吹塑成型技術(shù)

1、第1章 吹塑成型基礎(chǔ)1.1 定義塑料吹塑成型是一種生產(chǎn)中空塑料制品的加工過(guò)程,它僅適用于熱塑性塑料,例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，及工程塑料如聚碳酸酯等。吹塑成型加工的三種主要方法是：擠出吹塑成型、注塑吹塑成型和拉伸吹塑成型。1.2 基本加工過(guò)程吹塑成型加工過(guò)程可分為三個(gè)階段：1) 熔融塑化 利用擠出機(jī)或注塑機(jī)使原料熔融；2) 型坯成型 利用擠出機(jī)機(jī)頭和口?；蜃⑺苣＞叱尚托团鳎?) 吹塑成型 利用輔助的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣并用液壓夾緊裝置夾緊模具成型制品。上述成型加工過(guò)程中，首先是需要生產(chǎn)管坯，通常稱為型坯，此術(shù)語(yǔ)來(lái)源于玻璃工業(yè)?？梢杂脭D出機(jī)或注塑機(jī)生產(chǎn)型坯，常將注塑機(jī)生產(chǎn)的型

2、坯稱為預(yù)成型。吹塑過(guò)程是將熱的型坯或坯料送入吹塑模具內(nèi)，模具閉合的同時(shí)夾緊型坯，然后將熱的管坯吹到冷的模具壁上，冷卻定型后頂出制品。多數(shù)情況下，中空制品需要后加工，例如去除飛邊、印刷、貼標(biāo)簽、灌入產(chǎn)品等。一些制品上的鉆孔、研磨操作等可用自動(dòng)操作設(shè)備完成，基本的吹塑加工過(guò)程見(jiàn)圖1.1。1.3 吹塑歷史玻璃、塑料、鋁是現(xiàn)今吹塑制品的三種原材料?，F(xiàn)代的塑料吹塑成型技術(shù)是從玻璃吹塑制品中發(fā)展起來(lái)的，如圖1.2所示。這種方法是公元前1世紀(jì)由敘利來(lái)玻璃工人首先發(fā)明的。他們把吹管末端的玻璃泡吹成許多帶有手柄、底座并隨意附加一些裝飾物的制品。在中世紀(jì)，由英國(guó)和歐洲的一些地方將這種加工技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和完善并使之

3、成為一種重要的商品工業(yè)。1.4 發(fā)展史簡(jiǎn)介現(xiàn)代塑料吹塑成型加工（圖1.1）起源于20世紀(jì)30年代。當(dāng)時(shí)的Plax公司和Illinois的Owens公司發(fā)明了第一個(gè)專利。它是以玻璃吹塑技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化設(shè)備，如圖1.3所示。但由于當(dāng)時(shí)塑料材料價(jià)格高、性能差而阻礙了塑料吹塑成型的發(fā)展，使塑料瓶?jī)?yōu)點(diǎn)不及玻璃瓶。然而在40年代中期，由于低密度聚乙烯的采用（英國(guó)ICI研制），提供了玻璃所不能比擬的耐擠壓的優(yōu)點(diǎn)。1950年，Elmer Mill發(fā)明了一個(gè)連續(xù)擠出旋轉(zhuǎn)吹塑機(jī)的專利并由Continental Can公司使用。50年代末，高密度聚乙烯和工業(yè)化成型設(shè)備的研制使塑料工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。高密度聚乙烯

4、的采用也拓寬了塑料瓶設(shè)計(jì)能力。更重要的是塑料瓶具有質(zhì)輕、不易破碎的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)工業(yè)化的生產(chǎn)設(shè)備也給吹塑成型加工創(chuàng)造了有利的條件。那時(shí)，世界上只有幾家公司利用專有技術(shù)生產(chǎn)吹塑成型制品。當(dāng)時(shí)由于美國(guó)的信息接近閉塞，大部分設(shè)備在歐洲得到了發(fā)展，主要是在德國(guó)。美國(guó)第一個(gè)工業(yè)化吹塑成型設(shè)備就來(lái)自歐洲，并于1958年在國(guó)際塑料展覽會(huì)上展出。Empire塑料玩具公司買(mǎi)了一臺(tái)Fischer吹塑成型機(jī)用于生產(chǎn)玩具滾動(dòng)桿，Empire公司的工程技術(shù)人員也將一種Reed Prentice注塑機(jī)進(jìn)行改良去生產(chǎn)玩具棒球棒。其吹塑是通過(guò)模板上部的一個(gè)可移動(dòng)的注塑料筒和一個(gè)帶有口模和軸瓦裝置的固定機(jī)頭實(shí)現(xiàn)的，如圖1.4所示。

5、后一步驟是由帶有旋轉(zhuǎn)閥的兩個(gè)機(jī)頭控制并分配塑料從一側(cè)到另一側(cè)完成的（圖1.5）。中部的Ross Hartig公司得到Empire公司的允許,利用這種設(shè)計(jì)為Ideal玩具公司制造了6臺(tái)機(jī)器用來(lái)生產(chǎn)娃娃的身體,這是由制造擠出機(jī)的Harting公司生產(chǎn)的第一批吹塑成型機(jī)。后來(lái)公司相繼改名為Waldron Hartig公司和Battenfild Hartig公司，現(xiàn)在該公司已具有自己的Davis標(biāo)準(zhǔn)。同一時(shí)期，Paul Marcus公司也設(shè)計(jì)和制造了被稱為自動(dòng)吹塑的雙機(jī)頭吹塑機(jī)。1960年，ZARN公司在北卡羅來(lái)納與生產(chǎn)機(jī)器和模具的Uniloy公司一起合作(現(xiàn)由Johnson控制)為Borden Da

6、iry公司生產(chǎn)奶瓶。為了減少空奶瓶的運(yùn)輸費(fèi)用，Uniloy機(jī)器和模具生產(chǎn)奶瓶的生產(chǎn)線就建在Burlington北卡羅來(lái)納的牛奶場(chǎng)。在所有的吹塑塑料材料中，聚乙烯的綜合使用價(jià)值比其他所有材料都大。盡管其主要產(chǎn)品仍是瓶子，但吹塑方法已發(fā)展到用來(lái)生產(chǎn)工業(yè)零件，例如可生產(chǎn)汽車(chē)后部空氣阻流器蓋、座椅靠背、玩具三輪車(chē)、車(chē)輪、打字機(jī)盒、沖浪板、柔軟的波紋管和燃料罐等，如圖1.6所示。高分子量聚乙烯的采用加快了吹塑的發(fā)展，由于這種材料在密度、熔體流動(dòng)速率及一些其他基本性能上的范圍較寬，所以制品最終性能上的可允許變化范圍也較寬。柔軟瓶子最好用低密度或中密度聚乙烯制造，高密度聚乙烯塑料更適合于做硬制品。聚乙烯吹塑

7、制品的共同優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、韌性（即使在低溫下）好、耐腐蝕、耐化學(xué)滲透性，當(dāng)灌滿液體時(shí)在壓力下耐龜裂（環(huán)境壓力下耐龜裂性）和極好的可模塑性。工程上應(yīng)用的塑料，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和尼龍的使用范圍也在不斷增加，現(xiàn)在也已成為吹塑市場(chǎng)上的一個(gè)重要組成部分。圖1.7顯示的是吹塑成型加工過(guò)程的流程圖。吹塑設(shè)備與其他任何塑料二次加工方法相比有很大的不同。一臺(tái)吹塑機(jī)可以像辦公桌那樣大，用來(lái)生產(chǎn)像鉛筆一樣小的中空制品，也可以占據(jù)一個(gè)大房間，生產(chǎn)容積為1937.5L大的制品。表1.1顯示了吹塑市場(chǎng)單一生產(chǎn)中空塑料制品的材料增長(zhǎng)情況。這種生產(chǎn)能力與注塑成型、熱成型及金屬?zèng)_壓成型完全不同。與其他成型方法相比

8、，吹塑成型模具的花費(fèi)比相關(guān)的注塑模具的價(jià)格要少得多。圖1.8表示了北美樹(shù)脂、合金、共混料的分布情況。1.5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)吹塑成型加工是生產(chǎn)容器和中空制品最常用的成型加工方法。類似的成型加工方法是滾塑成型加工。滾塑成型時(shí)，將定量的粉料放到鋁殼模具中，然后合模，再一同放到烘箱中旋轉(zhuǎn)加熱，當(dāng)模具旋轉(zhuǎn)時(shí)，材料緊貼著加熱的模具內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)并粘附在上面，使之成為有一定厚度且均勻一致的料層，最后將模具從烘箱中取出再放到冷卻室中冷卻，取出已成型的料層即成為所需的中空制品。此種方法的材料是從粉料熔融的，沒(méi)有均相結(jié)構(gòu)，所以制品物理性能沒(méi)有吹塑制品好，然而對(duì)于小容積制品是可采用的，因?yàn)槠淠＞咄顿Y少且更容易制造，如

9、圖1.9所示。吹塑成型適用于生產(chǎn)大容積、高強(qiáng)度制品的場(chǎng)合，如汽車(chē)和農(nóng)業(yè)用儲(chǔ)罐、壓力容器、通風(fēng)管道及電線、電纜槽等。當(dāng)需要的制品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高時(shí)，制品可用泡沫塑料充填，這種方法也常應(yīng)用在需要制品絕緣或浮起的地方。當(dāng)設(shè)計(jì)者看到一個(gè)可以用吹塑成型加工的制品時(shí)，首先需要確定中空制品壁的結(jié)構(gòu)。一般用加工的可行性、外觀、經(jīng)濟(jì)性等條件控制壁厚。設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果制品需要進(jìn)行批量生產(chǎn)，最好將壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成單壁式、易成型的結(jié)構(gòu)。壁厚的設(shè)計(jì)也要考慮制品的實(shí)用性、外觀和價(jià)格等因素。用壓力熱成型或真空熱成型方法形成的中空制品是把需要成型的塑料片材放到凹模型腔或凸模上熱成型，然后將兩個(gè)整齊的制品焊在一起。另一個(gè)例子是用片材成

10、型，其強(qiáng)度和剛度是通過(guò)將片材彎曲、定型、焊接或夾持成接合縫而產(chǎn)生的。圖1.10簡(jiǎn)單解釋了注塑成型、滾塑成型和吹塑成型的成型過(guò)程并比較了每種成型加工過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)。第2章 吹塑成型設(shè)計(jì)加工及組織結(jié)構(gòu)2.1概述設(shè)計(jì)批量生產(chǎn)的塑料吹塑制品時(shí)，必須考慮美學(xué)、操作過(guò)程、性能和加工制約條件等多種因素。設(shè)計(jì)者需對(duì)這些問(wèn)題有一個(gè)全面的了解（本書(shū)的目的），但設(shè)計(jì)者不可能是眾多學(xué)科的專家，其成功的關(guān)鍵是需要充分了解大或小公司、部門(mén)與顧客之間的關(guān)系等。制品的設(shè)計(jì)水平對(duì)每個(gè)制品的費(fèi)用因素都有著深遠(yuǎn)的影響。例如：組裝、維修、總使用周期等。圖2.1顯示了設(shè)計(jì)、材料、加工功能效率三者之間的相互關(guān)系。2.2主要結(jié)構(gòu)一個(gè)做加工管

11、理工作的雇員或顧問(wèn)必須有與不同學(xué)科、不同背景的人一起工作的能力，也需要有能正確選擇材料和加工過(guò)程達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的能力。Brigham Young大學(xué)發(fā)明了一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，這種方法被稱為計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）系統(tǒng)，其模型就像一個(gè)車(chē)輪一樣，如圖2.2所示。這個(gè)體系后來(lái)又由計(jì)算機(jī)與制造工程師協(xié)會(huì)的自動(dòng)化系統(tǒng)共同加以完善。圖2.3顯示了一個(gè)以用戶為輪中心的制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這個(gè)輪形圖顯示，在機(jī)構(gòu)中的每一個(gè)人必須把制造企業(yè)的成功實(shí)施作為共同的奮斗目標(biāo)，這個(gè)輪子圖形就好像一個(gè)圓桌上的棋子，沒(méi)有主次之分，也就是“人人為我，我為人人”。新制造企業(yè)輪描述了制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的6個(gè)基本要素。（1）以用戶和發(fā)展用戶的需要為

12、中心任務(wù)。清楚了解市場(chǎng)和用戶的需要是本企業(yè)成功的關(guān)鍵。市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、制造及器材、物資技術(shù)保證等都必須對(duì)準(zhǔn)滿足用戶需要這一中心，這就是旋轉(zhuǎn)輪的目標(biāo)中心和企業(yè)的任務(wù)及夢(mèng)想。（2）企業(yè)員工的任務(wù)和機(jī)構(gòu)中的協(xié)作。這里包括組織方法、雇員的雇用和培訓(xùn)、激勵(lì)措施、標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)和通訊等方面。企業(yè)的基層組織也要考慮班組的自我管理、班組的組合及學(xué)會(huì)組織、領(lǐng)導(dǎo)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、酬金、質(zhì)量周期、社團(tuán)文化等。（3）共同了解革新的效果，使體系支持員工和各個(gè)工序。這些工序包括使用人工和計(jì)算機(jī)去做研究、分析、文件編制、制訂決策以及企業(yè)每一過(guò)程的控制。（4）從產(chǎn)品確定和制造到被用戶認(rèn)可的關(guān)鍵過(guò)程。有三個(gè)主要階段，即產(chǎn)品/工藝確定，制造和用

13、戶的認(rèn)可。在這三個(gè)階段中，有15個(gè)關(guān)鍵過(guò)程構(gòu)成了產(chǎn)品的壽命周期。（5）企業(yè)資源（輸入）和責(zé)任（輸出）。資源包括資金、人材、材料、管理、信息、技術(shù)、供應(yīng)。互惠責(zé)任包括雇員、發(fā)明者和全體人員的相互關(guān)系及規(guī)章制度、道德、環(huán)境的約束。在新的制造企業(yè)中，管理因素是圓周上很薄的一層，他們把新的方法帶到企業(yè)中并支持關(guān)鍵的過(guò)程。（6）制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)公司自治時(shí)，公司的成功依賴于用戶、競(jìng)爭(zhēng)者、供應(yīng)商和其他環(huán)境因素。制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括用戶和用戶的需要、供應(yīng)商、競(jìng)爭(zhēng)者、優(yōu)秀的工人、銷(xiāo)售商、自然資源、金融市場(chǎng)、社會(huì)、政府、教育和研究機(jī)構(gòu)。2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)在論述產(chǎn)品加工過(guò)程中，許多設(shè)計(jì)方案是在完成產(chǎn)品目標(biāo)后

14、采取的各種方法中得到的。經(jīng)驗(yàn)表明，每個(gè)項(xiàng)目都有5個(gè)階段和目標(biāo)，如圖2.4所示。階段0：設(shè)想。是否可行？目標(biāo)：制定任務(wù)和資源保證階段1：設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)和功能目標(biāo)：設(shè)計(jì)批準(zhǔn)和符合目標(biāo)階段2：工程。是否確實(shí)可行？目標(biāo)：最后生產(chǎn)/不生產(chǎn)、包括機(jī)器工具的資金提供階段3：測(cè)試、技術(shù)規(guī)范、鑒定（如果需要可修正）目標(biāo)：產(chǎn)品交付完成目標(biāo)階段4：運(yùn)行管理反饋目標(biāo)：第一個(gè)運(yùn)行報(bào)告滿足目標(biāo)了嗎？寫(xiě)出目標(biāo)很重要，包括記錄和了解用戶需要什么，想要什么和喜歡什么都要進(jìn)行記錄和了解。設(shè)計(jì)者的作用是對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)與資源、時(shí)間一覽表和價(jià)格參數(shù)等一起有清楚的了解，當(dāng)然也需要全組人員觀點(diǎn)的一致。工程組長(zhǎng)有一個(gè)額外的責(zé)任是監(jiān)視項(xiàng)目方案的進(jìn)程及

15、向項(xiàng)目法人做報(bào)告，項(xiàng)目法人也必須保證資源的提供和全組人員的相互配合。有許多項(xiàng)目管理系統(tǒng)能夠處理項(xiàng)目的進(jìn)度、工序，甚至于締約（本書(shū)范疇之外的內(nèi)容）。這些包括：程序評(píng)估和審查技術(shù)（PERT），工藝次序一覽表及判定路徑的方法。如果你的組織結(jié)構(gòu)中還沒(méi)有這個(gè)管理系統(tǒng)，建議加以補(bǔ)充和完善。兩個(gè)基本情況使資源的管理復(fù)雜化。多項(xiàng)目 當(dāng)幾個(gè)項(xiàng)目同時(shí)執(zhí)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些重點(diǎn)和資源上的大小沖突。解決方法是加強(qiáng)相互聯(lián)系并定期開(kāi)會(huì)審查。修改 修改總會(huì)引起麻煩，但是不可避免，我們?cè)谇斑M(jìn)過(guò)程中不應(yīng)該一成不變。解決的方法：經(jīng)常審查目標(biāo)和文件的變化，審查細(xì)目表和價(jià)格的影響因素。初看起來(lái)，圖2.4建議項(xiàng)目的責(zé)任是隨著營(yíng)銷(xiāo)組的新產(chǎn)品

16、發(fā)明一組一組通過(guò)的。實(shí)際上，想法不論來(lái)自于何地，它必須被市場(chǎng)認(rèn)同，然后經(jīng)工業(yè)設(shè)計(jì)組通過(guò)并進(jìn)行測(cè)繪和繪制制品圖，最后再進(jìn)入工程組。工程組將依靠理論分析和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試確定加工工藝、原料并分析結(jié)構(gòu)的需要。然后將確定的結(jié)果移到工具工程部，由他們檢查一下工具設(shè)計(jì)到加工的情況，他們也可能判斷制品的模具加工是否困難或可行。雖然系統(tǒng)是可行的，但需要時(shí)間去吸收和修正。再回到制造結(jié)構(gòu)輪上來(lái)，所有組都包含在開(kāi)始的加工過(guò)程中，這些聯(lián)系不僅在發(fā)展效率點(diǎn)上而且在人際關(guān)系及觀點(diǎn)上都有意義。我們應(yīng)該正確對(duì)待生產(chǎn)第一線的工人，加工還需要管理的作用和時(shí)間去確保任務(wù)的確定和按時(shí)完成。保持各個(gè)部門(mén)的活動(dòng)使產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)是很復(fù)雜和

17、耗費(fèi)時(shí)間的。進(jìn)一步說(shuō)，在今天競(jìng)爭(zhēng)的世界上，對(duì)于一個(gè)成功的制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，為了發(fā)展產(chǎn)品，必須對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)線、圖表、花費(fèi)、預(yù)測(cè)、質(zhì)量和利潤(rùn)有完善的管理。為了能為企業(yè)項(xiàng)目狀況、歷程及進(jìn)一步計(jì)劃的推論提供及時(shí)的分析，必須使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作，這些工作如圖2.5所示。它顯示了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，一種根據(jù)小組工作反復(fù)地做制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。圖2.4中“階段”和“目標(biāo)”是每一個(gè)參與組間的工作都與產(chǎn)品的發(fā)展和工程系統(tǒng)相互有關(guān)聯(lián)。圖2.5顯示公司中不同組間相互聯(lián)系的流程圖。市場(chǎng)、加工、產(chǎn)品研制、銷(xiāo)售、在預(yù)算內(nèi)保證贏利等等都與按時(shí)生產(chǎn)出產(chǎn)品有著密切的聯(lián)系。許多工作在這樣的互相配合下可以極大地節(jié)省時(shí)間和減少消耗。今

18、天使用計(jì)算機(jī)軟件程序可以瞬時(shí)傳遞數(shù)據(jù)和工程圖，但需要工程上不斷的配合。為系統(tǒng)提供吹塑、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程的階段情況，圖2.5顯示了每一個(gè)開(kāi)發(fā)階段的設(shè)計(jì)次序、工作重點(diǎn)及確定要點(diǎn)。2.4結(jié)論雖然一個(gè)人不可能是所有設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專家，但是應(yīng)對(duì)系統(tǒng)怎樣工作有所了解。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)塑料吹塑制品時(shí)，必須考慮美學(xué)、加工過(guò)程和能力及制造的約束條件等。如上所述，設(shè)計(jì)加工過(guò)程必須有嚴(yán)密的組織，有從現(xiàn)狀到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的計(jì)劃及有與之相關(guān)的供給等。第3章 吹塑成型制品設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)的基本依據(jù)所有吹塑制品都是通過(guò)把壓縮空氣吹到型坯的內(nèi)部，使型坯脹大到充滿模具內(nèi)表面的方法成型的。因而，模具確定了制品的外表面尺寸。制品的吹脹比是完成的制品直

19、徑與型坯的直徑之比。如果型坯被吹成圓柱形，這樣定義吹脹比是正確的。當(dāng)形狀不規(guī)則時(shí)，其吹脹比是以這些不規(guī)則開(kāi)關(guān)的斷面去確定這些區(qū)域的附加吹脹比。換句話說(shuō)，與總吹脹比相比，形狀不規(guī)則的區(qū)域有其獨(dú)立的吹脹比區(qū)域。當(dāng)吹脹比改變時(shí)，型坯尺寸的增加有助于吹塑一個(gè)完整制品，如圖3.1所示。擠出吹塑的優(yōu)點(diǎn)是可以選擇與制品相應(yīng)的型坯尺寸。當(dāng)吹脹比確定時(shí)，型坯被擠壓到模具內(nèi)，同時(shí)被吹到模具的內(nèi)表面上。一般來(lái)說(shuō)，最好讓型坯比模具大一些，這樣模具可將型坯夾斷，進(jìn)而吹成模具內(nèi)表面的形狀，如圖3.2所示。對(duì)于整體制件，型坯的定位是有效模型的基本條件，以確保壁厚的均勻性。當(dāng)進(jìn)行吹塑設(shè)計(jì)時(shí)，要認(rèn)識(shí)到吹塑加工與單壁制品加工（注

20、塑模塑加工）是完全不同的。成功生產(chǎn)制品的第一步是要了解吹塑中空制品結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及怎樣最好地確立最佳的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)用吹塑方法加工一個(gè)制品時(shí)，設(shè)計(jì)者首先必須確定中空制品的雙壁結(jié)構(gòu)。對(duì)大多數(shù)加工過(guò)程，都可以按照單壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再模塑成需要的形狀。壁厚的選擇可由加工經(jīng)驗(yàn)、制品外觀、經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)控制。壓力或真空熱成型方法與吹塑成型方法較接近，因?yàn)樗怯盟芰掀皆诎寄Ｉ?，再將兩個(gè)整齊的制品焊接在一起成為一個(gè)整體的中空制品。另一個(gè)例子是用金屬片材成型的方法，先彎曲成型，再將兩部分夾緊在一起焊接形成焊縫并產(chǎn)生強(qiáng)度和剛度的中空制品，如圖3.3所示。設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的模具分開(kāi)（合模線）的位置、制品斜度、制品

21、布局、吹脹比、圓角、修飾外觀等因素是設(shè)計(jì)工程師、工具工程師或加工工程師必須考慮的。這些術(shù)語(yǔ)定義如下：1) 制品斜度 平行于模具移動(dòng)方向的所有表面要有一定斜度，其中斜度要使模具能容易開(kāi)啟便于制品取出為宜；2) 外形 中空制品的外形是制品的外表面；3) 檢查所有使用功能 當(dāng)作為一個(gè)制品使用時(shí)，零部件越少、裝配工作越少越好， 因?yàn)榭梢詼p少制品成本；4) 吹脹比 吹脹中，注意引起壁厚極薄幾何形狀的區(qū)域，這些地方可能是凸出或凹入的部位，寬與深之比過(guò)大時(shí)可輔助以真空成型；5) 半徑原則 避免尖銳的邊緣、轉(zhuǎn)角、表面的突然變化、制品直徑或壁厚的突然轉(zhuǎn)變；6) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度 可考慮設(shè)計(jì)成幾何外型上如折邊、筋和

22、兩平板相交的接縫等結(jié)構(gòu)；7) 結(jié)構(gòu)制品表面焊接 有時(shí)也叫做截坯口接合縫或粘接口，這些通常位于吹塑制品壓縮成型面上；8) 嵌件、排氣槽、進(jìn)氣針、頂銷(xiāo)孔、刻字和標(biāo)簽的位置必須仔細(xì)考慮。合模線和適當(dāng)斜度的選擇是第一步工作，對(duì)大多數(shù)制品來(lái)說(shuō)，當(dāng)合模線是平直線時(shí)，很明顯其斜度是簡(jiǎn)單的累加，如圖3.4(a)3.4(c)所示。當(dāng)制品合模線不規(guī)則時(shí)，圖示合模線的形狀變得更復(fù)雜。有些模具結(jié)構(gòu)的影響是要考慮的，以使模具中沒(méi)有鋒刃出現(xiàn)，如圖3.5所示。下面是斜度的一般原則：最小斜度：1°/邊推薦的斜度：2°/邊斜度增加的原則：增加1°/每增加0.025mm深3.2 吹脹比增加時(shí)斜度增加

23、制品冷卻時(shí)將會(huì)從凹模壁上收縮，但如果凸模（型芯）在凹模內(nèi)，制品將向凸模收縮，如圖3.6所示。為了易于取出制品，設(shè)計(jì)一定的斜度是非常重要的，吹脹過(guò)程如圖3.7所示。吹塑加工中吹脹比是設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)，型坯吹脹到型腔的內(nèi)表面后使其表面積有較大的增加，而型坯材料的總體積是不變的，這樣表面積增加，壁厚必定減少。如圖3.8所示，如果面積（×）是10個(gè)平方單位，擴(kuò)展到型腔表面積時(shí)為50個(gè)平方單位。這樣初始壁厚為1mm時(shí)，成型后的平均壁厚為0.2mm。這只是個(gè)簡(jiǎn)單的表示，不能代表真實(shí)的情況，因?yàn)檎鎸?shí)的制品不可能均勻擴(kuò)展，這樣最后的壁厚依賴于制品的幾何形狀。最直接的因素是與深度有關(guān)的寬度和長(zhǎng)度尺寸

24、。作為一般原則，當(dāng)使用的最小斜度為2°，兩倍壁厚的半徑時(shí)，深度應(yīng)不超過(guò)寬度或長(zhǎng)度的兩倍。當(dāng)制品半徑、頂部、底部及斜度都較大時(shí)，允許制品的深度深些，如圖3.9所示。另一個(gè)需要考慮的因素是開(kāi)模時(shí)的形狀，如圖3.10所示。確定吹脹半徑的四種應(yīng)用準(zhǔn)則如圖3.11所示。吹脹比=注意：最佳的吹脹比可受所用材料和加工過(guò)程的影響，例如注塑吹塑聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和擠出吹塑高密度聚乙烯時(shí)會(huì)有不同的吹脹比。3.3 圓角指南一般來(lái)說(shuō)，如果不是厚壁制品，不要將制品設(shè)計(jì)成尖角或尖邊的形狀（尖角處易吹破）。下面是特殊半徑極限情況的說(shuō)明：1) 材料將變得極薄，而且在沒(méi)有充滿轉(zhuǎn)角或邊緣時(shí)就被吹破了；2) 當(dāng)制品還沒(méi)

25、有完全被吹大時(shí)，尖角或尖邊會(huì)使應(yīng)力顯著增加，導(dǎo)致彎曲、疲勞和最終模塑制品的沖擊強(qiáng)度下降；3) 薄壁產(chǎn)生在型腔尖銳的邊或角上；4) 模具型腔內(nèi)的尖角或小的凸起限制了可達(dá)到的吹脹比。如圖3.12所示，可將制品表面轉(zhuǎn)折分成兩類：內(nèi)半徑和外半徑。型坯在模具內(nèi)吹脹時(shí)，產(chǎn)生外半徑，模具中的凸起部分壓進(jìn)型坯而使制品形成型腔或凹陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)半徑。對(duì)外半徑的要求更苛刻，因?yàn)楫?dāng)型坯吹脹進(jìn)入模具型腔時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生拉伸。為了保持吹塑制品有相等的壁厚，在設(shè)計(jì)制品和模具時(shí)必須假定型坯貼緊模具壁。這樣當(dāng)吹脹開(kāi)始時(shí)就會(huì)產(chǎn)生拉伸，引起過(guò)薄甚至吹破，因此最后成型的轉(zhuǎn)角或邊緣必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膱A弧。對(duì)圓柱形的模塑制品，邊緣的圓弧半徑應(yīng)

26、不小于容器直徑的1/10。對(duì)橢圓形制品，可以以最小的直徑為準(zhǔn)。對(duì)矩形制品轉(zhuǎn)角圓弧的最小許用值較容易確定，如圖3.13所示。根據(jù)此圖，轉(zhuǎn)角圓弧的半徑是：rEtF / 2(1-sin45°)0.15tF然而如果可能，可略微放大一些，因?yàn)槭嵌嘞蚶臁榱吮苊馊笨谟绊?，所有的螺紋邊和筋、瓦楞形、裝飾條上的邊緣都做成圓弧形。如果需要特別高的抗震性，例如薄壁容器，必須避免不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。如果兩個(gè)半模的模具能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，沿著模具的合模線將不會(huì)出現(xiàn)脊棱。不要使用嵌件，例如瓶模具的嵌件。這些原則也適用于重型負(fù)載的容器。倒角與圓弧在吹塑制品中經(jīng)常交替使用（兩者選一），因?yàn)樗鼈兛商峁└玫耐庥^。倒角是一種高技

27、巧，它呈現(xiàn)矩形外觀并減小了聚合物的拉伸（見(jiàn)圖 3.14）。3.4 模塑的幾何形狀吹塑加工的夾壁中空結(jié)構(gòu)制品特別有利于提高中空制品的剛度和強(qiáng)度，并且適用于有支撐點(diǎn)形狀的制品（圖3.15）。筋和聯(lián)接板在結(jié)構(gòu)上是增加強(qiáng)度和剛度的一種有效方法（見(jiàn)圖3.16）。一般應(yīng)避免大平面，因?yàn)楸”谥破芬壮霈F(xiàn)彎曲或呈“油罐”的傾向。解決的方法如圖3.17所示。3.5 凸緣和粘接為了保證設(shè)計(jì)的最大有效性必須考慮到許多其他設(shè)計(jì)條件。吹塑制品是中空的制品，因此在做成一個(gè)整體時(shí)，在斷面相對(duì)薄的大面積板上，板的一面必須有瓦楞或粘接，以提供剛度或支撐。同時(shí)，也可以利用凸緣保證制品的剛度。凸緣和粘接是將型坯的兩面用壓力

28、模塑在一起的工藝。模塑后制品將是原型坯厚度的1.52倍。需凸緣或粘接以外的其他地方不要施加壓力，否則當(dāng)制品設(shè)計(jì)成銳角時(shí)，制品表面將出現(xiàn)凹陷或表面濕暈（泛白現(xiàn)象）及撕裂現(xiàn)象，如圖3.18所示。制品壁和凸緣區(qū)域可直接模塑出聯(lián)接孔，以便用螺栓插入聯(lián)接，膨脹釘插入聯(lián)接，自攻螺攻插入聯(lián)接以及同時(shí)輔以粘合劑粘合和熔劑粘合固定。制品上的螺紋能被吹塑成內(nèi)螺紋和外螺紋兩種形式。通常外螺紋位于合模線上（3.19），內(nèi)螺紋是將一個(gè)嵌件（例如一個(gè)注塑制品）放到氣針上并與型坯成型在一起使之最終成為產(chǎn)品的一部分。另一種方法是將一個(gè)金屬螺紋型芯與型坯模塑在一起，在吹塑周期結(jié)束后再將螺紋型芯擰松卸下。此外，可將其他連接件和嵌

29、件插入模具中，成型時(shí)吹塑型坯可包覆住它們使之與吹塑件組成一個(gè)整體制品。嵌件需要設(shè)計(jì)成能使型坯流到它周?chē)∷骨都蔀樽罱K制品的一部分。這些嵌件可以是注塑模塑件或金屬件，如圖3.20所示。圖3.21所示為計(jì)算機(jī)辦公用具上嵌件的應(yīng)用，以及應(yīng)用粘合和加強(qiáng)筋的實(shí)例。所有這些設(shè)計(jì)思路都必須和模具的設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，因?yàn)檫@些零件都是插入到模具里或插入到模具的截坯口區(qū)域里的。3.6結(jié)論近十年來(lái)大量的吹塑成型知識(shí)和技術(shù)已相繼展開(kāi)，一個(gè)完整的分類法也已得到發(fā)展。設(shè)計(jì)者設(shè)想了吹塑制品的夾壁結(jié)構(gòu)和怎樣使用這種結(jié)構(gòu)在大型結(jié)構(gòu)制品上應(yīng)用（其中有流體和動(dòng)能的應(yīng)用）。其中設(shè)計(jì)者應(yīng)熟悉怎樣使用加強(qiáng)筋、連接板、鉸鏈、雙壁結(jié)

30、構(gòu)連鎖裝置來(lái)提高吹塑制品的使用功能。這些內(nèi)容將在以后的章節(jié)中討論。圖3.22顯示了模塑的結(jié)構(gòu)制品。致謝：本章的基礎(chǔ)工作是在美國(guó)通用電氣公司（）塑料部及工程吹塑塑料部研究的基礎(chǔ)上完成的。其中一些內(nèi)容已被收集在由Linclon J. Avord編著、由美國(guó)通用電氣公司出版的專著工程吹塑成型制品設(shè)計(jì)中。雖然其中主要論述的是工程塑料，但作者從經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其基本原理和分類方法也同樣適用于聚烯烴類塑料。第章 吹瓶設(shè)計(jì)在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提供最佳產(chǎn)品價(jià)值的同時(shí)，包裝工業(yè)同其他工業(yè)一樣也必須爭(zhēng)取提高生產(chǎn)效率。在不損失市場(chǎng)需要的情況下，減少包裝成本的一個(gè)有效途徑是使用吹塑成型加工方法生產(chǎn)包裝容器，因?yàn)闃?shù)脂用量是成本中

31、最重要的因素。這樣，減少容器材料的質(zhì)量就減少了成本。為了滿足包裝需要而又能達(dá)到制造中的效率，要綜合考慮容器質(zhì)量和加工機(jī)器的生產(chǎn)效率。為了生產(chǎn)一個(gè)具有功能性的低成本、高效率的制品，要充分考慮到設(shè)計(jì)、美學(xué)、消費(fèi)者的運(yùn)輸、加工過(guò)程和容器性能等各方面的因素。4.1吹塑成型加工的基本形狀吹塑成型加工中最佳容器的設(shè)計(jì)需要考慮三種基本形狀。圓管 用封閉底部的試管狀型坯注塑吹塑（圖4.1）。牙膏形管 擠出吹塑成型的型坯下落到型腔內(nèi)并用瓶頸中心定位，設(shè)想瓶子底部是橢圓形，頂部是圓形的形狀（圖4.2）。平枕形 擠出吹塑成型的型坯落在瓶頸外部（圖4.3）。4.2型坯吹脹的簡(jiǎn)單假設(shè)（實(shí)際機(jī)理更復(fù)雜）假設(shè)型坯橫斷面形狀

32、膨脹，但是在接觸到模具內(nèi)表面以前，它應(yīng)保持壁厚相對(duì)一致的均勻變薄。假設(shè)型坯的厚度在一接觸到模具內(nèi)表面就迅速凍結(jié)，仍在空間的型坯繼續(xù)保持勻速變薄直到全部接觸模具內(nèi)表面為止。4.3吹瓶設(shè)計(jì)基本原理高密度聚乙烯的擠出吹塑成型有四個(gè)基本原則（這些原則對(duì)其他樹(shù)脂及注塑成型吹塑稍有不同）。（）型坯直徑對(duì)瓶子的最小直徑的吹脹比不應(yīng)超過(guò)4：1，如圖4.4所示。這個(gè)規(guī)則也適用于斷面帶有手柄的瓶子。吹脹比越低，壁厚就越均勻一致。用高吹脹比吹塑厚瓶底的瓶子時(shí)將會(huì)使瓶重增加、冷卻時(shí)間增長(zhǎng)，而制品幾乎沒(méi)有強(qiáng)度。（）所有表面是弧面、斜面和錐面（圖4.5）。雖然弧面、斜面和錐面可以呈現(xiàn)方形的效果，但應(yīng)避免帶有尖銳轉(zhuǎn)角的方形

33、和平面，如圖4.6所示。因?yàn)楸”谔帍?qiáng)度低，壁厚變化顯著，而平面處厚且易變形。厚壁處的變形是由于冷卻效果差和收縮不均引起的。圖4.7顯示了改進(jìn)容器底部的形狀，從圖中可見(jiàn)平面也幾乎沒(méi)有負(fù)載上部的載物強(qiáng)度。圖4.8顯示的是使用瓶肩和頸環(huán)的實(shí)例。（3）尖角處可以出現(xiàn)截留氣體的現(xiàn)象。它是由模具表面和塑料之間擠壓而瞬時(shí)匯集成的，它能使拐角處的塑料變得非常薄，并引起沖擊性能下降。（4）時(shí)刻要避免斷面和外形的突然變化。型坯覆蓋的表面積愈多，壁厚就愈薄。水平筋易產(chǎn)生波紋或折疊，使制品較易彎曲。如果設(shè)計(jì)者希望制品彎曲，使用這種設(shè)計(jì)很有效。然而，如果需要?jiǎng)傂?，就?yīng)避免使用這種設(shè)計(jì)。分析這種結(jié)構(gòu)，如果彎曲產(chǎn)生了，應(yīng)注

34、意到彎曲處就會(huì)出現(xiàn)鉸鏈點(diǎn)。為了阻止鉸鏈效應(yīng)，可設(shè)法改變?cè)O(shè)計(jì)，圖4.9顯示了水平筋和豎式筋的設(shè)計(jì)情況。作為一般原則，使用圓形容器可以改善圓周的剛性，但要注意斷面不能產(chǎn)生如前面所述的折皺現(xiàn)象。方形容器也會(huì)使剛性減小，它能減少頂部負(fù)載強(qiáng)度，也減少耐膨脹性。圖4.10顯示了拱形凹陷的情況。確定的合模線必須使制品有一個(gè)可以接受的吹脹比，而且還使型腔的幾何形狀不出現(xiàn)“過(guò)方”的現(xiàn)象（斷面深度比寬度長(zhǎng)），如圖4.11所示。缺陷經(jīng)常出現(xiàn)在手柄上，有時(shí)在雕刻的字體上出現(xiàn)（圖4.12）。吹塑成型過(guò)程一般是利用瓶口和氣針配合，將壓縮空氣吹入型坯中，這樣可以在瓶子或容器上產(chǎn)生一個(gè)自然的開(kāi)口。但這種吹入壓縮空氣的方法也有

35、例外（以后討論）。在瓶頸處，厚度控制要比制品上其他部位更嚴(yán)格，因?yàn)闅忉樅推款i的型腔尺寸必須要精確配合。實(shí)際上可以把這部分區(qū)域看作是壓制成型。當(dāng)然容器灌裝入物體后進(jìn)行儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí)，必須使用一些堵塞物或瓶蓋來(lái)封住開(kāi)口。因?yàn)槎鄶?shù)吹塑成型容器都作為包裝容器使用，所以設(shè)計(jì)的螺紋瓶口應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)螺紋口以便使之能選用封蓋封住。推薦使用的尺寸標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由塑料工業(yè)協(xié)會(huì)里的塑料瓶分會(huì)建立，實(shí)例如圖4.13所示。圖中呈現(xiàn)了和兩種形狀的瓶頸螺紋。形類似于常用的玻璃瓶，而形則是典型的塑料容器。完整的形狀系列可以在塑料瓶協(xié)會(huì)中查到。見(jiàn)美國(guó)塑料工業(yè)學(xué)會(huì)頒布的表4.1。4.4容器的容積傳統(tǒng)的牛奶容器被充灌得很滿，顧客希望他們今天使

36、用的塑料容器也以相同的方式充灌。為了最大限度地降低成本，牛奶工需要的容器不能比規(guī)定容器的容積大，因?yàn)楸阮~定多的牛奶充灌到容器中將會(huì)大大降低利潤(rùn)。為了達(dá)到降低成本的目的，塑料牛奶容器的總?cè)莘e必須仔細(xì)調(diào)整一致，把容器的容積調(diào)整到精確的控制狀態(tài)。這部分的目的是討論：第一，怎樣測(cè)量牛奶容器的容積以及模具制造者怎樣校正模具；第二，找出容積測(cè)量誤差的來(lái)源；第三，找出能容易改變?nèi)萜魅莘e的成型條件。1加侖（3785.4cm3）容積不等于3785.4g的水或3901g的牛奶，這個(gè)容量并不因溫度的升高或降低而改變。而水、牛奶和果汁這樣的產(chǎn)品體積的脹大或縮小是隨溫度而改變的，例如水在4°C時(shí)密度最大，在低

37、于或高于此溫度時(shí)水都膨脹。3785.4 cm3水在4°C時(shí)的水要比3785.4 cm3的水在20°C時(shí)的水重。換句話說(shuō)，在20°C下測(cè)量3785.4 cm3的水比冷卻到時(shí)的水4°C3785.4 cm3的水少大約0.0073925L。然而，在保持精確的條件下，質(zhì)量也可以用來(lái)確定容器的容積，3785.4 cm3的蒸餾水在4°C重3781.082g。在機(jī)器生產(chǎn)線運(yùn)行期間，要取出容器樣品做容積檢測(cè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分的努力，以使生產(chǎn)條件重復(fù)穩(wěn)定。被測(cè)量的容器一般是“新鮮的”，即測(cè)量剛生產(chǎn)出來(lái)平均為1.5h時(shí)的容器。容器的充灌時(shí)期是很重要的，因?yàn)槟Ｋ芎蟮母呙芏?/p>

38、聚乙烯在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)繼續(xù)收縮。假定容器在室溫下儲(chǔ)存，控制其收縮速率，當(dāng)容器充灌冷的牛奶并且儲(chǔ)存在較低溫度的地方時(shí)，因?yàn)楸３至巳萜饕蟮脑慰墒谷萜鞯氖湛s速率達(dá)到零的理想狀態(tài)。實(shí)際上，不管它是何種尺寸，在那時(shí)對(duì)充灌的影響都是穩(wěn)定的。下面的程序常常用來(lái)測(cè)充灌時(shí)期對(duì)生產(chǎn)線上的樣品容器的平均影響。1) 從每種型腔中拿出5個(gè)樣品，稱重、分組；2) 將每種型腔的第一個(gè)樣品迅速地灌入4°C的蒸餾水，充滿容器的邊緣，記錄空容器質(zhì)量和裝入水后的容器質(zhì)量；3) 檢測(cè)每個(gè)型腔的第二個(gè)試樣，然后，第三個(gè)，第四個(gè)，直到測(cè)量完所有的容器；4) 為了減少水從一個(gè)容器傳到另一個(gè)容器時(shí)水而產(chǎn)生微熱的誤差，在整組樣品測(cè)

39、量中途需要用另一個(gè)水瓶來(lái)置換；5) 計(jì)算出每一種型腔的水的平均凈重然后與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。為了比較指定的容器嵌件的依賴性，可以使用兩個(gè)充滿物體之一的充灌質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，比標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)下面來(lái)確定（圖4.15）。3781g 3785.4 cm34°C蒸餾水充灌到離容器頂部12.7mm位置的質(zhì)量。15g 加到容器頂部剩余空間的質(zhì)量。9g 保險(xiǎn)系數(shù)附加的質(zhì)量。3805g 充滿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)3805g的標(biāo)準(zhǔn)可以在下面3種條件下使用：第一，當(dāng)測(cè)量容器“穩(wěn)定”時(shí)（最短時(shí)間為48h），不帶容積控制嵌件或帶齊平容積控制嵌件；第二，當(dāng)測(cè)量容器“新鮮”時(shí)（最長(zhǎng)時(shí)間為1/2h），并帶有標(biāo)準(zhǔn)的凹入容積嵌件；第三，當(dāng)測(cè)量的容器為

40、“新鮮”或?qū)⒁褂谩靶迈r”容器時(shí)，不帶容積控制嵌件。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是3805g加上60g，適用于兩個(gè)凹入的容積控制嵌件。設(shè)計(jì)容積控制嵌件是為了顯示出在“新鮮”和“穩(wěn)定”的容器之間收縮的差別（見(jiàn)Dow化學(xué)公司圖表）。51.8g 2個(gè)代替水的嵌件重量。8.2g 保險(xiǎn)系數(shù)附加的質(zhì)量。60.0g 兩個(gè)嵌件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3805.0g 充滿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3865.0g 充滿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)測(cè)量的容器為“新鮮”的容器時(shí)，用平齊容積控制嵌件或不用容積控制嵌件測(cè)量，并且指定使用“穩(wěn)定”時(shí)，使用3865g標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是最常使用的一種，因?yàn)榇蠖鄶?shù)模具配有容積控制嵌件，通常測(cè)量容器為“新鮮”的用平齊嵌件。1892.7 cm3

41、牛奶容器的標(biāo)準(zhǔn)如下。1891g 1892.7 cm34°C蒸餾水的質(zhì)量去充灌到離容器頂部12.7mm位置。15g 加到頂部空間的質(zhì)量。9g 保險(xiǎn)系數(shù)附加的質(zhì)量。1915g 充滿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)24g 用2個(gè)容積控制嵌件代替水的重量。4g 保險(xiǎn)系數(shù)附加的質(zhì)量。1943g 充滿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和3785.4 cm3的標(biāo)準(zhǔn)一樣，這些1892.7 cm3標(biāo)準(zhǔn)同樣可以以相同的方式在相同的條件下使用。在測(cè)量的容器和標(biāo)準(zhǔn)之間，立方體積的差可改變?nèi)萜鞯撞糠中偷母叨龋牧蠌哪＞咧幸瞥鰧⑹谷萜鬏p微縮短。例如，假定測(cè)量的容器體積是相當(dāng)于4°C時(shí)3965g的水，容器有平齊的容積控制嵌件并且在半小時(shí)后進(jìn)行測(cè)量。

42、標(biāo)準(zhǔn)樣瓶是3865g，因而必須減去100g，這相當(dāng)于100.07cm3。容器底部分型的面積是221.68 cm3，用下面公式計(jì)算。容積（g）×換算系數(shù)=減去底部分型的高度底部分型的尺寸=4.52mm（從高度上減去）5種誤差中，2種是人為的，3種是無(wú)意的，都會(huì)累積附加到緩沖墊上及累積附加到機(jī)器生產(chǎn)線模具的容積校正上。(1)9g水的允許偏差被加到容器的基本標(biāo)準(zhǔn)上。(2)對(duì)1加侖容積控制嵌件來(lái)說(shuō)，把8.2Gi水的允許偏差加到基本標(biāo)準(zhǔn)上。(3)容積控制嵌件的尺寸近似地相當(dāng)于在放置幾分鐘的容器和放置幾天的容器之間發(fā)生的收縮 量。當(dāng)測(cè)量的容器是“新鮮”和“平齊”時(shí)，一些嵌件上的收縮因數(shù)已經(jīng)產(chǎn)生，

43、這個(gè)疏忽也會(huì)使容器增加少量體積。(4)所有的測(cè)量都要用水，因?yàn)榕Ｄ梯^重，但更重要的是在充灌閥上牛奶的質(zhì)量將引起容器脹大一些，這個(gè)疏忽也會(huì)使容器增加少量體積。(5)如果不立即測(cè)量，流體的質(zhì)量使塑料材料愛(ài)到拉伸也會(huì)使容器輕微“鼓脹”，這個(gè)疏忽也讓容器增加少量體積。這5個(gè)誤差近似地把增加了19.5mm到0.03L的額外容積加到了用平齊控制測(cè)量的1加侖“新鮮”容器中，在其他條件下或?yàn)槠渌闆r設(shè)計(jì)的測(cè)量容器將有極小的誤差。對(duì)于不是充灌生產(chǎn)線上的部分牛奶模具，不使用抽樣檢查的工序，面是用模具開(kāi)腔的實(shí)際容積測(cè)量。正如容器容積的測(cè)量情況一樣，為了比較，模具容積測(cè)量需用丙個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一。怎樣使用模具以及是否有容積控

44、制嵌件是要考慮的因素。根據(jù)實(shí)際的容器容積測(cè)量得出的這些標(biāo)準(zhǔn)，近似地反映了典型容器的質(zhì)量、收縮和生產(chǎn)條件，一般來(lái)說(shuō)這些標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有實(shí)際容積測(cè)量的精確。容積誤差或緩沖是作為保險(xiǎn)系數(shù)防止生產(chǎn)條件在最后裝置定位的變化 面留在模具上的。讓生產(chǎn)線上的模具工人做的和實(shí)際的生產(chǎn)條件完全一樣，實(shí)際上是不可能的。條件的改變可以很容易地增加或減少容器的容積，第二個(gè)容積誤差修正必須是在所有的生產(chǎn)條件被穩(wěn)定之后和牛奶場(chǎng)已適應(yīng)于設(shè)備的情況下進(jìn)行。由于有了緩沖，通常能迅速地做出修正。多余的體積能從模具底部分型線上除去，如果最初模具估計(jì)的尺寸正好，那么第二種調(diào)整有時(shí)需要用填隙片來(lái)調(diào)整增大的容積。這些模具增加一個(gè)填隙片會(huì)使成本增加

45、很多。圖4.16顯示了一種“在生產(chǎn)模具中”調(diào)整容積的簡(jiǎn)單方法。生產(chǎn)短的(不夠尺寸)容器有被重量和檢驗(yàn)部門(mén)查出的風(fēng)險(xiǎn)。剛開(kāi)始的牛奶生產(chǎn)線不存在這個(gè)問(wèn)題。6種能改變?nèi)萜魅莘e的因素(見(jiàn)Dow Chemical Operators Guide)：(1) 容器質(zhì)量；(2) 生產(chǎn)周期；(3) 吹塑氣壓；(4) 熔融溫度(5) 儲(chǔ)存溫度；(6) 模具溫度。道 化學(xué)公司 的圖表顯示了這些因素及標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件。當(dāng)用圖表顯示條件變化時(shí)，能對(duì)容器的容積有戲劇性的影響。例如，假定牛奶場(chǎng)或模具制造商打算用70g原料成型容器，生產(chǎn)瓶子的周期為8s，儲(chǔ)存在不加熱的倉(cāng)庫(kù)中；進(jìn)一步假設(shè)，冬天，在接近5的倉(cāng)庫(kù)中存放近10天，模具

46、是經(jīng)過(guò)這些條件校正過(guò)的。后來(lái)由于樹(shù)脂價(jià)格增加，容器的原料質(zhì)量降低到60g，生產(chǎn)需要慢下來(lái)，因此生產(chǎn)周期增加到10s，仍是冬天并且容器仍保存10天。用這兩個(gè)改變條件的容器，通過(guò)圖表，得知容積大出0.037L。在這些條件下生產(chǎn)延續(xù)到大旱天，倉(cāng)庫(kù)上面的溫度達(dá)60，10天后，容器的容積大了0.060L。這個(gè)例子可能不是從實(shí)際出發(fā)，然而它顯示了改變模塑和儲(chǔ)存條件如何使高密度聚乙烯容器的容積發(fā)生變化的情況。 其他的兩種模塑條件也可改彎容器的容積。然而，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)此時(shí)不能有效地提供這個(gè)理論。因?yàn)榕艢鈺r(shí)間太短以至于不允許吹脹的壓縮空氣壓力在開(kāi)模前全部散逸，內(nèi)部附加的空氣壓力能使容器拉長(zhǎng)和變形，從而增加了多余的體

47、積。也可以用相同的原理去檢查漏泄，高壓力也能使容器拉長(zhǎng)和變形。在牛奶容器中，達(dá)到精確的容積目標(biāo)是很復(fù)雜的過(guò)程，在此過(guò)程必須依靠下面幾個(gè)因素： 鑒別所有影響容積的時(shí)間、溫度、壓力等基本因素； 了解容積的定義并且是各種轉(zhuǎn)換因素下或被稱為“等同”的因素下，以及不清楚這些因素的意義時(shí)不要忘記容積的定義； 控制生產(chǎn)條件恒定，只要生產(chǎn)條件恒定和精確，條件愈嚴(yán)格愈好； 用同樣的方法和技術(shù)測(cè)量容器，只要方法恒定和精確，使用的嚴(yán)格方法無(wú)關(guān)緊要；致謝和注釋：“螺絲口”瓶蓋成為了其他公司早期仿造的標(biāo)準(zhǔn)，例如Blackhawk公司。今天有大量的各式各樣的螺絲口和搭扣式樣瓶蓋。本章內(nèi)容得到Johnson Control

48、s和塑料機(jī)械部門(mén)的認(rèn)可。第5章 工 業(yè) 制 品 與 結(jié) 構(gòu) 制 品 設(shè) 計(jì)近十年來(lái)，工程吹塑制品已經(jīng)有了很大的發(fā)展并在汽車(chē)工業(yè)、大的儲(chǔ)存窗口、運(yùn)輸包裝和其他工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域上有了重大的突破。所用的樹(shù)脂不僅有傳統(tǒng)使用的聚烯烴，而且也使用了一些工程塑料，如ABS。5.1 吹塑成型加工過(guò)程吹塑成型加工適合于生產(chǎn)大而厚的制品，國(guó)為它有在單一成型過(guò)程中生產(chǎn)復(fù)雜夾壁制品的能力。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者或工程技術(shù)人員會(huì)適當(dāng)?shù)乩媒嘏骺凇⒛Ｋ軇傂院图訌?qiáng)筋給制品提供高的模塑剛性-質(zhì)量比，并為給定的樹(shù)脂何種提供一個(gè)好的慣性矩。吹塑加工過(guò)程經(jīng)互不相同的制品外表面結(jié)構(gòu)提供了許多靈活性，制品的斷面結(jié)構(gòu)比其他加工工藝更好。例如，能使

49、盒類和I型梁式窗口的強(qiáng)度特性能力加倍。對(duì)于欺騙性制品或需要增加強(qiáng)度的地方可采用增加嵌件的辦法，泡沫培育也將通過(guò)產(chǎn)生更均勻 一至的制品而使制品的剛性增加。5.1.1 優(yōu)選的加工方法高生產(chǎn)率的中空塑料制品，例如罐、壓力容器、空氣輸送管、電纜槽、汽車(chē)零件等制品適地采用吹塑成型加工，特別是當(dāng)生產(chǎn)量大時(shí)，設(shè)備和模具的成本費(fèi)用就更低，如圖5.1所示。5.1.2 中 空 制 品與其他加工過(guò)程如生產(chǎn)單層制品的注塑和反應(yīng)注塑等加過(guò)程相比，吹塑制品的中空結(jié)構(gòu)對(duì)給定的樹(shù)脂體積提供了最高的慣性矩。5.1.3 樹(shù)脂/玻璃纖維層壓和結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型大的結(jié)構(gòu)制品常用樹(shù)脂玻璃纖維層壓再輔以其他的加工過(guò)程，如注塑成型(RIM)

50、和各種類型的壓制成型。面用吹塑成型加工生產(chǎn)夾壁制品是用單一操作過(guò)程生產(chǎn)的，使得制品成本較低。適當(dāng)?shù)厥褂谜澈稀⒓訌?qiáng)筋、泡沫填充或埋塑剛性去提供最的剛性-質(zhì)量比。粘合筋斷面結(jié)構(gòu)和I形梁結(jié)構(gòu)特性如圖5.2所示。此外，中空制品的內(nèi)壁可以作為復(fù)合結(jié)構(gòu)的外皮，當(dāng)內(nèi)部用聚氨脂泡沫塑料或用可發(fā)性聚苯乙烯泡沫珠粒料填充時(shí)，內(nèi)部就形成了復(fù)合層，從而增加了結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性、絕緣性和浮力，如圖5.3所示。目前也能用工程樹(shù)脂生產(chǎn)吹塑中空制品，以滿足產(chǎn)品對(duì)高溫、內(nèi)壓、重載、劇烈沖擊的需要。這樣可以較容易和較經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)適合于貯存、運(yùn)輸和控制的制品。這些制品可以是裝分散液體、氣體、粉料及其他液體的容器，也可以是汽車(chē)等制品，如圖5

51、.4(a)和圖5.4(b)所示。5.2動(dòng)能設(shè)計(jì)工程吹塑制品是在沖擊狀態(tài)下吸收和擴(kuò)散機(jī)械能的理想制品，夾壁結(jié)構(gòu)本身就有幾個(gè)動(dòng)能擴(kuò)散系統(tǒng)。由于中空制品的特性，它本身在沖擊點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生形變并能恢復(fù)它最初的形狀。由于減少了體積，封閉的中空制品受到預(yù)壓時(shí)可以分散而吸收能量，此類制品可以通過(guò)在制品上打個(gè)適當(dāng)尺寸的通氣孔（一個(gè)小孔）使制品排氣并控制排氣量，如圖5.5所示。可以將吹塑成型的中空制品設(shè)計(jì)成分散機(jī)械能裝置，這種分散裝置是通過(guò)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)碰撞裝置或在相對(duì)的用工程吹塑成型的兩層中間填充泡沫塑料而實(shí)現(xiàn)的。這種技術(shù)已被用于作為汽車(chē)和運(yùn)輸工業(yè)上的減震器，如圖5.6所示。當(dāng)內(nèi)部用泡沫材料填充時(shí)，如果泡沫材料是硬的

52、，會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的形變。但如果是用易形變的材料填充，則可以吸收沖擊能。5.3嵌件埋入成型在吹塑成型加工過(guò)程中，由于型坯需要低壓吹塑（圖5.7）（也可見(jiàn)圖10.19），使吹塑制品幾乎不受形狀、尺寸、材料和承重的限制。當(dāng)生產(chǎn)不規(guī)則形狀的制品時(shí)，吹塑型坯在嵌件周?chē)纬闪司o固且適當(dāng)?shù)乃芰媳?。注意，螺紋嵌件定位裝配通常都是由專業(yè)化的生產(chǎn)組執(zhí)行操作。然而，盡管生產(chǎn)操作很仔細(xì)，嵌件總會(huì)出現(xiàn)破損的情況，這些嵌件的“碎片”必然會(huì)通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)入到型坯中，而很容易引起生產(chǎn)事故。使用嵌件的一個(gè)普通實(shí)例是汽車(chē)上的氣罐（圖5.8）。圖5.7顯示了嵌件埋入成型的詳細(xì)情況。5.4互鎖系統(tǒng)此技術(shù)是通過(guò)凹凸互鎖結(jié)構(gòu)之間的相互配合

53、實(shí)現(xiàn)的?；ユi零件或閉鎖裝置是防止事故出現(xiàn)的拆卸機(jī)構(gòu)。它是由裝配元件與嵌條系統(tǒng)一起產(chǎn)生的搭扣，如圖5.9所示。在模具結(jié)構(gòu)中，要求這種類型的裝配使型腔被“金屬安全”地分割，以使零件能在有公差間隙的情況下裝配。然后將金屬?gòu)哪＞咧幸瞥龊罄o互鎖或搭扣裝配。取樣后，重復(fù)幾次，直到獲得所要求的裝配。根據(jù)上述原理也可以研究出具有互鎖基本設(shè)計(jì)特征的各種變化形式。5.5搭扣裝置有蓋的開(kāi)口容器（例如垃圾桶）可以把容器連同蓋一次成型出來(lái)，在成型操作完成后在模塑開(kāi)啟的位置將制品切開(kāi)，如圖5.10所示。制品被切開(kāi)后，垃圾桶的蓋將用搭扣裝置和容器的凸起部分咬合在一起，如圖5.11所示。5.6多組合型腔為了提高生產(chǎn)單一開(kāi)口

54、容器的經(jīng)濟(jì)性，通常考慮用一種相同的型坯生產(chǎn)兩個(gè)制品。在兩個(gè)聯(lián)體制品模塑中，模具可以做成兩個(gè)開(kāi)口端連在一起，模塑后再將制品切開(kāi)。在兩年制品之間需要有一個(gè)短的過(guò)渡段，以便讓氣針穿透和通過(guò)此處來(lái)吹塑制品，而沒(méi)有小孔留在制品上。因?yàn)閮蓚€(gè)切口把容器和過(guò)渡段（飛邊）分開(kāi)，然后采用相同的技術(shù)將容器體和蓋配合起來(lái)，如圖5.12所示。5.7容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一部分?jǐn)⑹雎N曲變形對(duì)方形或矩形開(kāi)口容器的影響。平面容易翹曲變形，如圖5.13所示。在制品被切割后，由于收縮變化而產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使這種翹曲變形加大。淺拱形有助于控制收縮方向，如圖5.14所示。容器的開(kāi)口處通常設(shè)計(jì)成凸緣結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@里易發(fā)生變形。為了防止變形，凸緣部

55、分必須有與變形翹曲相對(duì)立的橫截面以避免變形。各種變化結(jié)構(gòu)如圖5.15所示。注意不要違反吹脹比的深度是寬度一半的原則。為了方便地儲(chǔ)存和裝運(yùn)容器，容器制品應(yīng)能為疊垛而提供最大的套裝。如圖5.16所示。凸緣部分必須無(wú)障礙地與上面的制品搭接，套裝是隨疊垛高度和圓錐形邊角度而變化的，邊壁角度取決于容器邊的壁厚。1°=0.44mm/25.4mm壁厚（在25.4mm疊垛高度上的疊垛角度）疊垛高度是和疊裝角度一起綜合考慮的，如圖5.17所示例如：76.2mm堆垛高度2.54mm壁厚，tan2.54 / 76.2=0.0333查三角函數(shù)表=1°5因此堆垛角度是2°，如圖5.18所示

56、。用鋸切割會(huì)遺留下需要修飾的毛邊，所以通常用刀具或氣體火焰切割。最合適的切割方法是在夾具上用刀切割，這種方法需要有一個(gè)定位切刀的槽面，否則頂部的凸緣部分切掉后可能會(huì)出現(xiàn)波浪狀和不平的現(xiàn)象，如圖5.19所示。5.8結(jié) 論當(dāng)設(shè)計(jì)新的塑料制品時(shí)，最重要的是研究設(shè)計(jì)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)和加工的可能性以便增加制品的使用價(jià)值。設(shè)計(jì)和選材時(shí)也要研究容器的結(jié)構(gòu)、功能特性及外因等因素。多數(shù)汽車(chē)儀器夾持器如除霜器的夾具、加熱裝置、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)裝置的夾具以及其他制品都是用注塑成型方法生產(chǎn)的（圖5.20）。但是用吹塑成型法，可以在中空制品壁上設(shè)計(jì)成組合的氣體分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖5.21）。吹塑制品的設(shè)計(jì)減少了制品的數(shù)量和裝配步驟

57、。用結(jié)構(gòu)粘合的方法增加了制品的剛性，還可在儀表板內(nèi)增加空間。致謝：本章材料摘自于GE Plastic Study of Engineered Blow Molded Plastic 的工作。工程塑料吹塑成型制品設(shè)計(jì)（Engineered Blow Molding Part Design）的作者是Lincoln J. Alvord.第6章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與工程分析從前面討論過(guò)的經(jīng)驗(yàn)法則和基本幾何形狀工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)中可知，制品的壁厚、吹脹比和薄弱處必須精確地預(yù)測(cè)。下面將指導(dǎo)模塑的制品怎樣不被吹破以及影響聚合物薄厚的其他因素。6.1性能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于有性能標(biāo)準(zhǔn)要求的工業(yè)制品或瓶子和容器來(lái)說(shuō)，所用的材料成本是一個(gè)重要因素。此外，還需要定量的預(yù)測(cè)局部的或者整個(gè)的制品壁厚分布以及定量和定性地了解怎樣和在哪個(gè)位置使材料減少。同樣重要的因素是幾何因素，例如形狀、吹脹比、斜度、半徑及所有影響最后制品壁厚的因素。這些論點(diǎn)可以用有限元分析軟件去論述。6.2計(jì)算機(jī)軟件模擬模塑型坯的計(jì)算機(jī)模擬軟件仍處于開(kāi)發(fā)時(shí)期，現(xiàn)有的商業(yè)化程序軟件根據(jù)加工過(guò)程模型、流體流動(dòng)、固體形變等因素進(jìn)行模擬，如圖6.1所示擠出吹塑型坯能用流體流動(dòng)理論的計(jì)算機(jī)軟件程序進(jìn)行模擬，并預(yù)測(cè)在截坯前擠出聚合物的形狀和厚度。然而，一旦聚合物被“截坯”了，它的吹塑行為就被模擬了。這種模擬有助于在加工前對(duì)