中空吹塑成型是一種發(fā)展迅速的塑料加工方法,分為擠出吹塑和注塑吹塑,目前,已發(fā)展成為僅次于注塑成型和擠出成型的第三大塑料制品成型方法。洗發(fā)水瓶是一種中空制件,在日常生活中隨處可見,結(jié)構(gòu)上一般為瓶口比瓶身小得多,無法用注塑成型方法一次成型,需要用中空吹塑成型生產(chǎn)。擠出吹塑模具具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工藝簡單、效益高等特點(diǎn)。筆者對一款洗發(fā)水瓶的擠出吹塑模具進(jìn)行了設(shè)計。
1 洗發(fā)水瓶結(jié)構(gòu)分析
洗發(fā)水瓶的示意圖如圖1所示。
因高密度聚乙烯(PE-HD)容器手感好,質(zhì)輕,無毒無味,適用于洗發(fā)水的包裝,瓶體選用PE-HD材料,其密度為0.95 g/cm 。洗發(fā)水瓶的容積為450 mL,壁厚約為1.0 mm??蛻粢蟪尚偷漠a(chǎn)品無飛邊,分模線處要結(jié)合平整,無錯位,無明顯分模線痕跡。
2 擠出吹塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
在塑料中空制品生產(chǎn)中,吹塑制品的質(zhì)量和產(chǎn)量除了受到吹塑設(shè)備的精度及其自動化程度的影響外,主要受吹塑模具結(jié)構(gòu)和模具加工質(zhì)量的影響。在模具結(jié)構(gòu)方面,切坯口的結(jié)構(gòu)、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)置合適與否,對制品質(zhì)量和產(chǎn)量有著非常大的影響。
2.1 擠出吹塑模具整體結(jié)構(gòu)
擠出吹塑模具主要是由兩瓣凹模型腔(陰模)構(gòu)成,吹塑成型時模具應(yīng)滿足以下要求:
(1)可成型形狀較復(fù)雜的中空制品;
(2)能有效地夾斷型坯,并保證制品接合線的強(qiáng)度;
(3)能有效和快速排氣;
(4)能快速、均勻地冷卻塑料制品,并減小模具壁內(nèi)的溫度梯度,以減少成型時間與制品翹曲量。
由于洗發(fā)水瓶相對來說比較小,生產(chǎn)批量大,從降低制造加工模具成本和保證模具精度等方面綜合考慮,擠出吹塑模具采用一模兩腔結(jié)構(gòu),整體設(shè)計借助Pro/E 4.0軟件完成。在Pro/E 4.0中,完成整套模具的設(shè)計流程為:首先依據(jù)原始尺寸建立洗發(fā)水瓶的原始三維模型,其次在“制造”模塊,以子類型為“模具型腔”新建文件,調(diào)入前面建好的三維模型并做好一模兩腔的布局,按“按尺寸”規(guī)則設(shè)置參照模型的縮水率為2%,適當(dāng)放大原模型,以抵消制品吹漲后冷卻時在尺寸上產(chǎn)生的收縮,然后創(chuàng)建毛坯工件,進(jìn)行分型面設(shè)計,再利用分型面分割體積塊并抽取模具元件,再在模具元件上進(jìn)行切坯口、余料槽、排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,最后進(jìn)行導(dǎo)柱、導(dǎo)套等輔助部分的加工設(shè)計。
洗發(fā)水瓶的擠出吹塑模具由兩瓣完全對稱的凹模型腔組成,最終完成的凹模型腔的組合結(jié)構(gòu)如圖2所示。
合模之前,擠出型坯逐漸從擠出機(jī)機(jī)頭擠入兩瓣凹模型腔的中間,達(dá)到所需的型坯長度后,兩瓣凹模同時向中心靠攏,位于另一半凹模上的導(dǎo)柱插入導(dǎo)柱孔4,在吹塑機(jī)的鎖模力作用下鎖緊模具,瓶口嵌塊2與瓶底嵌塊6上的切坯口切除多余的坯料,然后,吹氣桿從瓶口部分插入,成型瓶口并通人壓縮氣體吹漲瓶坯得到洗發(fā)水瓶制品。開模時,兩瓣凹模同時向外分開,脫出制品。
2.2 分型面的選擇
分型面設(shè)計是設(shè)計吹塑模具時首先要考慮的一個問題。分型面的位置應(yīng)使模具對稱,減小吹脹比,易于制品脫模。因此,分型面的位置由吹塑制品的形狀確定。洗發(fā)水瓶的外形類似橢圓形,對橢圓形容器,分型面應(yīng)通過橢圓形的長軸,吹塑模具以分型面為界,設(shè)計成相配合的兩個對稱半模,半模結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.3 切坯口和余料槽設(shè)計
在吹塑成型過程中,模具閉合的同時應(yīng)將多余的料切斷,所以擠出吹塑模具的瓶口和瓶底部位均設(shè)有切坯口,它不僅起切斷余料的作用,同時在吹脹之前,它還起著在模內(nèi)夾持封閉型坯的作用。設(shè)計瓶口和瓶底嵌塊時應(yīng)主要考慮切坯口與余料槽的結(jié)構(gòu),它們對吹塑制品的成型與性能有重要的影響。
洗發(fā)水瓶的頸部和底部均采用嵌塊設(shè)計,切坯口位于嵌塊上,做成一個整體,有助于切去頸部余料,減少裝配誤差。擠出吹塑模具的??诓糠謶?yīng)是鋒利的切口,以便切斷型坯。切斷型坯的切坯口的寬度約為0.5~2.5 mm,過小會減小吹塑制品接合縫的厚度,降低其接合強(qiáng)度,甚至容易切破型坯導(dǎo)致制品不易或不能吹脹;過大則無法切斷多余的尾料,甚至無法使模具完全閉合,導(dǎo)致制品出現(xiàn)明顯的合模飛邊或在合模處向外凸。取切坯口寬度為1mm。
在夾坯口刃口后方開設(shè)余料槽,其位于模具分型面上。余料槽的深度對吹塑制品的成型有很大影響,尤其是對直徑大、壁厚小的型坯。因此,余料槽的槽深選擇要合適,每半邊模具的余料槽深度取型坯壁厚的90%,即0.9 mm。切坯口和余料槽的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
與注塑成型相比,成型容積相同的中空制品時,吹塑模具內(nèi)排出的空氣量要比注塑成型模具多得多,而且吹塑模具內(nèi)的壓力很小,空氣不易排出模外,因此,對吹塑模具的排氣功能要求較高。排氣不良將導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)粗糙、凹痕、表面文字或圖案不清晰等缺陷,另外,還會延長制品的冷卻時間,造成制品壁厚分布不均勻,降低制品的力學(xué)性能。對于PE-HD吹塑制品,為使制品有光滑的表面,一般需要對模具型腔表面作噴砂處理,使模具型腔表面稍微有些粗糙,因為這樣能在模具型腔內(nèi)提供表面微小的網(wǎng)狀排氣通道,使模具型腔易于排氣。此洗發(fā)水瓶的制造材料為PE-HD,故采用的排氣方法是:在模具型腔表面進(jìn)行噴砂處理并在分型面上開設(shè)排氣槽。排氣槽采用先淺后深,先窄后寬的形式進(jìn)行銑削加工。由于洗發(fā)水瓶的外觀要求較高,排氣槽深度的選取要恰當(dāng),不應(yīng)在制品上留下痕跡。對于外觀要求高的制品,排氣槽寬度可取5~25 mm。故在靠近內(nèi)腔壁處設(shè)計淺槽的槽深僅為0.02 mm,槽寬為13 mm,長為1.5 mm,以免在制品上留下明顯的痕跡;之后深槽的槽深擴(kuò)大至1.5 mm,槽寬為16 mm,一直延伸至模外,以順利排氣。
2.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
由于洗發(fā)水瓶模具的尺寸比較小,采用的冷卻方式與注塑模具類似,直接在模壁內(nèi)縱、橫方向鉆出冷卻水通道,其特點(diǎn)是冷卻水直接接觸模體散熱,結(jié)構(gòu)簡單,冷卻效果較好。冷卻水從模具底部進(jìn)去,出口處設(shè)在模具的頂部,一方面可避免產(chǎn)生空氣泡,另一方面是因為出口處的冷卻水經(jīng)過熱傳導(dǎo)后,其水溫比人口時高,能使冷卻水按自然升溫的方向流動,有利于模具溫差的均勻性。通常冷卻水通道的直徑一般為10~15 mm冷卻水通道的孔徑取12 mm,冷卻水通道的排布如圖2所示。
3 結(jié)語
設(shè)計了容量為450 mL的洗發(fā)水瓶擠出吹塑模,采用一模兩腔,切坯口寬度設(shè)計為1mm,分型面上開設(shè)排氣槽,直接在模壁內(nèi)縱、橫方向鉆出冷卻水路進(jìn)行冷卻。經(jīng)生產(chǎn)驗證,該模具切坯、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)效果好,成型的制品質(zhì)量較好,制品表面輪廓清楚、光滑,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。