伯努利效應(yīng)在薄壁塑件空氣頂出中的應(yīng)用

劉 勇

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅蘭州 730050）

1 引言

薄壁塑件具有節(jié)約材料和成本低的優(yōu)點，在一次性餐具等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。航空餐具薄壁杯為一次性用品，使用PP 材料，壁厚為0.5mm。薄壁杯外表面要求平整光滑、線條清晰、無劃傷、無熔接痕、變形、內(nèi)表面不得有頂針痕、澆口要求盡量小，澆口位置表面平整，薄壁杯內(nèi)外表面需達到鏡面光潔度。薄壁杯由于薄壁的原因，為了降低成本，縮短注射周期，要求模具注射周期控制在6s以內(nèi)，對注射成型技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。因此，薄壁杯的注射成型除了對注塑機提出高的要求外，對注射模也提出了更高的要求。本文通過薄壁杯注射模介紹伯努利效應(yīng)在壓縮空氣頂出中的應(yīng)用。

2 模具技術(shù)要求

薄壁杯生產(chǎn)批量巨大，要求塑件具有低的成本。為了縮短制件成型周期，注射模需要使用熱流道系統(tǒng)。因沒有澆道系統(tǒng)冷卻時間的限制，塑件成型固化后便可及時頂出。同時在熱流道模具中因沒有流道凝料，所以無原料浪費，塑件經(jīng)熱流道模具成型后即為成品，無需修剪澆口及回收加工流道凝料等工序，有利于生產(chǎn)自動化。

為了適應(yīng)薄壁杯的生產(chǎn)批量，塑件型腔排位為多腔模具，本副模具采用1出16的型腔排位。在薄壁杯塑料模具成型過程中，塑料熔體溫度在流道系統(tǒng)里得到準(zhǔn)確地控制。塑料可以更為均勻一致的狀態(tài)流入各模腔，從而生產(chǎn)出品質(zhì)一致的塑件。另外，熱流道成型的塑件澆口質(zhì)量好，脫模后殘余應(yīng)力低，塑件變形小。因此采用熱流道注射能夠減少廢品，提高塑件質(zhì)量。

因模具表面的光潔度高，需要采用瑞典一勝百模具鋼材S136，熱處理48～52HRC，使模具具有精密高效長壽命的特點，適應(yīng)高速高壓注射生產(chǎn)。

薄壁杯模具為多腔模具，注射成型時需要承受高速高壓，為了有效防止模具偏心錯位，每個型腔都需要設(shè)計獨立的動定模自鎖結(jié)構(gòu)。針對圓形塑件多腔精密模具，需要每個型腔的零件都具有互換性。

薄壁杯模具要求注射周期控制在6s以內(nèi)，對動定模的冷卻系統(tǒng)提出了很高的要求。要求冷卻水路設(shè)計均勻，氣路與水路交錯排布，壓縮空氣在頂出的同時也具有冷卻作用。

薄壁杯模具要求壓縮空氣頂出，充分利用氣路設(shè)計，必須考慮克服伯努利效應(yīng)對薄壁塑件下落的影響。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 所示為一次性航空杯模具，模具為1 出16 多腔模具，注射成型周期為6s，采用熱流道成型。型腔13 底部設(shè)計定模鑲件3，利于排氣和便于加工。在熱嘴襯套與定模鑲件3之間設(shè)計了冷卻水路和氣路。密封圈9 和密封圈11 密封冷卻水路以免與氣路泄露。定模側(cè)的空氣從定模鑲件3和熱流道板4 之間的氣路通入，然后在定模鑲件3 內(nèi)分成兩路，一路沿著熱嘴襯套與定模鑲件3之間的縫隙進入型腔，密封圈25、密封圈26 和密封圈27 對定模鑲件3 和型腔13 進行密封；另外一路沿定模鑲件3 和型腔13之間的縫隙進入型腔，密封圈28對定模鑲件3 和熱流道板4 之間進行密封，防止壓縮空氣泄露到模外，確保型腔內(nèi)氣壓。

圖1 航空杯氣動頂出模具

型芯部分分為兩部分，鈹銅鑲件12 位于型芯15 的頂端，這是最典型的設(shè)計方式。冷卻水路從型芯的中心進入后，沿著圓周呈輪輻狀8條運水回路冷卻型芯。密封圈21、密封圈22 和密封圈23 對冷卻回路進行密封。鈹銅鑲件12與型芯15之間的縫隙也設(shè)計了壓縮空氣內(nèi)側(cè)回路，氣路同樣沿圓周方向呈輪輻狀設(shè)計8條，與冷卻水路錯開角度，避開冷卻運水。

分型面的吹氣由通氣桿31 承擔(dān)。分型面打開后壓縮空氣由通氣孔29 進入，高壓氣體將通氣桿31 吹起，空氣從其頂部吹氣口噴出，沿圓周方向呈輪輻狀8條氣流將塑件托舉，定模的氣流從航空杯底部和靠近底部側(cè)面吹出，杯內(nèi)的氣流與外部氣流形成合力，將塑件實現(xiàn)脫模。

進氣座37 和進氣座41 固定在定模，閥桿38 固定在動模。壓縮空氣通過進氣座37和進氣座41連接軟管進入模具。閥桿38 沿開模方向移動，控制進氣口40啟閉。

4 伯努利效應(yīng)

任何一個在開模時有真空現(xiàn)象產(chǎn)生的型腔和型芯都應(yīng)設(shè)計引氣裝置。氣動頂出時利用壓縮空氣在模具上設(shè)置氣道和細小的頂出氣孔直接將塑件吹出產(chǎn)品上不留頂出痕跡適用于薄件或長筒形塑件。

壓縮空氣頂出適用于任何杯型塑件，當(dāng)壓縮空氣進入型芯與塑件之間時，有足夠的壓力將塑件推出型芯。對于薄壁杯型件，塑件由于受力可能會從型芯吹出后飛向型腔內(nèi)，影響注射成型周期。使用空氣頂出時，必須考慮伯努利效應(yīng)。側(cè)壁在一定的角度范圍內(nèi)，如果空氣進入型芯的位置設(shè)計不正確，將會發(fā)生這種效應(yīng)?？諝庋刂托九c塑件之間流出，在塑件的開口端，在塑件內(nèi)側(cè)將會形成低壓狀態(tài)，這將抵消壓縮空氣施加在塑件上的力。

這種效應(yīng)帶來的后果是塑件頂出一段距離后停止，然后漂浮在空氣中，不從模芯上落下，吹氣口可防止伯努利效應(yīng)的發(fā)生，氣壓和氣流引發(fā)的空氣流動可以有效解決這個問題，從定模型腔側(cè)和型芯側(cè)吹氣是常見的作法。另一種做法是除了定模型腔側(cè)和型芯側(cè)吹氣外，在分型面處增加吹氣，復(fù)合氣流可有效將塑件吹落脫模。

5 壓縮空氣頂出設(shè)計要點

壓縮空氣頂出的設(shè)計要點如下：①進入型腔和型芯的空氣壓力可以調(diào)節(jié)，通氣孔尺寸可調(diào)；②依據(jù)開模行程計算閥桿的移動距離，自動控制進氣口啟閉；③根據(jù)注射周期的要求，控制通氣時間，一般在1s以下；④型腔和型芯的吹氣時序要設(shè)計合理，同時能夠調(diào)節(jié)；⑤吹氣孔的位置設(shè)計要合理，便于形成托舉合力。

此外，壓縮空氣頂出的模具型腔需要提高加工精度，避免塑料溢入型腔之間的間隙，壓縮空氣必須經(jīng)過凈化，無水分、油污和雜質(zhì)進入空氣通道。生產(chǎn)高級食品包材和醫(yī)療用品的容器，壓縮空氣直接接觸塑件表面時，在接入前應(yīng)對空氣進行消毒。

氣動脫模常用于大型、深腔、薄壁或軟質(zhì)塑件的推出，這種模具必須在模具中設(shè)置氣路和氣閥等結(jié)構(gòu)，開模后，壓縮空氣（通常為0.5～0.6MPa）通過氣路和氣閥進入型腔，將塑件脫離模具。

薄壁塑件對定模鑲件的黏附力以及對動模的包緊力都很大，由于真空吸附，這種塑件開模時很容易留在定模一側(cè)，或者留在哪一側(cè)不確定。為了保證塑件開模時留在動模，必須在定模側(cè)設(shè)置進氣閥結(jié)構(gòu)，開模時打開定模進氣閥，將塑件推出定模。對于深腔類塑件無法利用推桿推出，設(shè)計引氣裝置克服真空，采用氣壓推出的辦法，效果明顯。

薄壁塑件對注射工藝要求非常高，要求高速高壓，必須要使用高速注塑機才可以注射。

6 結(jié)束語

薄殼成型通常使用高性能專用模具，此模具必須能承受高壓、高速注射，具有高剛度、高強度和極好的排氣性、冷卻性及良好的頂出性能。根據(jù)薄壁深腔塑料件的結(jié)構(gòu)特點，通過設(shè)計合理的冷卻回路和壓縮空氣氣路，有效地克服伯努利效應(yīng)的不利影響，利用伯努利效應(yīng)的積極因素，使塑件推出過程平穩(wěn)，模具能夠高速高效運行。通過模具投產(chǎn)以來的使用來看，各項指標(biāo)完全達到了模具式樣書的規(guī)定。