30L三层中空成型机共挤机头结构设计

2014-05-07梁宽强苏建文刘军强

塑料包装 2014年3期

梁宽强苏建文刘军强

(陕西秦川机械发展股份有限公司)

1 概述

在国家包装行业相关政策的推动下，符合低能耗、低污染、低排放、可循环利用的塑料包装容器在各领域得到广泛使用。为满足市场需要，有必要研发中小型多层塑料容器的生产设备。

30L三层中空成型机主要用于生产20～30L三层带液位线包装用塑料桶，该桶主要用于液体及固体化工危险品及非危险品包装、食品包装、日用化工产品包装。制品采用三层结构，三层可各自采用不同的配方，可减轻被包装物的污染，并减少生产过程中各种塑料添加剂(如色母料)的用量，在内外两层用新料，保证制品外观和包装卫生标准的前提下，中间层完全用回收料，增加回收料的用量，降低生产成本，提高制品循环回收利用率。

本文主要论述30L三层中空成型机的关键部件—机头的结构分析设计的过程与思路，以此为大家提供多层共挤机头的设计参考。

2 三层共挤机头结构设计

要设计出符合要求的中空机头，首先要明确整机的配置与要求。机头只是整机一部分，因此不能独立于整机去设计。在设计过程中，注意以系统的观点去分析出现的问题。整机的设计思路应该是先整机，再机头，而对于机头应该是先结构设计，再流道体设计。

2.1 多层共挤机头的吹塑过程

多层共挤机头挤出吹塑的过程是:原料由挤出机料斗进入挤出机，再由挤出机的出口以高压熔融体的状态进入机头相应层的流道，在机头流道中形成完整的料坯，各层料坯在熔体压力的作用下继续下行，在机头内的特定位置融合成多层料坯后，通过口芯模的壁厚控制而形成最终的多层料坯，进入成型机模具吹制成制品。

2.2 机头的设计要求

多层共挤机头是多层中空成型机的关键部件，机头在整机中的功能决定了机头结构设计要求如下:

能控制每一层熔融塑料达到最佳状态和完美的圆周及侧向分布;能适应各种常用的中空高分子材料;以满足不同制品对料坯形状的要求;机头压力不能太高;伺服压力足够;保证型坯质量及制品质量，熔体在流道中的停留时间应尽可能短，且停留时间相等;在径向上，熔体在流道唇口处及口模出口处的流量、压力平衡;流道不能有死角;保证熔体在机头内流动符合“先进先出”原则。

对于多层机头还有一些特殊的要求:

达到机头的工作性能不受生产率和原料粘度的影响;在低挤出量下具有良好的自清洁功能和高挤出量下的最小剪切热，使每一层料坯都具有良好的圆周分布;多层组合料坯各层分布层厚比稳定，料坯经过机头的调节和控制，符合设计的要求。

2.3 三层共挤机头整体设计方案

根据原有技术积累与经验，初步确定三层共挤机头结构如下图所示:

图2-1 机头结构方案

三个流道体嵌套式布置，内层流道体外表面上分布的导槽与紧邻的外层流道体的内孔组成该层的完整流道。熔融料由三个进料口进入机头流道，每个进料口对应一层机头流道，高压熔融料通过流道的分配和导向而行成圆筒状料坏，各层料坯沿流道体外壁下沿下行，内层料坯与中间层料坯在中间流道体下沿位置初步形成双层料坯后，在熔体压力的作用下继续下行，在外层流道体的下沿位置再与外层料坯熔合而形成三层料坯，对于有液位线要求的制品，可在三层料坯下行通道上设计特殊的加料口，强行劈开料坯，加入与料坯材料亲合力强的透明高分子材料，形成贯通料坯的透明线。

此结构的优点是结构简单、装配方便，易于拆卸清理。

2.4 壁厚控制

中空机机头的型坯壁厚控制也是中空机机头的一项关键技术。型坯壁厚控制分为轴向控制(AWDS)和径向控制(PWDS)两种形式。轴向壁厚控制系统通过机头芯模在料坯注出的过程中，按程序控制作轴向运动，实时改变芯模的开口量，使料坯在不同的位置获得不同的壁厚，以适应制品形状的实际需要，从而基本保证最终制品有比较均匀的壁厚分布。目前国内生产的中空机上一般都具有轴向型坯控制功能，在整个料坯长度范围内，厚度控制点从24点到256点不等。30升机头根据制品大小采用64点壁厚控制技术。

在径向壁厚控制方面，设计时，采用了芯模修形技术，以部分改善料坯的径向壁厚分布情况。最终能较好地解决制品径向分布不均匀的问题。

3 三层共挤机头流道体分析

3.1 流动分析

中空吹塑制品成型，首先是需要合格的型坯，型坯厚度要满足制品的要求，型坯长度要合适，型坯直径尺寸要满足制品尺寸的要求，而合格的型坯主要取决于机头设计。机头的关键之一是流道设计。

由于流体内部粘滞力和管壁摩擦力的存在，塑料熔体沿管隙的流动会引起压力降和速度的变化。机头流道的截面形状和尺寸变化会引起流体压力、流速分布和流量的变化，这些因素将对料坯的形成和中空制品性能产生重要影响。

流道设计要求塑料原料在机头中的停留时间短，压力降小，进入储料缸时的速度、压力在径向方向上波动小，机头换色时间短，熔接痕强度好。储料机头一般采用圆柱包络式流道，展开后为“衣架式”流道。

3.2 机头流道体设计

机头流道结构直接决定型坯和制品的质量。在设计三层共挤机头时，采用设计分析软件FLOW2000，模拟显示熔体在流道内流动时各处的温度分布、压力分布、剪应力分布、流率分布、滞留时间等，并据此对流道的设计进行指导，寻求最佳设计方案。

图3-1 为内层流量和压力分布图。

在模拟分析基础上，基于熔融体在机头中形成完整的料坯，并使料坯在口模出口处的径向方向压力、速度相等，熔体在机头中停留时间短的设计目标，初步确定出三层流道体的流道形状如下图所示:

图3-2 内层流道体

3.3 流道体的材料选择

根据流道体零件特点，材料需满足易加工;耐压、耐温、耐磨损;具有足够的强度与刚度。具有足够的表面硬度，便于抛光至满意的表面质量。能经受适当的热处理，变形小、尺寸变化不明显。具有良好的导热性，且无内应力。选择合适材料，为后序零件加工、热处理提供保证。常用的零件材料有40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等。本机头采用38CrMoAlA。