芻議中空吹塑型坯壁厚多點(diǎn)控制研究

【摘要】本文從中空吹塑型工藝特點(diǎn)出發(fā)，為了解決中空吹塑成型法在應(yīng)用過程的所出現(xiàn)的問題，就采取了多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)，對(duì)多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明，也對(duì)多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)進(jìn)行了概述，并以摩托車塑料燃油箱為例說明了多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)的具體運(yùn)用

【關(guān)鍵詞】中空吹塑成型法；多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置；摩托車塑料燃油箱

【引言】中空吹塑成型法在是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中是常用制造方法，因?yàn)樗梢栽谧畲蟪潭壬蠝p少生產(chǎn)成本。但是由于技術(shù)限制，中空吹塑成型也有其固有的缺陷，就是無法控制中空吹塑成型產(chǎn)品的壁厚，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中受到自重的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)縮頸或壁厚的厚度不夠的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，工作人員采用了多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)，讓產(chǎn)品的壁厚達(dá)到理想的厚度。

1.中空吹塑型工藝特點(diǎn)

中空吹塑產(chǎn)品生產(chǎn)的過程主要有3個(gè)方面，一是型坯的成型；二是型坯在模具內(nèi)吹脹并形成制品；三是產(chǎn)品的冷卻，其中型坯的成型是關(guān)鍵步驟，也是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)中空吹塑型產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)可以知道，型坯在塑形過程中，塑料型坯一旦離開口模后，就會(huì)越變?cè)酱螅驗(yàn)樵谶@時(shí)候型坯的長度和重量在不斷的增加，但是型坯在成型過程中會(huì)受到重力的影響，這樣就會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)上薄下后的情況，尤其是大型的塑料制品。而且大型的塑料制品在制造過程中，它的直徑會(huì)出現(xiàn)變化，在這個(gè)時(shí)候如果沒有將型坯控制好，就會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)厚壁不均勻的現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候就需要采用多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)，將產(chǎn)品的壁厚控制在±0.1 mm左右[1]。

2.多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置工作原理

在將制造原料放入儲(chǔ)存缸內(nèi)的時(shí)候，位移傳感器會(huì)對(duì)儲(chǔ)存位置進(jìn)行檢測，一旦達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，控制中心就會(huì)發(fā)出信號(hào)，停止儲(chǔ)料，轉(zhuǎn)而進(jìn)行注射程序，這時(shí)候也會(huì)有位移傳感器對(duì)注射量進(jìn)行檢測，幫助控制中心將注射量均勻的分布在相應(yīng)的各等分區(qū)，并對(duì)其所需厚度進(jìn)行編碼，而且在每個(gè)等分區(qū)裝上一個(gè)可變電位器，可以根據(jù)制品要求任意改變按鈕。當(dāng)控制裝置的一級(jí)等分區(qū)的原料注射完成后，控制中心就會(huì)發(fā)出進(jìn)行下一步的指令。將液壓閉環(huán)用比例擴(kuò)大器將其擴(kuò)大后，在送到比例閥的線圈上，以此來改變比例閥的流量。這樣做的目的是為了改變液壓缸帶動(dòng)芯棒的位置，讓開口間隙發(fā)生變化。通過傳感器來檢測間隙，并對(duì)其加強(qiáng)控制，依據(jù)間隙的開口大小來決定比例閥是否繼續(xù)進(jìn)行流量輸出，如果開口量已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期值，就停止輸出。再根據(jù)控制中心發(fā)出的指令，讓比例閥帶動(dòng)口模處的芯棒進(jìn)行軸向位移活動(dòng)，讓開口間隙的精度得到保證。

3.多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)

3.1多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)概述

影響塑料產(chǎn)品的壁厚的因素很多，但是一般都分為兩種參數(shù)，制造參數(shù)以及產(chǎn)品幾何參數(shù)。制造參數(shù)包括模具開口的控制時(shí)間點(diǎn)以及控制量、在制造過程中所需的塑坯中空流量、所需材料的特性、需要的壓力值和在工作模溫。幾何參數(shù)則包括模具的直徑、產(chǎn)品的外形曲線。在本研究中主要是加強(qiáng)對(duì)控制點(diǎn)的開量以及控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)的控制和調(diào)整，而其他的制造參數(shù)也會(huì)對(duì)塑坯壁厚的分布產(chǎn)生影響，但是為了能夠更加簡單的進(jìn)行研究，我們將壓力值以及模溫都設(shè)為固定值，并利用高密度聚乙烯作為高分子材料。

本研究主要是對(duì)徑向?qū)ΨQ的中空吹塑產(chǎn)品的研究，研究的重點(diǎn)是減少縱向厚度的變異，設(shè)變異函數(shù)為f。

（1）

（2）

式中 表示的是成品（移除廢料后）第i點(diǎn)的厚度； 表示的是平均值，一共有n點(diǎn)；T是目標(biāo)厚度。

通過對(duì)公式（2）的推理我們可以將中空塑料產(chǎn)品的損失函數(shù)平均分為兩個(gè)部分，即（ -T）代表的成本與目標(biāo)厚度之間的差異；（n -1）s2/n代表的是成品各點(diǎn)厚度之間的差異。所以為了減少產(chǎn)品與目標(biāo)值之間的差異以及降低輸出變異，我們?cè)谶x擇是應(yīng)該將變異函數(shù)作為目標(biāo)。

利用控制點(diǎn)的開量大小來對(duì)塑坯厚度進(jìn)行調(diào)整，讓成品的厚度能夠達(dá)到目標(biāo)值，減少變化范圍。不僅如此，還要對(duì)控制點(diǎn)的位置進(jìn)行校正，從而改變控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)。在制作過程中將體積流率設(shè)為固定值，讓產(chǎn)品在相同的時(shí)間內(nèi)可以有固定的體積。但是如果兩者之間的控制點(diǎn)的開量不同的話，就會(huì)使兩者的塑坯厚度產(chǎn)生不同，從而使塑坯的長度也出現(xiàn)差異。所以在研究時(shí)，我們必須將控制點(diǎn)的位置調(diào)整會(huì)原位，讓塑坯的厚度與長度保持原樣，讓目標(biāo)函數(shù)值固定[2]。

在調(diào)整控制點(diǎn)時(shí)間時(shí)，我們必須將下降長度△L與注射流量Q值進(jìn)行固定，再讓新的控制點(diǎn)的開量來計(jì)算出型坯剖面的截面積SL，將Sn設(shè)為變化的面積，得出公式

在這幾個(gè)公式中，因?yàn)椤鱰的變化造成了控制點(diǎn)之間的長度△l出現(xiàn)了變化，如果想要讓控制點(diǎn)的總長度以及全部的時(shí)間都控制在一個(gè)固定值上，就必須在計(jì)算過程中，將控制點(diǎn)的長度固定，這樣才能夠讓成品的壁厚的厚度均勻。但是所有的△t加起來都不會(huì)大于固定值，那么實(shí)驗(yàn)人員就可以將△t進(jìn)行放大或者是縮小，以此來達(dá)到固定值。在對(duì)△t進(jìn)行調(diào)整后，其會(huì)對(duì)流量的大小產(chǎn)生一定的影響，所以我們對(duì)流量的大小也要進(jìn)行比例調(diào)整，避免產(chǎn)品制造出來后會(huì)出現(xiàn)塑坯長度過長以及縮頸的現(xiàn)象，導(dǎo)致成本浪費(fèi)。

3.2多點(diǎn)型坯壁厚控制裝置技術(shù)的具體運(yùn)用

主要是以摩托車塑料燃油箱為例來進(jìn)行說明，在生產(chǎn)摩托車塑料燃油箱時(shí)，制造工廠采用中空吹塑成型坯壁厚多點(diǎn)控制法。由于摩托車塑料燃油箱的外形比較復(fù)雜，導(dǎo)致在制造過程中容易出現(xiàn)壁厚厚度不均勻的情況。在一般的情況下，摩托車塑料燃油箱的最小壁厚應(yīng)該大于1.5毫米，但是在制造過程中，如果工作人員只是為了達(dá)到最低壁厚標(biāo)準(zhǔn)的話，就容易使其他部分的壁厚的厚度達(dá)到7毫米左右，壁厚厚度不均勻也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來的摩托車塑料燃油箱的質(zhì)量超標(biāo)，存在著安全隱患。為了使摩托車塑料燃油箱的壁厚均勻，質(zhì)量過關(guān)，工作人員在進(jìn)行制造時(shí)，必須應(yīng)用多點(diǎn)控制法將HDPE作為燃油箱的內(nèi)層和外層，讓型坯成型，并且增強(qiáng)型坯的強(qiáng)度，在應(yīng)用PA和EVOH材料作為燃油箱的中間層，防止燃油滲透。而且在制作時(shí)，要采用異型口模調(diào)節(jié)型坯的徑向壁厚分布，再結(jié)合型坯壁厚的縱向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，讓生產(chǎn)出來的摩托車塑料燃油箱的壁厚均勻分布，提高燃油箱的質(zhì)量。[3]。

4.結(jié)語

在幾何參數(shù)固定的情況下，我們可以采用多點(diǎn)控制的方法，將控制點(diǎn)的時(shí)間和開量控制在精確的范圍內(nèi)，以此來減少產(chǎn)品壁厚之間的差異，精確到±0.1mm，讓工業(yè)在生產(chǎn)過程中可以更有效的減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 高永祥，來建良.塑料擠吹型胚控制器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程， 2010， 24（8）： 107-108.

[2] 杜巧連，陳旭輝，王成福等.中空成型機(jī)型坯壁厚控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)電工程， 2013， 20（5）： 163-165.

[3] 王彥軍. 淺談摩托車塑料燃油箱的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 摩托車技術(shù).2013.2