中空吹塑成型是一種發(fā)展迅速的塑料加工方法，分為擠出吹塑和注塑吹塑，目前，已發(fā)展成為僅次于注塑成型和擠出成型的第三大塑料制品成型方法。洗發(fā)水瓶是一種中空制件，在日常生活中隨處可見，結(jié)構(gòu)上一般為瓶口比瓶身小得多，無法用注塑成型方法一次成型，需要用中空吹塑成型生產(chǎn)。擠出吹塑模具具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工藝簡單、效益高等特點(diǎn)。筆者對(duì)一款洗發(fā)水瓶的擠出吹塑模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 洗發(fā)水瓶結(jié)構(gòu)分析

洗發(fā)水瓶的示意圖如圖1所示。

因高密度聚乙烯(PE-HD)容器手感好，質(zhì)輕，無毒無味，適用于洗發(fā)水的包裝，瓶體選用PE-HD材料，其密度為0.95 g/cm 。洗發(fā)水瓶的容積為450 mL，壁厚約為1.0 mm。客戶要求成型的產(chǎn)品無飛邊，分模線處要結(jié)合平整，無錯(cuò)位，無明顯分模線痕跡。

2 擠出吹塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在塑料中空制品生產(chǎn)中，吹塑制品的質(zhì)量和產(chǎn)量除了受到吹塑設(shè)備的精度及其自動(dòng)化程度的影響外，主要受吹塑模具結(jié)構(gòu)和模具加工質(zhì)量的影響。在模具結(jié)構(gòu)方面，切坯口的結(jié)構(gòu)、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)置合適與否，對(duì)制品質(zhì)量和產(chǎn)量有著非常大的影響。

2.1 擠出吹塑模具整體結(jié)構(gòu)

擠出吹塑模具主要是由兩瓣凹模型腔(陰模)構(gòu)成，吹塑成型時(shí)模具應(yīng)滿足以下要求：

(1)可成型形狀較復(fù)雜的中空制品；

(2)能有效地夾斷型坯，并保證制品接合線的強(qiáng)度；

(3)能有效和快速排氣；

(4)能快速、均勻地冷卻塑料制品，并減小模具壁內(nèi)的溫度梯度，以減少成型時(shí)間與制品翹曲量。

由于洗發(fā)水瓶相對(duì)來說比較小，生產(chǎn)批量大，從降低制造加工模具成本和保證模具精度等方面綜合考慮，擠出吹塑模具采用一模兩腔結(jié)構(gòu)，整體設(shè)計(jì)借助Pro/E 4.0軟件完成。在Pro/E 4.0中，完成整套模具的設(shè)計(jì)流程為：首先依據(jù)原始尺寸建立洗發(fā)水瓶的原始三維模型，其次在“制造”模塊，以子類型為“模具型腔”新建文件，調(diào)入前面建好的三維模型并做好一模兩腔的布局，按“按尺寸”規(guī)則設(shè)置參照模型的縮水率為2％，適當(dāng)放大原模型，以抵消制品吹漲后冷卻時(shí)在尺寸上產(chǎn)生的收縮，然后創(chuàng)建毛坯工件，進(jìn)行分型面設(shè)計(jì)，再利用分型面分割體積塊并抽取模具元件，再在模具元件上進(jìn)行切坯口、余料槽、排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行導(dǎo)柱、導(dǎo)套等輔助部分的加工設(shè)計(jì)。

洗發(fā)水瓶的擠出吹塑模具由兩瓣完全對(duì)稱的凹模型腔組成，最終完成的凹模型腔的組合結(jié)構(gòu)如圖2所示。

合模之前，擠出型坯逐漸從擠出機(jī)機(jī)頭擠入兩瓣凹模型腔的中間，達(dá)到所需的型坯長度后，兩瓣凹模同時(shí)向中心靠攏，位于另一半凹模上的導(dǎo)柱插入導(dǎo)柱孔4，在吹塑機(jī)的鎖模力作用下鎖緊模具，瓶口嵌塊2與瓶底嵌塊6上的切坯口切除多余的坯料，然后，吹氣桿從瓶口部分插入，成型瓶口并通人壓縮氣體吹漲瓶坯得到洗發(fā)水瓶制品。開模時(shí)，兩瓣凹模同時(shí)向外分開，脫出制品。

2.2 分型面的選擇

分型面設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)吹塑模具時(shí)首先要考慮的一個(gè)問題。分型面的位置應(yīng)使模具對(duì)稱，減小吹脹比，易于制品脫模。因此，分型面的位置由吹塑制品的形狀確定。洗發(fā)水瓶的外形類似橢圓形，對(duì)橢圓形容器，分型面應(yīng)通過橢圓形的長軸，吹塑模具以分型面為界，設(shè)計(jì)成相配合的兩個(gè)對(duì)稱半模，半模結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 切坯口和余料槽設(shè)計(jì)

在吹塑成型過程中，模具閉合的同時(shí)應(yīng)將多余的料切斷，所以擠出吹塑模具的瓶口和瓶底部位均設(shè)有切坯口，它不僅起切斷余料的作用，同時(shí)在吹脹之前，它還起著在模內(nèi)夾持封閉型坯的作用。設(shè)計(jì)瓶口和瓶底嵌塊時(shí)應(yīng)主要考慮切坯口與余料槽的結(jié)構(gòu)，它們對(duì)吹塑制品的成型與性能有重要的影響。

洗發(fā)水瓶的頸部和底部均采用嵌塊設(shè)計(jì)，切坯口位于嵌塊上，做成一個(gè)整體，有助于切去頸部余料，減少裝配誤差。擠出吹塑模具的模口部分應(yīng)是鋒利的切口，以便切斷型坯。切斷型坯的切坯口的寬度約為0.5~2.5 mm，過小會(huì)減小吹塑制品接合縫的厚度，降低其接合強(qiáng)度，甚至容易切破型坯導(dǎo)致制品不易或不能吹脹；過大則無法切斷多余的尾料，甚至無法使模具完全閉合，導(dǎo)致制品出現(xiàn)明顯的合模飛邊或在合模處向外凸。取切坯口寬度為1mm。

在夾坯口刃口后方開設(shè)余料槽，其位于模具分型面上。余料槽的深度對(duì)吹塑制品的成型有很大影響，尤其是對(duì)直徑大、壁厚小的型坯。因此，余料槽的槽深選擇要合適，每半邊模具的余料槽深度取型坯壁厚的90%，即0.9 mm。切坯口和余料槽的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

與注塑成型相比，成型容積相同的中空制品時(shí)，吹塑模具內(nèi)排出的空氣量要比注塑成型模具多得多，而且吹塑模具內(nèi)的壓力很小，空氣不易排出模外，因此，對(duì)吹塑模具的排氣功能要求較高。排氣不良將導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)粗糙、凹痕、表面文字或圖案不清晰等缺陷，另外，還會(huì)延長制品的冷卻時(shí)間，造成制品壁厚分布不均勻，降低制品的力學(xué)性能。對(duì)于PE-HD吹塑制品，為使制品有光滑的表面，一般需要對(duì)模具型腔表面作噴砂處理，使模具型腔表面稍微有些粗糙，因?yàn)檫@樣能在模具型腔內(nèi)提供表面微小的網(wǎng)狀排氣通道，使模具型腔易于排氣。此洗發(fā)水瓶的制造材料為PE-HD，故采用的排氣方法是：在模具型腔表面進(jìn)行噴砂處理并在分型面上開設(shè)排氣槽。排氣槽采用先淺后深，先窄后寬的形式進(jìn)行銑削加工。由于洗發(fā)水瓶的外觀要求較高，排氣槽深度的選取要恰當(dāng)，不應(yīng)在制品上留下痕跡。對(duì)于外觀要求高的制品，排氣槽寬度可取5～25 mm。故在靠近內(nèi)腔壁處設(shè)計(jì)淺槽的槽深僅為0.02 mm，槽寬為13 mm，長為1.5 mm，以免在制品上留下明顯的痕跡；之后深槽的槽深擴(kuò)大至1.5 mm，槽寬為16 mm，一直延伸至模外，以順利排氣。

2.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于洗發(fā)水瓶模具的尺寸比較小，采用的冷卻方式與注塑模具類似，直接在模壁內(nèi)縱、橫方向鉆出冷卻水通道，其特點(diǎn)是冷卻水直接接觸模體散熱，結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果較好。冷卻水從模具底部進(jìn)去，出口處設(shè)在模具的頂部，一方面可避免產(chǎn)生空氣泡，另一方面是因?yàn)槌隹谔幍睦鋮s水經(jīng)過熱傳導(dǎo)后，其水溫比人口時(shí)高，能使冷卻水按自然升溫的方向流動(dòng)，有利于模具溫差的均勻性。通常冷卻水通道的直徑一般為10~15 mm冷卻水通道的孔徑取12 mm，冷卻水通道的排布如圖2所示。

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)了容量為450 mL的洗發(fā)水瓶擠出吹塑模，采用一模兩腔，切坯口寬度設(shè)計(jì)為1mm，分型面上開設(shè)排氣槽，直接在模壁內(nèi)縱、橫方向鉆出冷卻水路進(jìn)行冷卻。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具切坯、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)效果好，成型的制品質(zhì)量較好，制品表面輪廓清楚、光滑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。