塑料中空吹塑机液压系统的设计与研究

塑料中空吹塑机液压系统的设计与研究

吴嘉星 车伟强

考特斯机械科技 (佛山 )有限公司 广东 佛山 528300

摘要：塑料挤出吹塑中空成型机是通过挤出吹塑工艺生产塑料中空制品的专用高效设备。它通常由两部分组成:挤出型坯，将型坯送入模具，然后引入压缩空气充气，从而制成中空容器。目前，塑料吹塑应用广泛，已经成为发展最快的塑料成型方法之一，以至于大多数中空塑料制品都是通过挤出吹塑生产的。但挤出吹塑突出的缺点是挤出吹塑制品壁厚的均匀性难以控制，特别是对于大型复杂的制品，由于型坯重量的影响，型坯上部会出现变薄缩径的现象。因此，在塑料中空吹塑过程中，型坯壁厚控制是关系到产品质量的关键技术之一。其工作原理是利用电液位置控制原理改变挤出模成型间隙的开度，从而控制型坯厚度的变化规律，使中空制品的壁厚均匀，节省材料。

关键词：中空成型机；液压系统；电液比例；壁厚控制；

分析了大型中空成型的工艺流程，设计了塑料中空成型机的液压控制系统，研究了成型机壁厚控制系统的原理、组成及特点。塑料中空成型机由液压驱动，可以方便可靠地实现整机的自动工作循环。利用电液比例位置控制系统，可以随意控制型坯壁厚的变化规律，保证中空制品吹膜后壁厚均匀。

一、分析塑料中空成型工艺流程

塑料吹塑是热塑性产品常用的成型方法之一。塑料挤出吹塑成型机由机械系统、电气和气动液压系统、加热和冷却系统等组成。机械系统主要由挤出机、模头、模组等组成。挤出吹塑通常要经过四个步骤:挤出型坯；模具定位在型坯周围并夹紧型坯；如果是容器，产品的颈部必须定型或固定；引入空气或其他介质以将型坯吹制成模腔的形状，并冷却模具中的产品。根据挤出型坯的方式，可分为储存型和连续挤出型。大型中空吹塑机挤出型坯的方式主要是储存式。它以颗粒状聚丙烯、聚乙烯和一些添加的颜料为原料。原料通过料斗送入挤出机的加热管道，由机筒上的加热器加热使其熔化；然后，在给定的压力下，借助于可调速的旋转，熔融材料在进入机头后被注射到储存缸中。储罐中熔融塑料的温度高达300℃。随着熔融物料的不断注入，缸内熔融物料的压力迅速上升，推动料位活塞向上运动；当料位达到设定值时，打开模具，将熔体注入模具中，然后进行吹气保压，使熔融塑料在模具中凝固成型。随着熔融塑料挤出、取出产品等一系列动作的完成，所需的中空产品也就完成了。

二、塑料中空成型机液压系统的设计

中空挤出吹塑成型过程是一个周期性的动作系统，根据一定的顺序和不同的性能要求，有多个执行器。系统中执行机构多，动作复杂，顺序要求严格，有一定的动态响应特性，液压传动更容易实现。系统中有六组液压操作缸:一对合模(移模)缸、吹针提升缸、膨胀缸、一对桶口模具缸、壁厚控制缸和储存缸。系统中的每组执行器都有不同的压力、运动速度、位移精度、动态响应要求、保压要求等。液压系统主要由四组液压缸组成:挤压缸、壁厚控制缸、合模缸和吹针缸。在挤出回路中，储料筒的运动应平稳，无大的振动，以利于熔融塑料的挤出，保证型坯质量。因此，恒压控制系统的控制缸是液压控制系统的核心部件。控制缸活塞的运动直接驱动型芯运动来控制型坯壁厚的变化。因此，要求活塞运动灵敏，响应迅速，位置控制精度高。采用以电液比例阀或电液伺服阀为控制元件的电液位置反馈控制系统来控制阀芯的运动。考虑到伺服阀具有较高的频率响应和控制精度，由于其成本高、对油液污染敏感、对工作环境和维护技术要求高，在实际生产中难以推广使用。但比例阀具有成本低、对工作油清洁度和维护技术要求低、工作压力低(1M Pa左右)的优点，可以降低泵源压力，提高系统效率。因此，电液位置控制系统由电液比例阀组成。为了同时控制阀芯的运动方向和位移，实现连续控制，并具有较高的控制精度和动态响应要求，系统选用双电磁铁控制内反馈的三位四通电液比例方向阀，不仅控制液体流量的换向功能，而且通过控制阀芯的位置连续调节阀门开度，实现流量的比例控制。由于系统只需要短时间内的大流量和高压，供油系统选择双叶片泵。通过双叶片泵的合理组合，可以降低泵和电机的容量，降低整机的装机功率，降低能耗。图1为整机液压系统示意图。

图1液压系统原理图

三、塑料中空成型型坯壁厚控制系统的研究

中空塑料型坯的壁厚控制可以使形状复杂的中空制品壁厚均匀。一般0.2L以下的中空容器可以不配备型坯壁厚控制装置，在其他情况下，应考虑型坯壁厚控制装置，尤其是截面复杂的中空成型制品。目前，壁厚控制通常是通过改变模唇与模芯之间的间隙来实现的。根据模套和模芯的形状不同，唇口间隙的调整方法也不同。模芯的上下运动一般由液压缸驱动。中空成型机加工形状简单的塑料中空容器时，可以通过开关液压系统来实现。电液换向阀只接收通电或断电信号，使液压缸上升或下降。液压缸的移动距离(即模具开口的变化)由上限和下限螺母设定。液压缸的移动速度由流量阀的节流作用设定。电液换向阀的电信号由时间继电器控制。这种控制方法简单廉价，但壁厚变化规律简单，壁厚变化只有两种，只能用于形状简单的中空容器的挤压吹塑。当涉及大型复杂产品时，型坯壁厚控制系统必须是位置控制系统，其中芯棒位置控制精度是决定型坯壁厚控制效果的关键，要求运动平稳、位置精度高、响应快、重复精度好。目前，用于中空型坯控制的电液位置控制系统根据所用控制阀的不同可分为两类:电液比例控制系统和电液伺服控制系统。壁厚控制系统采用闭环反馈设计，其部件包括壁厚控制器、电液伺服阀、动作执行器和作为信号反馈装置的电子直尺。用户在壁厚控制器的面板上设置型坯壁厚的轴向变化曲线，控制器根据该曲线向电液伺服阀输出尺寸变化的电压或电流信号，电液伺服阀驱动执行器控制模芯上下移动，从而改变模芯间隙。电子直尺通过测量间隙大小获得相应的电压信号，反馈给壁厚控制器，构成闭环壁厚控制系统。25点型坯壁厚控制器的工作原理如图2所示。在存储工作期间，位移传感器2随时检测存储缸中的存储位置。当存储量达到预选存储量时，控制系统发出存储位置信号，系统转入注射工作程序。

l一液压缸6行程位移传感器2一储料及注射行程位移传感器3-电子编码器4一放大器5-电液比例阀6-液压缸7一注射液压缸8一模口问隙

图2型坯壁厚控制工作原理图

当型坯被注射时，位移传感器2继续检测注射量，控制系统将注射量平均分成25等份，并使其对应于型坯上每个等份所需的厚度。每个等分区配有可变电位计，25个电位计的旋钮可根据产品要求任意改变，开口间隙可预选。随着第一级等分材料的注射结束，控制器将发出指令作为下一级液压闭环位置系统的指令信号，该指令信号将被比例放大器4放大并被发送到比例阀5的线圈以改变阀流量。结果，液压缸6驱动心轴的位置改变，从而改变模具开口处的开口间隙8。如果间隙大，型坯壁会更厚，否则会更薄。模口间隙8的尺寸由传感器1检测。由位置传感器检测的信号作为负反馈信号与相应触点的指令信号进行比较。放大后，驱动高性能电液比例阀5改变流量，直到位移传感器1测得的开度等于预选值，电流偏差为0，比例阀停止流量输出，芯轴停止移动。此时的型坯厚度是控制器在该位置预选的厚度。这样，控制器根据设定指令，将型坯纵向分成25等分，高精度电液比例阀5驱动模芯杆轴向位移，从而保证开口间隙8(即型坯壁厚)。

总之，大型塑料中空成型机液压系统的执行机构周期性、间歇性工作，可以采用双联泵作为液压源，大大降低系统的能耗和温升；在设计大型塑料中空成型机的液压系统时，使用卸荷阀可以大大降低泵的负荷，在整个液压系统中达到节能效果；大型塑料中空成型机液压控制系统的核心是壁厚控制。

参考文献：

[1]刘华祥,中空吹塑成型机壁厚控制系统的发展.2018.

[2]郭成军,关于塑料中空吹塑机液压系统的设计与研究.2019.