提升兩維吹塑生產(chǎn)效率的實(shí)踐研究

葉鵬　陳云飛　孫海鑫

摘 要：新形勢(shì)下，傳統(tǒng)制造企業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，制造企業(yè)應(yīng)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排降本增效的新目標(biāo)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；本文將重點(diǎn)闡述傳統(tǒng)兩維吹塑在節(jié)能減排，提高生產(chǎn)效率方面的新思路、新方法，以事實(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，詳細(xì)論述提升兩維吹塑生產(chǎn)效率的研究成果。

關(guān)鍵詞：一模多腔 提高生產(chǎn)效率 兩維吹塑

中圖分類(lèi)號(hào)：F273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0117-02

吹塑成型起源于19世紀(jì)30年代，直到1979年以后，吹塑成型才進(jìn)入廣泛應(yīng)用的階段。吹塑產(chǎn)品的應(yīng)用涉及到汽車(chē)、辦公設(shè)備、家用電器、醫(yī)療等生活的各個(gè)方面。中空吹塑（簡(jiǎn)稱(chēng)吹塑）是借助于氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法，是最常用的塑料加工方法之一。中空吹塑又分為注射吹塑、擠出吹塑和拉伸吹塑，本文重點(diǎn)探討適合大型和復(fù)雜吹塑制品的擠出吹塑。擠出吹塑成形過(guò)程，管坯直接由擠出機(jī)擠出，并垂掛在安裝于機(jī)頭正下方的預(yù)先分開(kāi)的型腔中；當(dāng)下垂的型坯達(dá)到規(guī)定的長(zhǎng)度后立即合模，并靠設(shè)備模頭的切口將管坯切斷；從模具吹針通入壓縮空氣，使型坯吹脹緊貼模壁而成型；保壓，待制品在型腔中冷卻定型后開(kāi)模取出制品。

1 兩維吹塑行業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

吹塑成型技術(shù)是隨著塑料工業(yè)、機(jī)械制造等多種技術(shù)進(jìn)步而不斷發(fā)展的，在吹塑產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中，不斷融入現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)工具，工程技術(shù)人員應(yīng)充分利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)，使制品設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)的效率提高，從而提高吹塑制品的質(zhì)量及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。吹塑行業(yè)隨著市場(chǎng)需求的變化，在原材料、機(jī)械設(shè)備、輔助生產(chǎn)等方面迎來(lái)了較大發(fā)展機(jī)遇。

1.1 原材料方面

為進(jìn)一步滿(mǎn)足吹塑制品的功能、性能要求，特別是一些特殊需求，如醫(yī)藥、食品包裝等行業(yè)環(huán)保與安全需求，吹塑級(jí)的原料品種更加豐富多樣，加工性能趨向更好，同時(shí)耐高溫、耐腐蝕、耐紫外線、耐磨等多種特性可供選擇；另一方面，材料的發(fā)展更加低成本、易加工、低密度、可回收等特性為吹塑帶來(lái)了更廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。

1.2 機(jī)械設(shè)備方面

吹塑機(jī)械設(shè)備更加精密、高效化、智能化，多頭共擠、多層共擠、多點(diǎn)壁厚控制、配合高溫高強(qiáng)度耐磨螺桿等技術(shù)層出不窮，進(jìn)一步滿(mǎn)足了吹塑工藝需求；吹塑機(jī)械設(shè)備已有很大的改進(jìn)，吹塑機(jī)械及設(shè)備吹塑機(jī)械的精密高效化，輔助生產(chǎn)（操作）設(shè)備的自動(dòng)化。“精密高效”不僅指機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)成型過(guò)程中具有較高的速度和較高的壓力，而且要求所生產(chǎn)的產(chǎn)品在外觀尺寸波動(dòng)和件重波動(dòng)方面均能達(dá)到較高的穩(wěn)定性，也就是說(shuō)生產(chǎn)制品各個(gè)部位的尺寸和外形幾何形狀精度高、變形及收縮小、制品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)效率等指標(biāo)均要達(dá)到較高的水準(zhǔn)，較新的成果有以下幾方面。

（1）采用改進(jìn)型紅外加熱技術(shù)進(jìn)行再吹塑成型。

（2）非常高速的旋轉(zhuǎn)擠塑壓力，主要應(yīng)用在牛奶瓶的生產(chǎn)上。

（3）模具附設(shè)在梭式壓機(jī)上以補(bǔ)償噴流現(xiàn)象。

（4）多層連續(xù)擠出吹塑成型防滲透性容器。

（5）通過(guò)對(duì)取向結(jié)晶和熱結(jié)晶、預(yù)成型坯和模溫、吹氣壓力，以及型坯在模腔內(nèi)停留時(shí)間的嚴(yán)格控制，進(jìn)行連續(xù)性熱定形PET瓶的生產(chǎn)。

（6）儲(chǔ)料缸式機(jī)頭改進(jìn)，使之能擠出熱敏性塑料如 ABS—R、改性PPD和PVC。而且，重新設(shè)計(jì)的機(jī)頭，在生產(chǎn)中可快速裝拆以方便清理塑料，同時(shí)，對(duì)塑料的流變特性分析及計(jì)算機(jī)流道分析可設(shè)計(jì)流線型流道，以便于熱敏性塑料的成型。

1.3 輔助生產(chǎn)方面

自動(dòng)化夾取件，自動(dòng)原料烘干配比設(shè)備，自動(dòng)化去飛邊，切割、稱(chēng)重、鉆孔、檢漏等，已經(jīng)逐漸走向成熟和國(guó)產(chǎn)化，低成本化。

制品包裝容器、工業(yè)制品將有較大增長(zhǎng)，而且注射吹塑、多層吹塑會(huì)有快速的發(fā)展。

同時(shí)新形勢(shì)下對(duì)于吹塑這種傳統(tǒng)行業(yè)也面臨較大挑戰(zhàn)，具體如下。

（1）塑料加工技術(shù)更加智能化、多元化：3D打印技術(shù)取代了部分注塑、吹塑加工市場(chǎng)，先進(jìn)焊接技術(shù)（紅外、熱氣等）幫助注塑完成以前不能完成的結(jié)構(gòu)，取代了部分吹塑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）節(jié)能減排：吹塑行業(yè)本身屬于高耗能，料坯利用率低，加工、回收能耗較大，熱量損失嚴(yán)重。

（3）降本：現(xiàn)在工業(yè)市場(chǎng)人工成本越來(lái)越高，吹塑制品自動(dòng)化難度相對(duì)較高，人難招、人難留，如何降本增效，在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，已迫在眉睫。

2 提高兩維吹塑生產(chǎn)效率的新思路、新方法

如何有效提高吹塑競(jìng)爭(zhēng)力，目前市場(chǎng)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）三維吹塑取代兩維吹塑，主要是降低產(chǎn)品飛邊料坯比例，減少塑料回收重復(fù)加熱能耗，同時(shí)增加產(chǎn)品抗爆破強(qiáng)度，局部控制更加精確；目前主流的考特斯、ST等已經(jīng)廣泛引入中國(guó)市場(chǎng)。

（2）多工位共擠：一個(gè)模頭，兩個(gè)模具，模具可移動(dòng)，通過(guò)模頭不間斷擠出料坯，增加生產(chǎn)效率，一般小型產(chǎn)品和模具適宜使用。

（3）多模頭共擠：多個(gè)模頭，多個(gè)模具，同時(shí)擠出生產(chǎn)，大幅度提升生產(chǎn)效率，效率可以翻幾倍，國(guó)內(nèi)一些較好的吹塑設(shè)備企業(yè)已有成熟機(jī)型在售。

現(xiàn)有市場(chǎng)主要就是以上三個(gè)方向在發(fā)展，本文將另辟視角，從傳統(tǒng)兩維吹塑生產(chǎn)過(guò)程精細(xì)化為出發(fā)點(diǎn)，在傳統(tǒng)行業(yè)的基礎(chǔ)上找出新的思路和方法，即一模多腔。

3 一模多腔提高生產(chǎn)效率的實(shí)踐驗(yàn)證

首先，我們先了解一下吹塑模具，吹塑模具通常由兩瓣凹模組成，并設(shè)有冷卻通道和排氣系統(tǒng)。與注射成型模具相比，吹塑模有以下特點(diǎn)。

（1）型腔壓力小：吹塑模具型腔受到的壓力為型坯的吹脹壓力，一般為0.2～1.0MPa，而注射模具型腔內(nèi)的壓力要高得多（10～40MPa）。因此，吹塑模具對(duì)材料的要求較低，選擇范圍較寬，目前市場(chǎng)常用有P20、50號(hào)鋼、鋁合金等。

（2）吹塑模具只有凹模，且其型腔一般不需經(jīng)硬化處理，除非要求長(zhǎng)期生產(chǎn)。而注射模包括型芯與型腔，即既有凹模，又有凸模。

（3）注射模腔內(nèi)熔體通過(guò)流動(dòng)來(lái)成型：吹塑模腔內(nèi)型坯則通過(guò)吹氣膨脹來(lái)成型，這可減小制品上的流痕、熔接痕及模腔的磨損等問(wèn)題。

（4）由于沒(méi)有型芯，吹塑制品上較深的凹陷也能脫模，通常不需設(shè)置象注射模所廣泛采用的滑塊、頂桿或凸輪等（特殊產(chǎn)品需要滑塊、頂桿）。

其次，我們?cè)倭私庖幌潞螢椤耙荒６嗲弧薄Ｒ荒６嗲唬櫭剂x，即一副模具中開(kāi)發(fā)多個(gè)型腔，這樣做的主要目的有以下幾個(gè)方面。

（1）提高生產(chǎn)效率：經(jīng)過(guò)測(cè)算，一模三腔生產(chǎn)效率至少提升2倍以上（已經(jīng)考慮成型周期加長(zhǎng)、切割飛邊工時(shí)加長(zhǎng)等因素）。

（2）提高料坯利用率：大家知道對(duì)于兩維吹塑，有一個(gè)很大比例的成本支出用在無(wú)用料坯的廢碎、回收再加熱利用上，如何有效降低產(chǎn)品周邊料坯比例，對(duì)吹塑成本下降有至關(guān)重要的影響。受限于形狀復(fù)雜、轉(zhuǎn)彎較多等諸多因素，產(chǎn)品料坯利用率往往較差，一模多腔的模具設(shè)計(jì)思路正是充分利用產(chǎn)品無(wú)用料坯。

但是，一模多腔并非只要一個(gè)模具多個(gè)型腔隨意擺放，一模多腔模具設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）充分考慮產(chǎn)品形狀，盡可能多地利用空余料區(qū)域料坯，我們看一下圖1這個(gè)設(shè)計(jì)例子，兩個(gè)黃色框區(qū)域左右兩個(gè)小風(fēng)管，用的是主風(fēng)管的空余料坯區(qū)域，而藍(lán)色區(qū)域主風(fēng)管用的是左右兩個(gè)小風(fēng)管的空余料坯區(qū)域，這樣就把料坯回收區(qū)域比例至少降低一半。

（2）充分考慮產(chǎn)品壁厚要求，同一模具多個(gè)型腔制品，壁厚要求盡量一致，這樣不會(huì)在調(diào)試過(guò)程中顧此失彼。

（3）同模產(chǎn)品直徑相差不宜過(guò)大（1.5倍以?xún)?nèi)），否則吹脹拉伸比不一致，導(dǎo)致產(chǎn)品壁厚不易協(xié)調(diào)一致。

（4）型腔盡可能做成通腔，這樣可以防止個(gè)別產(chǎn)品成型吹氣不足形成次品概率。

4 討論和建議

一模多腔模具設(shè)計(jì)，三腔以上大制品靠人工切除飛邊料坯工作量已經(jīng)很大，同時(shí)腔數(shù)越多，耗用時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，料坯在切除過(guò)程中很可能已冷卻，給切除料坯造成影響，同時(shí)工人翻轉(zhuǎn)等也會(huì)比較困難，可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)這些不利因素給予充分考慮。如果能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切除料坯，這些比例因素都會(huì)迎刃而解，多腔制品才能更好地向三腔以上發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

把傳統(tǒng)行業(yè)做出新的高度，不僅需要新思路，更需要新技術(shù)支持，不斷創(chuàng)新，推動(dòng)新技術(shù)進(jìn)步，最需要的是永不停滯地追求工匠精神。

參考文獻(xiàn)

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