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苏打水瓶中空吹塑模具设计【7张CAD图纸+毕业答辩论文】【注塑模具】

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关键词：: 苏打水瓶中空模具设计全套 cad 图纸毕业答辩论文注塑模具

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摘要

吹塑成型是热塑性塑料制件的一种主要成形方法。吹塑成形可成形各种形状的塑料制件。它的特点是成形周期短，能一次成形外形复杂，尺寸较为精密，不带嵌件的塑料制件，且生产率比较高，易于实现自动化生产，所以广泛用于塑料制件的生产。

近年来，PET吹塑瓶以其质量轻、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装，特别是碳酸性饮料的包装，于是提出了PET树脂中空吹塑模具设计。该设计方案首先分析了PET瓶的几何结构和瓶坯的吹塑成型工艺，模具工作部分的温度控制等；然后提出了中空吹塑模具的结构，并阐述其工作原理。该模具结构设计合理，操作方便，能满足使用要求。

关键词： PET树脂；瓶坯；吹塑模；冷却水道。

ABSTRACT

The blowing injection formation is the thermoplastic work piece one main formed method. The injection forming may form each kind of shape the plastic work piece. Its characteristics is to take shape period short, can take shape the shape complications once, size nicety, take the plastics system piece of have the piece, and the rate of production is high, being easy to carry out the automation production, so used for the production of the plastics system piece extensively.

In recent years, with its quality mould high trength, ransparent, non-toxic advantages ,PET bottles were used to the beverage packaging, especially the carbonate drink . Then PET resin for blow molding mould design. The design scheme is firstly analyzed the geometrical structure of PET bottle of bottle preform and blow molding process. Mould work of temperature control parts etc. Then it puts forward for blow molding mould structure.,and its working principle. The mould structure reasonable design, convenient operation, can satisfy the requirements of operation .

Keywords: PET resin; bottle reform; blowing mold; cooling channels.

摘要I

ABSTRACTII

第一章简介1

1.1 概述1

1.2 吹塑制品的应用2

1.3 选题的依据和意义4

1.4 本课题目前发展状况4

1.5 本课题在国外的发展现状5

1.6 塑料注塑模具的地位和未来的发展趋势6

第二章吹塑制件设计9

2.1吹塑件的功能和性能要求9

2.2材料及其性能10

2.3吹塑制件的几何结构设计12

2.3.1容积12

2.3.2.外形12

2.3.3.垂直载荷强度13

2.3.4.刚度14

2.3.5.壁厚14

2.3.6.底部（支撑面）14

2.3.7.边缘及转角（圆角）15

2.3.8.口部15

2.3.9.螺纹16

2.3.10.脱模斜度17

第三章吹塑成型工艺18

3.1中空吹塑成型方式18

3.2吹塑成型的工艺及技术参数20

3.2.1塑料挤出工艺21

3.2.2 吹胀定型工艺22

3.2.3成型技术参数24

3.2.4成型设备选用26

第四章模具结构设计28

4.1吹塑模具结构选择28

4.1.1吹塑模具的工作方式28

4.1.2吹塑模具的组装方式29

4.1.3吹塑模具的吹气方式30

4.1.4吹塑模具的启闭方式30

4.2分模面的选择31

4.3成型零件设计31

4.3.1成型零件应具备的性能31

4.3.2成型零件结构设计32

4.4吹塑模具的排气系统设计36

4.4.1模腔排气36

4.4.2螺纹处排气39

4.5吹塑模具冷却系统设计40

4.5.1模具材料的选择40

4.5.2冷却系统设计计算40

4.5.3冷却水的位置布置45

4.6导向机构设计46

4.6.1导柱46

4.6.2导套47

4.6.3导柱位置的布置47

第五章模具尺寸与技术参数校核48

5.1模具结构尺寸48

5.2锁模力的校核48

5.3 模板开距的校核49

结束语50

致谢51

参考文献52

第一章简介

1.1 概述

人们生活中使用的各种容器，随着科学技术的进展，制造容器的材料在不断演变和发展，如石头、泥土、木材、竹、藤、草、纸张、棉布、皮革、陶瓷、玻璃、水泥、铁、钢、有色金属、橡胶和合成塑脂等，而塑料容器时19世纪中叶才出现的新材料、新产品。从容器的应用及发展过程可以看出人类文明的发展了历程。

19世纪60年代，出现了世界最早的热塑性塑料——赛璐璐。到19世纪80年代，一种更实用的塑料材料——醋酸纤维素实现了工业化生产。随着化学工业的发展，到了20世纪30年代，先后实现了聚氯乙烯、低密度聚乙烯的工业化生产。此时，塑料的主要用来制造玩具、小制品以及少量的军事用品。在20世纪40年代，开始生产聚乙烯瓶，20世纪50年代初，美国和原联邦德国先后开发了高密度聚乙烯（我国在20世纪50年代末，开始生产高密度聚乙烯），并开始用高密度聚乙烯生产瓶及家庭用器皿。在20世纪60年代，美国开始大力推进高密度聚乙烯牛奶瓶的生产计划，从这时开始，用吹塑成型或注射成型的各种塑料容器，逐渐成为塑料工业的一个重要部分。值得提出的是，在塑料容器成型技术和市场得到飞跃发展的数十年中，挤出吹塑牛奶瓶、拉伸市场饮料瓶、多层复合共挤吹塑容器等典型产品，已把塑料容器业引向了崭新的21世纪。

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内容简介：: 摘要摘要吹塑成型是热塑性塑料制件的一种主要成形方法。吹塑成形可成形各种形状的塑料制件。它的特点是成形周期短，能一次成形外形复杂，尺寸较为精密，不带嵌件的塑料制件，且生产率比较高，易于实现自动化生产，所以广泛用于塑料制件的生产。近年来，PET吹塑瓶以其质量轻、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装，特别是碳酸性饮料的包装，于是提出了PET树脂中空吹塑模具设计。该设计方案首先分析了PET瓶的几何结构和瓶坯的吹塑成型工艺，模具工作部分的温度控制等；然后提出了中空吹塑模具的结构，并阐述其工作原理。该模具结构设计合理，操作方便，能满足使用要求。关键词： PET树脂；瓶坯；吹塑模；冷却水道。IABSTRACTABSTRACTThe blowing injection formation is the thermoplastic work piece one main formed method. The injection forming may form each kind of shape the plastic work piece. Its characteristics is to take shape period short, can take shape the shape complications once, size nicety, take the plastics system piece of have the piece, and the rate of production is high, being easy to carry out the automation production, so used for the production of the plastics system piece extensively.In recent years, with its quality mould high trength, ransparent, non-toxic advantages ,PET bottles were used to the beverage packaging, especially the carbonate drink . Then PET resin for blow molding mould design. The design scheme is firstly analyzed the geometrical structure of PET bottle of bottle preform and blow molding process. Mould work of temperature control parts etc. Then it puts forward for blow molding mould structure.,and its working principle. The mould structure reasonable design, convenient operation, can satisfy the requirements of operation.Keywords: PET resin; bottle reform;blowing mold; cooling channels.II目录目录摘要IABSTRACTII第一章简介11.1 概述11.2 吹塑制品的应用21.3 选题的依据和意义41.4 本课题目前发展状况41.5 本课题在国外的发展现状51.6 塑料注塑模具的地位和未来的发展趋势6第二章吹塑制件设计92.1吹塑件的功能和性能要求92.2材料及其性能102.3吹塑制件的几何结构设计122.3.1容积122.3.2.外形122.3.3.垂直载荷强度132.3.4.刚度142.3.5.壁厚142.3.6.底部（支撑面）142.3.7.边缘及转角（圆角）152.3.8.口部152.3.9.螺纹162.3.10.脱模斜度17第三章吹塑成型工艺183.1中空吹塑成型方式183.2吹塑成型的工艺及技术参数203.2.1塑料挤出工艺213.2.2 吹胀定型工艺223.2.3成型技术参数243.2.4成型设备选用26第四章模具结构设计284.1吹塑模具结构选择284.1.1吹塑模具的工作方式284.1.2吹塑模具的组装方式294.1.3吹塑模具的吹气方式304.1.4吹塑模具的启闭方式304.2分模面的选择314.3成型零件设计314.3.1成型零件应具备的性能314.3.2成型零件结构设计324.4吹塑模具的排气系统设计364.4.1模腔排气364.4.2螺纹处排气394.5吹塑模具冷却系统设计404.5.1模具材料的选择404.5.2冷却系统设计计算404.5.3冷却水的位置布置454.6导向机构设计464.6.1导柱464.6.2导套474.6.3导柱位置的布置47第五章模具尺寸与技术参数校核485.1模具结构尺寸485.2锁模力的校核485.3 模板开距的校核49结束语50致谢51参考文献52河南理工大学本科毕业论文第一章简介1.1 概述人们生活中使用的各种容器，随着科学技术的进展，制造容器的材料在不断演变和发展，如石头、泥土、木材、竹、藤、草、纸张、棉布、皮革、陶瓷、玻璃、水泥、铁、钢、有色金属、橡胶和合成塑脂等，而塑料容器时19世纪中叶才出现的新材料、新产品。从容器的应用及发展过程可以看出人类文明的发展了历程。19世纪60年代，出现了世界最早的热塑性塑料赛璐璐。到19世纪80年代，一种更实用的塑料材料醋酸纤维素实现了工业化生产。随着化学工业的发展，到了20世纪30年代，先后实现了聚氯乙烯、低密度聚乙烯的工业化生产。此时，塑料的主要用来制造玩具、小制品以及少量的军事用品。在20世纪40年代，开始生产聚乙烯瓶，20世纪50年代初，美国和原联邦德国先后开发了高密度聚乙烯（我国在20世纪50年代末，开始生产高密度聚乙烯），并开始用高密度聚乙烯生产瓶及家庭用器皿。在20世纪60年代，美国开始大力推进高密度聚乙烯牛奶瓶的生产计划，从这时开始，用吹塑成型或注射成型的各种塑料容器，逐渐成为塑料工业的一个重要部分。值得提出的是，在塑料容器成型技术和市场得到飞跃发展的数十年中，挤出吹塑牛奶瓶、拉伸市场饮料瓶、多层复合共挤吹塑容器等典型产品，已把塑料容器业引向了崭新的21世纪。塑料容器的生产与树脂材料工业、塑料机械设备是同步发展的。最初，用热固性塑料制造的容器较多，但由于其卫生性能难以控制、密度较大、制品较厚等原因，现在除一些密胺餐具外，热固性塑料已逐步退出了塑料容器市场，热塑性塑料几乎占领了塑料容器的全部市场。从塑料牛奶瓶工业化生产开始，高密度聚乙烯一直是塑料容器市场中使用量最大的品种。硬聚氯乙烯塑料容器，是解决了其成型的稳定性、塑料成型机械以及塑料的卫生性以后，才重新引起了人们的兴趣。目前，用来制造容器的主要塑料材料，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、硬聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及聚酰胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、离子键共聚物等。而新的适用于制造塑料容器且性能更优异的聚合物还正在不断出现。所用的吹塑设备包括塑化挤出机、吹塑型坯机头、吹塑模具、供气装置、冷却装置等。目前，吹塑成型机的自动化程度相当高，从挤出型坯、吹塑成型、彩印装饰到灌装工序，全部连成一体化的生产线。高度的自动化可大大的降低制品的生产成本，可获得较好的经济效益。1.2 吹塑制品的应用塑料容器已经进入从日常生活到工业生产的宽广领域，今后的发展潜力更是无法估量。如按容器的制造方法分类，中空吹塑容器和注射容器，是塑料容器中使用量最大的两大类产品。绝大多数的塑料容器，是使用中空吹塑成型方法制造的。由于塑料具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、抗冲击性、对温度的适应性、对气体及液体的密封性（阻隔性），以及塑料容器质轻，价格适宜，使塑料容器为化学工业品包装，提供了宽广的选择范围，使塑料替代玻璃及金属制作容器的趋势，得到了更迅速的发展。（1）中空吹塑制品的具体应用1）家庭用品包装容器，如洗涤剂瓶、消毒剂瓶、清洁剂瓶、化妆品及香水瓶、洗发水瓶、药品瓶、胶粘剂瓶等。2）食品及饮料包装容器，如碳酸饮料及非碳酸饮料瓶、矿泉水瓶、牛奶瓶、酱油瓶、啤酒瓶、净水瓶、水壶等。3）化学品包装容器，如酸、碱、盐类化学品容器，农用化学品包装容器，汽油及煤油容器，化学危险品包装桶、罐等容器。4）应用于玩具及工业方面。（2）中空吹塑制品的应用效果1）聚氯乙烯中空吹塑制品发展非常迅速。因为这类吹塑的中空制品具有透明、质轻的特点，可在极高的生产速度下进行生产，可代替下玻璃瓶，价廉，在运输中不易损坏，而且还具有良好的表面彩印装饰性。例如，航空公司彩透明、硬质、薄壁的300mL聚氯局烯瓶，须装带300瓶饮料，则每次飞行可养活50kg的质量，则每年可节省3万美元的航空燃料。目前，聚氯局烯吹塑透明瓶广泛地进入了水果汁、饮料、矿泉水、食用油、醋、调味品、化妆品、香波、洗涤剂等到产品的包装工业，进入了一次性消费的包装领域。中空吹塑模具设计赋予聚氯局烯透明吹塑瓶各种各样的造型，利用丝印或现代印刷技术使聚氯乙烯透明吹塑瓶更具有受人青睐的装饰色彩，致使其大量地涌入市场。2）聚乙烯价格便宜，易于成型，耐压，耐化学腐蚀，因此，聚乙烯中空吹塑制品生产的批量大，可作为化工原料的包装容器。聚乙烯中空制品也是液体化妆品、家用洗涤剂包装的理想材料。高密度聚乙烯大型中空容器具有形状复杂、壁薄的特点。其壁厚可吹到0。13mm。宋就提供了质轻而价廉的包装容器。高密度聚乙烯对水蒸气的透过率低，高温加热时热稳定性好，这种中空吹塑制品大量地用来盛漂白剂及马达机油等液体物质。3）中空吹塑模的设计应结合中空吹塑成型设备的自动化、大型化程度进行考虑。大型吹塑成型设备需要配置大型吹塑模。例如，英国生产的大型中空容器的窖可达378L，用作农药喷桶；620L窖的中空吹塑制品用于啤酒储桶。德国彩液压伺服系统控制吹塑型坯壁厚的装置来生产大型中空容器。用普通吹塑机吹塑的制品容积可达1000L；特别设计的吹塑制品容积可达10000L，可谓超大型中空吹塑液体储槽。大型中空吹塑容器可用作储油桶、高位水箱、洗衣机蓄水槽、太阳能热水蓄水器等。4）塑料玩具彩中空吹塑成型最合适，能吹塑形状十分复杂、整体着色、图案细致的中空制品。中空吹塑模还可以吹塑人体模型、动物模型、异形灯罩及海洋捕鱼浮子等。美国福特公司彩中空吹塑成型汽车塑料椅背、汽车左右内侧门代替金属焊接的汽车椅背和内侧门，不仅具有重量轻的优点，还能减缓汽车撞击时对人的冲击作用，大大降低了车祸的危险性。5）1982年美国制造的200L大型塑料桶用去1.6万t左右的塑料；57L左右的容积的中空吹塑桶年消耗树脂约1.2万t左右；仅用海水淡化软水容器的吹塑桶方面每年约消耗4000-5000t。大型中空吹塑桶，经美国塑料工业协会（SPI）塑料桶分会（PDI）的努力，已经实现了完全标准化，促进了塑料吹塑桶的迅速发展。1.3 选题的依据和意义模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械；制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。模具工业发展的关键是模具技术的进步。塑料工业是当今极具活力的一门产业。食品、饮料、药品、洗涤用品、化妆品、化工产品等在我国迅速发展，它们对复合膜、包装膜、容器、周转箱等制品有很大的需求，如饮料的产量基本上是5年翻一番，在2005年就已经达到2500万吨，其中50%使用聚酯瓶，即需100亿个左右；还有方便食品、乳制品、罐头食品、味精、糖果、饼干等需要各种包装材料几百万吨；药品包装也有很大市场。1.4 本课题目前发展状况近年来，PET吹塑瓶以其质量轻、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装，特别是碳酸性饮料的包装。此外，由于捆装的玻璃啤酒瓶屡屡出现爆炸伤人事故，国外有转向PET瓶包装的趋势，因此，PET吹塑瓶的市场前景广阔1。PET吹塑瓶的生产依据型坯的预成型方法，在PET吹塑瓶未流行前，塑料瓶坯多是挤出成型的。塑料经加热及螺杆转动的摩擦力成为熔融状态后，从模头挤出，成为圆筒状的瓶坯，然后再经过吹塑。挤出成型的瓶子瓶颈不平整，通常都需要刮去毛边才能保证旋上瓶盖后不漏水，挤吹亦产生较多的边角料，要二次加工去除并循环再用且靠挤出的瓶坯壁厚很难保证均匀。注射吹塑采用注塑机注出瓶坯，其主要作用是产生壁厚均匀瓶坯和平整的瓶颈，在经注射成型的瓶坯未冷却前或用再加热使瓶坯软化，将瓶坯纵向拉伸后再吹气（横向拉伸），作成双向拉伸，这样除强化瓶子之外，制件壁厚减小，故比挤吹节省用料。然而，由于PET材料成型温度高，料温调节范围窄（260 300）,且熔化后，流动性太好，必须在注塑机喷嘴中加防流涎的装置，这样大大增加了模具的复杂度。本文拟探讨采用热流道系统注射成型PET瓶坯，目的是使PET 瓶坯的成型更加合理化。1.5 本课题在国外的发展现状21世纪，我国塑料模的发展极其迅速。30年已走出国外90年的历程，现已具相当的规模。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相应的开发应用或涉猎，目前国内模具生产厂家工艺条件的参差不齐，严重影响了模具精度和质量，而我国的标准化水平有待提高，模具人才需求远大于供给的窘境急需改观，而且还得再接再厉，加快模具产品结构调整的步伐，促进模具企业间联合重组应成为大势所趋。我国塑料模具的设计与制造目前主要依赖设计人员的经验和工艺人员的技巧，设计的合理性只有通过试模才知道，制造的缺陷主要靠反复修模来纠正。这不仅难以保证模具的质量，而且使模具的设计与制造周期长，成本高，特别对大型、精密、复杂的中高档模具，问题更为突出。国际上，特别是发达国家，由于其塑料模的设计与制造起步较早，技术方面发展的比较成熟。特别是计算机的运用和发展，使一些发达国家成功地使用了CAD/CAM技术来进行塑料模的设计和制造，尤其是CAE的运用，使得塑料模具的设计水平及可靠性都有了很大的发展，目前，美国PSP公司的IMES专家系统，能帮助模具设计人员用专家知识解决注塑模具的设计问题。德国IKV研究的CADMOULD系统，可用于注塑模具的流动、冷却分析和力学性能校核。澳大利亚MOULDFLOW公司的注塑模具CAE软件MF，具有流动模拟冷却分析、翘曲分析和应力分析功能。目前在模具设计上都以以生产率和制品成本作为主要考虑因素，采用的是热流道浇注系统，同时使用气顶活动阀式浇口。1.6 塑料注塑模具的地位和未来的发展趋势1.吹塑成型模具的地位现代吹塑件生产中，合理的吹塑成型工艺、先进的挤出吹塑模具，以及高精度、高效率的型坯挤出设备是当代吹塑成型加工中必不可少的三个主要因素，缺一不可。吹塑成型模具对完成塑料加工工艺要求、塑料制品使用要求和造型设计起着重要作用。高效的、全自动的吹塑设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其效能。产品的生产和更新都是以模具制造和创新为前提的。我国挤出吹塑模具产品自21世纪以来也取得了长足的进步。在多层共挤出吹塑模具方面，因专用制品的技术要求，瓶壁已能达到七层组织结构；汽车用的异形燃油箱，为了有较好的防渗性，油箱的主体为多层结构，油箱从接缝附近起到缝脊，为大层结构。其层次结构为单层（HDPE）/多层（HDPE/粘结剂/PA黏结剂/HDPE）/单层（HDPE）。在精密吹塑模具方面，不仅能控制制品的精确容量，这还能通过厚度调节机构来保证多层型坯壁厚均匀。这也显示了目前我国吹塑成型技术已经达到了较高水平，并将在国民经济发展的巨大影响是不言而喻的。纵观世界经济的发展，经济发展较快时，产品畅销，自然要求模具的制造技术能跟的上。目前，世界模具市场仍供不应求，可见研究和发展模具技术、提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”；德国给模具工业冠之为“金属加工业中的帝王”；罗马尼亚视为“模具就是黄金”；新加坡则把模具工业作为“磁力工业”。模具工业在世界各国经济发展中处于十分重要的地位。可以断言，随着现代化基石的迅速发展，人们生存在“塑料世界”中，吹塑模具在国民经济发展过程中将处于十分的地位。2、吹塑模具的发展趋势我国塑料模具工业起步晚，底子薄，与国外工业发达国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和在改革开放防止的引导下，我国吹塑模具业得到了迅速发展，高效率、自动化、大型、精密模具在整个塑料模具产量中所占的比重越来越大。随着人类社会的进步和高新技术的不断发展，世界各国不惜投入重金开发塑料模具设计与制造技术。塑料模技术包括设计技术、材料选择、加工技术、管理与维修技术等多种领域，属于系统工程技术。随着塑料模具应用领域的不断扩大，地位的不断提高，国家已非常重视并制定出明确的奋斗目标。（1）超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。（2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。（3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。（4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向、网络化方向发展。（5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。（6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。（7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。（8）全面推广CAD/CAM/CAE（计算机辅助设计/制造/工程）技术是现代模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，CAD/CAM/CAE是塑料各种成型方式制品的设计、机头与模具的设计与制造的发展方向。CAD/CAM/CAE技术用于吹塑模具主要有以下优点： 1）可使模具设计效率提高2-10倍，易于模具的优化设计与修改。2）有助于采用数控机床加工制造模具。3）可提高模具型腔的精度和性能，大大数段试模时间。4）提高对塑料与制品种类的适应性。分析、优化吹塑模具冷却的CAD系统要建立两个数据文件：一个是操作数据文件，包括塑料与模具材料的性能、型坯温度、制品取出温度、制品的公称壁厚与最大壁厚、制品与型坯的质量、制品总的表面积、原先的冷却时间（对已有模具）等。根据这些数据，计算机可计算要散出去的制品热量。二是模具结构数据文件，包括描述冷却设计所需的全部数据，如冷却通道的类型、直径、长度与间距等。吹塑模具冷却的CAD系统通过二维或者三维模拟，可在计算机显示屏上显示制品的高温与低温区，以优化模具的冷却性能，提高产量，还可以提高制品冷却的均匀性，改善制品的性能。现在，全国普及CAD/CAM/CAE技术的条件已经基本成熟。随着计算机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在推广应用CAD/CAM/CAE技术的基础上，英大力开展企业信息化工程，可从计算机辅助工艺设计开始逐步向计算机集成制造乃至向虚拟化制造发展、深化和提高。用于模具设计制造的计算机软件正向着智能化、集成化、网络化及数字化方向发展。第二章吹塑制件设计2.1 吹塑件的功能和性能要求采用中空吹塑法成型的塑料容器，包括包装容器、工业容器、家用容器等。在进行制品设计时，明确塑料容器的用途、功能、性能等要求是很有必要的。1吹塑苏打水瓶的功能要求（1）保护包装物塑料包装容器应能够防潮、防水、防腐蚀；对外界粉尘、谁和其他液体物质有阻隔作用；防止包装物受到污染和腐蚀。塑料容器本身应无毒、无嗅、无味，气密性强，容器与容器内物品不发生串味；能防止氧气、水蒸气及一些有害的气体对包装物的侵入。（2）产品的销售单元塑料包装容器虽不能直接作为计量工具，但每只容器应有额定的容积。而且，所设计容积应符合使用习惯，便于销售并符合有关法规。（3）商品的展示功能塑料包装容器可以通过美观的外形、有一得表面光泽和透明性，显示其商品的展示功能。（4）使用方便的功能吹塑容器在用于盛装物品时，会涉及一次或重复多次的罐装或抽提作业。设计良好的容器口（密封器），开启方便，能重复多次封闭及开启，方便进行罐装作业；倾倒内容物方便。2 吹塑苏打水瓶的性能要求为保证吹塑制件具有包装的功能，作为塑料包装材料，应具备如下一些性能：（1）力学性能塑料包装容器应具备有较好的力学性能，如刚性、耐冲击强度、耐环境压力开裂性能等。保证容器在盛装物品后，在使用和储运环境中，不会因受碰撞、挤压、长期堆放而受破损、变形、开裂。（2）阻渗性能塑料瓶应能阻止液体的挥发渗透，阻止氧气、水蒸气的渗透，防止内容物变质或受细菌侵蚀；在商品的保质期内，能有效的保证内容物符合其质量指标的要求。（3）耐热性能制件要求进行热灌装，高温杀菌操作，必须选择耐热性能高的材料。一般情况下，包装容器在热灌装、杀菌时的温度约为90C左右。（4）卫生性能制件用来包装饮品，应该有较好的卫生性能，在使用过程中，所使用的聚合物、添加剂，不能扩散及传递对人体有害的物质。（5）经济性制件的能源消耗应低，便于回收利用。2.2 材料及其性能聚对苯二甲乙二醇脂（PET）是热塑性性聚酯的一种。它是由对本二酸二甲脂或对本二酸与乙二醇缩合聚合而成；分为非结晶PET及结晶PET。分子结构式为：PET相对密度为1.31.4，熔点255260；高结晶的PET熔点约为270。商品PET分为工程级、标注级和共聚物。传统的PET主要用于包装薄膜和纺织品纤维。近年来，由于其在饮料瓶的成功应用，已成为吹塑成型的主要聚合物材料，也是吹塑成型用材料中最新、增长速度最快的一种。PET的典型性能见表2-1。性能测试方法（ASTM）均聚物共聚物特性粘度/（ml/g）密度/（g/cm3）拉伸屈服强度/Mpa弯曲弹性模量/MpaD2857D792D638,为取向取向D790，为取向取向721.45516524154828831.45518524155172表 2-1 PET的典型性能PET的透明度与光泽度很好，有较好的耐热性、耐冲击性、耐蠕变性及尺寸稳定性。化学性能稳定，耐弱酸和有机溶剂，但不耐碱，不耐热水浸泡。PET阻止二氧化碳、氧气和水蒸气渗透性高。PET有较高的耐热性，可在120温度下长期使用；能在较宽的温度范围内，保持优良的物理力学性能。PET可用注射拉伸吹塑、挤出吹塑、注射吹塑、共注射吹塑成型。PET在容器领域的不断扩大，归功于注射拉伸技术的发展。拉伸吹塑级的PET是在反应器中着色的聚合物，一般有本色、绿色、淡黄色。经双向拉伸吹塑的PET瓶，具有更高的拉伸强度、弹性模量、冲击韧性；具有更好的透明性及光泽性，瓶的雾度可降至4%；其耐化学药品性提高，阻止气体渗透性能提高；其蠕变性能增强，使其能成功的用于高密封性的碳酸饮料包装。双向拉伸吹塑，还使PET瓶的质量大大降低，经双向拉伸的PET瓶，由于管坯的双向拉伸会产生应力集中，一旦遇热会产生应力松弛，不宜饮料的罐装。避过，现在已有多项“热定型”的专用专利技术，可用于生产适于8790罐装果汁、饮料的容器。挤出吹塑用PET，应具有优良的熔体强度，慢的结晶速度和较宽的分子量分布范围。有一个以上二醇和一个以上二元酸合成的聚合物，成为共聚酯，G代表用于共聚物反应中的其他乙二醇，1，4-环己烷甲醇，他具有很高的刚性、硬度、透明性和韧性，可用于与食品接触的容器。PET在成型前，需在5070温度下干燥4h，成型时的熔体温度一般为200-230，用于挤出吹塑方法制造洗发剂、液体洗涤剂、矿物油和食品的透明包装容器，此外，PET还可与5%-20%EVOH共聚物渗混组成共混物，用注射拉伸成型工艺制造高阻渗性瓶。2.3 吹塑制件的几何结构设计吹塑制品设计的主要内容包括制件的容积、外形、垂直载荷强度、刚度、壁厚、底部（支撑面）、边缘及圆角、口部、螺纹、等的设置。2.3.1容积（1）公称容积按照国际海上危险货物运输规则对危险货物运输包装用语的说明，容积有两个含义：1) 实际容积，是指容器的内容量。即是容器在水平置放时，盛装水的最大容量。2）标称容积，也是公称容量，是容器预计盛装液体的体积。（2）设计容积容器在设计计算时的容积。公称容积=实际容积*95% 设计容积=公称容积*（1.05-1.10）该制件的设计容积为500ml。取容积系数为1.05。公称容积=设计容积/1.05 =500/1.05 =476.19 ml2.3.2.外形吹塑制件的外形设计是吹塑模具型腔设计的重要组成部分。吹塑制品的几何外形设计除了考虑其实用性外，还应注意美术造型、装饰图案、花纹，以增加制品的直美观。因此，设计者应对制品的功能、用途、可成型性、经济效益和外观进行综合分析研究，并且对这些因素加以权衡。从理论上分析，包装容器应是圆形的和椭圆形。这种造型，可用少量的材料，吹制出最大热量的容器；而且，生产效率高，成型方便，不良现象少。但是，从市场销售来看，容器的形状必须是多样化的，造型更美观，标新立异。吹塑制品外形设计应易于开模后取出方便，避免因唾沫造成变形。常见的吹塑制品的几何形状有圆形、方形、长方形、椭圆形、球形、异形等。圆形容器的用量最多，使用广泛，模具制造方便，型坯壁厚均匀制品刚性好，但是外形不美观，运输占用空间较大。长方形的刚性较差，型坯设计要求严格，壁厚偏差大，椭圆形多用于化妆品的包装。该吹塑制件横截面设计为方形，如下图：图 2-1 塑件截面图2.3.3.垂直载荷强度吹塑容器必须能耐加料口和压盖机构的压力。通常要求吹塑制品具有比瓦楞包装箱更强的承受垂直载荷的能力，并能承受其他物品的压力。用PET制成的吹塑瓶，当肩头长度为13mm时，其倾斜角至少应超过12；肩头长度为50mm时，应超过30，另外，在瓶壁侧面和肩头斜坡的交接处，只要有可能就要尽量采用一个较大的弯曲半径，可以降低转折部分的应力，考虑提高制品的垂直载荷强度，瓶身设计如下图：图 2-2 塑件肩部结构2.3.4.刚度在容器瓶壁周围设计沟槽，提高了瓶子的刚度，沟槽提高了商标区域的环向强度，设计时，圆形沟槽的深度宜小些，该制件设计如下图：图 2-3 瓶壁结构2.3.5.壁厚增加容器的壁厚，可提高其耐冲击强度和刚度；但是，容器的质量也随着增加。容器质量的增加，会带动容器成本的提高。为提高制品的竞争力，有必须将容器壁的厚度减至最低。塑料容器是利用挤出的型坯在模具中吹胀而成型的，膨胀大的地方制品壁薄，膨胀小的地方制品壁厚，膨胀量相同则壁厚均匀。另外，由于材料的熔融指数关系及型坯的自重影响而造成型坯下部偏厚，进而影响制品壁厚的均匀性。制品的壁厚与制品的直径成反比，随着瓶的直径增大，瓶的壁厚就变薄，瓶口处与瓶体直径差愈大，这两处的壁厚差别与大。为保证制品质量、壁厚均匀，可以根据制品的几何形状来确定瓶子的壁厚。该制件的平均壁厚设计为0.5mm。2.3.6.底部（支撑面）通常很少以整个平面作为制品的支撑面，并要尽量减少支撑面。对于瓶类制品来说，一般采用环形支撑面。以整个平面作支撑面，在钳贴溶解部分因存在钳切毛边儿凸起，制品放置不稳；如下图环形支撑面，情况大为改善，且增加了制品底部的刚度。图 2-4 塑件底部结构从生产工艺可知，挤出吹塑制品的底部，一般都是型坯的夹断处，是制品力学性能的薄弱部位。制品在底部夹缝处的壁厚，比其他部位厚，收缩率也较大，故容易产生翘曲现象，影响制品的直立。因此，制品底部应设计成内凹形，制品的转角处及内凹处，均作较大的圆弧过渡。内凹底形状主要用于制造防爆瓶，在储量大、能产生气体或瓶呈锥形的情况下，瓶子破裂的危险现象是普遍存在的。该瓶除了内凹底外，底边也是渐变的，而且拐角半径R很大，具有渐变的底边外缘轮廓，较大的圆弧部分，内凹角较大，内拱长度短。2.3.7.边缘及转角（圆角）在挤出吹塑成型时，型坯吹胀首先接触的部位，总是趋向于先行硬化，该部位的壁厚也大一些。而边缘及转角的部位，往往是型坯吹胀最后接触的部位，其容器壁就相对地较薄弱。因此，容器边缘和转角部位，应设计成圆角。从表面积和容积的关系，也可以说明这一点：当球体和立方体的容积和质量相同时，球体总是比立方体的壁厚厚一些。由于大多数塑料具有凹口敏感性，容器在尖叫处、口部螺纹的根部、颈部与容器体的交接点、型坯夹断缝处等部位，最易产生裂缝和开裂现象。这些部位边缘及交接处，也应设计成圆角。矩形容器的转角处，支撑着容器的大部分负荷，应局部增加该处的壁厚，也有利于提高容器的刚度和耐垂直载荷强度。为增加制品的力学性能，制品的侧壁与底部的转角不一设计称尖角，尖角也难以吹塑成型。这些转角处应采用较大的圆角半径过度。当然，也是为造型美观一些。该制件的肩的斜度为45，平均肩宽大约20mm，2.3.8.口部每一件吹塑制品设计有孔口，他具有如下作用：吹胀型坯时，压缩空气的进气口或排气口；容器罐装或抽吸内容物的进出口；喷雾口；密封器的密闭口等。与容器口部配合使用的金属件或塑料件，主要为盖及密封器。为使容器口部能更好的与盖及密闭器的配合，容器口部有螺纹、费螺纹形等结构的设计。在挤出吹塑成型中，容器口部的外径是有吹塑模具的模腔尺寸决定的；容器口部的内直径有吹塑模具的吹气型芯的外直径尺寸决定。这时，容器口部的厚度是有型坯压缩形成的。若型坯壁的厚度发生变化，容器口部的内径也会发出变化。生产时，容器口部坏会产生收缩、凹陷等不良现象。为使容器口部与密闭盖或密封器配合紧密，需对容器口部进行切削加工。挤出吹塑薄壁容器，由于容器口部的壁厚较薄，难于进行切削加工。可在容器口部设计剪切块。2.3.9.螺纹吹塑制品的螺纹设计，以采用梯形或半圆形的螺纹截面为好。根据使用要求和选用的材料不同，采用标准螺纹和细纹螺纹，而不采用粗牙螺纹，这是因为粗牙螺纹难以成型。吹塑制品口部的螺纹，因成型工艺不同而已异。挤出吹塑、共挤出吹塑制品，其口部螺纹式型坯在吹塑模具闭合时，经挤压形成的，为了便于制品上的毛边清理和使螺纹具有所要求的拉力利于密封性，吹塑制品的螺纹设计可根据使用要求，设计成连续螺纹、断续螺纹、卡头螺纹等。瓶口螺纹设计为断续螺纹，截面形状为直角等腰三角形如图：图 2-5 口部螺纹结构制品口部螺纹应采用逐渐凸起的设计。其始端高度可下降0.2mm以上，末端不宜延长到与垂直底面（制品肩部）相接处。同样，螺纹的始末端，均不应突然开始，或突然结束，应该有一个过渡尺寸。由于挤出吹塑制品的口部都设置刀口，为有利于制品脱模，减少修整螺纹处废边的工时，使成型的螺纹更加清晰、饱满。口部螺纹采用断开式设计，螺纹在分型线两边断开，其断开距离，各为口部周长的10%。吹塑制品上使用的非螺纹结构形式，用来保证瓶盖与瓶体的密封固定。2.3.10.脱模斜度由于中空吹塑成型不需要凸模，且收缩大，在一般情况下，若当制品表面有波纹时，为了便于从模内取出，应设计脱模斜度，但此制件虽有波纹，由于分型面的选择，可以不设置脱模斜度。第三章吹塑成型工艺好的吹塑制品设计还需要通过合理的工艺设计来实现。工艺设计包括成型方法的选择，工艺过程、工艺参数及工艺条件的确定等。合理的工艺设计，能保证成型加工过程顺利地进行；保证制品具有高的力学性能、外观和尺寸精度。更为重要的是，工艺设计使设计者的制品设计能在大批量的成型加工过程中重复实现，并保持均匀、稳定的发展。3.1 中空吹塑成型方式中空吹塑成型工艺是吧熔融状态的塑料型坯放入吹塑成型模具内，然后闭合模具，借助压缩空气吹胀型坯，是型坯依附于模具内型腔表面上，冷却定型后便获得一定形状的中空塑料制品。中空吹塑成型有以下几种形式。1. 挤出吹塑成型目前，我国挤出吹塑中空成型是成型中空制品的主要方法。挤出吹塑成型时采用挤出机降热塑性塑料熔融塑化，并通过机头挤出管状型坯；然后截取一段管坯趁热将其置于吹塑模具中，闭合模具，接着用吹管通入压缩空气，使管坯吹胀并贴与模具型腔的内壁成型；最后保压和冷却定型，排出压缩空气并开模取出制品。其优点是：成型设备及模具机构简单，投资少，制品的生产成本低，操作容易，可用于薄壁、形状复杂比规则的制品，适用于多种塑料的吹塑成型，是目前我国小型企业普遍采用的基本方法。其缺点是：由于挤出管坯速度较慢，对于较大的管坯因自重产生下垂现象，会使管坯壁厚不均而产生内应力，从而引起吹塑制品壁厚的差异，所以此法适合用于小型容器的生产。至于塑件需后加工去除飞边的问题，随自动化水平的提高，人工去除飞边的手工操作越来越少，制品的质量越来越高。图 3-1 挤出机工作简图挤出吹塑成型是最大的一类吹塑成型方法。据资料介绍，世界上80%-90%的中空容器，是采用挤出吹塑法成型的。挤出吹塑成型工艺主要用来成型单层结构的中空容器，其成型的容器容量，最小的为几毫升，最大的可达到几万毫升。他包括牛奶瓶、饮料瓶、洗涤剂瓶、化妆瓶等瓶类容器，化学试剂桶、农用化学品桶、饮料桶等类容器，以及200L、1000L的大容量包装桶和储桶。2. 注射吹塑成型注射吹塑成型是采用注射成型工艺，将熔融塑料注入注射模内，制取有底的管状型坯，且管坯包在周壁带有微孔的空心型芯上；然后趁热把型芯和包着的热型坯移入到中空吹塑模具中；接着从芯棒的管道内通入压缩空气，使管坯吹胀成型紧贴于吹塑模具的内表面；最后经过保压、冷却定型后排除压缩空气，开模取出制品。注射吹塑成型的优点是：制品壁厚均匀无飞边，必须后加工，中空制品的螺纹口部尺寸精确，废料少。由于注射管坯是整体式，故制品底部没有拼合缝，强度高，生产效率高，其缺点是：由于该工艺生产每种制品必须使用两副模具（型坯模具和制品模具），注射型坯的模具要求承受较高的压力（10-40Mpa），而且注射型坯的模具要求有较高的强度，所以设备与模具投资较大，价格昂贵；另外，此工艺不能成型形状复杂的制品；制品成型周期长。因此，该工艺多用于小型中空承受制品的大批量生产。目前，注射吹塑成型较广泛应用于使用聚苯乙烯或聚丙烯等塑料制造的药品瓶、化妆品瓶。3. 拉伸吹塑成型拉伸吹塑，是在注射吹塑成型的基础上发展起来的。它是将挤出或注射成型的有底型坯加热到熔点以下适当温度后（型坯处于高弹性）置于吹塑模具内，先用拉伸杆进行轴向拉伸，在通入压缩空气使型坯沿纵向及横向进行吹胀拉伸、冷却定型的方法。4. 多层吹塑成型多层吹塑成型是将不同种类的塑料原料，经过特定的机头挤出后，形成一个多层复合粘结在一起的型坯，在经过吹塑制的多层中空制品的成型方法。发展多层吹塑的主要目的是，解决制品因为单独使用一种塑料不能满足使用要求的问题。例如，单独使用聚乙烯，虽然无毒，但它的气密性较差，其熔体不能盛装带有香味的食品，而PVC塑料的气密性远远好于PE，但是存在毒性问题。因此，采用外层为PVC，内层为PE的复合容器，则容器气密性好而且无毒。多层吹塑成型机头结构复杂，设备投资大，成本高。但是，随着生活水平的提高和技术的发展，该技术在实际应用中越来越广泛。 5. 片材吹塑成型片材吹塑成型是最早采用的中空塑料制品的吹塑成型方法，属于二次成型加工，采用这一方法的成型过程是把已热软化的两片塑料放在两半模之间，闭合模具，两半模沿塑性轮廓把两片塑料牢牢地钳夹住，同时使受管接头挤压的塑料成型螺纹。通过管接头用压缩空气吹胀塑料片材，使其紧贴于凹模型腔而成为制品；进行冷却之后抽出管接头，分开模具，取出中空制品。由于挤出吹塑的优点，又是中小批量生产，本设计采用挤出吹塑成型。3.2 吹塑成型的工艺及技术参数吹塑成型制品的质量好坏，与塑料挤出的工艺因素、吹胀定型的工艺因素及制品的冷却等有关。3.2.1塑料挤出工艺（1）温度温度对塑料的挤出及型坯的性能，有明显的影响。提高挤出机的加热温度，可降低熔体的黏度，改善熔体的流动性，降低挤出机的功率消耗；可适当提高螺杆转速，而不影响物料的混炼塑化效果；有利于改善最终制品的强度和光亮度；有利于改善最终制品的透明度。但是，熔体温度过高，会使挤出的型坯易产生自重下垂现象，引起型坯纵向壁厚不均；会延伸型坯吹胀冷却时间；会加大最终制品的收缩率。因此，应遵循这样的原则来设定挤出机的加热温度：在技能挤出光滑而均匀的型坯，又不会使传动超载的前提下，为保证型坯有较高的熔体强度，应尽可能采用较低的加热温度。在设定挤出机加热温度是，进料段温度相对的低一些，防止物料堵塞在加料口，影响物料的输送，压缩段的温度较高，有利于物料的混炼塑化；挤出段的温度可低于压缩段的，而高于进料段，有利于稳定而均匀地向机头供料。本挤出模具初定：料筒温度：后 230-240C 中 240-250C 前 250-255C机头温度： 255-260C模口温度： 258C（2）熔体压力进入机头的熔体应压力均匀。适当提高挤出机内熔体的压力，可使物料混炼均匀，使型坯及最终制品的性能稳定。对于高相对分子质量聚乙烯、高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的共聚物，足够的熔体压力，可使型坯有良好的外观。但是，因杂物阻塞机头网版，造成熔体压力过高，会增加挤出机负荷超载而损伤机器，应及时更换、清洗网板，使进入机头的熔体维持稳定的压力。为控制熔体的挤出压力，可在挤出机的出料段，安装熔体压力测量仪表。测量熔体压力常用仪表，有机械测压表、液压式（硅油、硅脂、水银）测压表、气动测压表及电器测压表。（3）熔体输送速度熔体输送速度大，则挤出机的挤出量大。提高熔体的输送速度，可改善型坯的自重下垂现象，增加型坯的壁厚。熔体输送速度随螺杆直增加而增加，受机头压力的影响较小。提高挤出机螺杆的转速，提高挤出机的加热温度，可相应提高容貌个体的输送。但是，当螺杆转速提高一定数量时，易产生熔体破裂现象。在塑料的挤出过程中，上述三个因素相互影响的额。同时，要求这三个因素的波动性小。若温度、压力、熔体输送速度出现较大波动，不仅型坯的壁厚均匀性、重复性等也随着变差，还会使最终制品的力学性能、尺寸稳定性等，产生较大差异和性能下降。3.2.2 吹胀定型工艺型坯的垂直式在气体压力作用下，在吹塑模具型腔内定型。影响型坯吹胀定型的工艺因素，有型坯温度与模具温度、吹胀气压、吹胀时间、吹胀速度及制品冷却等。（1）模具温度通常，吹塑模具的温度可在20-50C内选取。若模具温度过低，测塑料在模具夹坯口处温度下降很快，阻碍型坯发生变形，还会导致塑件表面出现斑纹或使光亮度变差；如模具温度过高，塑件需较长冷却定型时间，将使生产效率下降，并在冷却过程中，塑件会产生较大的成型收缩，难以控制其尺寸与形状精度。由上述分析可知，除了塑料材料的技术参数之外，制品质量的好坏在很大程度上取决于型坯温度与模具温度，且这些工艺参数随着具体生产环境的不同，都会产生很大的变化，因此，必须从实际的生产场所进行合理的选择。PET可采用140-190C的高温模，但该制品要求有较高的透明度，而才用 30C的低温模。（2）吹胀气压吹胀气压指吹塑成型所用的压缩空气压力。注入型坯的压缩空气，其压力应是可控的。吹胀压力高低，直接影响型坯的吹胀成型，它与选用塑料品种的型号、型坯温度和壁厚、模具温度、制品大小、型坯吹胀比等因素都有关系。吹胀气压一般为0.2-1.0Mpa。个别情况可达2Mpa。通常，冷却速度慢的塑料材料，吹胀气压较低；型坯温度高、熔体黏度低时，采用较低的吹胀气压；型坯温度、熔体黏度高、模具温度较低时，采用较高的垂直气压；制品体积大、壁厚较厚时，采用较高的吹胀气压。在一定的吹胀气压范围内，提高吹胀气压，可提高制品表面形状的清晰度；改善制品的冷却效果，所带冷却时间；降低制品冷却后的收缩率。生产实践指出，最合适的垂直压力范围为0.1-0.9Mpa。以每递增0.1Mpa的方法，分别吹塑成型一系列中空制品，通过用肉眼分辨其外形、轮廓、螺纹、花纹、文字等清晰程度，以及检测制品壁厚的均匀性和所规定的各种性能试验等进行确定PET挤出吹塑模的吹胀压力为0.2Mpa。（3）吹胀时间吹胀的型坯必须在模具型腔内，在一定的压力条件下，保持一定的时间，才能充分冷却、定型。吹胀时间一般占据成型周期的1/22/3。型坯吹胀时间的长短，与塑料品种、型坯温度和壁厚、吹胀压力、吹塑制品的容积等因素有关。通常，冷却速度慢的塑料材料，需要较长吹胀时间；熔体温度低、模具温度低、吹胀气压高时，吹胀时间可缩短；吹塑制品体积大、制品壁厚较厚时，需要较长的吹胀时间。吹胀时间长，有利于制的外观平整光滑、图文清晰、制品收缩率小的吹塑制品，但会使制品脱模困难，会延长成型周期，降低制品的生产效率。因此，在生产塑料吹塑制品时，应在保证之魄质量的前提下，通过试验，选用最短的吹胀时间。（4）吹胀速度在相同的吹胀气压和时间下，不同的压缩空气吹胀速度，也会影响型坯的吹胀成型。通常，压缩空气以较低的气流速度，大量的注入型坯，有利于型坯的均匀、快速的吹胀；过高的吹胀速度，不利于型坯的吹胀，还会使型坯在夹断处破裂。吹胀速度可用吹气杆的进气孔直径控制。吹胀成型时，可根据型坯吹胀的要求，选用不同直径进气孔的吹气杆；相同条件下，进气孔直径大，能在较低气流速度下，向型坯注入较多的压缩空气。不同容积的吹塑制品，可根据下表选用不同的进气孔的直径。表3-1 制品体积与进气孔直径的选用制品体积/L进气孔直径/mm11.5146.5420012.5 (5)制品的冷却在挤出吹塑成型过程中，型坯的吹胀与制品的冷却时同步进行的。出极短的放气时间外，型坯吹胀时间几乎等于制品的冷却时间。1）模具冷却型坯在模具内吹胀时，熔体被紧贴模具型腔壁，熔体的热量经制品壁，通过模具壁想冷却介质传递而减少，从而使制品逐步冷却定型。2）内冷却挤出吹塑制品与注射制品的冷却方式是不同的。注射成型时，制品的内外壁可以分别于阳模及阴模接触，是熔体的热量快速而均匀的传递到冷却介质。挤出吹塑成型，只有制品的外壁与模具接触，制品的冷却速度也较快；而制品的内壁与吹胀空气接触，传递的热量少，冷却的速度也较慢。挤出吹塑制品内外冷却速度的差异，不仅延长了制品的冷却时间，还易使制品产生翘曲、变形现象。挤出吹塑成型采用内冷却方式，可明显的额提高制品的生产效率，但是，它需要用专门装置及特殊的冷却介质。3）模外冷却如将初步定型的吹塑制品取出，至于模外冷却装置继续冷却，可减少型坯冷却定型时间，缩短成型周期时间。此种冷却方式，可用于大型制品的吹塑成型。3.2.3成型技术参数从吹塑成型的变形特定可知，中空塑件的质量好坏应根据他的成型技术参数，如吹胀比、收缩率。（1）吹胀比吹胀比是指塑件的最大的直径和型坯直径之比，亦即型坯吹胀的倍数。只要能选择恰当的吹胀比，就能顺利地成型，并能成型处合格的塑件。制品尺寸愈大，型坯吹胀比愈大。增大吹胀比虽然可以节约材料，但制品壁厚变薄及不均匀，加工工艺不易掌握，制品的强度和刚度降低；吹胀比过小，顺利消耗增加，制品有效容积减小；壁厚，冷却时间延长，生产率降低，成本增高。通常吹胀比为2：14：1，多采用2：1左右，此时壁厚较均匀。对于未拉伸的吹塑制件，吹胀比表示型坯的横向膨胀程度。吹胀比可用下式计算：（3-1）式中： B吹胀比塑件的最大内径（mm）型坯的内径（mm）对于方形容器来说，按周长相等求的相当直径。（3-2）塑件的周长为：=49.5 mm因此： =63该制件的吹胀比为：=63/22=2.87 吹胀比表明了塑料制品径向最大尺寸与挤出机头尺寸口沫尺寸制件的关系。当吹胀比确定后，变可根据塑料制件的最大径向尺寸及制品厚度，确定机头口沫尺寸。机头口与芯模的间隙宽度可用下式求的：（3-3）式中 S口模与芯模制件的间隙宽度（mm） T制品的厚度（mm） B吹胀比，一般在24之间修整系数，一般取11.5，它与加工塑料黏度大小有关，对于黏度大的取偏小值。根据PET的物理性质，取=1.2。型坯断面形状一般要求应做成与实践的外形轮廓大体一致，其目的是使型坯各个部位与实践的吹胀情况能够一致，以使实践壁厚均匀，无过薄过厚的现象发生。（2）收缩率吹塑制件的收缩率，一般是指塑件成型后的尺寸收缩。通常容器类塑件对尺寸要求并不严格，成型收缩率对塑件尺寸的影响并不大，同时吹塑成型不使用成型塑件内腔的模具成型零件，而是以在压缩空气下的型坯自由表面成型。塑件尺寸与空气压力、坯料温度、成型周期、几何形状等有关。查手册得PET的收缩率为：1.8%。3.2.4 成型设备选用批量：中小批量挤出设备选用 TT1-530/140 .其主要技术参数如下：表 3-2 成型设备技术参数螺杆直径/mm38理论注射容积/190注射压力/Mpa274锁模力/kN1400模具最大厚度/mm360模具最小厚度/mm150模板行程/mm340模板最大开距/mm700顶出力/kN40顶出行程/mm85喷嘴孔径/mm2.8辅助设备： 1）高速混合机。 GRH-200型，转速500r/min，辽宁阜新塑料机械厂生产。2）干燥机。 THD-50E型，加热功率3.9KW，中国台湾生产。3）单螺旋挤出机。SJ-65B型，长径比20：1，螺杆转速1590r/min，福建塑料机械厂生产。4）空气压缩机。10.5/8型，转速620r/min，气量0.5/min，河南开封压缩机厂生产。5）单螺杆挤出机造粒机。SJ-65型，长径比20：1，福建省漳州市机修厂生产。第四章模具结构设计4.1 吹塑模具结构选择无论何种类型的吹塑模具，其最基本结构都包括两半部分，其中一半作为定模，另一半作为动模。它是由模具型腔（两部分）模具主体冷却系统切口部分排气孔槽和导向部分等组成。吹塑成型塑件质量的好坏往往受成型条件成型模具所左右。设计模具时，要了解所使用的吹塑机结构及技术规范，模具的形状结构及尺寸要符合成型设备的要求。吹塑成型模具可按工作情况组装方式及启闭方式三方面来介绍。4.1.1 吹塑模具的工作方式吹塑模具的工作方式为平行移动式模具。平行移动模具是由两半个具有相同型腔的模具组合而成。吹塑机上的开、凸轮式、齿轮式、肘节式等多种。通常都是直接用螺钉吧模具安装在吹塑机上，依靠开、闭模具装置进行开、闭模运动。模具的安装方法、安装尺寸、模具外形大小等都受到所用吹塑机的限制，因而造成吹塑制品的大小，形状也受到相应的限制。图4-1 平行移动式模具 1-模口版 2-腹板 3-底板4.1.2 吹塑模具的组装方式按组装方式，吹塑模具分为组合式结构及镶快式结构两种类型。该吹塑模具采用组合式结构。组合式结构的吹塑模具由两个半模组成，如图4-2所示，每个半模由模口板1、腹板2和底板3组合而成。模口板和底板上设有钳切刃，用强度好的钢材制造；腹板可用铝合金材料制造。三部分用螺钉和圆柱销紧固。两半模的定位由装在腹板上的导柱保证。冷却水道做在腹板上。图4-2 组合式吹塑模具1- 模口板 2-腹板 3-塑件 4-水嘴 5-底板 6-导柱7-固定螺钉 8-水道 9-导套 10-安装螺孔 11-水堵为了保证三板之间的良好配合，为对板的接触面应减小，即在左、右、后三面适当的去掉一部分（不重要的配合面），留下必要的接触部分。这样可以相对增大组合件的紧固力，防止组合模在使用中松动，产生缝隙。接触面的加工，应保证良好的平面度和表面粗糙度。4.1.3 吹塑模具的吹气方式型坯夹紧闭模后，即对型坯吹入压缩空气。压缩空气由空气压缩泵或空气压缩泵站提供。压缩空气可用上吹法、下吹法、气吹法等方式吹入型坯。该吹塑模具采用上吹法。上吹法是典型的模具吹气方式，压缩空气由模具上端吹入模具型腔。根据制品设计要求，有如下方式实施：1. 吹气杆与芯棒相连。型坯穿过吹气杆进入模具，吹胀成型时，制品的口颈一般位于制品的中心。2. 型坯由夹持装置送入模具。闭模后，压缩空气用气枪吹入型坯，采用这种方式吹胀型坯，制品的口颈，可以设计在制品顶部的任何部位。该吹塑模具采用第一种方式，制品的口颈设计在制品的中心。为保证吹塑制品内清洁、无污染，吹入型坯的压缩空气必须清洁、干燥、压力稳定。尤其，该成型制品为透明制品、薄壁制品，并且用于盛装饮料，压缩空气需经除油、除水处理。常用的措施有：将多台压缩空气泵、储气罐等组成压缩空气泵站，有专业人员进行制冷干燥、除湿、除水、除油处理；安置气水分离器、油水分离器等。4.1.4 吹塑模具的启闭方式挤出吹塑模具按模具启闭方式可分为等距启闭模、铰链式启闭模、三开模、四开模和特殊模具。该吹塑模具采用等距启闭模。等距启闭模由两半模组成，是挤出吹塑模具的主要形式。模具可沿水平或垂直方向启闭，也可以半模固定，半模移动。4.2 分模面的选择打开模具取出制件的平面交分型面。它受制件的形状、壁厚、外观、排气槽、吹气口等诸多因素的影响。该吹塑模具的分模面选择在塑件的对角面上。如图4-3所示。图4-3 分型面选取4.3 成型零件设计成型零件指的是构成模具型腔的零件，包括口模板、腹板和底板。4.3.1 成型零件应具备的性能由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，应该具备以下性能：1. 具有足够的强度、刚度，一承载塑料熔体的高压。2. 具有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。通常应进行热处理，使其硬度达到HRC40以上。3. 对于成型会产生腐蚀性气体的塑料，还应选择耐腐蚀的合金钢或进行镀鉻处理。4. 材料抛光性能好，表面应该光滑美观。表面粗糙度要求应在Ra0.4以下。5. 切削性能好，热处理变形小，可淬性良好。6. 熔焊性能要好，以便于修理。7. 成形部位须有足够的尺寸精度。通常孔类零件精度为H8H10,轴类零件精度h7h10。4.3.2 成型零件结构设计1.口模板的结构设计口模板模口部分既是吹管的入口，又是塑件的口部。在吹塑时，为了保证瓶口的尺寸和去除余料。因此，在模口处开一槽，用于安装剪切块。口模板的长、宽、高为：200mm*80mm*30mm。口模板上设计有两个定位孔，用于安装定位销钉；设计三个阶梯孔，用于连接口模板与腹板。为减少口模板与中间腹板的接触面积，将口模板下部去除一部分材料。具体结构如4-4所示。图4-4 口模板结构示意图吹塑成型瓶等容器类塑件时，校正芯棒挤压成型瓶口内径并切除余料，成型时，通过它吹入压缩空气。模口的形式如图4-5所示。图 4-5 瓶颈处成型与余料切除1-容器颈部 2-模径圈 3-剪切块 4-剪切套 5-旋转带齿套筒6-定内径的进气杆 7-颈部余料成型螺纹的模径圈硬度不太高，在切去料头时极易磨损，因此在其上端镶上一淬硬的剪切块，剪切块内表面为60的锥形，淬硬到5658HRC。吹气嘴插入时与吹气嘴上的剪切套对压，切断颈部余料。这里用带齿旋转套筒将余料从制片上扭断。当定径进气杆插入型坯时，可把型坯熔料挤出模径圈的螺纹型腔内，形成实心的螺纹，进气杆外表面成型瓶颈的内表面，这是瓶颈实际是压塑成型的。2.腹板的结构设计腹板是吹塑成型的重要成型零件，吹塑制件的外形由腹板保证。吹塑制品在脱模时由于温度较高，有一定弹性，特别PET类软制品，因此允许垂直于开模方向有较浅的带斜面的侧凹。腹板的长宽高为：200mm*80mm*140mm。腹板上开有冷却水道、上下模板连接螺纹孔、连接螺纹孔、上下定位销钉孔和导柱孔。具体结构如图4-6所示。图4-6 腹板结构示意图吹塑时由于吹胀压力较小，塑件的白沫不肯挤出型腔表面因粗糙度而形成的微小波谷，而是被众多的波峰托住，这样使制品有较光滑的表面，并沿型腔白沫形成排气通道，使型腔各处排气均匀。对型腔表面进行喷砂处理可以形成良好的排气表面，但砂的粒度要适度，对于PET高透明、高光泽制品，模腔需要抛光处理，用360号细砂擦拭型腔表面，则既可保证制品表面光滑又能有利于表面排气的作用。腹板的具体尺寸见前腹板零件图。3.底模板的结构设计挤出吹塑模具的底模版设计有夹坯口，其目的是在模具闭合时将多余的物料切除。要求切口整齐且余料切除时在制品上形成的结合缝有足够的强度，为此希望夹坯口应能使尾料被切断时有少量余料挤出结合缝并形成凸起，一增加该处的厚度和强度，如图4-7所示。图 4-7 容器底部的结合缝（a）良好的结合缝（b）不良好的结合缝夹坯口刃度是一个重要的参数，刃宽过小会减少缝合缝的厚度和强度，甚至导致切断结合缝，无法吹胀型坯。刃宽过大则闭合不紧，无法切断余料，甚至使模具无法完全闭合。应根据塑料特性、容器壁厚与容积、合模速度及尾料槽夹角来确定宽度值。夹坯口和余料槽的形式如图4-8所示。图 4-8 夹坯口和余料槽形式（a）普通式（b）分段式（c）凸块式刃口以外为余料槽，余料槽的形状和尺寸对结核缝的强度也有重要的影响。余料槽厚度大，则余料偏厚，难以在短期内冷却下来，热量通过夹坯口传至结合缝，因而增加了脱模周期。若槽深过大，余料无法与槽壁接触，则冷却更困难。反之若操神太浅，则模具难以完全闭合。为了减少瓶底的残留飞边，该吹塑模具底板夹坯口余料槽形式选用图4-8中的（b）形式，尺寸b为0.5mm，尺寸c为2mm。吹塑容器的底部一般为凹形，由于制品有一定弹性，底部内凹成型时一般不要设侧抽芯机构，但内凹不易太大，对于容积小于5L的容器，底部内凹深度可这样选取：软质塑料容器取48mm。该吹塑模具设计为4mm。4.4 吹塑模具的排气系统设计吹塑模具的排气量大，压力又小，故应开设足够的排气通道以使制品能饱满的成型。4.4.1模腔排气吹塑模的排气不当，会直接影响塑件的质量。如果模腔内存储有气体，当吹塑制件体积增大时，储留的气体会砸型腔中被压缩，气压增大、当吹气压力等于其气压压力时，就会导致塑件难以紧贴型腔，形成缺陷。吹塑模的排气，不能像注射模那样可以利用顶出杆的配合间隙或合模线的间隙脾气器。由于吹塑件的表面要求不留合模分型线的痕迹，两半模具的合模面的平面度和光洁度都很高，又没有顶出杆等零件可以留间隙排气，必须令射排气孔或排气槽。目前，有分型面排气法和型腔面排气法。由于该模具结构较为简单，采用分型面排气法。其结构示意图如4-9所示。图 4-9 分型面排气法示意图型腔壁面排气主要是通过在型腔表面钻排气孔、开排气缝或安装带缝的嵌件来排气，排气孔多开在瓶底转角处或模具死角处。型腔壁面排气要在模具体上钻好多直径非常小的小孔，加工难度较高，并且工作过程容易堵塞，因此，该吹塑模具采用分型面排气。图4-10为腹板和底板的排气结构图。（a）（b）图 4-10 吹塑模具排气结构图（a）腹板排气结构（b）底板排气结构排气槽的具体尺寸如图4-11所示。图 4-11 排气槽结构尺寸4.4.2螺纹处排气吹塑模具除了模腔排气外，其他方面也需要排气。如口模板上的螺纹，夹入螺纹内的空气难以溢出，将会导致螺纹不完全或出现缺陷，故应在口模板上设计螺纹排气孔。如图4-12所示为一种螺纹排气的设计。靠；我隔0.5mm打孔。直径A为3mm，然后，在螺纹上钻出或腐蚀出直径为0.20.3mm的径向连接孔直通3mm的孔通道。图 4-11 螺纹中小孔排气4.5 吹塑模具冷却系统设计中空吹塑模具的冷却知直接影响到产品的质量和生产效率。模具冷却系统的设计必须考虑适宜的冷却部位、冷却面积、传热效率以及对制品冷却的均匀性。如果模具的冷却速度低，生产周期就会增长，冷却不均匀会导致直径的变形。4.5.1 模具材料的选择从机械的角度出发，通常选刚才为模具材料。如只考虑材料的冷却效果时，则热导率愈高，从熔融的塑料吸收的热量愈迅速，冷却的越快。材料中C和Cr含量越高，导热性越差。铜、铝、锌合金的热导率为钢的1.53.0倍。在选择模具材料的时候，应去掉非钢不可的观点，应视具体情况在保证模具刚度和强度的条件下，选择热导率较大的材料，对提高冷却效果，缩短冷却时间极为有利。该吹塑挤出模具材料选择：上、下模板材料为： 45#钢前后腹板材料为：铝合金（ 87Al-13Si ）4.5.2 冷却系统设计计算塑件在模具内的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满型腔时起到可以开模取出塑件时止这一段时间。可以开模取出塑件的时间，常一塑件已从分固化，且具有一定的强度和刚度为准。塑件截面内平均温度达到规定的唾沫温度以下所需要的冷却时间的简化公式为：（s）（4-1）式中塑件所需冷却时间（s） t 塑件厚度（mm） k 塑料的热扩散率（/s）塑料熔体温度（）模具温度（）塑料唾沫时截面内平均温度（）塑料的热扩散率k的技术公式为：（4-2）式中塑料的热导率（ W/(m)）塑料的密度（g/）塑料的比热容 ( J/(kgK)查塑料模具技术手册，得到的性能指标为：热导率：0.25 W/(m*)比热容：2200 J/(kgK)密度： 1.35 g/ 则塑料的热扩散率为：吹塑制件脱模时的平均温度在60-80以下。该设计预拟为60。则冷却时间为：制件的冷却时间加上开模取出制件等辅助时间就是该塑件的成型周期，冷却时间t通常占成型周期的75%，但是，由于制件的壁厚较薄，所以冷却时间较短，合模、开模、型坯挤出时间较长，以下以75%计算，如若能满足要求，则在此情况下必能满足要求。则每秒吹塑次数约为： =1.36每次吹塑塑料制件质量为20g（制件的质量为19g），则每秒注入塑料量为：W =NG =1.3620 =27.2 g塑料制品在固化时每秒钟释放的热量为：（4-3）式中 W 单位时间（每秒钟）内平均注入模具的塑料质量， kg/s； q 单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量， kJ/kg；（4-4）式中塑料比热容， kJ/（kg）；分别为塑料熔体注入温度和制品脱模时的平均温度，； r 结晶型塑料的相变潜热，kJ/kg。PET无相变潜热。 =2.2（260-60） =440 kJ/kg则塑料制品在固化时每秒钟释放的热量为：=27.2440=11.39 kJ 在一般情况下塑料熔体带入热量的90%-95%都是通过模具冷却通道有冷却介质（一般为冷却水）带走的，因此在进行冷却水通道设计时可粗略地按照熔体带入热全部由冷却水带走进行计算，这在工程计算中式合理的，所以设计的冷却系统偏于安全。根据热平衡，模具每秒钟冷却介质的体积流量（）可按下式计算：（4-5）式中、模具冷却介质进出口温度，与之差不宜太大，一般取35，该吹塑模具设计为5 ；冷却介质的密度， kg/ ；冷却介质比热容，kJ/（kg）。根据体积流量，查塑料模具技术手册表3-44，取冷却水孔直径d=10（mm）则冷却水在模具内的流速为：冷却水孔总传热面积A由下式计算：（4-6）式中 A 冷却水孔总传热面积（）； G 单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/h）； q 塑料成型时在模内释放的热量（J/kg）；模具温度（）；冷却水的平均温度（），取水的常温：20 。冷却水的传热系数 (W/.K)；由求得。式中与冷却介质温度有关的物理系数，若冷却介质为水时，可查表得到；查塑料模具技术手册表3-28得：=7.5 ；冷却介质在该温度下的密度（kg/）； v 冷却介质的流速（m/s）； d 冷却管道的直径（m）。则冷却水的传热系数为：则冷却水孔总传热面积A为：则冷却水孔的总长度为： 4.5.3冷却水的位置布置冷却水孔孔间距愈小，直径愈大，则塑件冷却愈均匀，。理想情况下管壁间距离不得超过5d。水管壁离型腔表面不能太近，亦不能太远，一般不超过管径的3倍，以1215mm为宜，该中空吹塑模具采用12mm。冷却回路的布置图 4-12 冷却水道布置图常用的方法是在型腔附近钻冷却孔，由于该中空吹塑模具的制件是方形的，由于制件需要均匀的冷却，因此，也要求冷却水孔距离型腔壁的距离相等，但是分型面是在制件的对角面，需要在腹板上钻斜孔。冷却回路设计简图如4-12所示。4.6 导向机构设计中空吹塑模具的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密定位，因此该中空吹塑模具采用导柱导向机构。导柱导向通常由导柱与导套（或孔）的间隙配合组成，并呈滑动的导向机构。主要零件有导柱和导套。4.6.1 导柱（1）长度和直径导柱长75mm，中间设计一凸台，用来轴向定位，凸台宽5mm，左边30mm，用来紧固配合，右边40mm，用来导向；导柱直径为12mm，其形位公差与尺寸公差的关系应遵循包容原则。（2）形状导柱的端部做成锥形，前端还应倒角，使其能顺利地进入

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