王波群 胡曉岳 李友余

(廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州，510515)

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吸塑制品變形與絲印圖案錯位原因分析和解決方案

王波群 胡曉岳 李友余

(廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州，510515)

結(jié)合實際情況，借助計算機輔助工程(CAE)技術(shù)，對影響吸塑產(chǎn)品品質(zhì)、制品變形、模具結(jié)構(gòu)的原因做了深入分析，通過改進壓板的結(jié)構(gòu)進而控制吸塑變形的區(qū)域，解決了在吸塑領(lǐng)域中絲印圖案和吸塑型腔錯位的問題，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，拓展了信息化吸塑模具設(shè)計技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用。

絲印圖案 錯位 模具 產(chǎn)品品質(zhì)

將絲印技術(shù)應(yīng)用到熱塑性塑料是近年來塑料包裝行業(yè)發(fā)展起來的一種新技術(shù)，可使產(chǎn)品變得更加美觀和逼真。但塑料片材在熱成型過程中，由于塑料在熱成型溫度下的變形表現(xiàn)為黏彈變形，各部位的變形相差很大，平面絲印的圖像在成型后不可能按照簡單的幾何關(guān)系進行投影，致使平面印刷的圖像成型后難以保持原來形狀。生產(chǎn)中通常采用“試錯法”進行平面圖像的確定[1]，不僅使新產(chǎn)品開發(fā)周期大大延長，而且造成原材料的浪費，成本增加，甚至開發(fā)的產(chǎn)品圖像達不到設(shè)計者的要求。

計算機輔助工程(CAE)技術(shù)能夠較好地降低成本，并能來預(yù)測產(chǎn)品在模具中成型的問題和變形過程，其中Polyflow軟件的熱成型計算模塊主要功能就是分析片材變形后的制品壁厚分布以確定制品的變形趨勢[2]，進而實現(xiàn)模具的改進，大大降低了開發(fā)成本。

1 塑件結(jié)構(gòu)與吸塑成型工藝分析

現(xiàn)以某食品公司暴力熊圖案的吸塑模具為例，分析其成型的塑件用來澆注巧克力的情況。在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的片材上絲印圖案，然后進行凹模吸塑成型，片材厚度為0.4 mm，臺階面作用是在后工段進行定位和壓緊周轉(zhuǎn)筐實現(xiàn)自動澆注巧克力，絲印圖案與模型、制件在周轉(zhuǎn)筐中的狀態(tài)分別如圖1，圖2所示。除要求保證較高的外觀質(zhì)量以外，絲印在片材上的圖案經(jīng)過吸塑后的所處位置與型腔主要位置偏差控制在0.1 mm之內(nèi)。

圖1 絲印圖案與模型

圖2 制件在周轉(zhuǎn)筐中的狀態(tài)

真空吸塑成型是將熱塑性塑料坯材(板、片材)固定在模具上，使其加熱到塑性狀態(tài)，用真空泵把材料和模具之間空氣抽掉，借助大氣壓力使坯材覆蓋于模具成型表面上而成為塑料制件，待制件冷卻后，再用壓縮空氣脫模[3]，原理如圖3所示。

圖3 吸塑原理示意

對于吸塑成型過程，其制件的核心控制因素包括：成型溫度，模具溫度，牽引作用的影響以及熱成型制件與模具制件的有效接觸壓力。

因前期針對加熱溫度做了大量的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)置，都無法矯正圖案經(jīng)過吸塑后與型腔輪廓的錯位?，F(xiàn)考慮通過計算機仿真單個產(chǎn)品找出制件壁厚的變形規(guī)律，進而控制整個變形區(qū)域，找到對應(yīng)的解決方案。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

該塑件對應(yīng)的吸塑模具如圖4所示。

圖4 吸塑模具的二維和三維圖

片材經(jīng)過加熱后，模具在氣壓缸的作用下向上運動，壓板向下運動至模具外側(cè)面，通過橡膠密封墊使片材與模具處在密閉空間，然后抽真空完成276 mm×500 mm投影區(qū)域的變形[4]。其中189 mm×412 mm投影區(qū)域與分型面高度差5 mm。圖5是模具壓板的二維圖；圖6是壓板及吸塑模具與產(chǎn)品的裝配關(guān)系。

圖5 模具壓板的二維圖

圖6 壓板及吸塑模具與產(chǎn)品的裝配關(guān)系

3 問題提出和改進方案

針對目前生產(chǎn)的產(chǎn)品和模具結(jié)構(gòu)分析，同時結(jié)合計算機仿真變形技術(shù)驗證試驗[5]，分析得出：單個制品吸塑變形過程中，平面區(qū)域的內(nèi)壁幾乎不產(chǎn)生變化，變化較大區(qū)域主要集中在拐角區(qū)，壁厚變薄。所以對于整個一版PET片材(一模十腔)來說，在吸塑過程中變形較大區(qū)域主要集中在模具型腔內(nèi)厚度差為5 mm的臺階和單個產(chǎn)品的外形，而導(dǎo)致絲印的卡通圖案與成型的型腔錯位差主要來源就在臺階區(qū)域，對于長寬不一的片材，相同的變形會分布在不同的長度區(qū)域。如圖7所示。

圖7 單個制品吸塑變形壁厚的變化

為了進一步驗證上述判斷的科學(xué)性，利用帶有絲印圖案的PET板材放在沒有臺階的模具進行吸塑，圖案較好的吻合了變形的型腔，如圖8所示。

圖8 試樣在沒有設(shè)置臺階的吸塑模具上成型

充分考慮技術(shù)改進影響的生產(chǎn)成本，先對設(shè)備廠提供的壓板進行機構(gòu)改進，改進前壓板結(jié)構(gòu)示意如圖9(a)所示，從之前的在鋁合金模具外邊緣壓緊密封方案改為在模具框上進行預(yù)壓緊，如圖9(b)中陰影區(qū)域所示。這樣片材的成型分成了兩部分工藝，外邊緣(陰影區(qū)域)先接觸依靠熱壓預(yù)成型，內(nèi)部成型面依靠吸塑成型，只有制品產(chǎn)品部分進行了變形。經(jīng)過再次試驗驗證，較好地解決了生產(chǎn)中的實際問題，實現(xiàn)了一大批需要絲印的產(chǎn)品圖案與型腔精確匹配的設(shè)計、制造。

圖9 改進前后壓板與吸塑模具配合結(jié)構(gòu)示意

4 總結(jié)

結(jié)合自動化生產(chǎn)實際需求，在食品行業(yè)引進模具設(shè)計與制造信息化技術(shù)，通過對吸塑工藝的研究、利用CAE技術(shù)對制品和模具結(jié)構(gòu)進行科學(xué)分析，找到變形區(qū)域的核心關(guān)鍵點，改進了壓板的結(jié)構(gòu)，尋找到一種低成本解決生產(chǎn)問題的方案，解決了產(chǎn)品絲印圖案經(jīng)過吸塑后與型腔錯位的難題，明顯地提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

[1] 楊詩潤，楊冰，黃軍等．覆革ABS吸塑件應(yīng)力開裂分析[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 2015, 27(4):35-38．

[2] 徐瑩，鄧益超．鼻液盒內(nèi)襯墊的吸塑成型分析與模具設(shè)計[J]. 工具技術(shù) ，2014(11):41-43．

[3] 簡慶金．吸塑熱轉(zhuǎn)印機的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 絲網(wǎng)印刷， 2015(1):34-37．

[4] 徐瑩，鄧益超．鼻液盒內(nèi)襯墊的吸塑成型分析與模具設(shè)計[J]．工具技術(shù)，2014(11):41-43．

[5] MORALES R A， CANDAL M V， SANTANA O O，et al．Effect of the thermoforming process variables on the sheet friction coefficient[J]．Materials & Design, 2014, 53(1):1097-1103．

Analysis and Solution on the Deformation of Suction Parts and Screen Printing Pattern Dislocation

Wang Boqun Hu Xiaoyue Li Youyu

(Guangdong Mechanical and Electrical Polytechnic College, Guangzhou, Guangdong, 510515)

Combined with the actual situation, the reasons of effect on the quality of plastic product,deformation of product and mold structure was analyzed by CAE technology. By the means of improving plate structure to control plastic deformation area, the dislocation problem between screen printing pattern and blister cavity in the plastic field is solved,and the product quality is improved. The informatization blister mold design technology in food industry application is expanded.

screen printing pattern;dislocation;mold;product quality

2016-04-01;修改稿收到日期:2016-06-23。

王波群(1983—)，男,講師，主要從事模具設(shè)計與制造研究工作。E-mail:458989109@qq.com。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.05.013