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工业制品与结构制品设计

近十年来,工程吹塑制品已经有了很大的发展并在汽车工业、大的储存窗口、运输包装和其他工业的应用领域上有了重大的突破。所用的树脂不仅有传统使用的聚烯烃,而且也使用了一些工程塑料,如ABS。
5.1 吹塑成型加工过程
吹塑成型加工适合于生产大而厚的制品,国为它有在单一成型过程中生产复杂夹壁制品的能力。有经验的设计者或工程技术人员会适当地利用截坯口、模塑刚性和加强筋给制品提供高的模塑刚性-质量比,并为给定的树脂何种提供一个好的惯性矩。
吹塑加工过程经互不相同的制品外表面结构提供了许多灵活性,制品的断面结构比其他加工工艺更好。例如,能使盒类和I型梁式窗口的强度特性能力加倍。对于欺骗性制品或需要增加强度的地方可采用增加嵌件的办法,泡沫培育也将通过产生更均匀 一至的制品而使制品的刚性增加。
5.1.1 优选的加工方法
高生产率的中空塑料制品,例如罐、压力容器、空气输送管、电缆槽、汽车零件等制品适地采用吹塑成型加工,特别是当生产量大时,设备和模具的成本费用就更低,如图5.1所示。
5.1.2 中 空 制 品
与其他加工过程如生产单层制品的注塑和反应注塑等加过程相比,吹塑制品的中空结构对给定的树脂体积提供了最高的惯性矩。
5.1.3 树脂/玻璃纤维层压和结构泡沫塑料成型
大的结构制品常用树脂玻璃纤维层压再辅以其他的加工过程,如注塑成型(RIM)和各种类型的压制成型。面用吹塑成型加工生产夹壁制品是用单一操作过程生产的,使得制品成本较低。
适当地使用粘合、加强筋、泡沫填充或埋塑刚性去提供最的刚性-质量比。粘合筋断面结构和I形梁结构特性如图5.2所示。
5.1.4泡沫-填充
此外,中空制品的内壁可以作为复合结构的外皮,当内部用聚氨脂泡沫塑料或用可发性聚苯乙烯泡沫珠粒料填充时,内部就形成了复合层,从而增加了结构的坚固性、绝缘性和浮力,如图5.3所示。
目前也能用工程树脂生产吹塑中空制品,以满足产品对高温、内压、重载、剧烈冲击的需要。这样可以较容易和较经济地生产适合于贮存、运输和控制的制品。这些制品可以是装分散液体、气体、粉料及其他液体的容器,也可以是汽车等制品,如图5.4(a)和图5.4(b)所示。
5.2动能设计工程
吹塑制品是在冲击状态下吸收和扩散机械能的理想制品,夹壁结构本身就有几个动能扩散系统。
5.2.1能量控制概念
5.2.1.1形变(冲击面上表皮的形变)
由于中空制品的特性,它本身在冲击点处会产生形变并能恢复它最初的形状。
5.2.1.2封闭的中空制品
由于减少了体积,封闭的中空制品受到预压时可以分散而吸收能量,此类制品可以通过在制品上打个适当尺寸的通气孔(一个小孔)使制品排气并控制排气量,如图5.5所示。
5.2.1.3泡沫-填充
可以将吹塑成型的中空制品设计成分散机械能装置,这种分散装置是通过设计的结构碰撞装置或在相对的用工程吹塑成型的两层中间填充泡沫塑料而实现的。这种技术已被用于作为汽车和运输工业上的减震器,如图5.6所示。
5.2.1.4冲压
当内部用泡沫材料填充时,如果泡沫材料是硬的,会产生不可恢复的形变。但如果是用易形变的材料填充,则可以吸收冲击能。
5.3嵌件埋入成型
在吹塑成型加工过程中,由于型坯需要低压吹塑(图5.7)(也可见图10.19),使吹塑制品几乎不受形状、尺寸、材料和承重的限制。当生产不规则形状的制品时,吹塑型坯在嵌件周围形成了紧固且适当的塑料壁。注意,螺纹嵌件定位装配通常都是由专业化的生产组执行操作。然而,尽管生产操作很仔细,嵌件总会出现破损的情况,这些嵌件的“碎片”必然会通过挤出机进入到型坯中,而很容易引起生产事故。使用嵌件的一个普通实例是汽车上的气罐(图5.8)。图5.7显示了嵌件埋入成型的详细情况。
5.4互锁系统
此技术是通过凹凸互锁结构之间的相互配合实现的。互锁零件或闭锁装置是防止事故出现的拆卸机构。它是由装配元件与嵌条系统一起产生的搭扣,如图5.9所示。在模具结构中,要求这种类型的装配使型腔被“金属安全”地分割,以使零件能在有公差间隙的情况下装配。然后将金属从模具中移出后拉紧互锁或搭扣装配。取样后,重复几次,直到获得所要求的装配。根据上述原理也可以研究出具有互锁基本设计特征的各种变化形式。
5.5搭扣装置
有盖的开口容器(例如垃圾桶)可以把容器连同盖一次成型出来,在成型操作完成后在模塑开启的位置将制品切开,如图5.10所示。制品被切开后,垃圾桶的盖将用搭扣装置和容器的凸起部分咬合在一起,如图5.11所示。
5.6多组合型腔
为了提高生产单一开口容器的经济性,通常考虑用一种相同的型坯生产两个制品。在两个联体制品模塑中,模具可以做成两个开口端连在一起,模塑后再将制品切开。在两年制品之间需要有一个短的过渡段,以便让气针穿透和通过此处来吹塑制品,而没有小孔留在制品上。因为两个切口把容器和过渡段(飞边)分开,然后采用相同的技术将容器体和盖配合起来,如图5.12所示。
5.7容器的结构设计
这一部分叙述翘曲变形对方形或矩形开口容器的影响。
5.7.1平面
平面容易翘曲变形,如图5.13所示。在制品被切割后,由于收缩变化而产生的应力会使这种翘曲变形加大。浅拱形有助于控制收缩方向,如图5.14所示。
5.7.2凸缘
容器的开口处通常设计成凸缘结构,因为这里易发生变形。为了防止变形,凸缘部分必须有与变形翘曲相对立的横截面以避免变形。各种变化结构如图5.15所示。注意不要违反吹胀比的深度是宽度一半的原则。
5.7.3套装和叠垛
为了方便地储存和装运容器,容器制品应能为叠垛而提供最大的套装。如图5.16所示。
凸缘部分必须无障碍地与上面的制品搭接,套装是随叠垛高度和圆锥形边角度而变化的,边壁角度取决于容器边的壁厚。
1°=0.44mm/25.4mm壁厚(在25.4mm叠垛高度上的叠垛角度)
叠垛高度是和叠装角度一起综合考虑的,如图5.17所示
例如:76.2mm堆垛高度——2.54mm壁厚,
tanΦ=2.54 / 76.2=0.0333
查三角函数表=1°5’
因此堆垛角度是2°,如图5.18所示。
5.7.4容器切割
用锯切割会遗留下需要修饰的毛边,所以通常用刀具或气体火焰切割。
最合适的切割方法是在夹具上用刀切割,这种方法需要有一个定位切刀的槽面,否则顶部的凸缘部分切掉后可能会出现波浪状和不平的现象,如图5.19所示。
5.8 结  论
当设计新的塑料制品时,最重要的是研究设计的全部优点和加工的可能性以便增加制品的使用价值。设计和选材时也要研究容器的结构、功能特性及外因等因素。
多数汽车仪器夹持器如除霜器的夹具、加热装置、通风、空气调节装置的夹具以及其他制品都是用注塑成型方法生产的(图5.20)。但是用吹塑成型法,可以在中空制品壁上设计成组合的气体分配系统结构(图5.21)。吹塑制品的设计减少了制品的数量和装配步骤。用结构粘合的方法增加了制品的刚性,还可在仪表板内增加空间。
致谢:
本章材料摘自于GE Plastic Study of Engineered Blow Molded Plastic 的工作。《工程塑料吹塑成型制品设计》(Engineered Blow Molding Part Design)的作者是Lincoln J. Alvord.
注意:关于有关塑料桶建议的详细说明可与Plastic Drums. Contact Plastic Drum Institute S.P.I.,Washington,DC联系。

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