空容器成型模具的优化
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《机械工程师杂志》2014年第五期
1.1原模具在生产中存在的问题
1.1.1原模具结构及生产产品质量分析注塑、吹塑一体化中空容器成型模具2排型芯各配置一吹塑模组件，2组4块吹塑成型模块在模具两侧的油缸作用下，通过互拉杆的作用实行同步开合。互拉杆的结构相当关键，如果各互拉杆与吹塑模块的配合不准确，影响到吹塑模块的闭合情况，就无法保证产品的质量。原设计的一步法双工位注塑、吹塑一体化中空容器成型模具采用6根互拉杆形式，分3组分别设置在吹塑模块的上、中、下端，与相应的吹塑模块配合。当油缸工作时，在互拉杆的作用下，实现各组吹塑模块联动闭合。模具的动模结构如图1所示。长期生产实践证明，原模具结构设计不合理，导致生产出现一些质量问题。原来的模具设计上为了避开吹塑模块中间组的互拉杆，导致定模上的注塑型坯模板采取分段式装配，即分为4个单元，分别装配在定模固定板上，与动模各型芯对应。定模如图2所示。对本结构系列模具生产出来的产品进行反复的数据测量与分析，各注塑型坯模板单元靠外侧的2个型腔上所生产出来的吹塑产品成形相对较难、较慢，其外观质量差，出现次品的机率也较高。通过研究和分析，运用Pro/E三维设计软件，在Pro/EMechanica环境下，利用在Pro/E中所建立的几何信息，选取热力分析模型进行分析。由于模具连续生产，把熔料传热给模具的过程简化成一个平稳恒定的热源对模具的加热过程，在相应的参数栏输入有关参数，计算得出分析结果，如图3所示。从图中可以看出，单个注塑型坯模板单元靠外侧的两个型腔的温度较低，原因是其距离注坯模板上下端面较近，散热较快，而靠中心的两个型腔温度较高且基本一致。这样，造成了同时成型困难，温度不一致除了造成型腔和型芯的中心不能对齐之外，还会使两侧型坯难以吹胀，造成次品。故要采取措施，使其各型腔温度趋向一致，才能保证各型腔生产的稳定性。
1.1.2原模具结构存在的问题1）定模存在的问题。因原模具结构的限制，定模中的热流道板采取中间铣空避让的形式，大大削弱了热流道板的强度，在长期高温的条件下生产，热流道板会出现弯曲变形现象，直接影响了各注塑型坯模板单元的位置精度，随之发生不定形的位置偏移，影响定模各型腔与动模各型芯的对中性，最终生产出壁厚不均匀的次品，造成损失，如图4所示。2）动模存在的不足。吹塑模块中间的互拉杆造成动模的长度过大，强度不足，在外力作用下容易引起较大变形。由于注塑机工作台的限制，整套模具的长宽尺寸不能再变大，动模部分的合模导柱也没有位置加大，直径只有35mm，合模时刚性不足，对生产造成影响，当用户要求产品的壁厚较薄时，生产出来的产品壁厚偏差较大，产品的合格率较低。原设计方案对动模的影响主要是：因动模采取6根分为3组互拉杆型式，给模具加工、装配和调试带来很大的不便，当其中某2组互拉杆长度或装配精度存在偏差时，都会直接影响到整套模具各吹塑模块的闭合性；另原设计的方形条互拉杆材料采用截面尺寸为12mm×12mm的45钢，其抗弯强度不够高，在高压油缸的作用力下会发生弯曲变形，同样影响各吹塑模块的闭合性。以上两个方面都可能出现并最终导致次品产生，造成较大损失。
1.2一步法双工位注吹一体化中空容器成型模具优化
1.2.1动模的优化将动模原来6根互拉杆改为4根，分为2组分别设置在吹塑模块的上、下两端；将原互拉杆的材料改为Cr12，其抗弯强度高、变形小、尺寸稳定，是更理想的拉杆材料。通过分析计算，互拉杆的截面尺寸为20mm×20mm。采用2组互拉杆的结构形式，给模具调试和安装带来了方便，这种形式对吹塑模块的闭合性更有保证。对互拉杆结构的优化改进，使定模和动模结构上发生了较大的变化，为吹塑模块节省了一定的位置，模具长度缩短，强度刚度更好。优化后的模具动模部分如图5所示。动模除了改良互拉杆结构外，还对合模导向机构进行优化。合模导向机构在注射模中，用来保证动模和定模之间准确对合，在模具中起定位、导向和承受一定侧压力的作用。双排注、吹模具主要导向机构是4根导柱，因模具自重较大，在生产过程中不断往复运动，必须要配备具有足够强度和刚度的导向机构。方法是把原来模具上的导柱由直径为35mm加大至50mm，定模相应地更换导套和加设导套加强块。这样可较好地确保定模和动模平稳闭合，保证定模注塑型腔和动模型芯的对中性。
1.2.2定模的优化动模结构发生了变化，定模也要进行相应的优化。因动模中的吹塑模块中间减少了一组互拉杆，所以定模的注塑型坯模板可以实行单排整体加工，无需进行分段加工，原来要对四单元进行装配调整，现在只需对两排进行装配调整就行了，大大减少了加工的时间并且降低了难度，同时给模具装配带来了方便，缩短了装配调整时间，提高了模具的精度。因动模和定模进行了优化，故相应热流道板也发生了变化，中间不必铣空，采取整一条的形式，大大提高了热流道板的强度和刚性，消除了长时间生产出现弯曲变形的现象，更好地保证了模具的稳定性。经优化改进后的双排注吹模具定模如图6所示。利用Pro/E软件对优化后的注塑型坯用同样的方法进行温度分析，结果如图7所示。从图7可知，单排中靠近两端面的两模腔散热快，温度较低，而其它的模腔温度基本一致，采取措施是在每排两端注塑型坯底部加设紫铜套，以起到保温作用。通过上述方法进行温度补偿，在实际生产中起到显著的效果，使各型坯温度基本一致，从而确保了各型腔同时成形，保证了产品质量。优化后的模具提高了产品市场的竞争力，带来了较好的经济效益。以生产50mL医用瓶为例，通过对原双排注、吹模具的优化改进，生产率提高15.38%，产品合格率提高近5个百分点，经济效益明显，如表1所示。
2结论
通过对原一步法双工位注、吹一体化中空容器成型模具的优化，使该模具技术上了一个新台阶。通过生产检验，优化改进后的模具结构新颖、稳定性高、模具使用寿命长、安装和调试方便，生产出来的产品外观更美观光滑，表面夹缝线不明显，产品壁厚更均匀，对产品的适应性更强；由于定模、动模对中性好，受热变形影响少，能经得起长时间生产的考验，能生产出壁厚较薄的产品，实现了壁厚偏差控制在±0.06mm以内，较好地解决了以往双工位注、吹模具生产薄壁产品难、生产不稳定的问题；优化后的模具，结构更合理，使模具自身生产周期缩短，成本降低。
作者：莫持标单位：江门职业技术学院