包装机械设计
《包装机械设计》课程
学院：机械工程学院
专业：包装工程专业
教师姓名：王利强
学生姓名：顾佳威
班级：包装1002
学号：0403100202
江南大学
2013 年12 月
目录
1．引言 (1)
2．我国塑料机械产业发展现状 (1)
2.1 发展速度快且潜力巨大 (1)
2.2 我国中空塑料机械现状 (1)
3. 中空塑料成型机发展 (2)
3.1 注射中空塑料成型机 (2)
3.2 多层共挤出中空塑料成型机 (3)
3.3 单层小型挤吹中空塑料成型机 (3)
4.3.1“一步法”注拉吹中空塑料成型机 (3)
4.3.2 拉吹中空塑料成型机 (4)
3.4 注吹中空塑料成型机 (4)
3.5 三维（3D）挤吹中空塑料成型机 (4)
3.6 旋转立式中空吹塑成型机 (5)
4. 结语 (6)
参考文献 (7)
1.引言
随着中国石化工业、汽车工业、包装工业、建筑工业等的发展，塑料工业的发展增长迅速，塑料工业已经成为国内的一个朝阳产业。近年来，塑料制品年产量增幅达到10％以上，预计到2012年，我国塑料的产量将达到6500万吨，塑料工业带动塑料机械的年增长为30％以上。据不完全统计，2009年中国塑料机械工业产值大约为220亿元左右。中空塑料成型机已成为食品塑料包装容器的主要设备。随着塑料包装行业的快速发展，中空制品的结构发生了很大变化，原料开发商为适应中空制品的发展，积极开发各种中空成型新材料。
在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤吹中空塑料成型机是发展最快最完善的中空塑料成型机，特别是小型挤吹中空塑料成型机的发展速度特别快。现在，我国已有多家制造厂家能生产成形1000L单层中空容器的挤吹中空塑料成型机，陕西秦川塑料机械厂已能生产技术含量高的成形500L六层中空容器的共挤出中空塑料成型机。本文介绍了塑料挤吹中空成型机液压驱动及控制系统的设计思想、控制系统工作原理，分析了系统的控制性能和特点及在样机上的运行情况。
2.我国塑料企业产业发展现状
发展速度快且潜力巨大
塑料机械的快速发展动力在于我国塑料制品需求量的快速增长。据中国塑料加工工业协会的统计数据，2008年我国塑料制品行业规模以上企业共计16277个，制品产量达到3713.79万吨，比上年同期增长10.10％；总产值9638.36亿元，同比增长20.86%，占轻工行业总产值93898亿元的10.26%，居第三位。工业销售产值为9407.07亿元，同比增长20.50％，产销率为97.60％；其中出口交货值1847.20亿元，同比增长6.52%；新产品产值为549.96亿元，同比增长31.11%。中国塑料机械企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带，其中宁波地区发展势头最猛，现已成为中国最大的注塑机生产基地，产量占国内注塑机产量的1/2以上，占世界注塑机产量的1/3。
近年来，中国塑料机械在国际市场上的销售量也有很快的增长，2007年塑料机械行业的出口总额为15.885亿美元，2002年到2007年间的平均增长率达到55.67％[1]。
我国中空塑料机械现状
中空塑料成型机是我国塑料机械的三大主导产品之一，研制起步较晚，但发展速度很快，经过近二十年的发展，我国中空塑料成型机有了很大的发展，基本上满足了普通中空塑料制品成型的需求，特别在中空饮料瓶以及小型中空塑料制品方面，有了长足的进步与发展。
目前，据统计颇具规模的，能够生产0.5L到1000L的系列中空塑料成型机，能够生产六层500L的共挤出中空塑料成型机的中空塑料成型机生产企业全国有十几家左右。虽然我国中空塑料成型机的生产已达到一定的规模，近年来，产品的品种和规格有所扩大和增加，控制向电脑化方向发展，但是，随着塑料包装行业的快速发展，中空制品的结构发生了很大变化，特别是汽车工业领域内中空制品的应用越来越多，原料开发商为适应汽车工业发展积极开发各种中空成型新材料。我国的中空塑料成型机还跟不上需求，与注塑机及挤出机相比，总体技术水平与国际先进水平的差距更大，特别是产品的适应性和可靠性与国际上相比其差距较大，高性能高效率高可靠性的中空成型机还是以进口为主。在2003年上海第六届亚太橡塑工业展览会上，无一台能成型汽车异型零件的3D中空塑料成型机。总的来说，我国的中空塑料成型机主要存在问题是：生产效率低，适应性差，控制水平差，品种少，可靠性差，技术开发慢，自主知识产权少，缺乏竞争能力。中空塑料成型机的研制基本上局限于包装行业，还没有进入中空工业异型制品成型的领域。优化设计、可靠性设计、有限元法等先进的设计方法还未进入中空塑料成型机的设计领域[2]。
所以，我们中空塑料成型机的生产企业和科研机构要针对自己存在的问题，开展积极的研发工作，在开发手段以及产品的技术水平、品种和规格等方面赶上和达到国际先进水平，还有很多工作要做。
3.中空塑料成型机技术发展
3.1注射中空塑料成型机
注射中空塑料成型是无吹塑的特殊中空成型，它在模具、控制系统、成型工艺、后处理等方面均不同于普通的注塑和挤吹成型。该成型方法的主要优点是：制品强度高，制品的外形及表面质量高。因此，该成型方法特别适合于成型一些形状复杂的工业用中空制品。
注射中空塑料成型机主要包括以下成型方式：
1、模具滑动注射中空塑料成型。其原理是：首先将中空制品一分为二，两部分分别被注射形成半成品；然后，将两部分半成品及其模具滑动至对合位置，二次合模后，在制品的两部分结合缝处再注射入塑料熔体（二次注射）；最后得到完整的中空制品。
与吹塑中空制品相比，该法成型的中空制品具有表面和尺寸精度高、壁厚均匀、设计自由度大的优点。在制造形状复杂的中空制品时，模具滑动注射中空塑料成型法与超声波焊接法相比的优点是：不需将半成品从模具中取出，因而可避免半成品在模具外冷却所造成的制品形状精度下降以及焊接法产生局部应力而引起的熔接缝区强度下降等问题。
2、半壳注射中空塑料成型。其原理是：首先用注射的方法生产两个半壳，
然后将两个半壳焊接起来而成为中空制品。半壳注射中空塑料成型的关键在于制品的设计。通常，汽车发动机的进气管和汽车油箱等制品可用这种方法成型。
3、可熔型芯注射中空塑料成型。其原理是：利用低熔点的金属作为注射模具的型芯来生产内外表面形状复杂、光洁度高以及内部尺寸要求精确的中空塑料制品。这一技术的关键是：塑料注射时，型芯不得熔化；用作型芯的金属在熔化时以及用来熔化型芯的介质不会腐蚀塑料；在熔化型芯的温度下，制件不会发生变形。
目前，可熔型芯注射中空塑料成型技术在汽车发动机的全塑多头集成进气管领域内已得到广泛应用，其新的用途有：汽车水泵、离心热水泵、航天器油泵、水泵推进轮等。
3.2多层共挤中空吹塑成型机
多层共挤出中空塑料成型机采用储料式机头，该结构是把主机头放在各层机头的上方，配有同心的环形活塞，把机头与储料腔作成一体，以使在低压下能实现型坯的高速挤出。
挤出机的适应性及其组合是保证多层共挤出中空塑料制品质量的前提。为此，多层共挤出中空塑料成型机的生产企业必须首先对所要加工的对象（包括制品、制品各层材料的特性及各层材料之间的粘结性能以及增粘剂的特性）进行充分的研究。在具体设计适应这些塑化材料的挤出机时，应确定好所需配备的挤出机的数量及型式。挤出机的设计原则是：能满足不同流量、不同材料的塑化要求，且其生产率应比标准挤出机的生产率高；螺杆和机筒的结构随着加工物料性质的不同而不同；每个挤出装置都应配制自动控制的定量加料斗，以精确控制加料量。
目前，多层共挤出中空塑料成型机的开发重点是：0.2～1L容器（用于盛装化妆品及家用卫生清洁剂）的2～3层共挤出中空塑料成型机；4～6层共挤出汽车油箱中空塑料成型机；220L大型多层共挤出中空塑料成型机。
3.3 单层小型挤吹中空塑料成型机
目前，单层小型挤吹中空塑料成型机的生产技术相对比较成熟，今后，主要是向高效率、高生产率、多工位、多功能方向发展。
3.3.1“一步法”注拉吹中空塑料成型机
对“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研究开发包括主机和模具两个方面。由于注拉吹中空塑料成型机是主机与模具两者结合的设备，所以，从对整机的重要性来说，主机只占整机的40%，而模具要占整机的60%。因此，模具是“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研制重点，而注射型坯的模具又是模具中的研制重点。主机的研究重点则是转盘运转的高速度及定位的稳定性。例如，推广应用齿轮、齿条同步吹塑合模机构，以提高合模机构的重复精度及生产效率[3]。
3.3.2 拉吹中空塑料成型机
提高成型速度是拉吹中空塑料成型机努力追求的目标，其关键技术是：优化加热系统以减少加热时间；提高瓶坯的运转输送传动速度；提高瓶坯快速稳定定位性能；缩短模具开合以及吹塑压紧头的升降时间；增加成型腔数。另外，研究开发能够检测瓶坯的同心度和内径的质量检测系统对降低拉吹中空塑料成型机的废品率、提高生产效率也是非常重要的。
总之，应大力开发将瓶坯的加热拉伸吹塑成型、原料的灌装、贴标、包装等多道工序集于一次完成的联机作业拉吹中空生产线。该生产线的特点是：灌充液体原料时，可直接在封闭无污染的环境中进行，而不需要对瓶进行再清洗。例如，采用净化压缩空气吹塑成型输液瓶后，可立即注入药液，再由传送机构输送到包装工位进行包装。
3.4 注吹中空塑料成型机
注吹中空塑料成型机不对注射型坯进行拉伸，只对型坯进行吹塑，是以“一步法”完成从原料到塑料瓶的整个生产过程。这种设备自动化程度高，特别适于大批量成型形状复杂的、带有螺纹瓶口的小型中空容器[4]。
注吹中空成型机是把注塑机同中空成型机的吹塑系统结合成一体的设备。该设备具有所用材料广泛、成型的瓶口螺纹精度高且密封性好、制品无接缝且强度高、无边角料而使成本更低等方面的优点，尤其在医药包装行业得到了更广泛的应用。
注吹中空塑料成型机的发展方向是缩短成型周期以提高产量，为此，必须提高单机、单模生产率，减少换模停机时间，提高吹塑速度，优化传热系统。
3.5 三维（3D）挤吹中空塑料成型机
三维（3D）挤吹中空塑料成型机是为了成型形状复杂的中空工业零部件而新发展的设备，是一种废料少或无飞边的中空成型机。这种成型机主要具有以下优点：
1、对合模力的要求较低；
2、减少了切除料边的工作量，不必对成型品的外表面重新修正；
3、热敏性塑料成型过程中的降解几率明显减少。
三维（3D）挤吹中空成型工艺是：型坯被挤出后，通过预吹涨使其贴紧在一边的模具壁上；然后，挤出头或模具按编制的成型程序进行2轴或3轴的转动，当类似肠形的型坯充满模腔时，另一边模具开始闭合并包紧型坯，使之与后续的型坯分离，这时整个型坯被吹胀并贴紧在模腔的壁上而完成成型。
开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机时，应该在充分了解适用于3D导管的新型树脂及其发展趋势的前提下，开发三维运行机构及其控制系统，尤其要开发
适合新型树脂塑化的机构和机头，在消化吸收国外先进技术的基础上，尽可能站在高起点上开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机[5]。
3.6 旋转立式中空吹塑成型机
图1 是新开发的高速旋转立式中空成型系统,系统包括主机座、传动装置、转盘、水冷装置(冷却风管)、分配器,主机座设于整机下方,其上方连接护栏。
1.模架;
2. 传动齿轮;
3.导轨;
4.轴承座;
5.主轴;
6.出水口;
7.电机;
8.主机座;
9.转盘；10.冷却水箱;11.分配器;12.进水口;13.冷却风管;14. 储气罐;15.冷却风管;16.模具(工位)
图1:高速旋转立式中空成型系统结构图
主机座侧面的中下方设置真空储气罐,真空储气罐依次连接气管、分配器上的真空口;传动装置包括设于主机座一侧的电机、齿轮;转盘的一侧设置分配器、边沿设置模架及冷却风管。
分配器为圆形转盘,边沿设置真空口、吹瓶口、排气孔、冷却口、脱模口、油杯孔,其中的脱模口、吹瓶口、冷却口分别通过气管依次连接到分气罐、减压阀。当分配器启动应用于旋转立式中空成型盘架的多个工位时,将准确地为旋转成型机上不同工位提供吸气、吹气、脱模等不同连续工位动作。
在模架设置双曲臂连杆,位于模具的两侧,可设置24 个工位;模架上设置模具和气嘴,模具与模具间设置冷却气管,水冷装置设于转盘的左右两侧,模具的前部与后部可拆装。
模具气嘴的一端设置吹瓶口、真空口,通过气管依次连接到分配器、减压阀,包含吸气、吹气、脱模等三个中空成型机的连续工位动作。
水冷装置包括冷却水箱、进水口、出水口,水箱共设置两个,分别设于转盘的
左右两侧,进水口设于主轴的一端,出水口设于主轴的另一端。
在整个机组运行时,本立式中空成型系统通过在电脑PLC控制系统设置并发出指令,启动立式中空成型系统的传动装置,器的分配下,承接挤出系统挤出的塑料管形瓶胆,同时,24个模具在分配器的分配下，承接挤出系统挤出的塑料管形瓶胆，进行合膜、吹塑成型、冷却、脱模等不同工位工作的连续式闭合运行,通过脱模后的成型软管将进入机组的成品剥离系统,进行冷却输送、剥离及废料回收等工序。
通过以上立式中空成型系统的高速、稳定运行,可实现合膜、吹塑成型、冷却、脱模等工序生产工艺流程的高效、全自动化特征,远远胜出目前国内最先进卧式4-8 工位旋转成型吹瓶机最高产量为5000 个/ 小时的工作效率,改变了卧式旋转成型吹瓶机存在的工位数量少、自动化程度低,且需人工剥离,既浪费人工又产生二次污染的问题,也超过目前国外最先进的1司类装备(TGS 轮转式自动连续中空压制成形机组,日本东京硝子精机株式会社制造) 的6600 个/ 小时装备生产速度,最终实现吹软管(瓶)机组运行速度高达12000 个/ 小时,整机的工作效率远远超出国内同类装备并领先于国际先进设备。
4.总结
随着塑料中空制品行业的快速发展，中空制品的结构发生了很大变化，特别是汽车用中空制品发展较快。总之，中空塑料成型机的发展方向是向着多品种、大型化、高效、高产、高速、节能、电动化、网络诊断、智能化等方向发展。中空塑料成型机的潜在应用市场是汽车零部件领域。我国的中空塑料成型机制造企业只有立足于新产品的开拓和产品设计的创新，才能够跟上国外先进水平的步伐。本文对我国包装行业的中空塑料成型机的现状和发展方向作了论述，充分说明了我国包装行业的中空塑料成型机大有发展前景，同时，我们应当看到，我国包装行业的中空塑料成型机与工业发达国家的差距较大，要做的工作很多，在消化吸收国外先进技术同时，积极开发适应市场需要及具有潜在发展前景的设备。包装行业的中空塑料成型机的发展方向是：多品种、大型化、高效高产高速节能、电动化、网络诊断、智能化。
我们中空塑料成型机的生产企业和科研机构要针对自己存在的问题，开展积极的研发工作，在开发手段以及产品的技术水平、品种和规格等方面赶上和达到国际先进水平，还有很多工作要做。
参考文献：
[1] 丁晓刚. 中空制品发展方向的探讨[J]. 塑料包装,2009,02:20-23
[2] 何宜柱. 透气性陶瓷模及在塑料成型中的应用[J]. 模具工业,2003,04:25-36
[3] 康益荣. SZL-200／250塑料成型机设计中的几点体会[M]. 中国机械出版社,2007
[4]Gong shaman. The development trend of the plastic molding technology [J]. enterprise
technology development, 2000,12:50-52
[5] Ding Xiaogang. direction of hollow products [M]. plastic packaging,2009