TDB-250-3CL雙工位吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線

邱建成 徐文良 何建領(lǐng) 肖志林 秦超 孫佳偉 朱虞

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

1.前 言

蘇州同大機(jī)械有限公司從2017年度開始，開展了對(duì)TDB-250-3CL雙工位吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線的研制工作，到目前為止，該生產(chǎn)線已經(jīng)進(jìn)入調(diào)試階段，下一步生產(chǎn)線即將聯(lián)機(jī)調(diào)試。

1.1 與目前常見吹塑機(jī)生產(chǎn)線比較的特點(diǎn)：

1）本項(xiàng)目以蘇州同大機(jī)械有限公司為主體、與南京航天航空大學(xué)機(jī)械學(xué)院、江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院合作研制。該智能化生產(chǎn)線經(jīng)過多種技術(shù)方案的反復(fù)論證，進(jìn)行了多次的優(yōu)化處理，在組成生產(chǎn)線多套裝置上采用了獨(dú)創(chuàng)的機(jī)構(gòu)與技術(shù)，具有獨(dú)創(chuàng)的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)申請(qǐng)多項(xiàng)專利權(quán)；

2）本生產(chǎn)線機(jī)頭采用三層連續(xù)擠出結(jié)構(gòu)形式，其流道形式采用本公司獨(dú)創(chuàng)的具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合流道形式，三層比例按照30：40：30設(shè)計(jì)。采用φ120高效擠出裝置一套，φ90高效擠出裝置兩套；

3）合模機(jī)雙工位，采用兩板無拉桿結(jié)構(gòu)形式，鎖模機(jī)構(gòu)采用本公司獨(dú)創(chuàng)的具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多槽閘塊鎖模裝置；

4）塑料型坯采用偏置式機(jī)械手進(jìn)行移坯，型坯切割采用無活塞桿氣缸帶動(dòng)切割刀進(jìn)行快速切割；與常見的合模機(jī)移動(dòng)設(shè)計(jì)比較，采用機(jī)械手移坯方式具有較好的節(jié)能效果。

1.2 輔助設(shè)備主要有：

1）采用德國ABB公司生產(chǎn)的機(jī)器人兩套，一套用于取未去飛邊的制品桶，一套用于取已經(jīng)去飛邊的成品桶。其應(yīng)用于機(jī)器人的夾具由本公司獨(dú)創(chuàng)；

2）前后冷卻裝置各一套，分別進(jìn)行預(yù)冷卻和后冷卻定型；

3）去飛邊裝置一套，用于切割塑料桶的飛邊余料，邊料輸送帶一套，專門用于輸送去飛邊裝置自動(dòng)切割下來的邊料；

4）稱重輸送機(jī)一套，用于對(duì)吹塑制品進(jìn)行重量的檢測(cè)；

5）高強(qiáng)度粉碎機(jī)一套，用于對(duì)邊料的自動(dòng)破碎，將其破碎為可循環(huán)使用的塑料顆粒；

6）全自動(dòng)上料機(jī)三套，確保對(duì)生產(chǎn)線三套擠出機(jī)塑化系統(tǒng)的自動(dòng)供料；

7）采用同一規(guī)格的高精度、高強(qiáng)度鋁合金模具兩套，確保雙工位生產(chǎn)的吹塑制品一致性；

8）機(jī)器人應(yīng)用的空氣負(fù)壓裝置一套，保障夾具使用空氣負(fù)壓的需要；

9）后冷卻裝置應(yīng)用的壓縮空氣裝置一套，其裝置巧妙的循環(huán)利用了壓縮空氣的動(dòng)能和冷卻功能，從而節(jié)約了能量的消耗。

2.生產(chǎn)線相關(guān)參數(shù)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

a.塑化產(chǎn)量：780kg/h；

b.最大制品容積：250L；

C.制品產(chǎn)量：200L桶45～50只/小時(shí)；

d.三套擠出機(jī)塑化系統(tǒng)，螺桿規(guī)格分別為：φ120mm、φ90mm、φ90mm；

e. 螺桿長徑比：32：1；

f.兩套合模機(jī)系統(tǒng)，開合模行程：800～1800mm；

g.模具最大尺寸：1200×1700mm；

h.鎖模力：2000KN；

i.主液壓電機(jī)：37KW×2(伺服電機(jī))；

j.平均能耗：260KW；

K.機(jī)頭形式：3層連續(xù)擠出，復(fù)合流道方式。

2.2 配套機(jī)器人相關(guān)參數(shù)：

1）IRB-4600-60德國ABB公司制造，60KG；

2）IRB-6700-200德國 ABB公司制造，200KG。

該公司生產(chǎn)的機(jī)器人具有較好的穩(wěn)定性與位置重復(fù)精度。

2.3 后處理配套方式：

機(jī)器人取桶裝置——前冷卻裝置——去飛邊裝置——機(jī)器人移動(dòng)成品桶裝置——后冷卻裝置——制品稱量輸送裝置。

3.三層連續(xù)擠出機(jī)頭的重要技術(shù)創(chuàng)新

目前國內(nèi)外的中空成型機(jī)組與生產(chǎn)線普遍采用的是常規(guī)單一流道設(shè)計(jì)的成型機(jī)頭，由于流道技術(shù)的局限，影響塑料材料性能的進(jìn)一步發(fā)揮與吹塑制品性能的進(jìn)一步提升，同時(shí)在吹塑制品加工中經(jīng)常出現(xiàn)一些難解決的工藝問題，特別是高分子量聚乙烯塑料的廣泛應(yīng)用以后，常規(guī)單一流道設(shè)計(jì)的成型機(jī)頭，在許多吹塑制品廠家遇到了生產(chǎn)工藝方面的難題，難以及時(shí)解決。

中空成型機(jī)成型機(jī)頭采用復(fù)合流道技術(shù)，在成型機(jī)頭流道上實(shí)現(xiàn)流道技術(shù)較好的組合，可以很好的改善吹塑時(shí)塑料型坯的質(zhì)量，使其充分發(fā)揮塑料原料的物理性能，特別是發(fā)揮高分子量聚乙烯（HMWHDPE）材料的性能，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，可以較大幅度的提高國產(chǎn)中空成型機(jī)的成型加工技術(shù)，提高國產(chǎn)技術(shù)裝備的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力。

所謂復(fù)合流道技術(shù)，就是將目前中空成型機(jī)成型機(jī)頭的單一流道技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的組合，將心形流道、螺旋流道兩種流道的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，在流道的進(jìn)料端采用心形流道，在流道的出料端采用螺旋流道，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)的塑料熔體在流道內(nèi)部可形成26層以上的熔體流動(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)度不足的問題，熔體經(jīng)過重新分布后，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，這樣就形成了復(fù)合流道，使其達(dá)到一個(gè)比較理想的塑料熔體均勻分布效果。每層塑料熔體在各自的流道中均已形成了較為均勻的塑料熔體，經(jīng)過三層匯合流道的匯流，其塑料熔體更為均勻。

采用復(fù)合流道技術(shù)設(shè)計(jì)的中空成型機(jī)成型機(jī)頭，能夠有效的發(fā)揮HMWHDPE塑料的物理性能，塑料型坯的均勻性較大幅度提高，能夠有利于提高吹塑制品的壁厚均勻性，有利于降低塑料原料的單位消耗量。

我們?cè)谘兄茝?fù)合流道的三層連續(xù)擠出機(jī)頭時(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)經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析的流道計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)頭流道內(nèi)聚合物成型加工的過程進(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，提高三層連續(xù)擠出機(jī)頭調(diào)試的成功率，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省研制成本；并可達(dá)到較好的使用效果。

圖1 上部流道壓力分布圖

圖2 上部流道溫度變化圖

圖3 上部流道流量分布圖

圖1、2、3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以及流量分布圖。

從上述的3個(gè)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，適當(dāng)?shù)奶岣咝男瘟鞯绤R流處的壓力與流量，可以改善心形流道匯流處熔接強(qiáng)度，有利于使流向下部流道的熔體的密度、溫度、壓力基本一致，經(jīng)過下部自適應(yīng)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，其每一層的穩(wěn)定塑料熔體匯流以后，可以保證連續(xù)擠出的三層塑料型坯的均勻性有較大幅度的提高。

三層塑料型坯質(zhì)量與均勻性的穩(wěn)定提高，在此前的多次調(diào)試實(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。

復(fù)合流道技術(shù)的深入研究有助于解決目前許多難加工高分子量聚乙烯塑料的加工難題。

特別是復(fù)合流道型坯自適應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)的深入研究，它徹底消除了塑料熔接痕，較大幅度的提高了熔體的均勻性，能較為充分的發(fā)揮出所加工塑料的物理性能，同時(shí)有利于較大幅度的提高塑料型坯的質(zhì)量，從而進(jìn)一步提高了吹塑容器的質(zhì)量水平。

我們與華東理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院合作，測(cè)試了多種牌號(hào)HMWHDPE塑料的物理數(shù)據(jù)，建立了我們自己的材料數(shù)據(jù)庫，完善了計(jì)算機(jī)工程分析軟件的功能。

根據(jù)這些塑料原料的加工性能不斷完善復(fù)合流道的設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)一步提高塑料型坯的均勻性與吹塑制品的壁厚均勻性，進(jìn)一步提高復(fù)合流道的設(shè)計(jì)理論水平，同時(shí)公司已經(jīng)擁有多臺(tái)高精度的加工中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合流道關(guān)鍵核心部件的高精度加工。

4.智能化生產(chǎn)線的其他配套裝置的創(chuàng)新點(diǎn)——后冷卻獨(dú)立去飛邊裝置

目前中小型中空吹塑機(jī)去飛邊裝置一般是采用在模具上添加副模的方法，這種結(jié)構(gòu)形式的去飛邊裝置存在一些固有的不足。

首先由于這種去飛邊裝置是附加在模具上的，如果塑料桶的規(guī)格較大，去飛邊裝置必然自重較重，容易造成合模機(jī)裝置中的導(dǎo)柱、導(dǎo)套的磨損，造成合模機(jī)裝置的提前失效，去飛邊裝置的耐用性能明顯不足。

另外由于這些去飛邊裝置是附加在模具上的，其裝置的剛性明顯不足，造成去飛邊很難達(dá)到理想的效果，影響了塑料桶外觀質(zhì)量的進(jìn)一步提高。還有就是因?yàn)楦蹦Ｈワw邊裝置去飛邊時(shí)塑料桶的溫度還比較高，去飛邊時(shí)也是很難清理干凈，還需要人工進(jìn)一步進(jìn)行修整，影響生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。

針對(duì)以往去飛邊裝置中出現(xiàn)的問題，我們?cè)谘兄芓DB-250F智能化中空吹塑機(jī)生產(chǎn)線時(shí)專門研制了獨(dú)立的去飛邊裝置，該去飛邊裝置采用了伺服電動(dòng)機(jī)、氣缸等驅(qū)動(dòng)塑料桶抓取裝置，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定從前冷卻裝置中抓取塑料桶到去飛邊模內(nèi)，經(jīng)過冷卻的塑料桶能夠方便的實(shí)現(xiàn)去飛邊，提高了全自動(dòng)生產(chǎn)的效率。

塑料桶去飛邊后，塑料桶機(jī)器人抓取裝置可實(shí)現(xiàn)多維操作，使塑料桶的桶口朝上，為下一步的后冷卻、氣密測(cè)試、稱重、旋蓋等工作順序的進(jìn)一步擴(kuò)展做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

這種獨(dú)立的去飛邊裝置，采用了獨(dú)立的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可方便的實(shí)現(xiàn)系列內(nèi)多種型號(hào)塑料桶去飛邊模具的更換。

此外，由于采用獨(dú)立的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可方便的實(shí)現(xiàn)原有中空吹塑機(jī)的全自動(dòng)去飛邊的技術(shù)升級(jí)與技術(shù)改造，降低吹塑制品廠家技術(shù)改進(jìn)的投資費(fèi)用，提高吹塑制品廠家的全自動(dòng)生產(chǎn)水平。

前冷卻裝置中采用了上中下冷卻風(fēng)機(jī)，方便塑料桶上下飛邊的冷卻，塑料桶內(nèi)壓縮空氣循環(huán)冷卻，以使去飛邊時(shí)達(dá)到較好的去飛邊效果。

前冷卻裝置中設(shè)計(jì)有塑料桶口定型工位，可實(shí)現(xiàn)塑料桶口的冷卻定型，可提高塑料桶口的精度，確保桶口的密封效果。

5.生產(chǎn)線安裝調(diào)試現(xiàn)場圖片：

6.該智能化吹塑機(jī)生產(chǎn)線的研制進(jìn)展情況

目前該生產(chǎn)線仍在調(diào)試過程中，將在最近進(jìn)行生產(chǎn)線的聯(lián)合調(diào)試，從最近的調(diào)試情況來看，該生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)裝置：擠出機(jī)塑化系統(tǒng)與三層連續(xù)擠出機(jī)頭系統(tǒng)已經(jīng)能夠順利的擠出三層分布均勻的塑料型坯，新研制的閘塊式鎖模裝置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確鎖模，鎖模力分布均勻。

偏置移坯機(jī)械手能夠準(zhǔn)確順利的移動(dòng)和切割型坯；在多項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)方面取得了較大突破，值得肯定。

下一步工作主要進(jìn)行該生產(chǎn)線的聯(lián)合調(diào)試，其關(guān)鍵點(diǎn)在于生產(chǎn)線與兩套機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)作程序聯(lián)調(diào)，我們將穩(wěn)妥的高質(zhì)量的進(jìn)行好這些工作，力爭國內(nèi)首套200L塑料桶連續(xù)擠出雙工位的智能化生產(chǎn)線達(dá)到較高的水平。