邱建成 林一波 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

0. 前言

中空成型機(jī)型坯成型機(jī)頭是塑料型坯的重要成型部件，主要包括機(jī)頭體，芯棒、口模、芯模、調(diào)節(jié)螺釘?shù)?，機(jī)頭與擠出機(jī)相連，擠出機(jī)為機(jī)頭提供塑化好的具有一定溫度、壓力、黏度、流道速度的塑料熔體，塑料熔體進(jìn)入機(jī)頭后，原來(lái)的螺旋運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，熔體在流道內(nèi)的流動(dòng)剪切過(guò)程使塑料熔體進(jìn)一步塑化均勻，熔體在流道內(nèi)經(jīng)過(guò)減壓使塑料熔體在機(jī)頭流道中速度均勻一致，塑料熔體經(jīng)過(guò)進(jìn)一步壓縮增壓產(chǎn)生必要的成型壓力使擠出制品密實(shí)，塑料熔體最后經(jīng)過(guò)機(jī)頭成型段和口模的定型作用成為具有一定截面形狀尺寸的塑料型坯，塑料坯再經(jīng)過(guò)后續(xù)的部件加工和冷卻成型即成為制品。中空成型機(jī)塑料型坯成型機(jī)頭有單層、雙層、多層和單模頭、雙模頭、多模頭的多種形式。

1. 常見(jiàn)中空成型機(jī)塑料型坯成型機(jī)頭介紹

在中空成型機(jī)塑料型坯成型機(jī)頭的設(shè)計(jì)過(guò)程中，目前一些中空成型機(jī)制造廠家已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)工程模擬分析軟件對(duì)機(jī)頭內(nèi)部的流道、熔體分布、壓力降、熔體流動(dòng)速度、熔體溫度變化、零部件受力狀況等諸多技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析研究，使其具有更好的流變性能，使塑料熔體具有更好的型坯結(jié)構(gòu)，同時(shí)更易于塑料原料的換料與換色；并且已經(jīng)取得較為理想的使用效果。

圖1 三種多模頭形式的塑料機(jī)頭外形圖

圖1 所示，a）一種六模頭塑料機(jī)頭，b）一種四模頭塑料機(jī)頭，c）一種三模頭塑料機(jī)頭。

圖2 兩種雙層塑料機(jī)頭外形圖

如圖2 所示，a）是雙模頭的雙層塑料機(jī)頭外形圖，b)是單模頭的雙層塑料機(jī)頭外形圖。它們用來(lái)成型雙層塑料型坯，a）可以同時(shí)成型兩個(gè)雙層塑料型坯，b）可以成型一個(gè)雙層塑料型坯，主要用來(lái)生產(chǎn)5L~10 L 潤(rùn)滑油包裝桶。

在此，塑料型坯成型機(jī)頭是保障成型塑料型坯的重要部件，它的結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)設(shè)計(jì)、工藝調(diào)整等會(huì)直接的影響塑料型坯的質(zhì)量，當(dāng)吹塑設(shè)備到了生產(chǎn)廠家以后，對(duì)其各項(xiàng)工藝參數(shù)的仔細(xì)調(diào)整就是最重要的了。

從機(jī)頭的結(jié)構(gòu)形式來(lái)看，不管是單層型坯還是多層型坯機(jī)頭，主要是兩大類：一類是直接擠出式機(jī)頭，一類是儲(chǔ)料式機(jī)頭。

圖3 兩種大型儲(chǔ)料機(jī)頭的外形圖

如圖3 所示，是兩種儲(chǔ)料機(jī)頭的外形圖。a)單層儲(chǔ)料機(jī)頭，b)三層儲(chǔ)料機(jī)頭。它們主要用來(lái)生產(chǎn)單層和三層型坯的大中型塑料吹塑制品。

圖4 一種超大型扁平型儲(chǔ)料機(jī)頭

如圖4 所示，是一種超大型扁平型儲(chǔ)料機(jī)頭，該儲(chǔ)料機(jī)頭由蘇州同大機(jī)械有限公司研發(fā)成功，已經(jīng)獲得多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利權(quán)；主要可用于生產(chǎn)超大型的扁平類中空吹塑制品。

機(jī)頭不管是單層還是雙層或者多層，從機(jī)構(gòu)形式上主要有兩大類：一類是直接擠出式機(jī)頭（又稱為連續(xù)式擠出機(jī)頭），一類是儲(chǔ)料式機(jī)頭。直接擠出式機(jī)頭一般配雙工位合模機(jī)構(gòu)以提高生產(chǎn)效率，儲(chǔ)料式機(jī)頭一般用在生產(chǎn)大型中空制品設(shè)備上。在中小型中空機(jī)組中多采用直接擠出機(jī)頭，同時(shí)配有雙工位的合模系統(tǒng)，這樣生產(chǎn)效率高，可滿足中小型制品生產(chǎn)的要求。大中型中空機(jī)通常采用儲(chǔ)料式機(jī)頭，近年來(lái)一些大型多層吹塑產(chǎn)品也開(kāi)始采用連續(xù)擠出式機(jī)頭，對(duì)于一些產(chǎn)品量多，規(guī)格較為單一，制品質(zhì)量要求較高的較為適合。比如，今年蘇州同大機(jī)械有限公司研制的200 L 三層雙工位智能化生產(chǎn)線采用的就是三層連續(xù)擠出式機(jī)頭，通過(guò)移動(dòng)型坯到合模機(jī)實(shí)現(xiàn)雙工位的生產(chǎn)。

1.1 直接擠出式機(jī)頭有中心進(jìn)料式直角機(jī)頭和側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭

中心進(jìn)料式直角機(jī)頭采用支架來(lái)支承分流體和芯棒，支架設(shè)置有若干條分流筋，自擠出機(jī)來(lái)的熔體經(jīng)過(guò)分流梭時(shí)，分流梭支架把熔體分成若干股，之后再重新匯合，擠出為型坯。中心進(jìn)料式機(jī)頭的流徑較短，熔體單元的停留時(shí)間相差很短，型坯軸向壁厚較均勻，熔體降解的可能性較小。但熔體流徑支架形成的匯合線會(huì)降低制品性能，特別是對(duì)薄壁制品在分流筋表面處的強(qiáng)度有很大影響，熔體所受的剪切速度較大，這會(huì)降低熔體匯合線的結(jié)合強(qiáng)度。擠出機(jī)擠出的熔融塑料經(jīng)過(guò)機(jī)頭的流道擠出型坯，型坯為一個(gè)時(shí)稱為單模頭，型坯為兩個(gè)時(shí)稱為雙模頭，型坯為多個(gè)時(shí)稱為多模頭。多模頭的設(shè)計(jì)和加工難度都較大，但可提高生產(chǎn)效率，隨著技術(shù)的進(jìn)步，小型吹塑制品采用多模頭設(shè)備日益增多。

隨著塑料制品的要求逐步提高，多層塑料制品越來(lái)越多，比如多層油箱。多層塑料制品就需要多層機(jī)頭進(jìn)行吹塑成型，多層機(jī)頭的設(shè)計(jì)與單層機(jī)頭相比，設(shè)計(jì)和加工裝配的技術(shù)難度更高。同樣，多層機(jī)頭也有單模頭機(jī)頭、雙模頭機(jī)頭和多模頭機(jī)頭的結(jié)構(gòu)形式。

1.2 直接擠出式機(jī)頭

直接擠出機(jī)機(jī)頭可分為中心進(jìn)料式直角機(jī)頭和側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭。為了保障熔融的塑料在機(jī)頭中不會(huì)因?yàn)樽铚l(fā)生材料的降解，機(jī)頭內(nèi)的流道和口模、芯模均應(yīng)設(shè)計(jì)制作成流線型的形狀，并且要盡量提高表面光潔度。中心進(jìn)料式直角機(jī)頭與側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭各有特點(diǎn)，分別介紹如下。

1.2.1 中心進(jìn)料式直角機(jī)頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

直角機(jī)頭是型坯的擠出方向與擠出機(jī)螺桿的軸心方向相互垂直的一種機(jī)頭形式。此機(jī)頭在內(nèi)部設(shè)有分流梭、分流筋、芯棒等部分組成，以形成需要的塑料型坯。此機(jī)頭的內(nèi)部流道相對(duì)較短，塑料熔融體在流道內(nèi)停留的時(shí)間基本一致，型坯圓周方向的壁厚比較均勻，熔融體流動(dòng)速度比較均勻，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)擠出機(jī)型坯壁厚的調(diào)節(jié)。

圖5 中心進(jìn)料式直角機(jī)頭示意圖

如圖5 所示，從擠出機(jī)擠出的聚合物熔體，經(jīng)擠出機(jī)接頭1，從分流梭3 頂端的中心位置進(jìn)入機(jī)頭，向下按圓周方向分布流過(guò)分流筋7，分成若干股熔體，在芯棒4 處重新匯合，擠出成塑料型坯。

中心進(jìn)料式直角機(jī)頭的熔體流道相對(duì)較短，其在機(jī)頭內(nèi)部停留的時(shí)間基本一致，型坯圓周方向的壁厚比較均勻，熔體流動(dòng)速度也比較均勻，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)擠出型坯的壁厚調(diào)節(jié)。熔體在機(jī)頭內(nèi)部的降解較小，這類機(jī)頭適合于PVC 等一些熱敏性塑料。

聚合物熔體經(jīng)過(guò)分流筋7（支架）時(shí)，會(huì)使塑料型坯形成多條熔接線，這種熔接線的周向強(qiáng)度較差，特別是生產(chǎn)薄壁制品時(shí)，在熔接線處的力學(xué)強(qiáng)度有可能明顯降低。同時(shí)，制品轉(zhuǎn)換顏色時(shí)（由深色轉(zhuǎn)換為淺色時(shí)），有可能在型坯的熔接線位置出現(xiàn)多條深淺不一的熔接線，影響制品的外觀質(zhì)量。因此，其分流筋部分的角度，流道的長(zhǎng)度等的設(shè)計(jì)，以及加工精度及表面粗糙度等需要特別注意。

塑料型坯產(chǎn)生這種熔接線的主要原因：

① 熔體經(jīng)過(guò)分流梭分流后，熔體壓力降低；

② 在分流梭的表面，熔體受到的剪切速率較大，其縱向分子的取向較大；熔體受分流梭的阻礙，使其流動(dòng)速度降低。

為了改善塑料型坯在熔接線上的缺陷，提高熔接線的結(jié)合強(qiáng)度，使聚合物分子重新纏結(jié)。

可以采用以下一些方法或是措施進(jìn)行改善：

① 增加熔體匯合后在機(jī)頭內(nèi)部的停留時(shí)間是提高熔接線強(qiáng)度比較有效的方法，可以在分流梭處設(shè)置“U”形流道，適當(dāng)加長(zhǎng)流道的尺寸，減小分流梭的夾角，設(shè)置釋放槽，提高流道的表面光潔度等；

② 適當(dāng)提高機(jī)頭的加熱溫度；

③ 增加機(jī)頭內(nèi)部的熔體壓力，如設(shè)計(jì)相互錯(cuò)位的雙環(huán)式分流梭，使塑料型坯的熔接線相互錯(cuò)位，即熔接線不穿過(guò)整個(gè)型坯壁，使其起到一層增強(qiáng)另一層的作用，還可以在芯棒處增加節(jié)流環(huán)，以及在芯棒處增加設(shè)置螺紋槽等；

④ 設(shè)計(jì)機(jī)頭時(shí)，可以適當(dāng)加長(zhǎng)熔體匯合后的直線段長(zhǎng)度，減小分流梭夾角等；

⑤ 設(shè)備使用廠家，可以通過(guò)改進(jìn)塑料原料配方的形式來(lái)改進(jìn)熔體熔接線強(qiáng)度低與壁厚不均勻的狀況，配方的設(shè)計(jì)需要根據(jù)產(chǎn)品的性能確定。

1.2.2 側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭，聚合物熔體是從側(cè)向進(jìn)料口進(jìn)入機(jī)頭芯棒后，經(jīng)過(guò)分流槽周向分流，從周向流動(dòng)逐漸過(guò)渡到軸向流動(dòng)，分流槽的形狀設(shè)計(jì)，其對(duì)型坯的周向壁厚均勻性有較大的影響。分流槽的形狀設(shè)計(jì)有環(huán)狀，心形，螺旋形等。

① 環(huán)形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭

機(jī)頭芯棒在熔體的入口部位，開(kāi)設(shè)環(huán)形槽使進(jìn)入機(jī)頭的熔體分成兩股環(huán)形流入芯棒，環(huán)形槽的流動(dòng)斷面設(shè)置較大，熔體的流動(dòng)阻力較小，使兩股環(huán)形熔體可以快速的沿環(huán)形槽的周向流動(dòng)，并在與入料口相對(duì)的另一側(cè)相匯合，形成環(huán)形熔體沿軸向方向往下擠出成型坯。

圖6 環(huán)形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭示意圖

如圖6 示，這種機(jī)頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，流動(dòng)長(zhǎng)度較短，型坯只有一條熔接線。但由于熔體在環(huán)形槽形成環(huán)向流動(dòng)，這樣就造成熔體在入口處壓力較高，熔體熔接處壓力較低，塑料型坯容易出現(xiàn)周向的波動(dòng)，影響型坯壁厚的均勻性和穩(wěn)定性，這種結(jié)構(gòu)的機(jī)頭主要適用于中小容量的聚烯烴吹塑制品的加工。

② 心形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭

機(jī)頭芯棒在熔體的入口部位，設(shè)計(jì)成為心形。進(jìn)入機(jī)頭的熔體被分成兩個(gè)方向流動(dòng)，在周向流動(dòng)的同時(shí)，還沿軸向往下流動(dòng)，最后匯合成一條熔接線，擠出成為型坯。

圖7 心形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭示意圖

如圖7 所示，這種心形機(jī)頭的入口處，雖然熔體的壓力最高，但是熔體到塑料型坯出口處的流道也最長(zhǎng)，熔體匯合熔接處的熔體壓力雖然低，而流道也較短。這樣就可以通過(guò)流道的長(zhǎng)度來(lái)補(bǔ)償熔體周向壓力的差異，可以保證熔體沿周向以比較均勻的速度流動(dòng)，從而使擠出的型坯壁厚比較均勻。這種機(jī)頭的流道設(shè)計(jì)成流線形，熔體流動(dòng)通暢，流速高，機(jī)頭內(nèi)部的熔體量較少，比較容易清理；適用于經(jīng)常變換塑料品種和制品顏色的場(chǎng)合。它適用于聚烯烴塑料，同時(shí)也適用于熱敏性塑料如PVC 等塑料的成型。

同時(shí)，為了減小熔體匯合熔接線對(duì)制品力學(xué)性能的影響，機(jī)頭芯棒可以有多種心形形狀的設(shè)計(jì)，也可以設(shè)置兩個(gè)熔體入口處，使流道的入口錯(cuò)開(kāi)180°，熔體被分成兩個(gè)分流，分別進(jìn)入內(nèi)、外心形流道成交叉流動(dòng)，形成兩個(gè)環(huán)層，它們的匯合熔接線正好錯(cuò)開(kāi)180°，即內(nèi)層的匯合熔接線完全被外層所包覆。這種方法還可以提高制品周向壁厚的均勻性。

③ 螺旋形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭

機(jī)頭芯棒在熔體的入口部位，設(shè)計(jì)成為螺旋形，類似于擠出吹膜的螺旋形機(jī)頭。

如圖8 所示，塑料熔體從螺旋形芯棒的一側(cè)進(jìn)入機(jī)頭，再流入單頭或是多頭螺旋流道。這時(shí)，大部分塑料熔體沿螺旋流道流動(dòng)，少部分熔體沿軸向漏流；最后，熔體沿芯棒軸向流動(dòng)，擠出成為塑料型坯。芯棒螺旋流道的深度，從進(jìn)料口向出料口逐步變淺，使熔體在流道中的壓力損失，得到逐步的補(bǔ)償。改變螺旋流道的頭數(shù)，流道的長(zhǎng)度，流道的截面積，以及螺旋的角度等；可以調(diào)整和改善型坯周向壁厚的均勻性。

圖8 螺旋形側(cè)向進(jìn)料式直角機(jī)頭示意圖

這種螺旋形的機(jī)頭，結(jié)構(gòu)緊湊，熔體流動(dòng)的均勻性好，型坯設(shè)有匯合熔接線，型坯均勻。常用于聚烯烴塑料的吹塑成型以及要求制品沒(méi)有匯合熔接線的產(chǎn)品加工。

此外，近年來(lái)出現(xiàn)的復(fù)合流道技術(shù)將幾種流道的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，使塑料型坯壁厚更加均勻，換色、換料更為快速方便。

1.3 儲(chǔ)料式機(jī)頭

生產(chǎn)大中型中空制品時(shí)多采用儲(chǔ)料式機(jī)頭。將儲(chǔ)料型腔設(shè)計(jì)在機(jī)頭流道內(nèi)，可以保證塑料材料的“先進(jìn)先出”，先進(jìn)入儲(chǔ)料型腔的熔體先從機(jī)頭的芯模和口模之間擠出，這樣先進(jìn)入的熔體就有較長(zhǎng)的松弛時(shí)間進(jìn)行釋放應(yīng)力。這種機(jī)頭型坯擠出的速度較快，減輕型坯自重造成的壁厚不均勻性，進(jìn)一步通過(guò)型坯壁厚控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)型坯的壁厚，保證吹塑制品壁厚的均勻性。

圖9 一種大型儲(chǔ)料式機(jī)頭

儲(chǔ)料式機(jī)頭主要包括：圓環(huán)形的機(jī)筒、壓料活塞、可上下移動(dòng)的芯棒、壓料油缸、伺服油缸、可調(diào)節(jié)的口模、芯模、電加熱器、電熱偶、位移傳感器、伺服閥等零件以及冷卻裝置。有的儲(chǔ)料式機(jī)頭還包括：頂出裝置、上部預(yù)夾裝置、上部擴(kuò)坯裝置、型坯切斷裝置、徑向伺服控制裝置等。

儲(chǔ)料機(jī)頭的流道設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它會(huì)直接影響制品的質(zhì)量和壁厚的均勻性，以及換色、換料的快慢。將機(jī)頭內(nèi)流道壓力設(shè)置較高可使型坯壁厚的均勻性得到改善，熔體的熔接線強(qiáng)度增加，換色換料速度提高，但是過(guò)高的流道壓力會(huì)導(dǎo)致擠出機(jī)壓力提高，輸送速度低，并導(dǎo)致機(jī)頭內(nèi)儲(chǔ)料速度慢，直接影響生產(chǎn)效率。當(dāng)機(jī)頭內(nèi)的流道壓力設(shè)置過(guò)低時(shí)，型坯的壁厚可能出現(xiàn)不均勻的狀況，熔體的熔接線強(qiáng)度可能較低，換色換料時(shí)間較長(zhǎng)，但能提高熔體的輸送速度。所以設(shè)計(jì)流道壓力時(shí)要尋找到一個(gè)比較合適的值。

雙層心形包絡(luò)流道的儲(chǔ)料式機(jī)頭是一種高性能儲(chǔ)料式機(jī)頭，其原理是將熔合縫區(qū)分成兩處并錯(cuò)開(kāi)分布，型坯被完整的熔料層所覆蓋，提高了熔體融合縫區(qū)的強(qiáng)度，在國(guó)際上已廣泛使用，近幾年在國(guó)內(nèi)主要幾家大型中空成型機(jī)生產(chǎn)廠家已廣泛使用。

圖10 一種雙層心形包絡(luò)流道儲(chǔ)料機(jī)頭的示意圖

儲(chǔ)料機(jī)頭內(nèi)部采用螺旋流道有利于提高塑料型坯的均勻性與消除熔接線，特別是生產(chǎn)高強(qiáng)度塑料制品時(shí)效果更為明顯。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)中空成型機(jī)生產(chǎn)廠家都在積極開(kāi)展這方面的研究，蘇州同大機(jī)械有限公司創(chuàng)造性的成功研制了采用復(fù)合流道技術(shù)的儲(chǔ)料式機(jī)頭，有效的提高了塑料型坯的壁厚均勻性，加快了換色、換料的速度，縮短了換色、換料的時(shí)間。

流道采用流線形設(shè)計(jì)與制造有利于避免出現(xiàn)滯留區(qū)，有利于改善塑料熔體的流動(dòng)與融合。機(jī)頭流道表面（含芯模、口模表面）應(yīng)該高度拋光，以防止熔體流過(guò)這些表面時(shí)發(fā)生滯留與積料，此外，如果流道不光滑，熔體極易產(chǎn)生熔體破裂，制品表面質(zhì)量差等缺陷。

2. 近幾年塑料型坯成型機(jī)頭流道設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)

中空成型機(jī)塑料型坯成型機(jī)頭流道設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是塑料熔體流經(jīng)不同界面流道時(shí)的流動(dòng)特性分析。不同功能段流道過(guò)渡要平穩(wěn)、光滑、無(wú)流動(dòng)死角，特別是要考慮所加工塑料溶體的黏彈流變特性。壓縮比用以產(chǎn)生特定塑料制品穩(wěn)定擠出所必須的機(jī)頭壓力并使擠出（注射）的塑料型坯密實(shí)，機(jī)頭壓力的大小與塑料原料和制品截面形狀密切相關(guān)并受擠出機(jī)類型和性能的制約。擴(kuò)張角的作用是減壓降速使溶體流速均勻，擴(kuò)張角的大小與熔體黏彈性和黏度密切相關(guān)。壓縮角決定了流體進(jìn)入定型段前壓力增大的快慢程度，合適的壓縮角能實(shí)現(xiàn)制品的平穩(wěn)擠出，壓縮角太大將導(dǎo)致爬行擠出或制品表面波紋。分流角的大小對(duì)擠出（注射）的影響不像壓縮角那么敏感，但角度的明顯偏大偏小都將導(dǎo)致擠出不穩(wěn)。定型段要有足夠的長(zhǎng)度，以便消除溶體在前面流道流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的記憶效應(yīng)，并在此區(qū)間形成完全均勻一致向前流動(dòng)的溶體。口模間隙與制品厚度并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，除考慮出模膨脹、拉伸收縮、冷卻收縮外，還有考慮后續(xù)成型方式和產(chǎn)品特點(diǎn)。異型制品口模形狀要與制品截面形狀相適應(yīng)，不能完全對(duì)應(yīng)，要充分考慮到出模膨脹和拉伸變形。

目前國(guó)內(nèi)外中空成型機(jī)的常規(guī)成型機(jī)頭主要采用單一的心形流道技術(shù)，或是單一的螺旋流道技術(shù)。心形流道主要有單包絡(luò)、雙包絡(luò)流道兩種，即使是采用雙包絡(luò)心形流道技術(shù)，流道內(nèi)的塑料流體的流動(dòng)仍然不均勻，尤其是加工高分子量的聚乙烯塑料時(shí)，其塑料熔體在成型機(jī)頭中容易出現(xiàn)密度不一致的情況，塑料型坯擠出時(shí)則容易出現(xiàn)壁厚分布不均的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致吹塑制品的厚度出現(xiàn)不均，最終影響吹塑制品的綜合性能。單一的螺旋流道技術(shù)雖然能夠解決塑料熔接痕的問(wèn)題，但是螺旋流道的前端流道容易造成對(duì)塑料熔體的滯留，造成換色、換料時(shí)間周期的延長(zhǎng)，影響換色、換料工作的進(jìn)行，加大了換色、換料的成本。

流道設(shè)計(jì)在中空機(jī)機(jī)頭上極為重要，是中空成型機(jī)的最核心技術(shù)之一。目前蘇州同大機(jī)械有限公司吹塑技術(shù)研究中心研制的一種新型復(fù)合流道技術(shù)，采用了心形流道、螺旋流道復(fù)合疊加的技術(shù)（如圖11），該復(fù)合流道技術(shù)發(fā)揮兩種流道的各自優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造性研制出一種全新的復(fù)合流道技術(shù)。技術(shù)創(chuàng)新中將心形流道設(shè)計(jì)為上部流道，下部流道為螺旋流道，從心形流道流動(dòng)的塑料熔體經(jīng)過(guò)下部流道的重新分布，在流道內(nèi)部形成多層熔體流動(dòng)。

圖11 一種復(fù)合流道示意圖

本技術(shù)創(chuàng)新將原來(lái)流道中流動(dòng)的單層熔體轉(zhuǎn)變成為13~129 層以上的塑料熔體流動(dòng)，徹底消除了熔體熔接痕，解決了心形流道產(chǎn)生熔體熔接痕強(qiáng)度不足的問(wèn)題，熔體經(jīng)過(guò)重新分布后，熔體各個(gè)部位的密度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基本一致，壁厚分布均勻。成功的解決了塑料型坯密度分布不均、壁厚不均勻、機(jī)頭換色、換料時(shí)間長(zhǎng)等常規(guī)成型機(jī)頭的常見(jiàn)問(wèn)題，充分發(fā)揮塑料原料的特性，提高吹塑機(jī)對(duì)不同牌號(hào)塑料加工的適應(yīng)性，特別是提高了對(duì)高分子量聚乙烯材料加工的適應(yīng)性，可有效提高吹塑制品的產(chǎn)品質(zhì)量和降低制品的重量，從而達(dá)到降低制品能耗，降低原料成本的目的。此外，隨著吹塑制品壁厚均勻度較大幅度的提高，有利于提高吹塑機(jī)的生產(chǎn)效率，進(jìn)一步降低產(chǎn)品制造時(shí)的單位能耗。

3. 復(fù)合流道的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

由于越來(lái)越多的高分子量高密度聚乙烯應(yīng)用于25 L 系列以上的塑料容器的生產(chǎn)中，因此吹塑機(jī)儲(chǔ)料機(jī)頭與擠出機(jī)系統(tǒng)的性能必然需要滿足與加工這些材料相配套。我們將心形流道設(shè)計(jì)為上部流道，下部流道為螺旋流道，從心形流道流動(dòng)的塑料熔體經(jīng)過(guò)下部流道的重新分布，在流道內(nèi)部形成多層熔體流動(dòng)。

本設(shè)計(jì)在流道內(nèi)部根據(jù)流道的特殊配置，可形成13~129 層熔體流動(dòng)，徹底消除了熔接痕，解決了心形流道產(chǎn)生熔體熔接痕強(qiáng)度不足的問(wèn)題，熔體經(jīng)過(guò)重新分布后，熔體各個(gè)部位的密度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基本一致，壁厚分布均勻。這種復(fù)合流道的結(jié)構(gòu)如圖12 所示。

圖12 復(fù)合流道設(shè)計(jì)圖

3.1 上部心形流道計(jì)算機(jī)工程模擬分析過(guò)程

對(duì)流道幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用了計(jì)算機(jī)CAE 技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)機(jī)頭流道內(nèi)聚合物成型加工的過(guò)程進(jìn)行仿真模擬優(yōu)化，使所設(shè)計(jì)的機(jī)頭流道與聚合物的加工性能更符合，提高一次試模的成功率，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了設(shè)計(jì)、制造成本。

圖13 分別為計(jì)算機(jī)模擬仿真上部流道的壓力分布和溫度分布圖。

圖13 上部流道壓力分布圖

圖14 上部流道溫度變化圖

從圖中可以看出，上部流道設(shè)計(jì)是比較適合所加工的多種塑料原料的，從流道內(nèi)部溫度變化情況來(lái)看，其變化值較小，影響熔體的密度變化較少。上部流道熔體壓力分布比較合理，在流向下部流道時(shí)，壓力分布基本趨向一致，這樣流向下部流道的熔體的密度、溫度、壓力基本一致，經(jīng)過(guò)下部流道的進(jìn)一步均衡，使其熔體的密度、溫度、壓力變化取向更為穩(wěn)定，其穩(wěn)定的熔體流向儲(chǔ)料缸以后，能夠保證注射時(shí)的型坯的均勻性有較大幅度的提高。塑料型坯質(zhì)量與均勻性的提高這種狀況在多次生產(chǎn)實(shí)際中得到了證實(shí)，恰好驗(yàn)證了模擬仿真結(jié)果的合理性和實(shí)用性。螺旋流道的計(jì)算機(jī)CAE 分析技術(shù)也能較好的與現(xiàn)實(shí)流道結(jié)合，在此沒(méi)有將分析結(jié)果列出。

在研制成型機(jī)頭的復(fù)合流道技術(shù)過(guò)程中，對(duì)復(fù)合流道的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用了計(jì)算機(jī)工程分析軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并且結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中多年積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)頭流道內(nèi)聚合物成型加工的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬優(yōu)化，使所設(shè)計(jì)的機(jī)頭流道與聚合物的加工性能更加符合實(shí)際狀況，能夠有效提高一次試模的成功率，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了研制成本。

3.2 復(fù)合流道的數(shù)控加工

在這種采用復(fù)合流道技術(shù)的數(shù)控加工中，采用了高精密度的數(shù)控加工中心，較大幅度的提高了這些精密零部件的加工精度。見(jiàn)圖15。

圖15 高精密度數(shù)控加工中心正在加工復(fù)合流道零部件

高精密度數(shù)控加工中心在加工復(fù)合流道時(shí)，由于其精密度較高，經(jīng)過(guò)精密加工以后，其流道的精度，表面光潔度得到了有效的保障，因此吹塑機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定性和耐用度得到提高。

圖16 兩種復(fù)合流道外觀圖

近年來(lái)吹塑機(jī)機(jī)頭的流道采用復(fù)合流道形式的增多，結(jié)構(gòu)形式也各有千秋，針對(duì)不同塑料與材料分子量的變化，機(jī)頭結(jié)構(gòu)也不會(huì)一成不變，隨著研究工作的深入，將可能有更多的高效、高質(zhì)量的機(jī)頭面世。

4. 一種扁平儲(chǔ)料機(jī)頭的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

扁平儲(chǔ)料機(jī)頭在中空吹塑機(jī)上應(yīng)用的不多，目前只有蘇州同大機(jī)械有限公司制造的 TDB-2000L 設(shè)備和TDB-1600L 設(shè)備上在使用，此類機(jī)頭特別適合做像吹塑托盤這樣外形為扁平狀的中空制品。

圖17 一種超大型扁平儲(chǔ)料機(jī)頭示意圖

此扁頭儲(chǔ)料機(jī)頭設(shè)有兩個(gè)儲(chǔ)料缸，分別由兩個(gè)射料油缸控制壓料動(dòng)作，其儲(chǔ)料量達(dá)到100L以上，內(nèi)部流道設(shè)計(jì)合理，分流準(zhǔn)確，內(nèi)部設(shè)計(jì)有自動(dòng)平衡流道系統(tǒng)，注射壓料時(shí)塑料型坯平整，壁厚均勻。機(jī)頭中間為壁厚調(diào)節(jié)油缸用來(lái)控制口模開(kāi)口的大小，徑向間隙調(diào)整螺釘是調(diào)節(jié)口模座的對(duì)中度，可以保證塑料型坯出料的均勻性。該設(shè)計(jì)獲得多項(xiàng)發(fā)明專利權(quán)。

5. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，儲(chǔ)料式機(jī)頭的設(shè)計(jì)與很多因素相關(guān)，對(duì)于吹塑制品的不同，它所相關(guān)的技術(shù)參數(shù)會(huì)發(fā)生較大的變化，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)制品的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于工業(yè)吹塑制品，產(chǎn)品的不同會(huì)使吹脹比有較大的變化，變化范圍會(huì)在1.0~3.5之間。吹脹比變化對(duì)于確定口模的直徑至關(guān)重要。

塑料成型機(jī)頭的流道設(shè)計(jì)會(huì)影響到吹塑制品的成型，壁厚的均勻性能，換色、換料的周期，以及成型機(jī)頭的生產(chǎn)效率以及影響擠出機(jī)的擠出效率等，當(dāng)機(jī)頭內(nèi)的流道壓力設(shè)置較高時(shí)，型坯壁厚的均勻性能能夠獲得改善，熔體的熔接線強(qiáng)度能獲得增強(qiáng)，換色、換料的速度可以提高，但是過(guò)高的流道壓力可能導(dǎo)致擠出機(jī)壓力提高，輸送速度降低，擠出機(jī)中熔體溫度提高，使其熔體溫度難以降低，并且導(dǎo)致儲(chǔ)料機(jī)頭內(nèi)儲(chǔ)料速度降低，影響生產(chǎn)效率的提高。當(dāng)機(jī)頭內(nèi)的流道壓力設(shè)置過(guò)低時(shí)，型坯的壁厚可能出現(xiàn)不均勻的狀況，熔體的熔接線強(qiáng)度可能較低，換色、換料的時(shí)間周期較長(zhǎng)，但能提高熔體的輸送速度。

塑料成型機(jī)頭流道內(nèi)壓力設(shè)置與流道的斷面尺寸，形狀，擠出量，塑料原料的力學(xué)、化學(xué)性能等主要參數(shù)關(guān)系較為密切，需要根據(jù)所使用的塑料原料以及設(shè)備所要求的產(chǎn)量、熔體型坯的力學(xué)性能，以及換色、換料的時(shí)間周期要求來(lái)仔細(xì)分析確定，隨著計(jì)算機(jī)分析工程技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師能夠較為方便的進(jìn)行機(jī)頭各類技術(shù)參數(shù)的分析與修改，從而設(shè)計(jì)出技術(shù)性能較為優(yōu)良的機(jī)頭流道，蘇州同大機(jī)械有限公司與華東理工大學(xué)合作，建立了多種HMWHDPE 塑料的流變性能數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于提高擠出機(jī)設(shè)計(jì)水平和機(jī)頭的流道設(shè)計(jì)技術(shù)水平，將起到較好的作用。

塑料成型機(jī)頭的流道包括口模、芯模的表面需高度拋光，以防止熔體出現(xiàn)滯留和內(nèi)外表面不光潔的現(xiàn)象。

在單層儲(chǔ)料機(jī)頭儲(chǔ)料腔的上部設(shè)計(jì)了溢料孔，可以較為方便在換色和換料時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的更換；同時(shí)也可以保障儲(chǔ)料機(jī)頭的安全運(yùn)行。一旦在生產(chǎn)中當(dāng)伺服液壓系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障，可控芯模不能向下移動(dòng)，電控系統(tǒng)的保護(hù)同時(shí)失靈，而擠出機(jī)仍在不斷擠出時(shí)，溢料孔對(duì)儲(chǔ)料機(jī)頭即可起到最后的保護(hù)作用。

儲(chǔ)料機(jī)頭的圓環(huán)狀壓料活塞與圓環(huán)狀的機(jī)筒的內(nèi)壁和圓形芯棒外圓之間的間隙設(shè)計(jì)及加工至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)該充分考慮所選用鋼材的遇熱膨脹系數(shù)以及所加工的塑料原料的工藝加溫性能。余料的順暢溢出是評(píng)價(jià)儲(chǔ)料機(jī)頭品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，過(guò)多的余料溢出對(duì)于原料節(jié)約是不利的，但要使儲(chǔ)料機(jī)頭完全不發(fā)生余料溢出幾乎是不可能的，設(shè)備制造和使用廠家都應(yīng)該對(duì)此有足夠的重視。

此外，雙色與多色機(jī)頭也是近幾年技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)，蘇州同大機(jī)械有限公司工程技術(shù)研究中心根據(jù)客戶的需要已經(jīng)研制出多款雙色與多色塑料機(jī)頭，滿足了不同國(guó)家客戶的需要。

另外，隨著中空吹塑微發(fā)泡技術(shù)研究的深入，與之相關(guān)的吹塑微發(fā)泡專用單層，多層機(jī)頭的研究也將進(jìn)一步深入。大中型的塑料吹塑制品隨著采用高分子量聚乙烯的廣泛使用，一些高性能的機(jī)頭研制將會(huì)更有市場(chǎng)；還有就是高強(qiáng)度PP 吹塑級(jí)塑料和高強(qiáng)度PVC 吹塑級(jí)塑料的大量問(wèn)世，也是必然引發(fā)與這些材料配套的吹塑設(shè)備及高性能吹塑機(jī)頭的研制，值得更多業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注。

隨著采用計(jì)算機(jī)工程（CAE）模擬分析軟件對(duì)機(jī)頭流道、心形包絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合流道技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化以及機(jī)頭流道采用五軸聯(lián)控?cái)?shù)控加工機(jī)床加工與流道表面耐磨處理等先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，將可能較快的促進(jìn)國(guó)內(nèi)中空成型機(jī)成套設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。