SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备的创新开发

注吹中空成型装备把注塑机的注射技术和挤吹中空机的成型制品的技术两者组合为一体，通过发挥各自的绿色化加工性能，提高中空成型的绿色化成型性能。本文介绍了作者创新驱动的SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备，简述了其主要绿色化特征，并指出只有创新驱动中空成型设备才能满足及拓展中空容器的“现实需求”和“潜在需求”。

“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备的创新驱动

本节介绍作者创新驱动的SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备，研讨“注射+中空成型” 的注吹中空成型装备的绿色化特征及创新驱动的方向和要点。

工具箱包的制品特征为厚壁、吹胀比较小、尺寸精度要求不高、利薄。绿塑创新驱动的方向：缩短成型周期，以提高生产效率；提高成型原料中回料比例；提高资源循环利用率；简化成型工艺，降低能耗。

1.“挤出+中空成型” 工具箱包挤吹中空成型装备的绿色化缺陷

“挤出+中空成型” 工具箱包挤吹中空成型装备的塑化挤出形式，挤出压力低，需另加注射装置，才能把熔料从储料缸内射出机头形成型胚。

◆生产率低。工具箱包的挤出型胚被吹胀成型后，一般不需要冷却工序。连续挤出式模头的型胚的形成时间依赖于挤出率，时间较长。整套成型工序按顺序进行，不利于缩短成型周期，从而难以达到高生产率而获得高利润率。

◆适应原料能力差。连续挤出式模头适用于加工流动性好的塑料，不能加工含有较高比例回料的流动性差的混合塑料，故降低制品原料成本的空间有限。

◆能量效率低。挤出计量精度低于注射塑化计量精度，溢余的挤出熔融塑料降低了能量效率。

2. SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备创新驱动的主要绿色化特征

作者根据传统塑料工具箱包挤吹中空成型装备存在的主要绿色缺陷，创新开发的“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备，注射容量3150cm3，射出压力30MPa，塑化能力214kg/h, 机头压缩比1.5～2，口模锥度150-200，口模最小直径160mm。

2.1  注吹中空成型工艺原理

注吹成型是注塑和吹塑相结合的生产大型中空容器的成型方法，是从注塑阶段转到另一个吹塑阶段的成型方法。成型时，由注射装置将熔融的物料在高压下注射到机头内腔，口模处熔融物料在高压推动下挤出口模成型胚。同时，型胚流经口模芯棒的压缩空气对型胚进行预吹胀，型胚挤出一定长度，下端封口，型胚达到规定长度，被夹紧在模腔内，进行吹胀贴附模腔表面成型，并经迅速冷却后，脱模而得到中空制品。

2.2 注吹中空成型机的绿塑创新驱动的主要技术特征

高速注射可提高型胚挤出速率，同时可减少型胚挤出过程中的热量损失，降低吹胀的空气压力，达到节能降耗的目的；高压注射使含有较高比例回料、流动性较差的高分子材料也能顺利挤出型胚，提高了资源利用率；注射速率高于挤出速率，可缩短型胚的形成时间，并有利于提高熔接缝强度；注射结束后，可立即进入塑化工序，实现制品取出和塑化的两个工序同步进行，不必如挤吹中空成型那样，等制品取出后才能进入挤出塑化的工序，有利于缩短成型周期。

注吹中空成型机由机械系统、电气控制系统、液压气动系统、加热冷却系统等组成。机械系统主要由注射塑化部件、机头、合模机构、机头升降机构等组成，布局类同挤吹中空成型机。

(1)塑化挤出结构

把工具箱包挤吹机的塑化挤出改为塑化注射。塑化注射和导柱的布置形式由普通注塑机的上下平行式改为横向同一平面的平行式，以降低塑化注射部件的高度。塑化及注射的动力驱动源为系统的液压动力源。

注吹中空成型机与挤吹中空成型机相比，主要结构的不同之处是塑化挤出及机头。挤吹中空成型机的塑化挤出由挤出机组成、机头相应与挤出机功能匹配。注吹中空成型机的塑化挤出由注射塑化装置组成、机头相应与注射塑化装置功能匹配。液压电气系统和整机结构与功能匹配。

注吹中空成型机的塑化挤出装置由加料斗、机筒螺杆、注射油缸、机筒加热圈等组成。塑化挤出布局考虑到大型中空成型机高度高、径向尺寸大的特点，应尽可能降低注射塑化装置的中心高、缩短轴向尺寸，以减小整机外形尺寸。注射机筒通过联接套与机头成“┢ ”型一体排列。塑化装置根据其本身塑化容量的特点（塑化容量即相当于挤吹中空成型机机头的储料缸容量），达到型胚所需的质量。

由于注吹中空成型的塑化时间占成型周期时间60％ ～80％，故在各种条件许可范围内，塑化能力尽可能高。

低速大扭距液压马达直接驱动螺杆塑化高效节能机构。双缸注射，注射油缸与机筒螺杆轴心线在同一水平面上的卧式布局，以降低中心高及缩短轴向尺寸。每次塑化行程一般可达螺杆直径的5.5倍，物料经料斗进入机筒，在螺杆旋转作用下沿螺槽输送并压实，同时在螺杆剪切热和外传导热作用下，塑化成均匀的熔体聚集在螺杆头部，在熔体压力推动下，螺杆边旋转边后退，螺杆头部熔体量逐渐增多，螺杆后退至预定行程，塑化完成。然后，熔体在螺杆高层推动F，将熔体从联接套挤入机头。

（2）塑化螺杆

注吹塑化与注塑塑化不同，注塑塑化的熔融料在料筒中停留的时间短，对塑化质量的要求高，注吹塑化熔体至注射出型胚滞留的时间是注塑塑化熔体至射进模腔时间的5倍，而且熔融料射出口模，中间再一次被分流而提高塑化质量，故对熔融料在料筒内的塑化均匀性要求相对低一些，所以以提高塑化能力为主设计螺杆结构，长径比取20，可适当增大均化段槽深，以提高塑化能力。塑化和注射两个功能为一体的螺杆，塑化行程可取螺杆直径的5.5倍。

（3）联接套

联接套是把机筒和机头联接成一体的机筒形零件，外包加热圈及装置热电偶。主要有3种作用：熔体射进机头的过渡通道；滤网安装体，如制品有特殊需要，可以在联接体内腔安装过滤网；补料，每次注射完熔料，联接体内腔仍充满熔体，对型胚具有补料作用。

（4）整移油缸

整移油缸是整体移动注射塑化装置及机头。一种作用是调节机头与模具分型面中心位置相一致。另一种作用，把机头移至注射装置方向的最终位置，以便安装模具及装拆机头口模。

（5）机头

机头是保证型胚质量的重要装置。注吹中空成型机机头由口模开关油缸与机头组成，机头由机头体、芯棒、过渡板、分流板、口模、调节螺钉、加热控温装置等组成。注吹中空成型机与挤吹中空成型机的机头相比，最大不同之处：前者注射油缸安置于注射塑化装置上，后者挤出油缸安置于机头上；前者机头内腔无储料缸，后者机头内腔设置储料缸。

为提高型胚质量，开发了环形双支管中心入料式机头，保证型胚各点受压和射出口模速度一致。熔体在高压下注射机头入口处，被分成两股在水平方向流经环形双支管分流板上半圆形支管，然后在分流板的中心再次融合，压入圆锥形分流芯棒，流经多孔过渡板进入内腔，口模处熔料在压力推动下挤射出口模成型胚，同时压缩空气流经芯棒内通道进入型胚进行预吹胀。这种功能表明了：环形双支管中心入料式分流板保证了各熔体单元受压一致，圆锥形分流芯棒保证各熔体单元的速度一致，从这两方面保证了型胚注射出口模不扭曲及周边不变形。

口模开关油缸。设置于机头上方。控制型胚壁厚和开关口模的两种作用。根据成型制品的不同要求，其密封形式有所不同。如需对型胚进行伺服多点控制，密封圈应选用摩擦力小、反应灵敏的材料及型式，如格来圈、斯特等。如不需对型胚进行多点控制，如成型工具箱、箱包，采用普通型式的密封圈已满足其性能要求。调节活塞行程，达到调节口模的行程的目的，即控制口模和芯捧之间的间隙。活塞杆与机头为刚性联接，为隔绝机头内腔熔体热量传至油缸，联接处采用隔热设计并加以水冷却。口模和油缸体之间为刚性联接，油缸体对活塞作相对移动。口模在开关油缸的作用下塑化时，向下移动，关闭口模；注射时，向上移动，打开口模。型胚壁厚通过调节口模打开间隙进行控制；周向壁厚均匀性通过调整螺钉调节口模间隙来控制。

（6）节能型液压动力驱动系统

由油泵和驱动油泵电机、控制执行机构的液压元件、冷却系统等组成。降低液压系统的能耗是降低整机能耗的关键。根据注吹中空成型机的成型特点，把注塑机的液压系统的高效节能的先进技术用于注吹中空成型机的液压系统上，以提高性能、降低能耗。

成型工具箱包的注吹中空成型机液压动力源采用高压小容量及中压大容量双联泵，双泵满足快速移模、快速注射的要求。小泵满足机头液压升降、低速移模、高压锁模、口模开关、整体移动、低速注射的要求。锁模压力由小泵工作压力控制，故对小泵工作压力可控制，以根据制品要求提供合适的锁模力，保护模具。双联泵合理组合，可降低泵和电机的容量、降低整机的装载功率。

对于超大型的注吹中空成型机，液压动力源可采用多泵多电机组合的方式，为每个执行动作提供合适的流量和压力，达到降低能耗的目的。

（7）气压动力驱动系统

由空气压缩机、控制执行系统的气动元件等组成。空气压缩机为气动系统动力源。

成型工具箱包的注吹中空成型机的气动执行动作有两个：预吹胀和模具吹胀制品成型。顶出可用机械顶出，也可用气动顶出。机械顶出可节省顶出时间，即减少周期循环时间。制品成型—模具打开—模板后退，碰到机械顶出杆，制品被顶出落下。夹料、出料、撑料、下吹气等气动执行机构，根据成型制品要求，进行设置。

（8） 制品冷却系统

由冷冻机及有关匹配元件、氮气冷却装置等组成成型工具箱、箱包，采用冷冻机装置已满足要求，冷冻水温为5～l0℃。对于厚壁、超大型制品，还需对中空制品内腔进氮气冷却，以保证制品质量和缩短冷却时间，甚至需要采用冷冻水喷雾冷却。

（9）电气控制系统

注吹中空成型机高度一般在2m以上。注射部分位于整机最上面，注射部分需控制的参数较多：行程、多级注射速度及压力；塑化背压。为进行精确控制及控制方便，注射/塑化位置部分采用位移传感器，对参数变化的位置进行精确控制。

锁模部分位于整机底座上。工具箱、箱包成型后，一般为人工取出。所控制的参数：行程、低速移模、高速移模、低压护模、高压低速锁模、高压低速开模。根据此特点，锁模部分采用位移传感器或感应开关均可。

整体移动的位移控制。此功能很少动作，采用普通限位开关即可。

口模油缸的开闭控制。采用感应开关控制，可达到精确控制。

机头升降和整体移动，为独立调整动作，采用手动控制。

为适应注射的高速高压的挤出型胚，增加模心调节杆的强度。优化心型包络流道，提高熔接缝强度。

（10）安全保护装置

最重要是冷机启动保护，在机头内冷料未完全成熔体，不能注射，否则会拉断内模或芯棒。机筒内冷料未完全成熔体，不能塑化，否则会扭断螺杆。机头内和机筒内的冷料完全成熔体后，才可启动整机进行成型循环动作。

3. SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备的主要绿色化特征

工具箱包注吹机的成型实例。工具箱包(外形：410mm×340mm×120mm。型胚：2000g。)的成型周期由常规的30s缩短到18s，成为国内成型同类工具箱包的周期时间最短、成型原料中回料比例最高的工具箱包中空成型机。

3.1 大幅度减少换色时间

注吹中空成型机的机头内无贮料缸。储料在注射机筒内进行，创新开发的对称环型双支管中心入料式机头的结构，机头内腔各有关零件表面都为流线型结构，缩短了换色时间，约为同规格挤吹中空成型机换色时间的一半。同时减少了废料，降低社会能耗。

3.2 型胚质量重复精度高

型胚质量主要取决于塑化量的重复精度。注射塑化量精度由塑化行程精度而定，塑化行程精度的控制精确且直观，能够得到精确保证。挤出塑化受到螺杆转速和塑化时间两个主要因素的限定，而这两个因素受到干扰较多，精度控制差，影响到型胚质量的重复精度。

注射速度的变化达到控制型胚壁厚，省却了挤吹装置专门配备的控制型胚壁厚的液压驱动系统。

3.3 注射塑化效率高

注射螺杆头部有止逆环结构，注射时熔体回流量几乎可忽略不计，注射效率极高。注射塑化，背压仅起到调节塑化质量的作用，不影响塑化效率。

3.4 塑化性能好

可方便地调节背压，控制熔料的塑化质量。

3.5 塑化能耗低

塑化同样的原料，相对于挤出螺杆，注射螺杆长径比、压缩比小，故驱动扭矩小，降低了装载功率和驱动能耗。注射塑化为轴向移动式，螺杆在塑化过程中与熔料接触面逐渐减小，扭矩也逐渐减少，故单位时间的能耗在逐渐降低。注射塑化，机筒不需空气冷却装置。注射塑化从上述3方面，比挤出塑化降低能耗约降低20％。

3.6 熔体熔合线强度高

提高HDPE熔体溶合线强度，是机头设计研究的主要课题，其最有效的方法是延长熔体在机头内滞留时间，以克服熔体的“弹性记忆”效应，减小熔体粘度对温度的敏感性，扩宽熔体流MWD分布性。注吹中空成型机的注射塑化和机头的自身特殊结构，从塑化的熔体到被注射出口模，要经过5个以上成型周期，熔体在机头内腔滞留4个以上成型周期，使熔体内分子得到充分时间重新排列分布、提高了熔体熔合线的强度，提高了型胚表面质量。机头内无贮料缸，大幅度降低了机头内熔体的径向厚度，降低了熔体径向的温度梯度，保证了型胚被挤出后不产生内部熔体破裂现象。

3.7 型胚壁厚控制多样化

型胚壁厚调整有以下3种：改变内口模的间隙；改变注射速度或注射压力，从而改变型胚的压射速率，借以改变型胚的离模膨胀率；调节预吹胀压缩空气的P、V值，达到改变型胚壁厚的目的。

3.8 生产率提高，能耗降低

使用同样合模结构的挤吹中空成型机成型本例中的工具箱包，注吹中空成型比挤吹中空成型的生产率提高约40％，能耗降低约30％。

结语

作者通过介绍创新驱动的SZC-3150工具箱包注吹中空成型装备，说明了随着塑料中空容器绿色化持续发展的需要及绿色应用空间的扩大，只有创新驱动中空成型设备才能满足及拓展中空容器的“现实需求”和“潜在需求”。