探讨全自动注射吹瓶模气道的改进设计

高世凡

【摘 要】在现行全自动注射吹瓶机中，经常出现吹模气道损坏以及出现堵塞等故障，本文主要就这一问题对全自动注射吹瓶模气道进行改进设计，确保气隙能够在注射过程中自行关闭，并在吹瓶时打开。该设计有利于塑料瓶的合格率，提高机器的工作效率。

【关键词】全自动注射吹瓶；模气道；改进设计

1.前言

一般情况下，全自动注射吹瓶的生产速度大约在每小时5000瓶，由该设备生产的塑料瓶具有无夹边余料的特点，且生产过程全自动化，并不需要进行人工操作，很大程度上减少了操作人员的工作量，并减少成品的污染，相较于其他吹瓶机而言，该设备实现了清洁化、自动化生产。然而在实际生产过程中，出现部分产品不对称、不饱满、歪斜等的质量问题，经过不断地实验与检查后发现，导致这些质量问题的原因在于压缩空气通道异常，因此为了解决这一问题有必要改进气道设计，以提高塑料瓶合格率，以下就气道改进设计的具体情况进行分析。

2.全自动注射吹瓶机模具结构简介

该全自动注射吹瓶机中的模具系统在生产100mL酸奶瓶时能够做到15支瓶同时成型，且吹瓶与制坯可同时实施。塑料瓶的注吹时间最长不过8秒，但是因为主机性能的限制，其模具开合的速度不能过快，所以生产周期只能限制在11～12秒左右，因此该设备的生产率约为每小时5000瓶，其模具结构见如下图1。

因为该设备的吹瓶和制坯是同步进行，因此将芯棒（2）安装在模具的翻转体（1）上，并由芯模座（3）固定，芯模座（3）用两个螺钉固定在翻转体（1）上。另外，翻转体（1）的内部还设有气道及油道，利用油道来完成高温油的循环，保证芯模座（3）和芯棒（2）温度的稳定，以免管坯出现固化。把两个半轴安装在翻转体（1）的左右两侧，便能够通过利用液压—齿条结构来翻转模具框架。这一框架在随着导柱完成轴向移动之后，便实现模具的开模及合模。[1]

开始制瓶之前，利用注射机在150MPa的压力下通过喷嘴（4）将熔融塑料到制坯模具中，模具空腔全部充实之后即成坯管。接着，按照设备程序的设定把中空成型以及翻转体的开合模脱离出来后再将管坯拔出，而开合模自动打开并完成180°的翻转。直至成型模和翻转体同时到位之后，开合模则自动关闭，在模具锁紧后便可同时进行第1次吹瓶以及第2次注坯。经过以上工序的循环之后，便可制成成品，该设备的最大特点在于全自动吹瓶，塑料瓶的制作过程中不需要任何操作人员的参与，另外制成后的成品无夹边余料。在该设备上添加包括空气输送管道在内的辅助装置便可实现成品到封装工位的直接运输，大大提高了塑料瓶生产的清洁卫生。

3.导致废瓶形成的主要原因

导致废瓶的主要原因在于吹气的不均匀，或者管坯注射初步成型之后，在翻转过程中管坯头部与开合模瓶底模未能完全压紧，使管坯局部在吹胀之后而坯端移位，导致瓶体失去平衡[2]。由此可见，产生废瓶的主要原因与气道堵塞有着密切的关系。

4.导致全自动注射吹瓶机气道堵塞的主要原因

由图2可见，压缩空气从芯棒和芯模座之间的轴向沟渗进径向槽中，再从八个方向将管坯吹开，使其迅速吹瓶成功。但是，由于该全自动注射吹瓶机中的气槽深度受到限制，若深度过大会导致大量的高压溶胶进入气槽中，使得气槽堵死，所以该吹瓶机气槽的深度一般在0.06mm以内。除此之外，由于注射压力达到150MPa，再加上芯模座的环形面支承面积有限，导致芯棒所承受的轴向压力较大。根据对芯模座的环形面支承面挤压应力计算得出，其挤压应力高达590MPa，进而使得支承面变形，气道变窄。若在实际运行过程中遇到偏载的状况，还会引起个别气槽堵塞的状况。由此可见，引起废瓶产生的主要原因之一为该吹瓶机气道结构不合理。

5.全自动注射吹瓶机气道结构的改进设计

由于该全自动注射吹瓶机气道结构中存在缺陷，因此针对这一问题本文做出了如下改进设计，详见图3。

如图3所示，件1和件5使用的是耐热性强的胶密封圈，而件4螺纹的规格为M30×1，并与芯模座（2）的螺纹拧紧，而将芯模座中的径向气槽剔除，从而增强芯模座的承载能力。件7的螺母选用特制M16×1型，用于芯棒（3）的轴向固定。另外螺母（7）以及螺环（4）的安装与卸载配有专用的工具。在实际设计过程中，应将芯棒（3）的轴段长度控制在大于芯模座（2）座孔长度0.5mm左右，使芯模座的支承环面与芯棒肩部之间留有0.5mm左右的缝隙，以便气流流通的通畅。

经过对还吹瓶机的反复研究得出，在实际运行过程中，当熔融塑料注进管坯凹模之后，芯棒所受到的轴向压力大约为200kN，弹簧（6）被压缩，芯模座的支承环面与芯棒肩部之间的缝隙消失，阻止熔融塑料的进入。

新的气道在使用过程中能够有效避免堵塞、气流不顺等问题，减少废品。相较于设备的旧气道结构，并未改变芯模组件的实际尺寸，而只是对芯棒螺纹方位做出改变。而芯模座结构的变化相对而言较大，将原本长为12mm的气室改为只有5mm长，且把密封槽前后两个部分的出气孔由原本的3.5mm增加为4.2mm，而翻转体和芯模座结合处的内孔中添加内螺纹，将原本长度为16mm的螺纹底孔加大为25mm。该设计不仅提高了成品的合格率，还在一定程度上节约了制作成本。

6.全自动注射吹瓶机气道弹簧的改进设计

对于全自动注射吹瓶机芯棒组件的改进设计而言，弹簧这一零部件的改进十分关键，在注坯过程中，是否会闭合芯模座的支承环面与芯棒肩部之间的缝隙以及缝隙能够自行打开，都与气道弹簧有着不可分割的联系。在对其进行设计时，应考虑的因素有：弹簧刚度、强度、空间位置以及制作材料等。气道弹簧的主要参数计算可见表1 ，其中n指的是有效圈数、D2指的是弹簧中径、d指的是簧丝直径，并将这三者作为设计变量。

选用65Si2MnWA作为气道弹簧的材料，以此来满足弹簧长时间、高温度的工作条件。由上表可知，选用圆整值圆柱螺旋压缩弹簧，能够有效控制弹簧的重量。另外，根据弹簧钢丝疲劳强度的计算可知，计算出的圆整值可以满足使用。因此，针对气道弹簧这一改进设计能够满足实际生产的需求。

7.全自动注射吹瓶机气沟承压面的强度值与模具用料的选择

该全自动注射吹瓶机芯模座环形端面对芯棒环形肩部起着支撑作用，能够承受由注射塑料而引起的轴向压力，根据下列算式对其环形端面进行计算：

上述算式中[4]的f指的是载荷系数，设计时f取1.2；K指的是压力受损的实际系数，设计时K取0.7；另外 A指的是该设备芯棒投影的具体面积，设计时A取π/ 4×232；而P则指的是注射压力，设计时P取150MPa。

由此得出，芯模座环形端面支承面面积为：

上述算式中的δs径向气沟的实际投影面积，在设计时δs取11.2mm2。

由此得出，该环形端面挤压应力[5]是：

根据以上的计算结果，该吹瓶机芯模座制作时选用45Mn2材料。

在过去的研究中，曾经对芯模座环形端面支承面实施激光热处理，所选用的激光光斑大约有4mm粗，和该环形面的宽度相近，使用激光光斑对其进行淬火处理，便可增强其表面硬度。若在设计过程中不对其表面进行硬化处理或者不考虑其制作材料的选择，就会导致芯模座的环形端面在每小时400次、挤压应力达到580MPa的注射开模作用下，受到损害甚至是被被压溃，进而改变吹气沟的深度，加重气道的堵塞，废品率加大，严重时还会引起设备的瘫痪，影响吹瓶的正常生产。

8.结束语

对于全自动注射吹瓶机的设计而言，模具气道结构的设计是整个设计工作的重中之重。由于该设备在实际运行过程中出现废品率高的状况，本文针对这一情况进行了改进设计，对模具的气道结构进行优化，使得气道在注射压力时充分闭合，而在完成注射之后气道自动开启，很大程度上避免了由于吹气不均匀、气道堵塞而引起的故障。除了对气道结构进行优化之外，还改善了气道的弹簧。

参考文献：

[1] 高中庸，翁铸，高尚晗，王冲.全自动注射吹塑模具的气道设计[J].模具工业，2001，14（10）.

[2] 高中庸，黄鹤辉，翁铸，黄位健.全自动注射吹瓶模气道的改进设计及优化[J].中国塑料，2001，15（11）.