(gè)部分，上部為心形流道，下部為螺旋流道。心形流道采用FLOW2000軟件仿真時(shí)，利用軟件的Flat Die模塊，即扁平機(jī)頭仿真模塊進(jìn)行分析研究其溫度、壓力和流動(dòng)的情況。

圖13 機(jī)頭外層流道的實(shí)體圖

圖14 機(jī)頭外層流道展開(kāi)圖

圖15為FLOW2000中輸入心形流道的幾何尺寸后生成的流道幾何模型。

圖15 心形流道幾何模型

3.1.2 螺旋流道的幾何模型

圖16為FLOW2000中輸入螺旋流道的幾何尺寸后生成的流道幾何模型。

圖16 螺旋流道幾何模型

上圖為展開(kāi)的螺旋流道幾何圖形，與圖14相吻合。

3.2 機(jī)頭外環(huán)流道心形部分仿真分析

心形流道模型建立好以后，在軟件中輸入材料參數(shù)后進(jìn)行分析計(jì)算。流道的壓力變化情況如圖17所示。溫度變化曲線如圖18所示。剪切速率變化情況如圖19所示。

圖17 心形流道壓力變化情況

圖18 心形流道溫度變化曲線

圖19 心形流道剪切速率變化情況

從FLOW2000的分析圖表可以看出，流道的溫度變化在2℃之內(nèi)，即流道由于壓力的提高造成的溫度升高不超過(guò)2℃，壓力降為12.2 MPa，對(duì)于此機(jī)頭來(lái)說(shuō)完全滿(mǎn)足機(jī)頭流道的要求。

3.3 機(jī)頭外環(huán)流道螺旋部分仿真分析

螺旋流道模型建立好以后，在軟件中輸入材料參數(shù)后進(jìn)行分析計(jì)算。

流道的壓力變化情況如圖20所示。溫度變化曲線如圖21所示。剪切速率變化情況如圖22所示。

圖20 螺旋流道壓力變化情況

圖21 螺旋流道溫度變化曲線

圖22 螺旋流道剪切速率變化情況

從FLOW2000的分析圖表可以看出，流道的溫度變化在4℃之內(nèi)，即流道由于壓力的提高造成的溫度升高不超過(guò)4℃，壓力降為14.1 MPa，對(duì)于此機(jī)頭來(lái)說(shuō)完全滿(mǎn)足機(jī)頭流道的要求。此螺旋流道產(chǎn)生的溫度變化與心形流道相比較大一下些，壓力降也大，但此模擬的結(jié)果數(shù)據(jù)顯示也是符合要求的。

4 基于三層型坯機(jī)頭的平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)研究

4.1 三層型坯機(jī)頭的生產(chǎn)試驗(yàn)

機(jī)器的技術(shù)參數(shù)分為設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，內(nèi)容包括設(shè)備型號(hào)、尺寸和導(dǎo)入或者導(dǎo)出的數(shù)據(jù)等參數(shù)。此三層型坯機(jī)頭的部分技術(shù)參數(shù)如下：

機(jī)器型號(hào)：TDB-50 L×3

最大制品容量（L）：50

工位數(shù)：?jiǎn)?/p>

空循環(huán)（pc/h）：450

擠出機(jī)擠料出量（kg/h）：①號(hào)55；②號(hào)115；③號(hào)55

油泵電動(dòng)機(jī)功率（kW）：22

鎖模力（kN）：260

開(kāi)合模行程（mm）：450-1000

模具最大尺寸（寬×高）（mm）：700×950

儲(chǔ)料量（L）：6.6

單模頭最大口模直徑（mm）：350

單模模頭加熱功率（kW）：21.5

模頭加熱區(qū)段數(shù)：7

吹氣壓力（MPa）：0.8

氣體用量(m3/min)：1.0

冷卻水壓力(MPa)：0.3

用水量（L/min）：85

機(jī)器外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）（m）：5×2.4×4.2

機(jī)器重量（噸）：16

圖23 三層型坯機(jī)頭的生產(chǎn)調(diào)試照片

吹塑機(jī)頭既是一個(gè)獨(dú)立的部件，又是整體的一部分，一臺(tái)吹塑設(shè)備可以更換不同的吹塑機(jī)頭來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，將此三層型坯機(jī)頭裝配在工作設(shè)備上進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)試，如圖23所示。

生產(chǎn)調(diào)試是吹塑機(jī)頭投入使用前的最后一步工作，調(diào)試過(guò)程中主要關(guān)注的內(nèi)容有：

（1）該三層型坯機(jī)頭在吹塑設(shè)備中能否適應(yīng)安裝；

（2）安裝完成后能否正常運(yùn)行，進(jìn)行生產(chǎn)；

（3）在生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)頭的各部件能否滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)工作條件，是否運(yùn)行穩(wěn)定；

（4）實(shí)際生產(chǎn)表現(xiàn)的技術(shù)參數(shù)與理論設(shè)計(jì)參數(shù)有何區(qū)別；

（5）生產(chǎn)出來(lái)的型坯質(zhì)量如何；

（6）生產(chǎn)完成后機(jī)頭的拆卸與清理是否方便；

（7）顯示出其他不足和需要改進(jìn)的地方。

在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中也能看到一些理論設(shè)計(jì)時(shí)忽略或者與理論設(shè)計(jì)不同情況，如進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，液壓缸所需的實(shí)際液壓壓力比理論設(shè)計(jì)的小，這也使得相關(guān)設(shè)計(jì)更加安全可靠。

機(jī)頭的拆裝與清理，吹塑機(jī)頭在擠出熔融塑料的生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束后，內(nèi)部流道會(huì)有剩余的原料殘留，這些殘留的原料在下次進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)將會(huì)作為廢料擠出，有些難以擠出的殘留原料需要進(jìn)行拆卸清理，拆卸后的機(jī)頭相關(guān)零件實(shí)物圖如圖24所示。

圖24 儲(chǔ)料芯和儲(chǔ)料外環(huán)實(shí)物圖

上圖中右邊流道內(nèi)的原料在裝配前需要全部清理干凈，特別是需要換顏色時(shí)，可以更快的實(shí)現(xiàn)換料換顏色的目的。

4.2 三層型坯機(jī)頭吹塑制品性能檢測(cè)

此三層型坯機(jī)頭中空吹塑成型機(jī)經(jīng)調(diào)試生產(chǎn)出的三層中空塑料桶如圖25所示，這種桶一般盛裝化工原料，有些化工原料具有毒性，甚至具有放射性，在運(yùn)輸和使用過(guò)程中難免有跌落撞擊的情況，所以塑料桶要具有一定的韌性和強(qiáng)度，有些化工原料具有揮發(fā)性，所以塑料桶還要在承受一定壓力下具有密封性。韌性需要通過(guò)拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)試，強(qiáng)度需要通過(guò)跌落試驗(yàn)來(lái)測(cè)試，密封性需要通過(guò)測(cè)漏儀器來(lái)測(cè)試。桶身每個(gè)地方的壁厚也非常重要，壁厚均勻性好，桶的各項(xiàng)性能指標(biāo)也會(huì)好。只需要將塑料桶切割開(kāi)來(lái)，用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量，即可計(jì)算出桶的壁厚均勻度。

圖25塑料桶實(shí)物圖

4.2.1 三層塑料桶的拉伸試驗(yàn)

三層型坯機(jī)頭中空吹塑成型機(jī)生產(chǎn)出的三層中空塑料桶的拉伸試驗(yàn)需要用如圖26所示的拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)拉伸樣條進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸樣條如圖27所示。

圖26 拉伸試驗(yàn)機(jī)

圖27 拉伸樣條

做本塑料桶時(shí)，需要同時(shí)制作此樣條，做5個(gè)樣條，可以用拉伸試驗(yàn)機(jī)做5組數(shù)據(jù)。取5組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為結(jié)果。如表1（拉伸試驗(yàn)結(jié)果）所示。

表1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

本樣條材料為HDPE50100高密度高分子量聚乙烯，測(cè)試結(jié)果符合HDPE50100材料的固有特性，做出的桶同樣滿(mǎn)足拉伸韌性的要求。

4.2.2 三層塑料桶的跌落試驗(yàn)

三層型坯機(jī)頭中空吹塑成型機(jī)生產(chǎn)出的三層中空塑料桶的跌落試驗(yàn)是將桶裝滿(mǎn)水，擰緊蓋子，從3米高度自由落體，反復(fù)跌3次，桶不破裂。滿(mǎn)足要求。

4.2.3 三層塑料桶的測(cè)漏試驗(yàn)

三層型坯機(jī)頭中空吹塑成型機(jī)生產(chǎn)出的三層中空塑料桶的測(cè)漏試驗(yàn)是將桶放置在測(cè)漏機(jī)上。測(cè)漏機(jī)一般為差壓型測(cè)漏機(jī)，其原理為：在系統(tǒng)中自備有一個(gè)參考容積（也稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)容積），而被測(cè)系統(tǒng)為另一個(gè)容積，采用一個(gè)受控的閥來(lái)將這兩個(gè)容積連接起來(lái)，當(dāng)同時(shí)對(duì)它們充氣時(shí)，它們的壓力一致，然后關(guān)閉這個(gè)連通的受控閥，在擱置一會(huì)后，因標(biāo)準(zhǔn)容積是全封閉是不會(huì)泄露的，因此它的壓力為充氣壓力，而被測(cè)件若有泄露將會(huì)出現(xiàn)壓力下降，泄露越多，壓力降值越多，直至完全漏完，采用一個(gè)傳感器測(cè)量這兩端的壓力，即可測(cè)出塑料桶是否泄露。本三層塑料桶經(jīng)測(cè)試：不泄露，完全符合要求。

4.2.4 三層塑料桶的壁厚均勻度檢測(cè)

三層型坯機(jī)頭中空吹塑成型機(jī)生產(chǎn)出的三層中空塑料桶的壁厚均勻度檢測(cè)桶是將塑料桶切割開(kāi)來(lái)，用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量，即可計(jì)算出桶的壁厚均勻度。圖28為測(cè)量出的桶身一周各處的壁厚尺寸。

圖28 桶的壁厚尺寸

由圖28可以看出桶的最厚壁厚為4.0 mm，最薄壁厚為3.8，相差0.3 mm。桶的壁厚均勻度按式（1）計(jì)算。

式中

D ——壁厚均勻度,單位為%。

A ——最厚壁厚，單位為mm。

A1——最薄壁厚，單位為mm。

將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得：

此桶的壁厚均勻度符合中空吹塑機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 總結(jié)與展望

本文主要對(duì)“中空吹塑機(jī)成型機(jī)三層型坯機(jī)頭”所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論。

（1）主要對(duì)三層型坯機(jī)頭的整體和內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)液壓控制系統(tǒng)和機(jī)頭型坯出口結(jié)構(gòu)可以借鑒當(dāng)前學(xué)者已有的研究成果，而機(jī)頭中重點(diǎn)的流道結(jié)構(gòu)以及三層流道的整體布置則需要通過(guò)設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證來(lái)確定合理的方案。設(shè)計(jì)時(shí)三維設(shè)計(jì)軟件的使用極大地提高工作效率，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

（2）使用ANSYS Workbench分析軟件對(duì)吹塑機(jī)頭中的關(guān)鍵液壓缸缸筒進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，確定零件符合設(shè)計(jì)要求。

（3）使用FLOW2000分析軟件對(duì)本三層型坯機(jī)頭中的外層流道進(jìn)行了仿真模擬分析，外層流道包括心形流道部分和螺旋流道部分，仿真分析首先建立外層流道的心形流道和螺旋流道的幾何模型，再求解，最后以圖片的形式得到分析的最終結(jié)果。經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，確定流道尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

（4）主要對(duì)三層型坯機(jī)頭進(jìn)行平臺(tái)構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)研究，具體研究?jī)?nèi)容包括：三層型坯機(jī)頭的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)、三層型坯機(jī)頭吹塑制品性能檢測(cè)。對(duì)三層型坯機(jī)頭吹塑制品性能檢測(cè)包括：拉伸試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、測(cè)漏試驗(yàn)和壁厚均勻度檢測(cè)，均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。

隨著塑料制品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，降低原材料成本是塑料制品企業(yè)目前生存下來(lái)的關(guān)鍵。大型單層機(jī)頭中空成型機(jī)必然被多層中空制品生產(chǎn)設(shè)備所取代，因此，對(duì)多層中空制品設(shè)備提出了新的要求和挑戰(zhàn)。中空吹塑成型機(jī)，尤其是大型中空吹塑和多層中空吹塑機(jī)在未來(lái)仍是很有發(fā)展前景的機(jī)械設(shè)備，多層中空吹塑機(jī)頭的相關(guān)技術(shù)更是吹塑設(shè)備中的重點(diǎn)方向。目前國(guó)內(nèi)自行研發(fā)的吹塑設(shè)備在綜合性能上與國(guó)外同類(lèi)先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)還有一定的差距，這也是未來(lái)我國(guó)國(guó)內(nèi)該行業(yè)值得研究和探索的領(lǐng)域。