吹塑壁厚控制原理及控方法

1、中空吹塑機(jī)頭分類及壁厚原理儲料式機(jī)頭分為中心入料式和側(cè)向入料式。側(cè)向入料式是應(yīng)用非常廣泛的一種方式。在儲料式側(cè)向入料中空吹塑機(jī)中，機(jī)頭所起的作用是融合融料，并形成型坯，融料融合的關(guān)鍵是機(jī)頭中的流道。目前我國一些企業(yè)研究出了雙層心形包絡(luò)流道，但雙層心形包絡(luò)流道流道長度較短，壓降較大，熔料融合后周向均勻性較差。在此基礎(chǔ)上國內(nèi)研究出了雙層雙螺旋流道，如圖1所示。1.中心桿；2.推料盤；3.上端蓋；4.入料口；5.分流芯套；6.分流孔；7.頭外筒；8.外芯；9.內(nèi)芯；10.推料筒；11.固定套；12.襯套；13.下端蓋；14.芯模；15.口模；16.導(dǎo)流套；17.鍵；18.儲料腔；19.推桿；20.外

2、螺旋流道；21.導(dǎo)流通孔；22.分流錐圖1 雙層雙螺旋流道機(jī)頭      圖1中，外芯設(shè)有兩條呈180o對稱纏繞的外螺旋流道，內(nèi)芯設(shè)有兩條呈180o對稱纏繞的內(nèi)螺旋流道，內(nèi)螺旋流道與外螺旋流道呈180o對稱布置，外芯和內(nèi)芯上的每條螺旋流道（內(nèi)螺旋流道與外螺旋流道）的纏繞角度均為360o，以使外芯和內(nèi)芯的360o的外壁面上的熔料充分均勻地融合。工作時，熔料從入料口進(jìn)入機(jī)頭外筒，經(jīng)過分流芯套的分流孔，由外芯上的分流錐順利完成分流，熔料向分流錐兩側(cè)流動，并經(jīng)導(dǎo)向流道轉(zhuǎn)向90o后，引流到內(nèi)、外芯分流處，一部分熔料由外芯上的外螺旋流道

3、向下螺旋流動，另一部分則通過導(dǎo)流通孔流入到內(nèi)芯的內(nèi)螺旋流道中，熔料在內(nèi)、外螺旋流道內(nèi)流動時，一部分熔料隨著內(nèi)、外螺旋流道向下流動，另一部分熔料順著內(nèi)、外芯壁向下流向儲料腔，這樣可以保證360o都有熔料下流，使得熔料均勻融合。型坯壁厚的自動控制有軸向控制和徑向控制兩種。對于徑向控制技術(shù)，我國還處于研究階段，相對而言，軸向控制的研究成熟一些。本文針對200L以上的大容量中空吹塑機(jī)進(jìn)行了型坯壁厚的軸向控制研究。型坯壁厚的軸向控制采用的是閉環(huán)控制技術(shù)。用戶在壁厚控制器的觸摸屏面板上設(shè)定型坯壁厚軸向變化曲線，PLC控制器根據(jù)曲線把相應(yīng)的電壓或者電流信號傳至電液伺服閥，由電液伺服驅(qū)動伺服油缸控制中心桿的上

4、下移動，從而改變機(jī)頭口模間隙。 同時，連接中心桿的伺服油缸活塞桿上安有傳感器(磁懸浮電子尺)，電子尺可感知頭口模間隙的大小并反饋給PLC控制器，在PLC控制器內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，然后經(jīng)伺服功率放大器傳送給電液伺服閥，再通過伺服閥驅(qū)動伺服油缸，油缸帶動中心桿移動，最終控制口模的開度，完成對型坯壁厚的控制。型坯壁厚控制的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。本文研究的型坯壁厚控制系統(tǒng)是一個位置控制系統(tǒng)，由電液伺服系統(tǒng)組成。控制的核心部分是中心桿的位置，其中中心桿位置控制精度是決定型坯壁厚控制效果的關(guān)鍵。因此本系統(tǒng)的研究重點為中心桿位置控制精度，即型坯壁厚的控制精度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。  

5、 型坯壁厚的控制方法是：將每一個型坯形成過程分成數(shù)個點，分別對這些點的壁厚進(jìn)行控制?？刂泣c數(shù)越少，響應(yīng)速度越快，但是點數(shù)太少，達(dá)不到所要的壁厚控制精度，且在型坯周圍形成了熔接縫（環(huán)紋）；點數(shù)太多，會造成系統(tǒng)響應(yīng)時間過長，伺服油缸來不及對接收的信號做出反映，型坯就已經(jīng)出來了。傳統(tǒng)的200L塑料桶壁厚控制器都是64點或者128點的。本文針對200 L雙L環(huán)桶進(jìn)行了研究，經(jīng)過實驗驗證，在滿足壁厚控制精度為±1mm，每點的響應(yīng)時間為0.30.4秒的前提下選用256點壁厚控制更為合適。    針對200L以上的大容量中空吹塑機(jī)機(jī)頭的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行

6、了研究。所設(shè)計的雙層雙螺旋流道形式相比于其它結(jié)構(gòu)形式。其使熔料融合更加均勻，熔體的流動更加順暢，消除了理論接縫，提高了制品強(qiáng)度；根據(jù)功能要求，采用優(yōu)化方法確定了工藝參數(shù)和尺寸，為200L以上大容量中空吹塑機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)；在已有的型坯壁厚控制的基礎(chǔ)上，研究了200L雙L環(huán)桶最優(yōu)的控制點數(shù)和控制點的連接方法，提高了壁厚的均勻性、精度和制品的強(qiáng)度。改善吹塑件壁厚均勻性的幾種方法1.異型口?？谀．愋突侵笖D出機(jī)頭的口?；蛐景艟植课恢瞄_設(shè)凹槽，增大對應(yīng)制件拐角處的口模間隙，以增加型坯局部位置的壁厚，得到異型化的型坯，彌補(bǔ)吹脹比不一致造成的徑向壁厚不均，從而得到壁厚較為均勻的制件。針對性地采用

7、異型口模，并通過多次試模、優(yōu)化、設(shè)計加工出合理的異型口模，可以極大提高制件壁厚分布的均勻性.2.軸向壁厚控制技術(shù)軸向壁厚控制技術(shù)的作用是使得擠出的塑料型坯，根據(jù)制品不同的吹脹比沿軸向獲得不同的厚度，從而保證最終制品有比較均勻的壁厚。它是通過使芯棒或口模根據(jù)預(yù)設(shè)位置作軸向運動而改變機(jī)頭的開口量，達(dá)到改變塑料型坯壁厚的目的。目前中空成形機(jī)的儲料機(jī)頭一般都具有軸向型坯控制功能，其控制點從30點到256點不等. 3.徑向壁厚控制技術(shù)采用軸向壁厚控制技術(shù)雖然能改善吹塑制品高度方向上的壁厚分布，但由于其擠出塑料型坯的水平截面仍呈等厚圓形，對部分在徑向某一部位有較大吹脹比要求的制品顯得仍不是最佳，

8、因此便產(chǎn)生了徑向壁厚控制技術(shù)。徑向壁厚控制技術(shù)可以使擠出的型坯在所要求的區(qū)段內(nèi)呈非圓截面的變化。徑向壁厚程序控制技術(shù)發(fā)展至今，大致形成了種典型的設(shè)計，一種稱為柔性環(huán)式，另一種稱為口緣修形式。（1）柔性環(huán)技術(shù)柔性環(huán)式是通過電液伺服控制薄壁撓性環(huán)在個方向或個對稱方向上的變形來改變擠出型坯的厚度。它的特點是無論吹制什么形狀的制品，只要口模直徑不變，徑向控制都能發(fā)揮作用。對中空成形塑料型坯徑向壁厚控制系統(tǒng)的研制工作，最近在江蘇獲得了關(guān)鍵性的技術(shù)突破。這項控制技術(shù)可以實現(xiàn)塑料型坯徑向壁厚的多點準(zhǔn)確控制，控制點可以方便地實現(xiàn)點控制甚至更多點控制，目前正在產(chǎn)業(yè)化中.（2）口緣修形技術(shù)口緣修形是靠修形口模環(huán)的

9、上下移動來實現(xiàn)型坯壁厚改變的。與撓性環(huán)結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)點是使用壽命長，加工技術(shù)難度低。在某些設(shè)計中，口模環(huán)的修緣部分做成活動塊嵌入式，方便更換，減少更換時的成本。這種形式的設(shè)計，還需要進(jìn)行深入研究，降低成本，加快推廣步伐。徑向壁厚控制技術(shù)對于提高大型中空制品的品質(zhì)是一個有效的方法，還能減輕制品的質(zhì)量。以200塑料桶容器為例，至少可節(jié)省510的原料。目前加工一套大型徑向壁厚控制裝置的附加費用較高，隨著徑向壁厚控制技術(shù)的深入研究和發(fā)展，將在更多的大中型擠出吹塑中空成形機(jī)上應(yīng)用。軸向壁厚控制與徑向壁厚控制的聯(lián)合作用，可獲得最佳的塑料型坯，即可獲得更為理想的制品壁厚分布。目前國內(nèi)多家中空成形機(jī)制造

10、廠家可在大型中空成形機(jī)上選擇配套徑向壁厚控制系統(tǒng)。 （4）型坯溫差法型坯的變形抗力可用粘度來表示，粘度的大小與其溫度的高低有關(guān)。型坯溫度高，黏度小，變形抗力小，吹塑過程中容易變形，變形量較大；相反，型坯溫度低，黏度大，變形抗力大，吹塑過程中不容易變形，變形量較小。在擠出過程中，通過冷卻設(shè)備強(qiáng)制冷卻型坯吹脹比較大的部位，使型坯具有合理的溫度梯度。型坯吹脹比較大的部位溫度低，粘度增大，變形抗力增大。在自由吹脹階段，吹脹比較大的部位難于變形，變形量減小，而吹脹比較小的部位變形量增大。當(dāng)變形量較小部位完成變形，進(jìn)入約束吹脹階段，吹脹比較大部位繼續(xù)變形，直至吹脹成形制件，以此提高制件壁厚分布的均勻性。 （5）真空吸塑與擠出吹塑相結(jié)合型坯各部位吹脹比不同導(dǎo)致制品壁厚不均勻。制品的吹脹過程可分為自由吹脹和約束吹脹個階段。從壓縮空氣進(jìn)入型坯到型坯與模具內(nèi)壁開始接觸為止稱為自由吹脹階段。在這一階段，型坯具有相同的吹脹比，在各個方向的變形都不受約束，可在任意方向膨脹變形，且較均勻。從型坯與模具型腔開始接觸到型坯完全與模具內(nèi)壁貼合為止稱之為約束吹脹階段。在這一階段，型坯外表面受模具冷卻作用，溫度下降，粘度增大，變形較為困難，甚至不