塑料油箱吹塑模具設(shè)計

分散吹塑固體的形成始于20世紀30年代初?，F(xiàn)在它是繼注射形成和分散形成之后的第三個塑料形成方法。吹塑模具結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工藝簡單、效益高,目前主要用來成型中空容器和工業(yè)制件,如應(yīng)用在汽車、摩托車、機械、軍事等領(lǐng)域的中空制件。塑料油箱是一種中空工業(yè)制件,一般采用高密度聚乙烯(UHMWPE)制造,與金屬油箱相比,塑料油箱具有質(zhì)量輕、造型靈活、不易發(fā)生爆炸、燃油滲漏率小、耐腐蝕、制造工藝簡單等優(yōu)點,因而塑料油箱取代金屬油箱是未來發(fā)展的必然趨勢。筆者現(xiàn)就塑料油箱的擠出吹塑成型工藝及模具設(shè)計作一介紹。1盤多采用g/cm3制件見圖2塑料油箱如圖1所示。其材料為HDPE,密度為0.95g/cm3。油箱質(zhì)量為385g,容積為1L,最小壁厚要求大于等于1.5mm。制件形狀不對稱,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在成型過程中若壁厚不均,會導(dǎo)致各個部位變形量不一致。2吹塑模具的設(shè)計2.1吹塑模具的使用吹塑模具主要是由兩瓣陰模構(gòu)成,主要作用為:賦予制件形狀和尺寸,并使制件冷卻固化。對吹塑模具的主要要求有:(1)成型塑料件的形狀尺寸符合要求;(2)能有效夾斷型坯,并保證塑料件接合縫接合緊密,強度較高;(3)能有效和快速排氣;(4)能快速、均勻地冷卻塑料件,盡量使模具壁內(nèi)的溫度均勻,減少成型時間與塑料件翹曲。吹塑模具一般采用一模一腔結(jié)構(gòu),這樣使得模具結(jié)構(gòu)簡單,加工容易,成本低。在塑料油箱的擠出吹塑成型生產(chǎn)過程中可采用兩工位或多工位進行生產(chǎn),以提高生產(chǎn)效率。該塑料油箱的吹塑模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。油箱的進油孔設(shè)置在模具上方,距模具上端面盡量短,可減少型坯的長度,提高材料的利用率。型腔周邊設(shè)置了切邊刃口、壓縮段和余邊槽,以切斷余邊和使型坯在接合縫處接合緊密,且強度較高。模具由導(dǎo)柱和導(dǎo)套配合導(dǎo)向,由于導(dǎo)柱和導(dǎo)套間為間隙配合,為保證兩瓣模具成型時定位的準確性,減少塑料件錯移,采用了對稱的錐面定位裝置14。2.2模具分型面的設(shè)置在設(shè)計吹塑模具時首先要考慮分型面的選擇,合理的分型面是減少吹脹比的差異、使塑料件壁厚較均勻、保證塑料件順利成型的先決條件。合理的分型面還可以簡化模具結(jié)構(gòu),易于制件脫模。分型面應(yīng)設(shè)置在制件最大輪廓處。分型面的選擇應(yīng)盡量保證型腔在分型面兩側(cè)的深度相等,保證型坯吹脹過程中在分型面兩側(cè)的形變量趨于一致,以保證塑料件的壁厚均勻。通過分析該制件的結(jié)構(gòu),確定最終的分型面為階梯曲面形狀,如圖3所示。2.3開裝閥、排氣排氣是吹塑模設(shè)計不可忽視的問題。對于吹塑模具,要排除的空氣體積等于模腔容積減去完全合模瞬間時型坯的體積。在型坯與模腔之間有較多的夾留空氣存在,若夾留在型坯與模腔之間的空氣無法完全排除或盡快排除,型坯就不能快速地吹脹,吹脹后也不能與模腔良好地接觸(尤其是拐角部分),會造成制件表面出現(xiàn)粗糙、凹陷或表面文字、圖案不清晰等缺陷,影響制件的外觀性能與外部形狀。排氣不良還會延長制件的冷卻時間,造成制件壁厚分布不均勻,降低制件的力學(xué)性能。故應(yīng)開設(shè)足夠的排氣通道以保證制件能夠成型飽滿。由于該模具分型面外側(cè)均勻地設(shè)置了切邊刃口、壓縮段和余邊槽,成型時余料將分型面封閉,氣體無法從分型面處排除,故該模具只能以在模腔中開設(shè)排氣孔的形式排氣。排氣孔應(yīng)開設(shè)在模腔易存氣的部位或最后成型的部位,比如拐角處等。該模具采用的是在模腔各個拐角處開設(shè)排氣孔的方法排氣。排氣孔直徑應(yīng)盡量小,以免在塑料件上留下明顯的痕跡。該模具排氣孔的直徑取0.3mm,鉆孔深度取1.2mm左右。為方便鉆孔,在模腔之外排氣通道的直徑擴大為3mm以上,并在模腔板底部的排氣通道處開設(shè)寬為7mm、深為2mm的槽,這樣更有利于排氣,如圖4所示。2.4厚壁塑料模具幾乎所有的熱塑性塑料成型工藝如擠出成型、注射成型、真空成型等,其成型周期在很大程度上取決于塑料的冷卻時間長短。對吹塑成型尤其如此,因為其冷卻時間占成型周期的60%以上,對厚壁塑料件則達90%。若冷卻不均勻會使塑料件各部位的收縮率存在差異,引起制件翹曲、瓶頸歪斜等現(xiàn)象。該模具采用的是直通式冷卻方式,即直接在模板上鉆孔,模外串聯(lián)形成冷卻回路,通入冷卻介質(zhì)進行冷卻,如圖5所示。特點是冷卻介質(zhì)直接接觸模體傳導(dǎo)熱量,結(jié)構(gòu)簡單,冷卻效果較好。其中冷卻水管的直徑為8mm,相鄰兩冷卻水孔的中心距如圖5所示。冷卻水管離型腔表面不應(yīng)太近也不宜太遠,一般不超過冷卻水孔直徑的1～2倍,以12～15mm為宜,本模具取12mm。冷卻介質(zhì)為水,入口溫度為20℃,出口溫度為27℃。3擠出時的流道設(shè)計由擠出機提供的塑料熔體通過擠出機頭成型為型坯。型坯機頭對型坯與吹塑制件的成型質(zhì)量有很大影響。擠出機頭的口模與芯棒是確定型坯尺寸和形狀的主要因素。設(shè)計口模與芯棒的形狀和尺寸要考慮諸多因素,如塑料件的尺寸(直徑、壁厚)、質(zhì)量、形狀、吹脹比(一般取2～4)及塑料的性能(如型坯的離模膨脹和垂伸)等。該型坯在擠出過程中采用儲料缸式機頭、發(fā)散口模結(jié)構(gòu)形式。擠出機頭如圖6所示。擠出機塑化熔體并將熔體通過擠出機流道20側(cè)向擠入模頭內(nèi)芯13的螺旋流道,一部分熔體沿螺旋流道流動,另一部分熔體沿套筒10與模頭內(nèi)芯13螺桿的間隙軸向漏流。螺旋流道的深度沿螺旋方向逐漸變小,螺棱頂面與套筒的間隙則沿軸向逐漸增加,螺旋流動逐漸減少,軸向漏流相應(yīng)地增加。當螺旋流道深度為零時,流動完全被軸向流動所替代。帶螺槽的模頭內(nèi)芯主要起分流作用,同時也對熔體進行進一步的塑化、壓縮,側(cè)向擠入的熔體沿螺旋流道流動,使得熔體流動均勻,分流后繞過模頭內(nèi)芯的熔體熔接良好,無熔接痕。熔體沿內(nèi)芯流入儲料缸15內(nèi),將壓料活塞11頂起,當儲料量達到設(shè)定值后,壓料活塞在注射液壓油缸活塞桿2的作用下下行,將熔體擠出。同時,壁厚控制器根據(jù)用戶在面板上設(shè)定的型坯壁厚軸向變化曲線,輸出大小變化的電壓信號至電液伺服閥,電液伺服閥控制伺服油缸驅(qū)動與油缸活塞桿1連接在一起的芯棒19上下移動,調(diào)整口模間隙,控制型坯壁厚。3.1型坯尺寸設(shè)計原則口模是成型型坯外表面的零件。塑料熔體通過口模成型為型坯時,會出現(xiàn)離模膨脹和垂伸現(xiàn)象,離模膨脹會使型坯徑向尺寸增大,縱向尺寸縮小;而垂伸則相反,所以型坯的尺寸要由兩者的綜合效應(yīng)來決定。油箱塑料件擠出吹塑成型時,型坯的徑向尺寸要覆蓋吹塑模具模腔水平方向的分型面的輪廓,才能保證塑料件成型。因此要根據(jù)這一原則來設(shè)計口模通道的尺寸。本產(chǎn)品所需要的口模直徑為105mm,定型長度為28mm,結(jié)構(gòu)如圖7所示。3.2口模長度的確定芯棒是成型型坯內(nèi)表面的零件,與口模一起確定型坯的形狀、壁厚和質(zhì)量。芯棒由收縮段和成型段組成,成型段長度即口模成型段的長度,收縮段與機頭流道形成一個由大到小的錐形環(huán)隙,對物料起壓縮作用,使被模頭內(nèi)芯上的螺紋分隔的塑料熔體在高壓下熔合在一起。芯棒直徑D按式(1)確定:D=D12?2WπLρ?????????√(1)D=D12-2WπLρ(1)式中:D1——口模直徑;W——制件質(zhì)量;L——制件長度;ρ——樹脂密度。計算可得:D=98.389mm,取整數(shù)D=98mm,芯棒結(jié)構(gòu)如圖8所示。4塑料油制造工藝4.1料筒溫度及模具溫度、吹氣壓力、冷卻時間、成型周期原料采用Basell公司生產(chǎn)的牌號為4261AG的HDPE。擠出吹塑成型條件如下:收縮率取1.5%～3.0%;料筒溫度1～5段分別為165、170、170、175、180℃;口模溫度為190℃;模具溫度為40～80℃;吹脹壓力為0.6～0.8MPa;吹氣時間為15～20s;冷卻時間為30～50s;取件時間為8～15s;成型周期為60～90s;擠出機為單螺桿式,擠出機頭為活塞式,擠出速率為100～180cm3/s。4.2吹塑模具模具的成型該塑料油箱的擠出吹塑工藝過程為:首先,開啟的吹塑模具移至擠出機頭下方,擠出機在兩瓣吹塑模具中擠出型坯,達到要求的長度后,吹塑模具合模,截斷型坯后從擠出機頭下方移出,成型油箱進油孔的凸模前行,與型坯和吹塑模具接觸,凸模中心開有氣體通道,壓縮空氣由此引入型坯中,吹脹型坯,