劉軍強(qiáng)

（秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司本部，陜西 寶雞 721009）

塑料擠出吹塑成型機(jī)因其所生產(chǎn)制品多為中空形狀，故一般簡稱中空成型機(jī)， 又稱為中空機(jī)、吹塑機(jī)，是塑料加工行業(yè)的三大重要裝備之一。塑料中空吹塑成型機(jī)（如圖1）主要由：機(jī)頭、擠出塑化裝置（擠出機(jī)）、機(jī)架、合模機(jī)構(gòu)、吹脹裝置、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、以及模具、周邊輔助設(shè)備等部分組成。

圖1 200L 塑料中空成型機(jī)

200 L L 環(huán)的塑料化工包裝桶作為化工行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)包裝桶，已經(jīng)暢銷市場幾十年。其生產(chǎn)設(shè)備作為中空吹塑行業(yè)的典型代表，

也被行業(yè)所認(rèn)可，制品去除飛邊難度，也一直影響著其自動(dòng)化，智能化的發(fā)展。以下以200 L 中空吹塑成型機(jī)的為例，探討中空吹塑機(jī)的自動(dòng)化智能化升級之路如何走，以及其中的技術(shù)難點(diǎn)。

面對市場及消費(fèi)需求變化，智能化已是必然走向的趨勢。智能化如何在中空吹塑機(jī)上實(shí)現(xiàn)，可考慮三步走。①首先要實(shí)現(xiàn)整機(jī)自動(dòng)化，搭建自動(dòng)化生產(chǎn)線。②實(shí)現(xiàn)初步的智能化。③實(shí)現(xiàn)高級的智能化。

1 中空吹塑機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線，首先需要實(shí)現(xiàn)制品飛邊的自動(dòng)去除，只有攻克這一點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因?yàn)槠渌糠忠延谐墒旒夹g(shù)可以利用。

1.1 200 升塑料桶的特點(diǎn)與成型過程

200 L 塑料包裝桶主要用于化工原料的運(yùn)輸包裝，為標(biāo)準(zhǔn)《GB18191—2008 包裝容器 危險(xiǎn)品包裝用塑料桶》所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)桶型（如圖2）。其生產(chǎn)過程是由中空吹塑一次成型的，成型之后，再經(jīng)人工手工去除飛邊，然后再進(jìn)行二次冷卻定型，檢查、稱重、包裝，就可直接發(fā)貨。其中人工去除飛邊，工序必不可少，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境差。因?yàn)樗芰贤皬某尚蜋C(jī)模具取出時(shí)的溫度一般在60 ℃以上。而且人工去除飛邊需要趁熱進(jìn)行。所以如能克服自動(dòng)去除飛邊特別是桶口飛邊，則能夠輕松實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)線。

圖2 200 L 單L 環(huán)化工包裝桶

1.2 去除飛邊功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵

隨著社會(huì)的發(fā)展，人工成本不斷上升，生產(chǎn)自動(dòng)化已成為發(fā)展趨勢。而要達(dá)到200 L 塑料桶的自動(dòng)化生產(chǎn)線，去除飛邊則成為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是繞不開的環(huán)節(jié)，只有實(shí)現(xiàn)必自動(dòng)去除飛邊功能才能完成自動(dòng)化生產(chǎn)線。

縱觀近幾年去除飛邊功能實(shí)現(xiàn)的方法，對于去除飛邊的方法無外乎下推上撕的不同動(dòng)作。其實(shí)桶底的飛邊由于是其形狀決定，是容易去掉的，無論撕扯還是推拉都是可以去掉的。但桶面的飛邊，由于有兩個(gè)充液口（如圖3 所示），所以不易去掉，以下重點(diǎn)說明桶面的飛邊去除方法。

圖3 帶飛邊的200 L 包裝桶

1.3 早期的熱切法與冷卻法優(yōu)缺點(diǎn)

熱切法是早期的一種去除飛邊的方法?？紤]到桶的飛邊厚度不一，直接推，不易推掉。熱切法去除飛邊如圖4 所示，先給連接處加熱，讓其變軟，然后在推。此方法，優(yōu)點(diǎn)：模具不會(huì)影響去除飛邊的效果，只要對中連接點(diǎn)，再厚的飛邊都能去掉。缺點(diǎn)則是①塑料易拉絲、易產(chǎn)生碎屑，如果碎屑掉入桶內(nèi)，不易去除，增加后續(xù)的工作量。②所使用熱風(fēng)增加了能量消耗。而且可靠性有所欠缺。

圖4 熱切法去除飛邊示意圖

冷切法是這幾年采用的新方法，通過對切口處盡快冷卻，使其變脆，再行推掉飛邊。道理簡單，但要真正實(shí)施，就要考慮可靠性問題，也要考慮成本以及要冷卻到多少度才能讓塑料變脆。所以，這種方法只是在研究自動(dòng)去除飛邊的過程中，有人提出過，并沒有真正走向市場化。

另外近幾年也有利用機(jī)器人去除飛邊的，但因?yàn)閮r(jià)格成本問題，并沒有推廣開。

由于去除飛邊裝置要求不能影響整機(jī)的運(yùn)行可靠性，因此其設(shè)計(jì)必須考慮盡量做到動(dòng)作簡單，運(yùn)行可靠。正因如此，目前市場上在售的不是熱切也非冷推，而是制品從模具里出來后，直接推掉的。如圖5 所示，制品放置于中間，上下直接推掉，方便快捷。但對模具和工藝的要求卻與其它的方法有些不同。

圖5 去除飛邊裝置

1.4 系統(tǒng)考慮去除飛邊對工藝參數(shù)調(diào)整和模具要求

上面分析了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去除飛邊的各種方法的可能性，最終還是采用撕推方式最為實(shí)用。但由于去除飛邊是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括整機(jī)鎖模力、模具結(jié)構(gòu)、去飛邊裝置、中空成型工藝等諸多環(huán)節(jié)，需要系統(tǒng)統(tǒng)籌，相互協(xié)作才能完成去除飛邊功能。要實(shí)現(xiàn)去除飛邊，必須先要飛邊達(dá)到一定要求，才能讓后面工序去去除。而一般“ 撕裂式”200 L 自動(dòng)切邊機(jī)，要求制品從模具出來，能夠達(dá)到用手能撕掉桶底料頭，用橡膠榔頭能敲掉桶口料頭。如果不能達(dá)到要求，后續(xù)縱使再好也無法可靠的去除飛邊。

而工藝參數(shù)的調(diào)整最主要的是提高合模壓力，讓制品與飛邊連接處的合模縫塑料更薄些，一般保證0.2 mm以內(nèi)，便于后道工序的去除飛邊。中空機(jī)合模機(jī)構(gòu)的鎖模力必須大。但鎖模力大又會(huì)影響模具刀口的壽命。

制品的溫度高低取決于在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間。吹塑成型，從模具取出來的，制品溫度大約在30～50 ℃之間，才能夠更好的去除飛邊。在設(shè)備效率較高時(shí)，需要給模具配備冷水機(jī)。

綜合來看，模具才是去除飛邊的關(guān)鍵因素。模具的要求，是兩片模具的平行度要好，合?？p要窄。要進(jìn)行自動(dòng)切口，模具刀口必須鋒利，但如此以來，就會(huì)縮短模具壽命。因此桶底和桶口刀口面需采用鑲件結(jié)構(gòu)，如此就要增加模具成本。但為了達(dá)到自動(dòng)去除飛邊的目的，這些成本的增加是必要的。

1.5 自動(dòng)化生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)智能化的第一步

當(dāng)解決掉自動(dòng)去除飛邊技術(shù)難題之后，下一步就是搭建中空吹塑機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。

塑料中空吹塑機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線（如圖6）主要包括：中空吹塑成型機(jī)，去飛邊設(shè)備、冷卻定型裝置（如圖7）、稱重設(shè)備、 氣密測試設(shè)備、自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)、自動(dòng)混料機(jī)、全自動(dòng)上料機(jī)、飛邊輸送設(shè)備、飛邊粉碎機(jī)及制成品輸送設(shè)備等組成智能化的全自動(dòng)吹塑機(jī)生產(chǎn)線，簡稱吹塑機(jī)生產(chǎn)線。近年來，中空塑料吹塑成型機(jī)已經(jīng)由過去的單一機(jī)組向中空吹塑機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線發(fā)展，發(fā)展速度越來越快，這是市場發(fā)展的必然。隨著人力成本的增長，過去手人工進(jìn)行的工作，必須要自動(dòng)化設(shè)備來進(jìn)行。

圖7 冷卻定型裝置

2 智能化生產(chǎn)線的初步實(shí)現(xiàn)

中空成型機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線為整機(jī)的初步智能化提供基礎(chǔ)。但這只是智能化的第一步，解決了人工重復(fù)的勞動(dòng)動(dòng)作，減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了制品合格率。

當(dāng)然目前，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的同時(shí)，也增加了自動(dòng)檢測并判斷是否為廢品等智能化的部分。這只是初步的智能化，但就技術(shù)來說，遠(yuǎn)程故障診斷與解決亦非難事，秦川機(jī)床的中空成型機(jī)已在一些型號設(shè)備上增加相關(guān)功能，能夠完成程序問題的遠(yuǎn)程診斷。而遠(yuǎn)程運(yùn)維、工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)保存與上傳、生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，都是可以實(shí)現(xiàn)的，而且已有實(shí)現(xiàn)的案例。

總之，初步智能化機(jī)組應(yīng)包括以下幾項(xiàng)特點(diǎn)：

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障排除，包括用于預(yù)測性維護(hù)的震動(dòng)監(jiān)控等；故障報(bào)警與排除。

（2）設(shè)備數(shù)據(jù)收集與分析，從設(shè)備和輔助設(shè)備（如混合/ 進(jìn)料系統(tǒng)）收集數(shù)據(jù)。提供的數(shù)據(jù)包括機(jī)器狀態(tài)和警報(bào)、設(shè)備綜合效率以及故障分析等。

（3）制品數(shù)據(jù)的收集處理。每一個(gè)制品的生產(chǎn)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)能夠收集，讓每一個(gè)制品生產(chǎn)狀態(tài)可追溯。

3 未來的大型中空吹塑機(jī)應(yīng)是向高級智能化發(fā)展

因此未來幾年內(nèi)，塑料中空吹塑機(jī)的單機(jī)生產(chǎn)已不能滿足市場需要，自動(dòng)化智能化的中空吹塑生產(chǎn)線將會(huì)成為市場需求的主流。雖然生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但在主要工藝參數(shù)的調(diào)整還是依賴操作工人的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)樗芰现锌沾邓艹尚凸に嚕{(diào)整參數(shù)太多，不同的制品，不同的原料需要調(diào)整不同的參數(shù)，甚至有時(shí)不同的時(shí)間也需要微調(diào)參數(shù)。而要調(diào)整的參數(shù)有：溫度、時(shí)間、氣量、壁厚控制點(diǎn)位等。

因此也許未來的中空吹塑機(jī)在外觀上可能變化不是太大，但其核心控制程序?qū)⑹窍蚋呒壷悄芑l(fā)展的。供給客戶的不在是單臺設(shè)備，而是全套生產(chǎn)線的集成。其控制程序會(huì)更復(fù)雜、將會(huì)增加故障點(diǎn)的監(jiān)控，工藝參數(shù)的自主學(xué)習(xí)與優(yōu)化等高級智能化生產(chǎn)線。這些在初級智能化的基礎(chǔ)之上，操作更簡單，更加減少依靠人為經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備的工藝參數(shù)調(diào)整。

4 展望

近年來，國內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展很快，更加迫切加快自動(dòng)化生產(chǎn)線的開發(fā)與研制。塑料中空吹塑成型機(jī)已由過去的單一機(jī)組向中空吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線發(fā)展，中空吹塑機(jī)組、生產(chǎn)線的自動(dòng)化智能化程度將更加深入發(fā)展，但自動(dòng)化智能化也將意味著成本增加，同時(shí)感應(yīng)器增加，潛在的故障點(diǎn)，也將增加。所述這些，市場是否能夠接受，還有待于時(shí)間來驗(yàn)證。但可以明確的是無人化、少人化操作的自動(dòng)化智能化中空吹塑機(jī)生產(chǎn)線將發(fā)展更快，吹塑制品生產(chǎn)的全過程智能化生產(chǎn)將會(huì)更加普遍，吹塑機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定性，耐用性，調(diào)整的簡捷化也將是未來的主要發(fā)展方向。

總之，塑料中空成型機(jī)生產(chǎn)線智能化的發(fā)展方向與目標(biāo)已定，但何時(shí)能夠落到實(shí)處，何時(shí)推廣應(yīng)用，可能還有很長一段路要走。