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一步法三工位注拉吹塑料中空成型技術(shù)

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一步法三工位注拉吹塑料中空成型技術(shù)

發(fā)布日期:2019-04-02 作者: 點擊:

一步法注拉吹塑料中空成型是當今世界先進的拉伸制瓶工藝技術(shù),采用高壓高速注射瓶坯、對瓶坯進行軸向拉伸和雙向吹塑拉伸、冷卻定型等工藝技術(shù)。注射、拉伸、吹塑工序在一臺設(shè)備上依次完成,即“一步法”制瓶工藝。 

塑料瓶經(jīng)拉伸后透明度、表面剛度、抗沖擊性、阻氣透性等綜合機械性能得到了較大提高,生產(chǎn)效率高,制品內(nèi)在質(zhì)量及尺寸精度容易得到保證。  

1、一步法注拉吹工藝設(shè)備簡介 

  一步法注拉吹工藝設(shè)備的主機是注拉吹塑料中空成型機及其注拉吹模具,主要由注射裝置、升降轉(zhuǎn)位裝置、拉伸吹塑裝置、脫模裝置、液壓系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、微機自動控制系統(tǒng)、機架、安全罩、注射瓶坯模、拉伸吹塑成型模等部分組成,集成了注拉吹專用控制電腦、變頻控制器、電液比例控制系統(tǒng)、熱流道模具等一些先進工藝裝備。 

 一步法注拉吹設(shè)備的輔機主要有塑料除濕干燥機、空氣壓縮機、空氣除濕機、模具冷卻機等,是集“機、電、液、氣、微機”的一體化高端技術(shù)裝備,本項目創(chuàng)新性地綜合運用了P ID 溫控技術(shù)、變頻技術(shù)、微機自動控制技術(shù)、熱流道模具技術(shù)等一些先進的技術(shù),與國內(nèi)目前普遍使用的擠吹機、注吹機、注拉吹二步法設(shè)備相比,在自動化程度、成品率、節(jié)約能耗、減少廢料等多方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。適于生產(chǎn)帶瓶頸、精度高、透明度好、無毒、對內(nèi)容物保存效果好的塑料瓶,廣泛用于加工醫(yī)藥、保健品、食品、化妝品及化工等行業(yè)的PET、PENPP 、PC等包裝瓶。     

2、設(shè)備及技術(shù)特點     

2.1 三工位 

包括注射瓶坯工位、拉伸吹塑工位、脫模工位。

2.2 一步法工藝 

瓶坯注射成型、瓶坯拉伸、瓶子吹塑成型等工序在該機上依次完成。 

2.3 變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速zhuanli技術(shù)應(yīng)用于注拉吹制瓶工藝在國際上尚屬一次,并取得了很大實效,較以往采用變量泵供油、雙泵供油或雙聯(lián)泵組供油具有很多優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在小流量高壓工況時: 

)雙泵供油時,因為各工況之間的流量變化時間都在3 s 以內(nèi),而泵由零轉(zhuǎn)速啟動到額定轉(zhuǎn)速的時間在3 s 左右,所以該機在高壓小流量時不能停掉大泵,只能全流量供油、卸荷閥卸荷, 造成能耗。 

)雙聯(lián)泵組供油時,在高壓小流量工況時,小泵供高壓油,大泵卸荷,但泵仍然是全流量供油, 由溢流閥泄油, 造成能耗。 

)變量泵供油,可以實現(xiàn)泵的供油流量自動控制,并在高壓狀態(tài)時減小流量,從而保持對輸出功率的控制,因而能耗較低,自動化程度較高,但是成本高,國內(nèi)使用還較少。     能耗大會使系統(tǒng)發(fā)熱,并且泵在全流量下長期工作,使泵的運行精度和使用壽命都會受到一些影響。應(yīng)用變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速微機控制系統(tǒng),按照系統(tǒng)的工況需要實現(xiàn)壓力和流量的優(yōu)化控制,從而大幅度降低液壓系統(tǒng)的溢流損耗,具有顯著的節(jié)能降耗效果,比普通技術(shù)節(jié)電3 0 % 以上。機器在微機控制下運行時,微機利用位移傳感尺準確測控動作行程并判斷機器在整

個工作循環(huán)中處于哪個工況,然后根據(jù)工況要求將設(shè)定的頻率信號輸送給變頻器從而控制電動機無級調(diào)速,控制定量泵的輸出流量。 

該技術(shù)的特點是:避免了供油過量溢流造成的功耗和發(fā)熱現(xiàn)象;油泵不會在全流量下長期供油,其壽命大大提高;供油量調(diào)節(jié)是無級調(diào)節(jié),變換平穩(wěn),不會造成沖擊現(xiàn)象;特別是在高壓小流量工況時,其優(yōu)點更加突出和明顯,通過變頻可以在一定調(diào)速范圍內(nèi)通過變頻參數(shù)預(yù)置,使電動機在低轉(zhuǎn)速下經(jīng)定量泵提供負載要求的油壓,電動機在較低的功率輸出下運行,降低能耗,減少系統(tǒng)發(fā)熱量,使整個系統(tǒng)的運行更加安全可靠;還可以使電動機軟啟動,減少了對電網(wǎng)的沖擊。    

 2.4 PET 為主要生產(chǎn)原料 

 PET 原料為半結(jié)晶性塑料,結(jié)晶點26 0 ℃,其塑化溫度控制在2 8 0 ℃左右;水敏性強,易吸濕水解,必須在15 0 ℃的干燥空氣中干燥4 h以上,使水分含量低于0.005%;瓶坯溫度在95 ℃時拉伸吹塑,易于成型,質(zhì)量易于控制;在170 ℃時結(jié)晶速度快,所以要迅速冷卻通過結(jié)晶區(qū),選用結(jié)晶速度慢的品種,特性黏度值70~85 ml/g。    

2.5 一模多腔 

設(shè)備成型時可使用一模多腔,并可連續(xù)全自動生產(chǎn)。     

2.6 熱流道模具設(shè)計 

國外的先進技術(shù)已經(jīng)在使用計算機軟件包,對一模多腔熱流道模具進行精密設(shè)計計算。     應(yīng)用先進計算機模擬技術(shù)對塑料成型特性、介質(zhì)冷卻特性、熱量傳遞特性、流道參數(shù)、型腔應(yīng)力變化等各方面因素進行準確模擬分析。 

在國內(nèi),熱流道模具的設(shè)計和制造已經(jīng)成為制約一步法注拉吹工藝設(shè)備國產(chǎn)化的瓶頸,業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該尋找突破口進行重點攻關(guān)。最近幾年,很多塑料中空成型設(shè)備的制造商也一直在關(guān)注著一步法注拉吹工藝設(shè)備的進展,但是制造工藝問題少有涉足。寧波千普機械制造有限公司依托自主技術(shù),與浙江大學等大專院校緊密合作,在2 0 0 0 年開始注拉吹工藝設(shè)備的研發(fā),產(chǎn)品試制成功后在模具和成型工藝方面進行了幾十次的試驗探索,取得了較為明顯的成績。     2.7 高效PET 塑化螺桿

PET 的熔點在260 ℃,在95 ℃左右吹塑,溫度控制要相對準確,確保成型穩(wěn)定。由于P E T是結(jié)晶型塑料,所以瓶坯注射成型工藝要求采用快速冷卻方法以迅速通過結(jié)晶區(qū),因而在注射結(jié)束后的保壓冷卻時間只有3 s 左右,要在這樣短的時間內(nèi)完成高質(zhì)量的塑化過程,這就要求P E T 塑化螺桿必須是高效的。最近幾年我國的P E T 塑料瓶坯加工工藝及裝備技術(shù)都有了很大的提高,為P E T 注拉吹制瓶實現(xiàn)一步法奠定了基礎(chǔ),并且隨著技術(shù)引進和不斷地探索,相信具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的注拉吹一步法成型設(shè)備會趕上世界先進水平。     3、設(shè)備優(yōu)勢 

)一步法工藝,比二步法工藝生產(chǎn)效率高、勞動強度低、無二次污染。 

)三工位結(jié)構(gòu),比四工位結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小。

)制品瓶口光滑、螺紋精度高、密封性好。 

P E T 瓶子經(jīng)拉伸后,透明度高、表面剛度大、強度高,對O2 、CO2 、水蒸氣的阻透性好,與P VC 不相上下。 

)熱流道模具,無澆口廢料。 

 6  變頻與電液比例壓力閥復(fù)合控制系統(tǒng), 節(jié)能降耗。 

)微機全自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)自動運行控制、自動安全保護、自動故障檢測、自動報警。    

)液壓系統(tǒng)分為注射油路系統(tǒng)和吹塑油路系統(tǒng)兩套液壓系統(tǒng),使機器的多個動作能夠同時疊加, 實現(xiàn)高精度、高速、高效的運行。 

模具冷卻采用循環(huán)冷卻水,生產(chǎn)中還要解決好模具結(jié)露問題,使得熱平衡點的掌控難度較大。僅靠高壓高速大流量冷卻水循環(huán)還不夠,國外技術(shù)還采用了空調(diào)系統(tǒng)以控制機器安全罩內(nèi)工作空間環(huán)境的溫度和濕度。    

5.3 模具加工精度 

 國內(nèi)高精度數(shù)控加工中心要依賴進口,而且還受到一定程度的制約,因而高精度模具的生產(chǎn)加工難度很大,特別是型腔的熱變形位置度、唇模位置度的控制難度很大,而精度達不到要求,勢必會嚴重影響瓶坯的精度,從而最終影響到P E T 制品的成型質(zhì)量。    

5.4 各型腔注射時間同步性控制技術(shù) 

各型腔注射時間的同步性直接影響到注射瓶坯的質(zhì)量,也影響到瓶坯底部的應(yīng)力集中大小,而澆道長短不一,對分澆口針閥打開的掌握則至關(guān)重要,因而如何更好的掌控難度很大。    

5.5 模具內(nèi)熱量的傳遞控制技術(shù) 

國外采用模具設(shè)計軟件包對模具的流道及加熱管的布置進行模擬設(shè)計,因而流道和加熱管的分布是趨于合理的,而我們只有靠理論分析和經(jīng)驗,常常偏差較大,使瓶坯的軸向和徑向合理溫度分布不理想,最終影響到拉伸和吹塑的成型質(zhì)量。    

5.6 熱流道的高溫密封技術(shù) 

熱流道模具內(nèi)存在幾個密封點,對高壓注射的密封要求很高,這些密封技術(shù)與國外先進技術(shù)還有較大差距,是我們要攻關(guān)解決的問題之一。 

通過以上幾個方面的分析可以看出,一步法注拉吹工藝設(shè)備在某些細節(jié)上與國外先進技術(shù)還有一定的差距,還要進一步完善,特別是熱流道模具的設(shè)計和制造已經(jīng)成為制約一步法注拉吹工藝設(shè)備國產(chǎn)化的瓶頸,也是注拉吹塑料中空成型機不能完全進入市場的癥結(jié)所在,應(yīng)該進行重點攻關(guān),解決好制造工藝方面的問題。并且在溫控方面還要進一步研究,力求控制精度更高,控制也更加穩(wěn)定,能夠滿足熱流道模具制瓶的工藝要求。

)與二步法工藝相比,由于無需對瓶坯進行加熱, 所以節(jié)能效果顯著。 

1 0)與四工位工藝相比,由于無需對瓶坯進行加熱調(diào)整, 也有一定的節(jié)能效果。    

4、塑料中空成型機發(fā)展現(xiàn)狀 

 在國際上, 塑料中空成型機正向著多品種、大型化、高效、高速、節(jié)能、環(huán)保、智能化方向發(fā)展。在國內(nèi),塑料中空成型機是位于注塑機、擠出機之后的第大塑料機械主導(dǎo)產(chǎn)品,年產(chǎn)5 000 臺套以上,主要包括:①擠吹機,主要用于生產(chǎn)HDPE、PPPVC 等低檔瓶;②注吹機,主要用于生產(chǎn)HDPE、P P 等中檔瓶; ③注拉吹二步法設(shè)備(主要以浙江黃巖地區(qū)為代表,在瓶坯注塑機上生產(chǎn)瓶坯,然后在拉吹成型機上生產(chǎn)瓶子),主要用于生產(chǎn)PET、PC 等中檔瓶;④中空注射機,主要用于生產(chǎn)P S 、PV C等中空制品。 

    國內(nèi)研制生產(chǎn)的擠拉吹、注拉吹一步法設(shè)備還沒有完全進入產(chǎn)業(yè)化,市場主要依賴進口,價格很高。諸如娃哈哈、康師傅、匯源等飲料業(yè),強生、青春寶、新華制藥等醫(yī)藥業(yè)均投入巨資引進日精、青木固、米拉克龍等國外制造商的設(shè)備和模具。因進口設(shè)備的投資巨大,很大程度上阻礙了國內(nèi)企業(yè)采用先進技術(shù)的進程,減慢了同類包裝瓶質(zhì)量提高的速度。 

藥用包裝塑料瓶的生產(chǎn): ①東部沿海地區(qū)采用“ 一步法注拉吹工藝”或“二步法注拉吹工藝”生產(chǎn)PET 中瓶,采用“注吹工藝”生產(chǎn)PE 中檔瓶;②中西部地區(qū)采用“二步法注拉吹工藝”生產(chǎn)PET 中檔瓶,采用“注吹工藝”生產(chǎn)PE 中檔瓶。     

5、與國外先進技術(shù)的差距 

在國內(nèi),一步法注拉吹工藝設(shè)備的研發(fā)始于上世紀9 0 年代末,經(jīng)過不懈的探索實踐,取得了很多成效,也積累了大量經(jīng)驗,但實際上還處于起步階段,與國外先進技術(shù)相比還存在著一些差距,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。     

5.1 溫控部分 

設(shè)定溫度與實際溫度及環(huán)境溫度的差值為輸入變量的二變量三維專家模糊P I D 控制算法,使得無論環(huán)境溫度如何變化,都能獲得良好的溫控精度,精度達到±℃,基本上能夠滿足工藝要求,但是控制精度還不夠穩(wěn)定,對瓶坯的質(zhì)量有些影響。國外已經(jīng)在采用更先進的P I D控制方法,控制精度更高,可以達到±0 . 5 ℃,溫度也更加穩(wěn)定。     

5.2 模具冷卻模具冷卻采用循環(huán)冷卻水,生產(chǎn)中還要解決好模具結(jié)露問題,使得熱平衡點的掌控難度較大。僅靠高壓高速大流量冷卻水循環(huán)還不夠,國外技術(shù)還采用了空調(diào)系統(tǒng)以控制機器安全罩內(nèi)工作空間環(huán)境的溫度和濕度。    

5.3 模具加工精度 

 國內(nèi)高精度數(shù)控加工中心要依賴進口,而且還受到一定程度的制約,因而高精度模具的生產(chǎn)加工難度很大,特別是型腔的熱變形位置度、唇模位置度的控制難度很大,而精度達不到要求,勢必會嚴重影響瓶坯的精度,從而最終影響到P E T 制品的成型質(zhì)量。     

5.4 各型腔注射時間同步性控制技術(shù) 

各型腔注射時間的同步性直接影響到注射瓶坯的質(zhì)量,也影響到瓶坯底部的應(yīng)力集中大小,而澆道長短不一,對分澆口針閥打開的掌握則至關(guān)重要,因而如何更好的掌控難度很大。    

5.5 模具內(nèi)熱量的傳遞控制技術(shù) 

國外采用模具設(shè)計軟件包對模具的流道及加熱管的布置進行模擬設(shè)計,因而流道和加熱管的分布是趨于合理的,而我們只有靠理論分析和經(jīng)驗,常常偏差較大,使瓶坯的軸向和徑向合理溫度分布不理想,最終影響到拉伸和吹塑的成型質(zhì)量。    

5.6 熱流道的高溫密封技術(shù) 

熱流道模具內(nèi)存在幾個密封點,對高壓注射的密封要求很高,這些密封技術(shù)與國外先進技術(shù)還有較大差距,是我們要攻關(guān)解決的問題之一。 

通過以上幾個方面的分析可以看出,一步法注拉吹工藝設(shè)備在某些細節(jié)上與國外先進技術(shù)還有一定的差距,還要進一步完善,特別是熱流道模具的設(shè)計和制造已經(jīng)成為制約一步法注拉吹工藝設(shè)備國產(chǎn)化的瓶頸,也是注拉吹塑料中空成型機不能完全進入市場的癥結(jié)所在,應(yīng)該進行重點攻關(guān),解決好制造工藝方面的問題。并且在溫控方面還要進一步研究,力求控制精度更高,控制也更加穩(wěn)定,能夠滿足熱流道模具制瓶的工藝要求。

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