基于UG的飲料瓶中空吹塑模具設(shè)計(jì)

佟克偉

摘 ? 要：經(jīng)濟(jì)水平的提升直接擴(kuò)大了塑料產(chǎn)品的使用范圍。吹塑成形作為塑料加工領(lǐng)域非常關(guān)鍵的一種成型方法，在吹塑生產(chǎn)中應(yīng)用卻存在諸多缺陷，人們往往需要通過(guò)修模與試模的方式獲得理想的效果。但是就生產(chǎn)效率來(lái)說(shuō)，無(wú)法滿足高效生產(chǎn)的需求。應(yīng)用CAE軟件能夠滿足模擬設(shè)計(jì)要求，使模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到提升，減少了生產(chǎn)時(shí)間。本文對(duì)中空吹塑模具進(jìn)行模具材料選擇、模具分型設(shè)計(jì)、定位和導(dǎo)向設(shè)計(jì)、模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，利用三維模具設(shè)計(jì)將模具設(shè)計(jì)時(shí)間縮短，節(jié)省生產(chǎn)成本，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

關(guān)鍵詞：中空吹塑模具 ?模具設(shè)計(jì) ?UG建模

中圖分類號(hào)：TG76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0110-02

中空吹塑成型是通過(guò)壓縮空氣，讓熱型坯被封閉于模具當(dāng)中，期間體積不斷膨脹，但其完全冷卻定型之后進(jìn)行脫模處理，便可以獲得中空塑料制品[1]。中空吹塑是三大塑料成型技術(shù)之一，同時(shí)也是增長(zhǎng)較為迅速的一種塑料成型方式[2]。中空吹塑的生產(chǎn)成本不高，操作過(guò)程中工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)效率高。以上優(yōu)點(diǎn)的存在，也使中空吹塑成型在的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)中空吹塑成型的普及。

1 ?中空吹塑模具設(shè)計(jì)

1.1 中空吹塑模具的材料選擇

500mL飲料瓶中空吹塑模具主要采用的材料是鋁合金，其原因是注塑成型的注塑壓力大于吹塑成型充氣壓力，除此之外，鋁合金材料在中空吹塑中應(yīng)用也體現(xiàn)出其他的優(yōu)勢(shì)，例如熱傳導(dǎo)能耗，可以使吹塑模具快速冷卻，技術(shù)人員可以使用鑄造成型的方式進(jìn)行加工，且加工工藝操作簡(jiǎn)便。鋁合金和鋼制模腔對(duì)比，其重量更輕，這也是其應(yīng)用在中空吹塑中的優(yōu)勢(shì)之一。

盡管鋁合金有諸多優(yōu)勢(shì)，但也存在硬度不高、耐磨性能差等不足。以上問(wèn)題的存在，直接影響到模具使用期限。尤其是隨著吹塑成型技術(shù)的提升，吹塑制品尺寸、形狀精準(zhǔn)度也面臨更高的要求，因此吹塑制品批量生產(chǎn)的過(guò)程中，采用碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行模具型腔生產(chǎn)成為常見(jiàn)現(xiàn)象。此次中空吹塑模具的設(shè)計(jì)，為了切實(shí)提升模具型腔與模具的強(qiáng)度，在選擇模具材料時(shí)，對(duì)強(qiáng)度、耐磨性作出綜合分析，以碳素結(jié)構(gòu)鋼鑲件為主，一方面提升了模具導(dǎo)熱性能，另一方面也使使用期限延長(zhǎng)。

1.2 中空吹塑模具的分型設(shè)計(jì)

500mL飲料瓶屬于小型中空制品，容器零件口部同時(shí)作為吹管入口與塑料零件口。由于飲料瓶瓶口有螺紋，成型塑料螺紋、加工金屬螺紋之間存在明顯的差異，所以設(shè)計(jì)階段的要求也比較特殊。

（1）螺紋小于3級(jí)精度，如果拆卸頻率比較高的螺紋，在制造階段可以相對(duì)較松。根據(jù)化工部標(biāo)準(zhǔn)《瓶口螺紋》設(shè)計(jì)也可設(shè)計(jì)成不完全螺紋式，凸緣式或凸環(huán)式的螺紋。（2）設(shè)計(jì)與作業(yè)階段不建議使用長(zhǎng)螺紋。且螺紋的長(zhǎng)度要小于直徑二倍。如果必須要使用長(zhǎng)螺紋，這時(shí)壁厚也要隨之增加，并且計(jì)算收縮率，以此明確螺距收縮量。

設(shè)計(jì)模具之前，應(yīng)該要了解塑料零件性能與成型收縮率，明確模具與機(jī)頭結(jié)構(gòu)。如果塑料的流動(dòng)性能差、溫度范圍窄，必須要控制擠出力，轉(zhuǎn)角位置要有圓弧過(guò)渡，模具采用冷卻成型的方式，期間要保證溫度控制系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性。如果采用透明塑料，模具工作面務(wù)必要保證光潔度，塑料的流動(dòng)性好要嚴(yán)格控制模具的合模間隙防止溢料。此外，500mL中空吹塑模具結(jié)構(gòu)與其他種類的中空吹塑模具存在差異。因此容量為500mL的飲料瓶中空吹塑模具設(shè)計(jì)，其中包括左模與右模，如圖1所示。

1.3 中空吹塑模具定位與導(dǎo)向設(shè)計(jì)

在吹塑模具的設(shè)計(jì)期間，定位元件可以對(duì)裝配期間的模具相對(duì)位置提供保護(hù)，以免因?yàn)槎ㄎ皇д`而導(dǎo)致模具成型零件破損，模具裝配工作結(jié)束后，保證模具運(yùn)行期間的型腔要繼續(xù)維持相對(duì)位置、形狀，和元件有效連接。模具合模期間導(dǎo)向元件非常重要[3]。模具閉合環(huán)節(jié)，導(dǎo)向元件要先進(jìn)行接觸，控制合模部位順延規(guī)定運(yùn)動(dòng)方向與位置及時(shí)閉合，以免動(dòng)模、靜模閉合期間碰撞，對(duì)動(dòng)模、靜模內(nèi)部相關(guān)零件造成損壞。設(shè)計(jì)容量為500mL的飲料瓶中空吹塑模具，主模設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要對(duì)鑄造、加工、熱變形等影響因素進(jìn)行考慮，模具設(shè)計(jì)分別按照左模、右模的順序進(jìn)行，模具裝配期間，左模、右模之間要裝配連接。建議通過(guò)一面兩銷定位主模的位置。模具合模、開(kāi)模操作要保證左右模運(yùn)動(dòng)同步進(jìn)行，所以左右模中間要有正確的導(dǎo)向，提高左右模定位準(zhǔn)確性，以免最終制品因?yàn)楹夏Ｕ`差形成不同軸的現(xiàn)象。

1.4 中空吹塑模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

500mL的中空吹模具尺寸比較小，模具處于閉合狀態(tài)下，左右模豎直的高度、水平方向長(zhǎng)寬分別為250mm、160mm、140mm。冷卻設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要對(duì)中空吹塑比較常用的冷卻方式進(jìn)行對(duì)比，與500mL中空吹模具實(shí)際情況相結(jié)合，最終決定本次設(shè)計(jì)通過(guò)預(yù)埋式冷卻水路這一方法。設(shè)計(jì)過(guò)程中要選擇合理的鑄造加工技術(shù)，充分考慮模具加工環(huán)節(jié)難度、熱變形相關(guān)影響因素，將模具分割成為左模、右模，隨后再開(kāi)始單獨(dú)的加工，例如左模主模的冷卻設(shè)計(jì)，通過(guò)黃銅管將其提前彎制成冷卻水路的形狀，隨后開(kāi)始鑄造模具毛坯，完成加工的冷卻水路應(yīng)用定位裝置固定于模具毛坯當(dāng)中。澆筑熔融鋁合金到主模毛坯模型的內(nèi)部。模具毛坯建議使用鑄鋁材料，因?yàn)殍T鋁的鑄造性較好，且熔點(diǎn)低，純鋁熔點(diǎn)為600℃，所以可以保證模具毛坯鑄造期間的鑄件質(zhì)量、尺寸精準(zhǔn)度與光潔性。除此之外，采用砂型鑄造與數(shù)控加工可以達(dá)到表面要求。鑄鋁的凝固潛熱較大，如果重量一致，鋁液凝固時(shí)間延續(xù)比鑄鋼、鑄鐵更長(zhǎng)。因?yàn)殍T鋁本身的流動(dòng)性極佳，以上特征都為500mL中空模具主模制作提供優(yōu)勢(shì)，也是成為模具材料的因素之一[4]，如圖2所示。

1.5 中空吹塑模具裝配設(shè)計(jì)

在UG建模中，將完整的模具組合安裝以后，可以生成模具的爆炸圖[5]，如圖3所示。爆炸圖可以在整個(gè)裝配圖中分解特定部件的圖形，在該裝配中的部件按照裝配組合關(guān)系離開(kāi)原來(lái)所在的位置。爆炸圖能讓我們更加清晰地了解到模具中各個(gè)零部件的組合關(guān)系[6]。

2 ?結(jié)語(yǔ)

中空吹塑模具設(shè)計(jì)為左右模兩大部分組成，在模具的CAD設(shè)計(jì)中模具的內(nèi)腔尺寸主要與500mL飲料瓶的外形、制品縮水率有關(guān)。設(shè)計(jì)尺寸與模具運(yùn)行狀態(tài)下的使用、剛度要求一致。設(shè)計(jì)模具定位和導(dǎo)向原件，分析模具生產(chǎn)過(guò)程和工作中的受力情況，初步?jīng)Q定模具采用鑄鋁，冷卻水管為銅，通過(guò)計(jì)算得出冷卻管的尺寸，并采用預(yù)埋式冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案模具部分預(yù)埋式冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局，最后應(yīng)用軟件對(duì)模具模擬裝配。采用三維設(shè)計(jì)的方式設(shè)計(jì)模具，可以將模具設(shè)計(jì)周期縮短，節(jié)省生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本，保證中空吹塑產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦超，肖志林.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[J].塑料包裝，2015，25（5）：37-40.

[2] 王杰.淺析高分子材料成型加工技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（2）：3809.

[3] 臧金友.注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化探討與其自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究[J].四川水泥，2017（6）：109.

[4] 林冰靚.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的低壓鑄造工藝[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[5] 張超，劉國(guó)強(qiáng)，孫金平， 等.基于UG的模具裝配技術(shù)[J].山東機(jī)械，2004（6）：20-22.

[6] 曲祥.基于UG的模具三維建模與裝配設(shè)計(jì)[D].華北電力大學(xué)，2011.