挤出吹塑中空成型机的设计Word文件下载.docx

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吹塑中空成型机是各种中空制品的主要成型设备。

其成型工艺是将处于粘弹性状态的挤出或注射获得的塑料型坯置于各种各样的模具中，并通入一定压力（通常为0.2~1MPa，个别达到2MPa）的压缩空气（食品类容器必须用无油或净化后的压缩空气），将型坯吹胀，使之紧贴于模腔壁上，经冷却定型，脱模后得到与模腔外形完全一致的塑料中空制品。

第1.1节吹塑中空成型机简史

自从人类在地球上生存以来，人们就开始为存放粮食、水等必需品探求理想的容器。

古代的陶瓷器、木制桶、斛，以及大量的玻璃吹制品都是早期的中空容器，是吹塑制品的雏形。

经过漫长的发展历史以后，于1851年出现天然高分子树脂（马来胶）吹制成型资料记载。

在1880年出现的塞璐珞吹塑成型的记载，介绍了其成型过程是将预成型的塞璐珞管放在金属模具内加热软化吹胀而成。

1910年至1925年间人们用这种吹胀成型的方法，把塞璐珞制成各种玩具。

这种成型属于典型的粗放型吹塑成型。

现代吹塑成型始于1935年，由EnochFergern和WilliomKoptike一起开发了吹塑制品加工工艺方法，并于1936年将这一方法转让给HartfordEmpire公司，随后成立了PLAX开发公司。

于此同时第一台专用吹塑中空成型机于1936年诞生。

在第二次世界大战中的1942年，英国ICI公司研制成功了高压法合成聚乙烯的机械设备，并生产出了低密度聚乙烯（LDPE）,这使得吹塑成型技术作为工业加工方法被广泛的普及。

1955年高密度聚乙烯（HDPE）开始生产并获得应用，使吹塑成型工艺得到了很快发展。

随着新型树脂的不断出现，带动了吹塑成型设备的发展。

表1-1所示为国外中空成型技术及设备的发展。

到20世纪70～，80年代，塑料吹塑中空成型设备在技术上已发展到相当高的水平，从挤出成型到注射成型，从单层到多层，从单摸到多模，从对称到不对称·

·

已经形成了一个完整的加工体系。

目前，塑料吹塑中空成型设备的自动化程度越来越高，从开环发展到闭环，小时产量从几百个发展到几万个，制品从普通的生活用品发展到电子、汽车等行业·

我国吹塑中空成型机的开发起步比较晚，始于20世纪六七十年代。

经过近40年的发展，典型的吹塑成型技术和相关的成型设备，如挤出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑、多层吹塑等中空成型机，均已系列化，并向高速化、自动化方向发展。

型坯厚度数字自动控制、自动加热及模内贴标、机上修边和自动检漏，以及满足制品多样化、高功能化、高阻隔性等方面均得到了很大的发展，并正在努力缩短与世界先进水平的吹塑中空成型设备的差距。

表1-1中空成型技术及设备发展

年份

内容

区域

1851

1879

1880

1936

1937

1938

1942

1943

1949

1950

1953

1955

1957

1958

1960

1962

1967

1968

1969

1970

1972

1974

1977

1978

1982

马来胶中空成型

螺杆式连续挤出机

赛璐珞的中空成型

塑料中空成型机

中空成型开发公司PLAX公司成立

塑料挤出中空成型法

IC公司高压聚乙烯设备

注射中空成型法

引进高压聚乙烯中空成型设备

回转式中空成型机

罗伯特科伦坡多层机头

高密度聚乙烯的生产

高密度聚乙烯中空瓶制造

硬质聚氯乙烯中空瓶制造

聚乙烯中空瓶制造

聚苯乙烯中空瓶制造

聚氯乙烯中空瓶制造

高抗冲聚苯乙烯中空瓶制造

聚偏二氯乙烯拉伸中空瓶制造

聚丙烯腈拉伸中空瓶制造

聚丙烯拉伸中空瓶制造

聚氯乙烯拉伸中空瓶制造

多层中空瓶制造

据对苯二甲酸乙二醇酯拉伸中空瓶试制

据对苯二甲酸乙二醇酯拉伸中空瓶制造

欧、美

日本

美国

英国

第1.2节吹塑中空成型机用途

塑料中空制品在国民经济各个领域中用途极广，主要用于食品、饮料、化工、农药、医药、化妆品等的包装。

进入20世纪80年代中期，吹塑技术有了很大的进展，其制品扩大到汽车工业用零、部件，如保险杠、汽油箱、燃料油罐等。

中空吹塑制品已跃居为继挤出、注射成型制品之后，处于第三位的塑料制品。

据估计，目前世界上中空制品的生产已占整个塑料制品产量的15%~20%。

以中空容器为例：

目前生产的中空容器的最小容量为1ml，最大容量已达到10000L，其中以5ml~3000L的中空容器居多。

由于单一材质的塑料中空制品不能满足商品对包装容器功能的需要，因而多层吹塑中空制品应运而生，如今多层中空制品可达2~9层，其中以2~5层用得比较广泛。

立体中空制品成型，是近年来发展起来的一种新型成型方法，立体连接管的中空制品：

主体是一个空间连接管，两端用软的材质，中间用硬的材质，这种连接管具有吸振、耐热、耐水蒸气等功能，且安装方便、灵活。

通常立体连接管的内壁采用具有气密性和耐油性的塑料（如EVA、EVOH、PA6），中间是软质的烯烃弹性体，外层是硬质烯烃弹性体。

20世纪90年代，令人注目的中空制品是中空夹层深拉伸制品。

近年来，量大面广的瓶类中空制品关键部位的质量有了提高，表现在：

1）工业用瓶增多，瓶类的颈部、螺纹部位的强度提高。

2）壁厚均匀，变形小，尺寸稳定。

3）外壁光滑，一次成型后无需在整飞边，因而使用范围越来越广。

第2章挤出吹塑中空成型机

第2.1节工作原理

利用挤出机机筒加热和螺杆的剪切作用使塑料塑化，使处于粘流状态的塑料在螺杆的作用下，通过机头获得壁厚一致或壁厚按制品形状有规律地分布的管坯。

移动两片模具合模将管坯夹住，并通过切割刀将管坯切断。

在将管坯切断之间必须进行豫吹气，其目的主要是为了防止管坯壁之间粘连。

合模后吹气装置将管坯口封死，同时吹入一定压力的气体，使处于粘弹状态的型坯紧贴模具模腔内壁，经冷却定型后去掉废边，两半模复位分开，即获得所需中空制品。

为了提高产量，对容积小的中空制品，经常采用多模一次成型的方法，这就需要多模头挤出吹塑中空机。

其工作原理与上述原理基本相同，不同之处是其机头挤出的管坯与模腔数目相一致，另外吹气装置（指吹针头）与模腔数目匹配。

挤出吹塑中空成型机有单工位挤吹中空机和双工位挤吹中空机之分。

双工位的作用除可以提高产量，往往可用于成型冷却定型需要时间相对长一些的中空制品。

通过两个工位交替成型，把冷却定型的时间充分利用起来，这样既保证了中空制品的质量，又提高了产量。

为了提高中空制品的功能性，如阻氧、防潮、保鲜和提高商品上架寿命等，多层吹塑中空成型机获得了开发应用。

其工作原理与挤出吹塑中空成型机类似，只是其管坯由多台挤出机同时挤出，通过多层模头获得。

对大中型中空制品（容积大于20L）的成型，早期采用直线式螺杆挤出机，并附带豫增塑螺杆挤出机，实行间歇挤出吹塑成型，而现在已被带储料缸式挤出机所替代。

第2.2节挤出吹塑中空机的组成及作用

挤出吹塑中空成型机主要由挤出机、机头、合模装置、吹气装置、液压传动装置、电气控制装置和加热冷却系统组成。

物料从料斗进入挤出机的机筒内，通过电动机带动螺杆旋转使物料塑化、均化后输入机头中，通过机头口模形成管坯。

管坯被合模装置中的模具夹住并闭合。

由吹气装置对型坯实施吹胀，经冷却、定型后开启模具，取出制品。

模具的启闭由合模缸直接带动或由合模缸带动曲柄连杆机构实施。

全部动作电气控制完成，它包括全自动、半自动、手动、点动等不同的工况控制。

一、挤出机

挤出机由塑化部件机筒、螺杆，提供转矩和转速的传动部件电动机、减速器，和对机筒、螺杆实施加热、冷却，以满足挤出工艺温度要求的加热冷却系统组成。

1、常用螺杆

挤出机螺杆的结构形式比较多，包括普通螺杆和新型螺杆。

普通螺杆按其螺纹升程和螺槽深度不同，分为等距变深螺杆、等深变距螺杆和变深变距螺杆。

其中等距变深螺杆按其螺槽深度变化快慢，又分为等距渐变螺杆和等距突变螺杆。

而新型螺杆则包括分离型螺杆、屏障型螺杆、分流型螺杆和波状螺杆等。

目前挤出吹塑中空成型机中常用的螺杆是等距渐变螺杆和等距突变螺杆。

等距渐变螺杆又有两种主要的结构形式：

一种是从加料段的第一个螺槽开始直至均化段的最后一个螺槽的深度逐渐变浅；

另一种是加料段和均化段是等深螺槽，在比较长的熔融段上，螺槽深度逐渐变浅。

在挤出吹塑中空成型机中，后者较前者用得更为普遍，因为它加工容易，且能很好的满足非结晶性高聚物（如PVC、PS）的工艺要求。

对于结晶型高聚物（如PE、PP、PET），在温度升高至它的熔点之前，没有明显的高弹态，或者说他的软化温度范围较窄（如LDPE、PA），因此一般选用等距变深型螺杆。

2、机筒

机筒是仅次于螺杆的重要零件，分为整体式机筒、分段式机筒和双金属机筒。

在挤出吹塑中空成型机中常用的是整体式机筒。

为了提高输送能力，机筒的加料段需开槽。

开槽的方式有直槽、斜槽和螺旋槽。

挤出吹塑中空成型机中，小型中空机的机筒不开槽（光槽），大中型中空机的机筒中通常开直槽，并带有一定锥度，锥度一般控制在3度20分以内。

为了方便料斗中的物料能自由地流入螺槽中，机筒上的加料口的右壁面下部与机筒内圆相切。

其特点是进料断面大，物料进入顺畅。

3、分流板和过滤网

通常在机筒与机头的连接处设有分流板（又称多孔板）和过滤网，其作用是使物料由旋转运动变为直线运动，阻止杂质和未塑化的物料通过，以及增加料流背压，使制品更加密实。

挤出吹塑中空机中常用平板状分流板，其孔眼的分布特点为中间疏、旁边密。

孔眼的大小通常是相同的。

对热敏性物料，为了避免物料停留时间过长而分解，采用中间孔眼疏且直径达的分流板。

孔眼直径一般为2-7mm，孔眼的总面积通常为分流板总面积的30%-70%。

过滤网的更换目前均采用不停机换网和自动换网两种方式，网的细度为20-80目（孔径0.9-0.18mm）。

4、机筒、螺杆寿命

挤出机在工作过程中存在磨损，由于装配、加工不好时，机筒与螺杆接触的表面的磨损最令人关注。

为了延长机筒、螺杆的寿命，通常要用耐磨性好的材料制造，如3CrMoAlA淡化钢。

螺杆螺纹与机筒内壁因摩擦而产生磨损，这些磨损通常都是由于机械方面的调整安装不当引起的，是可以控制和防止的。

（1）不对中由于螺杆的中心线不与机筒内孔的中心线重合，以及表面一些点的间隙不同产生接触。

对此装配中应注意机筒装配到齿轮箱上的找正，传动轴和连接的螺杆的中心线找正。

（2）松配联接和偏心如果由于联接的方法（键、螺纹、花键）引起螺杆中心线偏心，当它绕主动轴转动时就会与机筒产生摩擦。

因而螺杆的联接必须是刚性联接，且轴线重合，以防止接触磨损。

（3）螺杆弯曲由于螺杆的弯曲会导致一系列波纹状的接触磨损，为此必须控制螺杆的圆柱度要求。

（4）地基支承当机筒安装找平后，地基必须在任何操作条件下都保证机筒保持在正常位置。

如果机筒倾斜的话，在螺杆转动过程中就可能产生接触而导致磨损。

（5）注意热膨胀、控制间隙机筒累积热胀将在其轴线方向上产生伸长。

由于机筒只是一端固定，因此它将在相对方向上释放热胀，防止了机筒产生弯曲。

另外当螺杆的温度高于机筒的温度时，螺杆将在径向方向自由膨胀，使机筒与螺杆之间的间隙减小，引起摩擦，导致磨损，为此要控制好热胀后间隙。

（6）终端压力的波动如果在推力轴承或凸台联轴器中存在轴向传动量，并且作用在螺杆末端的负载单独变化或其他作用力互相复合时，就会产生破坏性的轴向振动。

螺杆的运转将不稳定，并产生微振磨损。

此外还有胶合磨损，这种磨损是由于接触表面凸起点（一个表面上的点）与其相配对表面上的点相互运动时产生的。

当施加足够作用力时，表面保护层将被保护，这些相接触的点产生塑性变形，从而形成一系列分子粘合。

为了减少磨损，可采用热处理、火焰淬火、淡化、喷镀和在机筒内壁镶嵌类似钴镍合金的金属衬套等方法。

在挤出机中金属与金属的接触是不可避免的，但是通过材料以及结构的仔细选择，可以使这种接触降到最小，也可以使在挤出工艺过程中产生的其他磨损降到最小。

二、机头

物料从螺杆加料段进入，经过熔融段、均化段后从螺杆头部进入机头，再通过流道挤出管坯。

管坯可以是一个、两个甚至是多个，相应的将模头称为单模头、双模头或多模头。

模头的多少与制品用料的容量大小、模板尺寸和生产能力相关。

当挤出机的生产能力和模板尺寸确定后，对大容量制品可以配置单模头机头，随制品容量的减小可以相应配置双模头机头或多模头机头。

多模头机头的结构复杂，工艺要求比较高。

但随着技术进步，为了提高生产能力，投放市场的多模头的机头的品种已越来越多。

模头是保证型坯的重要装置，其结构型式、参数选择等直接影响中空制品的质量。

通常情况下，模头可分为两大类：

一种是直接挤出式机头；

另一种是储料式机头。

1、直接挤出式机头

根据直接挤出式机头的结构，可以将其分为芯棒式机头、和螺旋管式机头三种。

为了避免熔融物料因阻滞而引起降解，中空成型机的机头和口模内的流道应呈流线型。

（1）芯棒式机头它的进料方式是从侧面进料且方向与芯棒相垂直，故亦可称之为侧进料机头。

它适用于聚烯烃类塑料，特别是高相对分子质量的HDPE制品的成型。

（2）直接供料式机头这类机头的进料方式是熔融物料从螺杆头部挤入后，先通过分流芯棒和过滤板，使料流的中心和主芯棒中心相一致，并顺利地从口模与主芯棒的间隙中流出。

直接供料式机头亦可称为中心进料机头，适用于聚氯乙烯（PVC）类热敏性塑料制品的成型。

（3）螺旋管式机头虽然熔融物料按中心方式进入机头，但物料是从侧向流入螺旋通道。

由于其压力与流量呈线性关系，因而当改变流道长度和截面面积时，相应压力即获得改变，使熔体的密实性和均匀性获得改善，保证了制品的提高。

螺旋管式机头适用于低粘度树脂成型，对热敏性塑料的成型并不理想。

2、储料式机头

大中型中空制品成型时，通常均配备储料式机头，它不仅使型坯挤出速度快，可避免型坯因自重造成不均匀，而且可以调节型坯厚度，保证制品的厚度十分均匀。

储料式机头可分为单层储料式机头和多层储料式机头两种。

（1）单层储料式机头平时所说的储料式机头即指单层储料式机头。

它主要由口模、芯棒、机头体、环形活塞、芯轴和液压缸等组成。

其工作过程是塑化的物料被挤入到机头储料室内，随着熔融物料的增多，储料室内的压力逐渐增大。

当压力达到一定值时，就推动环形活塞向上移动。

当环形活塞移动到一定距离后，使储料室内储存有足够的熔融物料时，环形活塞停止移动。

然后向液压缸内通入压力油，使环形活塞快速向下运动，将储料室内的熔融物料挤出口模，形成管状型坯。

与此同时，芯棒按规定设置要求作上、下运动，调节型坯的厚度，得到高质量的型坯。

储料式机头设计要求与一般型坯机头大体相同，机头结构应尽量对称，使传热均匀；

熔融物料的流道应呈十分光滑的流线型，不得有突变区，更不能有死角和滞留区；

保证机头有足够的压缩比，使物料在机头内形成必要的压力；

各接触面不应漏料；

机头还要有足够的强度和刚度。

储料式机头主要参数的确定：

1）机头口模直径。

机头口模直径与制品直径成正比，与吹胀比成反比。

由于熔融物料从机头挤出后，会产生离模熔体膨胀效应、流道末端效应、冷却收缩，以及自重下垂等现象，因此在设计公式中引入修正系数α。

α的大小与熔融物料的流速、温度，口模定型长度，物料的相对分子质量等有关，α通常取0.5～1.0.机头的口模直径可按下面公式计算：

D=αDz/b

式中D——机头口模直径，单位为mm;

Dz——制品直径，单位为mm;

b——吹胀比，通常取b=1.5；

α——修正系数。

2）机头口模间隙h。

机头口模间隙与制品厚度及吹胀比成正比。

由于熔融物料从口模间隙中挤出成为型坯时，存在着熔体膨胀效应等现象，因此在口模间隙设计时引入修正系数β。

β值的大小与熔融物的流速、温度，口模定型段长度，物料的相对分子质量等有关，β值一般取0.5～1.0.机头的口模间隙可按以下公式计算。

H＞βHb

式中H——制品厚度，单位为mm;

h——机头口模间隙，单位为mm;

β——修正系数；

b——吹胀比，一般取b=1.5～3.0.

3）闭合时口模间隙h’。

机头在闭合时，必须把管坯切断，机头在闭合状态下应保证不漏料。

若机头在闭合状态下，芯棒与口模直径接触，将产生不良的影响，即芯棒与口模之间要有一定的间隙，但间隙不能过大，否则，机头在闭合时将会产生漏料。

从实验中得出，在闭合状态下，口模间隙最佳值在0.8㎜≧h’≧0.4㎜之间。

4）储料室容积V。

储料室的容积要大于制品熔料、夹口料及余料等体积之和。

通常夹口料和余料等体积之和为制品体积的1/3。

储料室容积可按以下公式设计：

V﹥KG／ρ

式中K——修正系数，取K=1.4～1.5；

G——制品的质量，单位为㎏；

ρ——熔料密度，单位为㎏／㎝㎡

5）计算实例。

制品直径为300㎜，厚度为1.8㎜，质量为1.5㎏，原料为HDPE。

HDPE的熔料密度ρ=7.6×

0.0001㎏／㎝㎡，修正系数α、β均取0.7，吹胀比b取2.

确定口模直径：

D=αDz/b=0.7×

300㎜/2=105㎜

确定口模间隙h：

H﹥βHb=0.7×

1.8㎜×

2=2.5㎜

确定芯棒向下移动距离S：

S﹥（h-h’）×

tan60°

=（2.5㎜-0.4㎜）×

=3.6㎜

考虑到局部需要加厚，S取4㎜

确定储料室容积V：

V﹥KG/ρ=1.4×

1.5㎏/7.6×

0.0001㎏／㎝㎡=2763㎝㎡

（2）多层储料式机头以带有环形活塞的三层共挤储料式机头为例说明。

它是由三台挤出机同时向一个三层共挤机头送料，机头中配置着同心的环形活塞，将机头和储料室作为一体，使其在低压下通过三个液压缸实现高速型坯挤出。

近年来采用计算机处理来确定树脂的滞留时间，从而得以使机头结构不断进步。

现在储料式机头均配有型坯厚度和长度调节的控制装置，保证了制品壁厚均匀性及各层树脂具有较好的粘接性。

（3）双心型曲线储料式机头双心型曲线储料式机头适合大型型坯的成型，并具有物料先进先出的特点。

另外，高速推出物料可减轻大型型坯的“垂伸”和“缩颈”，克服型坯由于自重产生变形而造成制品壁厚的不一致性。

同时由于挤出机可保持连续运转，为下一个型坯备料，所以双心型曲线储料式机头既能发挥挤出机的能力，又能提高型坯的挤出速率，缩短成型周期。

但应注意，当环形活塞推动速度过快不适应熔体年度时，会使熔体通过机头的流速过快，可能产生熔体破裂现象。

三、合模装置

常用的合模装置可分为液压式（液压缸直压式）和肘杆式（液压缸或气缸连杆式）两类。

液压式合模装置在动力源合模液压缸的作用下，通过同步齿轮齿条传动机构，使模具的两半相向运动，到达闭合位置时起动合模液压缸，即可形成所需的合模力。

肘杆式合模装置结构可使两模板沿着一弧线平行运动。

两模板的平行度由平行连杆调节。

模具的厚度误差可以通过调节偏心螺栓加以补偿。

四、吹气装置

空气的吹入方式有上吹、下吹和平吹三种方式，上吹方式有从模头（通过型芯）直接吹入式和与模头分开吹入（通过喷嘴）的间接吹入式两种。

下吹方式的空气吹入口位置与型坯的挤出无关，因而使用很方便。

平吹方式是将空气吹入针（通过针阀）横向插入型坯吹气的方式，多用于旋转方式的小型瓶生产和特殊的扁平制品成型。

考虑到成型制品的冷却效果，建议吹入冷却气体、含喷雾状液体的混合气体、液体碳酸气体或者液体氮等，以提高成型质量及生产率。

五、控制系统

考虑到目前控制系统的种类很多，很难用一个标准格式讲清楚，因此选用某挤出吹塑中空成型机的制造企业的典型产品（TOB-80）的电气控制系统，予以系统介绍，以对成型技术人员及电气操作人员有所帮助。

1、工作条件

1）电源电压为AC380V，电源频率为50Hz，线制为三项线制，装机容量为10kw。

2）可单独由一台空压机供气，也可由空压站供气。

气源气压为0.4-0.8MPa，气源排量为0.4-3.6立方米每分钟。

3）模具冷却系统采用冷冻水冷却，其它部分冷却采用冷却水池泵水系统或自来水，也可全部采用冷冻水。

2、主要技术参数

最大制品容量80L

螺杆直径100mm

塑化能力160㎏每小时

储料缸容积12L

锁模力360Kn

最大驱动功率82kW

3、电气控制系统

电气控制系统由操作面板、触摸显示屏、温控模块，PLC可编程控制器、模拟量、比例板、接触器、稳压电源、断路器、中间继电器等组成。

主要模块的功能有：

（1）操作面板的功能

1）面板上装有电源钥匙开关、触摸显示屏、报警器、以及自动射出、自动合模、紧急停止等动作按钮。

2）电源钥匙开关能够接通、断开机器的控制源。

3）触摸显示屏可以看做是设备的“指挥中心”，设备的基本动作指令都在此发出。

4）当设备出现故障时，报警器发出报警。

5）按下自动射出按钮，设备进入自动运行状态，同时可进行手动补充模头吹气。

6）按下自动合模按钮，设备进入自动核膜运行状态。

7）按下紧急停止按钮，设备停止一切自动或手动运行。

（2）触摸屏的显示界面

构成TOB-80机型系统的触摸屏显示界面，根据具体机型不同有29或44幅不等。

主要包括系统工具功能、上电显示、控制主界面、手动操作、温度控制设定、系统压力设定、工艺时间设定、系统功能配置、控温参数、温度趋势图、运行状态监控、系统时间校正以及当前报警查询等界面。

主要功能有：

1）系统工具功能界面：

主要用于控制系统的对比度、预热功能及参数存储功能。

2）上点显示界面：

当控制系统通电后，显示屏显示界面。

3）控制主界面：

按“上点显示”界面后，显示屏显示该界面。

该界面为综合控制界面。

按“控制主界面”中的对应功能键，可控制调整对应功能，同时可以起动加温功能及是电动机运行。

4）手动操作界面：

主要执行各种手动功能。

5）温度控制设定界面：

按“温度”键进入“温度控制设定界面1”界面，主要用于设定1～4各加热段的温度值、温度上偏差、温度下偏差及温度下限参数值。

按“温度控制设定界面1”中的“下一页”按钮，进入“温度控制设定界面2”界面2主要用于设定5～8各加热