挤出中空成型机塑化、机头和合模机三大系统详述（四）

徐彦飞 董尚举 何建领

（苏州同大机械有限公司）

中空吹塑技术培训连载（四）

挤出中空成型机塑化、机头和合模机三大系统详述（四）

徐彦飞 董尚举 何建领

（苏州同大机械有限公司）

本文是在《塑料包装》杂志上连载的中空吹塑技术方面的文章，属连载文章的其中之一。本文着重介绍挤出中空成型机的塑化、机头和合模机三大组成部分。

中空吹塑机 塑化 机头 合模机

（上接2014年《塑料包装》第4期）

前言

挤出中空吹塑成型机由塑化、机头、合模系统、气动系统、机械手、模具及制冷系统、电气、液压驱动系统及制品后处理系统等组成。塑化、机头、合模三大系统是挤出中空吹塑成型机最重要的部件，本文主要介绍这三大部件，其余部件在以下的文章中叙述。

1 塑化系统

在前期文章中说到挤出中空吹塑机的挤出机多以单螺杆形式为主，目前国内中空成型机厂家也多以采用单螺杆挤出机为主，所以本文也主要针对单螺杆挤出机进行讲述。

1.1 塑化系统的组成

塑化系统一般由挤出系统、传动系统、加热冷却和控制系统组成。如图1所示。

挤出系统主要由螺杆、料筒、分流梭、分流板、过滤网等组成，挤出系统使物料塑化为均匀的熔体，并产生一定的压力，被螺杆连续、定温、定压和定量地挤进机头。传动系统由电机、减速箱、联轴器等组成，作用是驱动螺杆转动，提供挤出过程中螺杆所需要的转矩和转速。加热冷却系统由加热器、温度控制元件和冷却装置组成，作用是通过加热和冷却保证挤出系统在工艺要求范围内进行。挤出机的控制系统由电气元件、仪表和执行机构组成，可以调节控制螺杆转速、料筒或螺杆温度以及机头压力等参数，保证挤出机按照预设的工艺过程要求（压力、速度、温度、时间）准确有效地工作。

图1

1.2 螺杆

螺杆是塑化的最重要的部件，不仅能对塑料进行高效、均匀的塑化，还直接影响到挤出机的挤出产量、塑化混合质量、能量消耗等。螺杆是一根带单头或多头右旋螺纹的轴，其作用是对物料进行输送、压实、熔化、搅拌和施压，所有这些都是通过螺杆在料筒内旋转完成的。螺杆旋转时，塑料对料筒内壁、螺杆螺槽底面、螺棱推进面以及塑料之间均会产生摩擦及相互运动，塑料的向前推进是这些运动组合的结果，除料筒外部加热圈提供的热量外，上述摩擦产生的热量是物料熔融塑化所需能量的另一重要来源。螺杆在工作时需要承受高温高压和高转矩的作用，所以螺杆必须要有较高的强度和耐高温高压性能，还要有耐腐蚀和耐磨损性能，螺杆的表面粗糙度要低于0.4，因此对螺杆一般要进行渗氮、喷涂合金、电镀硬铬等表面处理。

在选择螺杆材料时，要满足力学性能、耐腐蚀、耐磨损和加工性能几个方面的要求。一般采用45钢、40Cr钢镀铬、38CrMoAL氮化钢等。一般的螺杆可采用45钢，虽然耐磨性、强度和耐腐蚀性稍差但价格便宜，容易取材。采用40Cr钢镀铬的螺杆耐磨性和耐腐蚀性都较好，对镀层要求较严格，镀层也容易脱落。采用38CrMoAL氮化钢的螺杆综合性能较好，是挤出机螺杆应用最广的材料。

螺杆的长径比是最重要的参数，是指螺杆有效螺纹部分长度与螺杆外径之比。长径比的大小影响塑料的塑化、混炼的均匀性、物流的密实程度以及挤出量的大小，即可以表征螺杆的塑化能力和塑化质量。

一台中空机塑化系统的产量对我们来说至关重要决定着制品的生产效率，目前中空机厂家测定产量的方法为：将挤出机的塑化率设定为99%，对单位时间内挤出的塑料待冷却后称重即可计算出此挤出机的产量。

1.3 料筒

料筒是挤出机最重要的部件之一，料筒加料段的结构直接影响到物流的输送效率，料筒的加工和装配工艺对挤出机的性能和使用寿命影响很大。料筒的结构形式有整体式、分段式、衬套式、轴向开槽式等多种。

整体式料筒长径比大，零件少，加工精度容易满足，料筒受热均匀。但对加工设备要求高，磨损后修复困难。一般长径比小的料筒采用整体式。

分段式料筒加工容易可适应长径比大的螺杆要求。但分段会影响装配时的对中性和料筒的加热均匀性。

衬套式料筒适应于大中型挤出机，使用可以更换的合金钢衬套，外部的料筒可以使用一般材料的钢材，这样可以节约材料成本。但是这种形式的料筒加工和装配比较复杂

轴向开槽式料筒可以增大加料段固体物料的输送速率。目前在挤出机中较常用。

下图2是一种轴向开槽式结构的料筒。

图2

料筒也是在高温、高压、严重磨损和一定腐蚀条件下工作的。其材料一般采用较耐磨的合金钢。

2 机头

机头是挤出机的成型部件，主要包括机头体，芯棒、口模、芯模、调节螺钉等，机头与挤出机相连，挤出机为机头提供塑化好的具有一定温度、压力、黏度、流道速度的塑料熔体，塑料熔体进入机头后，原来的螺旋运动方式转变为直线运动，熔体在流道内的流动剪切过程使塑料熔体进一步塑化均匀，熔体在流道内经过减压使流道速度均匀一致，熔体经过进一步压缩增压产生必要的成型压力使挤出制品密实，熔体最后经过机头成型段和口模的定型作用成为具有一定截面形状尺寸的型坯，型坯再经过后续的部件加工和冷却成型即成为制品。前期文章讲到过机头有单层、双层、多层和单模头、双模头、多模头的多种形式。无论什么形式的机头都可归纳为直接挤出机头和储料机头。

在小型中空机中多采用直接挤出机头，同时配有双工位的合模系统，这样生产效益高，满足小型制品生产的要求。大中型中空机通常采用储料式机头。

直接挤出式机头有中心进料式直角机头和侧向进料式直角机头。

中心进料式直角机头采用支架来支承分流体和芯棒，支架设置有若干条分流肋，自挤出机来的熔体经过分流梭时，分流梭支架把熔体分成若干股，之后再重新汇合，挤出为型坯。中心进料式机头的流径较短，个熔体单元的停留时间相差很短，型坯轴向壁厚较均匀，熔体降解的可能性较小。但熔体流径支架形成的汇合线会降低制品性能，特别是对薄壁制品在分流肋表面处的强度有很大影响，熔体所受的剪切速度较大，这会降低熔体汇合线的结合强度。具体的改善措施前期文章中已叙述过。

下面主要讲述几种侧向进料式直角机头

2.1 环形支管式机头

特征：由挤出机螺杆头部来的物料经过一个转角，进入到机头部分，芯棒上开设有环形槽，熔体在机头入口处被分成两股后再进入芯棒上的环形支管。环形支管的流动截面积较大，流动阻力较小，使两股熔体快速地环绕支管周向流动，并在与入料口相对的一侧汇合，形成环形熔流向下流动，轴向挤出型坯。

优点：机头结构简单，流道长度短，型坯只有一条熔合线。

缺点：难以保证型坯径向厚度的均匀性。

适用性：主要适用于中、小容量的吹塑制品。

2.2 心形支管式机头

特征：在心形支管式机头中熔体被分成两股，进入心形支管后沿周向分流，同时进行轴向分流，在与入口相对的一侧两股熔体汇合，形成一条汇合线，汇合后的熔体自口模处挤出型坯。

优点：这种形式的机头，使挤出的型坯壁厚趋于均匀，流动具有流线型，使流体的流动通畅，流速高，残留熔体少，而且容易拆下清理。

适用性：可成型纵向带双色条纹或带透明嵌条的双色型坯，适用于需要经常更换型坯颜色及材质的吹塑制品。

2.3 螺旋支管机头

特征：机头的芯棒入口处设计成螺旋形，熔体从螺旋芯棒中心孔进入，再从中心孔径向流入螺旋流道，最后流体沿芯棒流动，挤出型坯。

优点：螺旋型机头的机构紧凑，出口处熔体流动均匀性好，不形成汇合线，压力消耗降低，制品性能较均匀。

缺点：螺旋芯棒制造费用较高，不易清理。

机头材料的具体要求：应满足在耐压条件下，有足够的强度和刚度；保证耐腐蚀、耐磨、耐热，有足够的表面硬度；容易进行抛光处理。

3 合模系统

合模系统完成模具的闭合、开启以及施加足够的锁模力，动力方式有机械传动、液压传动、气动传动。合模系统均要满足下述基本要求：

a、固定两半模具并使之对准，保证模具工作时的顺利开启与闭合；

b、吹胀压力作用下，有足够的锁模力而不至于被打开；

c、为了便于安装，必须有足够的模具安装面积，要有拉杆间隔；

d、为了安全取出制品，必须要有足够的开关模具行程和安装模具间隔距离；

e、模具开与合的速度要适当快些，锁模和开模结束时没有冲击；

f、为满足连续挤出型坯的需要，模具将型坯抓住后，锁模机构要能将其移到指定位置进行吹张和冷却；

g、模具将型坯抓住后，要用其刃口部分切除余料和飞边。

3.1 合模系统的结构形式

合模系统主要用于固定吹塑模具，使塑料型坯能在模具中快速成型为吹塑制品。能实现模具的快速开合模、慢速开合模、模具嵌件及抽芯动作、高压合模以及模具的快速更换等功能。

3.1.1 直压式合模

模具直接由左右两边的液压油缸或汽缸活塞杆与模板连接实现锁模动作。这种合模机构已经较为少见了。

这种形式合模机构的特点是锁模液压缸或汽缸的力完全转化为锁模力，拉杆只起到支承反作用力的作用。

3.1.2 三板四拉杆合模

这种结构形式的合模系统目前在大中型吹塑设备中使用最为广泛。三板两拉杆结构是它的改进，为了方便安装模具。该合模机构的主要功能有快速合模、慢合模、快开模、慢开模、高压锁模、保压等，一般根据产品需要还会增加四开模模具的上下开模、合模、保压等功能，有些产品生产时还需要增加嵌件的固定、推出以及侧吹等功能。

这种合模机构的特点在于它的有效行程调整方便，开合模平稳可靠。

3.1.3 两板销锁式合模

两板销锁式合模机构由液压缸或伺服电机驱动滚珠丝杆来实现移模，运动副采用直线导轨。具有刚性好、运动精度高、稳定性好等优点。

此合模结构采用相互对称的两套液压驱动机构分别驱动各自的模板，由于模板中心受驱动液压缸的作用，所以能降低模板的重量，减小锁紧变形量，装修模具更容易、容模量更大、更适合机械手的操作，性能上比其他结构的合模结构更具有优越性，越来越被广泛使用。

两边销锁合模结构的驱动装置采用伺服电机驱动滚珠丝杆的形式在技术上已成熟，尤其是在中小型中空机上已得到较多的使用，比用液压油缸更环保，调节开合模速度更方便。

3.2 合模系统的传动方式

机械传动是用伺服电机驱动滚珠丝杆带动模板，实现模具的开合。其主要特点是卫生环保、维修方便、传动位置精准，但伺服系统价格较昂贵。

液压传动是利用液压元件控制锁模结构的动作，具有锁模速度快，模板运动平稳，锁模压力大等优点，能够准确的按照不同速度开合模具，并在较短的时间内达到最大的锁模力，但液压系统容易漏油造成污染。

气动传动作业环境比较清洁，但对压缩空气品质要求较高，必须干燥、清洁，具有模具开合产生的冲击较大，锁模力小，噪音大的缺点。

3.3 合模系统的工艺参数

锁模力，模具闭合后需要足够的锁模力以保证吹胀时模具不会胀模，同时实现生产中存在型坯尾料和飞边时需要提供锁模力。

启闭速度，启闭速度要分段控制，先已高速低压的方式移动到行程的1／3左右，然后改为低速高压闭模。高的闭合速度有力于缩短成型周期，以减小由于型坯自重造成的下垂现象，但过快闭合会造成合模冲击过大，损坏模具，型坯易在夹断处破裂。

模板开距，模板开距为固定模板动模板相对移动的最大距离。模板开距限制了可成型中空制品的最大直径，做大直径的中空制品设计时比较加大模板开距。

（未完待续：见本刊2014年第6期）

更 正

本刊2014年第4期登载“国内双向薄膜拉伸设备存在问题及未来展望”一文的作者“杨伟”应为“杨伟光”。特此更正。

Summarization of plasticizing，head and clamping machine three system s of blow molding machine

YanFei Xu ShangJu Dong JianLing He
（Suzhou Tongdamachinery Co.，LTD）

This article is one of articles about blow technology which serialized in the plastic packagingmagazine.It focuses on plasticizing，head and clamping machine three major components.

Blow Molding Machine，Plasticizing，Head，Mold machine.