基于UG的饮料瓶中空吹塑模具设计
来源:用户上传
作者:佟克伟
摘 要：经济水平的提升直接扩大了塑料产品的使用范围。吹塑成形作为塑料加工领域非常关键的一种成型方法，在吹塑生产中应用却存在诸多缺陷，人们往往需要通过修模与试模的方式获得理想的效果。但是就生产效率来说，无法满足高效生产的需求。应用CAE软件能够满足模拟设计要求，使模具设计的质量得到提升，减少了生产时间。本文对中空吹塑模具进行模具材料选择、模具分型设计、定位和导向设计、模具冷却系统设计等，利用三维模具设计将模具设计时间缩短，节省生产成本，加快产品的更新换代。
关键词：中空吹塑模具 模具设计 UG建模
中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0110-02
中空吹塑成型是通过压缩空气，让热型坯被封闭于模具当中，期间体积不断膨胀，但其完全冷却定型之后进行脱模处理，便可以获得中空塑料制品[1]。中空吹塑是三大塑料成型技术之一，同时也是增长较为迅速的一种塑料成型方式[2]。中空吹塑的生产成本不高，操作过程中工艺简单，设计效率高。以上优点的存在，也使中空吹塑成型在的应用范围得到扩展，从而实现中空吹塑成型的普及。
1 中空吹塑模具设计
1.1 中空吹塑模具的材料选择
500mL饮料瓶中空吹塑模具主要采用的材料是铝合金，其原因是注塑成型的注塑压力大于吹塑成型充气压力，除此之外，铝合金材料在中空吹塑中应用也体现出其他的优势，例如热传导能耗，可以使吹塑模具快速冷却，技术人员可以使用铸造成型的方式进行加工，且加工工艺操作简便。铝合金和钢制模腔对比，其重量更轻，这也是其应用在中空吹塑中的优势之一。
尽管铝合金有诸多优势，但也存在硬度不高、耐磨性能差等不足。以上问题的存在，直接影响到模具使用期限。尤其是随着吹塑成型技术的提升，吹塑制品尺寸、形状精准度也面临更高的要求，因此吹塑制品批量生产的过程中，采用碳素钢、合金结构钢进行模具型腔生产成为常见现象。此次中空吹塑模具的设计，为了切实提升模具型腔与模具的强度，在选择模具材料时，对强度、耐磨性作出综合分析，以碳素结构钢镶件为主，一方面提升了模具导热性能，另一方面也使使用期限延长。
1.2 中空吹塑模具的分型设计
500mL饮料瓶属于小型中空制品，容器零件口部同时作为吹管入口与塑料零件口。由于饮料瓶瓶口有螺纹，成型塑料螺纹、加工金属螺纹之间存在明显的差异，所以设计阶段的要求也比较特殊。
（1）螺纹小于3级精度，如果拆卸频率比较高的螺纹，在制造阶段可以相对较松。根据化工部标准《瓶口螺纹》设计也可设计成不完全螺纹式，凸缘式或凸环式的螺纹。（2）设计与作业阶段不建议使用长螺纹。且螺纹的长度要小于直径二倍。如果必须要使用长螺纹，这时壁厚也要随之增加，并且计算收缩率，以此明确螺距收缩量。
设计模具之前，应该要了解塑料零件性能与成型收缩率，明确模具与机头结构。如果塑料的流动性能差、温度范围窄，必须要控制挤出力，转角位置要有圆弧过渡，模具采用冷却成型的方式，期间要保证温度控制系统的灵活性与稳定性。如果采用透明塑料，模具工作面务必要保证光洁度，塑料的流动性好要严格控制模具的合模间隙防止溢料。此外，500mL中空吹塑模具结构与其他种类的中空吹塑模具存在差异。因此容量为500mL的饮料瓶中空吹塑模具设计，其中包括左模与右模，如图1所示。
1.3 中空吹塑模具定位与导向设计
在吹塑模具的设计期间，定位元件可以对装配期间的模具相对位置提供保护，以免因为定位失误而导致模具成型零件破损，模具装配工作结束后，保证模具运行期间的型腔要继续维持相对位置、形状，和元件有效连接。模具合模期间导向元件非常重要[3]。模具闭合环节，导向元件要先进行接触，控制合模部位顺延规定运动方向与位置及时闭合，以免动模、静模闭合期间碰撞，对动模、静模内部相关零件造成损坏。设计容量为500mL的饮料瓶中空吹塑模具，主模设计环节要对铸造、加工、热变形等影响因素进行考虑，模具设计分别按照左模、右模的顺序進行，模具装配期间，左模、右模之间要装配连接。建议通过一面两销定位主模的位置。模具合模、开模操作要保证左右模运动同步进行，所以左右模中间要有正确的导向，提高左右模定位准确性，以免最终制品因为合模误差形成不同轴的现象。
1.4 中空吹塑模具冷却系统设计
500mL的中空吹模具尺寸比较小，模具处于闭合状态下，左右模竖直的高度、水平方向长宽分别为250mm、160mm、140mm。冷却设计环节，要对中空吹塑比较常用的冷却方式进行对比，与500mL中空吹模具实际情况相结合，最终决定本次设计通过预埋式冷却水路这一方法。设计过程中要选择合理的铸造加工技术，充分考虑模具加工环节难度、热变形相关影响因素，将模具分割成为左模、右模，随后再开始单独的加工，例如左模主模的冷却设计，通过黄铜管将其提前弯制成冷却水路的形状，随后开始铸造模具毛坯，完成加工的冷却水路应用定位装置固定于模具毛坯当中。浇筑熔融铝合金到主模毛坯模型的内部。模具毛坯建议使用铸铝材料，因为铸铝的铸造性较好，且熔点低，纯铝熔点为600℃，所以可以保证模具毛坯铸造期间的铸件质量、尺寸精准度与光洁性。除此之外，采用砂型铸造与数控加工可以达到表面要求。铸铝的凝固潜热较大，如果重量一致，铝液凝固时间延续比铸钢、铸铁更长。因为铸铝本身的流动性极佳，以上特征都为500mL中空模具主模制作提供优势，也是成为模具材料的因素之一[4]，如图2所示。
1.5 中空吹塑模具装配设计
在UG建模中，将完整的模具组合安装以后，可以生成模具的爆炸图[5]，如图3所示。爆炸图可以在整个装配图中分解特定部件的图形，在该装配中的部件按照装配组合关系离开原来所在的位置。爆炸图能让我们更加清晰地了解到模具中各个零部件的组合关系[6]。
2 结语
中空吹塑模具设计为左右模两大部分组成，在模具的CAD设计中模具的内腔尺寸主要与500mL饮料瓶的外形、制品缩水率有关。设计尺寸与模具运行状态下的使用、刚度要求一致。设计模具定位和导向原件，分析模具生产过程和工作中的受力情况，初步决定模具采用铸铝，冷却水管为铜，通过计算得出冷却管的尺寸，并采用预埋式冷却系统设计方案模具部分预埋式冷却系统设计和布局，最后应用软件对模具模拟装配。采用三维设计的方式设计模具，可以将模具设计周期缩短，节省生产环节成本，保证中空吹塑产品质量。
参考文献
[1] 秦超，肖志林.中空吹塑技术培训连载（十）吹塑模具的基本结构及材料选用[J].塑料包装，2015，25（5）：37-40.
[2] 王杰.浅析高分子材料成型加工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2015（2）：3809.
[3] 臧金友.注塑模具的标准化探讨与其自动化设计研究[J].四川水泥，2017（6）：109.
[4] 林冰靓.汽车发动机气缸盖的低压铸造工艺[D].哈尔滨工业大学，2008.
[5] 张超，刘国强，孙金平， 等.基于UG的模具装配技术[J].山东机械，2004（6）：20-22.
[6] 曲祥.基于UG的模具三维建模与装配设计[D].华北电力大学，2011.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15207892.htm
