CN100513138C - 一种适应pet瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法 - Google Patents

一种适应pet瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,该方法根据PET瓶充气恒温后瓶底的底侧内凹圆弧R1A、中心凸起圆弧R2A、定中心圆弧R3A、转角圆弧R4A和底侧外圆弧R5A分别确定PET瓶吹塑成型模具底模底侧内凹圆弧R1B,中心凸起圆弧R2B、定中心圆弧R3B、转角圆弧R4B、底侧外圆弧R5B;其中,R1B=(0.60-1.00)R1A;R2B=(1.00-3.00)R2A;R3B=(0.60-1.00)R3A;R4B=(0.50-1.00)R4A;R5B=(1.00-2.00)R5A;该方法保证了瓶底部强度性能因变形而达到有效提高,保证了PET瓶轻量化后的使用性能和质量。

Description

一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法
技术领域
本发明涉及一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,属模具制造技术,特别涉及模具的结构设计。
背景技术
目前,随着原材料价格的上升以及人们环保意识的加强,生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶的企业更加重视节约原材料,力求以较轻的件重来满足消费者的需求,即在保证容量要求情况下将PET瓶做得越来越轻,实现PET瓶轻量化。PET瓶的轻量化可通过不同工艺方法实现,如改变容器的造型,选择性能优良的材质等。不管何种改变,PET瓶性能要满足如下两点要求:
a.耐压要求:快速充压已装水的瓶至100psi,保压30秒,然后以10psi每秒的速度升压至300psi不爆裂。
b.应力开裂要求:在瓶内气压约4.2kg条件下,将瓶底部分浸泡在0.2%的碱液中,要求新吹瓶15~30分钟瓶底无裂纹,1小时不渗漏。
由于瓶坯轻量化后,要保证a、b两项要求,对PET瓶底结构提出了更高要求。目前国内外所用矿泉水瓶,特别是碳酸瓶,为了使瓶放置时易于平稳,瓶底的中间部分均为内凹形式,而且大都设计成内凹的五指形底。因此,在设计瓶子的成型模具时,相应瓶子的底部均需设计一凸出结构,该结构在瓶子吹塑成型时最容易造成缺陷,如底部超重、中心点过厚等,在充气灌装饮料后易造成瓶爆裂或渗漏,因而,其瓶底部成型好坏严重影响整个瓶的质量。
瓶坯没有轻量化以前,瓶底部一般有较大壁厚,充气前与充气后的底部变化比较小,瓶坯注塑所产生的残余应力也较小,瓶底部强度容易保证,因此模具设计时只需根据客户设计要求(容积大小、瓶直径大小)确定的瓶型尺寸设计模具结构即可。而在瓶轻量化后瓶底部一般壁厚较小,充气前与充气后的底部变化比较大,瓶坯注塑所产生的残余应力也较大,瓶底部强度较难保证,因此模具设计时不仅需要根据客户设计要求(容积大小、瓶直径大小)确定的瓶型尺寸,而且需考虑瓶充气灌装后的变形造成的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种PET瓶轻量化后,PET瓶吹塑成型时避免产生底部超重、中心点过厚、并满足瓶子耐压要求和因受应力作用不开裂要求的吹塑成型模具底模的制备方法。
本发明的原理:模腔尺寸是根据瓶型尺寸加上给定的变形量后确定,以保证塑料瓶在充气灌装后,产生一个较大的工作变形量来产生一个变形抗力以保证瓶在工作中的强度要求,也就是模具结构尺寸是根据瓶型尺寸加上给定的变形量后确定。
本发明通过如下技术方案解决上述技术问题:
一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,该模具经过粗加工、热处理、半精加工、精加工、钳作、抛光、清理、装配的常规步骤制作;确定制作模具底模尺寸包括如下步骤:
(1)根据PET瓶容积要求的直径φ,确定底部高度H:H=(0.2~0.5)φ;
(2)根据PET瓶充气恒温后瓶型直径φ1A,确定吹塑成型模具底模腔的直径φ1B,φ1B=(0.90-1.00)φ1A;φ1A为PET瓶充气恒温后的直径;
(3)根据PET瓶充气恒温后瓶底直径φ2A确定吹塑成型模具底模定中心圆直径φ2B;φ2B=(0.90-1.00)φ2A;φ2A为PET瓶充气恒温后的定中心圆直径;
(4)根据PET瓶充气恒温后瓶底的底侧内凹圆弧R1A、中心凸起圆弧R2A、定中心圆弧R3A、转角圆弧R4A和底侧外圆弧R5A分别确定PET瓶吹塑成型模具底模底侧内凹圆弧R1B,中心凸起圆弧R2B、定中心圆弧R3B、转角圆弧R4B、底侧外圆弧R5B;其中,R1B=(0.60-1.00)R1A;R2B=(1.00-3.00)R2A;R3B=(0.60-1.00)R3A;R4B=(0.50-1.00)R4A;R5B=(1.00-2.00)R5A;
(5)根据PET瓶充气恒温后瓶底凸起中心高H1A确定PET瓶吹塑成型模具底模凸起中心高H1B,H1B=(1.50-3.00)H1A。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
本发明在PET瓶模具底模制备时,根据材料吹塑成型时的流动性能、瓶的壁厚均匀性能,充分考虑PET材料在吹塑成型后,充气灌装时瓶底的变形趋势以及恒温变形后的最终结构强度,预先给设计瓶型一个工作变形量来产生变形抗力,PET瓶模具底模模腔结构尺寸根据瓶型尺寸加上给定的变形量后确定,保证了瓶底部强度性能因变形而达到有效提高,并保证了PET瓶轻量化后的使用性能和质量。
附图说明
图1为适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模与成型瓶底截面结构示意图。
图中:A线为塑料瓶充气恒温后的瓶样截面,B线为模具底部截面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地描述。
图1是一种适应PET含气瓶轻量化吹塑成型模具底模截面示意图。图中A线为PET瓶充气恒温后的瓶样截形,B线为模具底部截形。如图1所示,该适应PET含气瓶轻量化吹塑成型模具底模外轮郭依次由弧线连接的底侧内凹圆弧R1B,中心凸起圆弧R2B、定中心圆弧R3B、转角圆弧R4B、底侧外圆弧R5B组成。其中定中心圆弧R3B是为了保证吹瓶拉伸时,不能出现偏移现象,如果偏移会造成底部材料分布不均,充气后造成不对称膨胀,底脚不平,放不稳,更严重时,会出现底部局部破裂。底侧内凹圆弧R1B与底部耐内压能力有直接关系,一般瓶直径越大,R1B相应取大值,另R1B取值不合理还会影响吹瓶时底部塑料的分布,造成底部应力开裂;中心凸起圆弧R2B为保证吹瓶时,底部中心塑料充分拉开,使中心塑料充分冷却定型,中心凸起圆弧R2B尺寸对瓶底破裂及应力有直接的影响,底侧外圆弧R5B取值对瓶形充气后侧部膨胀以及对底部的耐压、耐爆破有直接的影响;转角圆弧R4B是瓶底侧与内凹面连接圆弧,其值对瓶底耐压凸底能力及充气后的瓶底的平稳性有直接联系。
同上所述,R1A、R2A、R3A、R4A和R5A分别为PET瓶充气恒温后的底侧内凹圆弧、中心凸起圆弧、定中心圆弧、转角圆弧和底侧外圆弧。PET瓶直径为φ;PET瓶充气恒温后的直径为φ1A;吹塑成型模具底模的直径为φ1B;PET瓶充气恒温后的定中心圆直径为φ2A;吹塑成型模具底模定中心圆直径为φ2B;PET瓶充气恒温后底部凸起中心高为H1A,吹塑成型模具底模凸起中心高为H1B。由于PET含气瓶充气后会向外膨胀,底部形状发生改变,且该形变与PET瓶的容积、瓶重量、瓶充气量、瓶试验温度、瓶底高等因素的综合作用相关,在保证PET瓶轻量化后,其吹塑成型时避免产生底部超重、中心点过厚、并满足瓶子耐压要求和因受应力作用不开裂要求前提下,通过发明人多年反复实验、对比及模拟,得出如下关系:一般φ1A比φ1B要大,φ1B约为(0.9~1.0)φ1A;φ2A比φ2B要大,φ2B约为(0.9~1.0)φ2A;R1A比R1B大,R1B约为(0.6~1.0)R1A;R2A比R2B要小,R2B约为(1.0-3.0)R2A;R3A比R3B大,R3B约为(0.6~1.0)R3A;R4A比R4B大,R4B约为(0.5~1.0)R4A;R5A比R5B小,R5B约为(1.0~2.0)R5A;H1A比H1B小,H1B约为(1.5~3.0)H1A。制备的模具底模尺寸关系具有如下表1结构特征:
表1
 
名称 范围 名称 范围
瓶工作直径φ1A           根据客户设计要求,容积大小、或塑料瓶直径φ确定   瓶直径φ1(B) (0.90-1.00)φ1(A)
定中圆弧球冠直径φ2A             (0.05~0.15)φ1(A) 定中心圆弧球冠直径φ2B               (0.90-1.00)φ2(A)
底侧内凹圆弧R1A          (0.30~0.80)φ1(A) 底侧内凹圆弧R1B (0.60-1.00)R1(A)
中心凸起圆弧R2A          (0.05~0.30)φ1(A) 中心凸起圆弧R2B (1.00-3.00)R2(A)
定中心圆弧R3A        (0.05~0.30)φ1(A) 定中心圆弧R3B (0.60-1.00)R3(A)
转角圆弧R4A (0.10~0.30)φ1(A) 转角圆弧R4B (0.50-1.00)R4(A)
底外侧圆弧R5A        (0.30~1.50)φ1(A) 底外侧圆弧R5B (1.00-2.00)R5(A)
中心高H1A (0.01~0.10)φ1(A) 中心高H1B (1.50-3.00)H1(A)
在制造适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的时,先根据客户设计要求的容积大小、即塑料瓶直径φ,确定底部高度H:
H=(0.2~0.5)φ
塑料瓶充气恒温后瓶型直径φ1A为:
φ1A=φ×K
式中:
K为考虑瓶容积、瓶重量、瓶充气量、瓶试验温度、瓶底高等对瓶的性能影响而引入的系数,其取值范围为1~1.1。
表中均给出一个数值范围,也就是说底模的有关尺寸是在瓶样的有关尺寸基础上加上或减去某一数值,这个数值范围是根据考虑PET材料在吹塑成型后,充气灌装并恒温变形后瓶底的变形趋势以及变形后的最终结构强度所得。
实施例1:制备2500ml碳酸饮料瓶吹塑模具底模的方法
先根据容积2500ml,确定塑料瓶直径φ=107,取K=1.020
那么H=(0.2~0.5)φ=0.477×107=51
φ1(A)=φ×K=109.15
模具底模有关尺寸如下表2所示:
表2
 
名称 数值 名称 数值
φ1A 109.15 φ1B 107.85
φ2A 6.30 φ2B 6.05
R1A 62.72 R1B 54.36
R2A 12.00 R2B 28.73
R3A 7.83 R3B 7.39
R4A 13.25 R4B 12.53
R5A 133.59 R5B 169.22
H1A 4.67 H1B 10.28
模具可以经过粗加工→热处理→半精加工→精加工→研磨抛光→装配制作流程后,安装到吹瓶机上进行PET瓶的制作。粗加工主要是指对吹塑成型模具底模外形及型腔车削加工,可用数控车床或者普通车床,如CA6140型车床进行加工。热处理主要是指时效处理,消除加工应力,为普通热处理;半精加工主要是指在加工中心机床上加工出吹塑成型模具底模不规则型腔面,其表面粗糙度小于6.3微米;精加工在高速加工机床上加工吹塑成型模具底模不规则型腔面,其表面粗糙度小于1.6微米;研磨抛光是指对吹塑成型模具底模型腔表面进行处理,使其表面粗糙度小于0.8微米;装配是指将吹塑成型模具底模装入成型模具中。
PET瓶的制作分二种形式:一种称之为一步法,另一种称之为二步法。一步法制瓶的步骤:用PET切片制作一个PET瓶坯,同时利用瓶坯成形温度经预吹、高压吹、保压等步骤完成一个PET瓶的制作,通过一台PET设备完成。二步法制作瓶分二个步骤,首先从PET切片通过制坯机制作一个PET瓶坯,然后通过PET吹瓶机将PET瓶坯二次加温至拉伸/吹瓶温度(100~120℃),经过预吹、拉伸、高压吹、保压等步骤制作PET瓶。由于二步法吹瓶有利于大批量生产及成本控制,本实施例应用二步法吹瓶。经检测,按本实施例方法制备的PET含气瓶底模用于制作轻量PET瓶,在性能上能达到在4.2kg内压条件下,浸泡于0.2%的碱液中,15~30分钟无裂纹,1小时不渗漏,在快速充压100psi条件下(已装液体)保压30秒后,以10psi每秒的速度升至300psi不爆裂,完全达到高含气量的PET瓶的使用要求,底模有效地预留了含气瓶充气后的变形,消除了变形对底部性能的影响,同时在PET吹瓶成形的过程及原理上充分考虑延伸性能对底形要求,尽可能提升了PET延伸成形后的性能。
实施例2:制备1250ml碳酸饮料瓶吹塑模具底模尺寸的方法
先根据容积1250ml,确定塑料瓶直径φ=89.5,取K=1.012。
那么H=(0.2~0.5)φ=0.4×89.5=36
φ1(A)=φ×K=90.58
模具底模有关尺寸如下表3所示:
表3
 
名称 数值 名称 数值
φ1A 90.58 φ1B 90.22
φ2A 6.51 φ2B 6.05
R1A 42.55 R1B 41.24
R2A 8.00 R2B 21.81
R3A 7.04 R3B 6.13
R4A 12.00 R4B 9.59
R5A 66.25 R5B 101.57
H1A 3.53 H1B 7.56
模具的加工过程同实施例1。经检测,按表3设计的PET含气瓶底模用于制作轻量PET瓶,在性能上能达到在4.2kg内压条件下,浸泡于0.2%的碱液中,15~30分钟无裂纹,1小时不渗漏,在快速充压100psi条件下(已装液体)保压30秒后,以10psi每秒的速度升至300psi不爆裂,完全达到高含气量的PET瓶的使用要求,底模有效地预留了含气瓶充气后的变形,消除了变形对底部性能的影响,同时在PET吹瓶成形的过程及原理上充分考虑延伸性能对底形要求,尽可能提升了PET延伸成形后的性能。
实施例3
这里以制备600ml碳酸饮料瓶确定吹塑模具底模尺寸的过程及方法给出一个具体的例子,先根据容积600ml,确定塑料瓶直径φ=67.5,取K=1.017。
那么H=(0.2~0.5)φ=0.356×67.5=24
φ1(A)=φ×K=68.64
模具底模有关尺寸如下:
 
名称 数值 名称 数值
φ1A 68.64 φ1B 67.63
φ2A 6.29 φ2B 6.01
R1A 33.74 R1B 30.26
R2A 7.50 R2B 12.38
R3A 7.67 R3B 7.48
R4A 9.78 R4B 7.06
R5A 42.23 R5B 60.93
H1A 2.47 H1B 6.09
模具的加工过程同实施例1。按表4的PET含气瓶底模尺寸制作的轻量PET瓶在性能上能达到在4.2kg内压条件下,浸泡于0.2%的碱液中,15~30分钟无裂纹,1小时不渗漏,在快速充压100psi条件下(已装液体)保压30秒后,以10psi每秒的速度升至300psi不爆裂,完全达到高含气量的PET瓶的使用要求,底模有效地预留了含气瓶充气后的变形,消除了变形对底部性能的影响,同时在PET吹瓶成形的过程及原理上充分考虑延伸性能对底形要求,尽可能提升了PET延伸成形后的性能。

Claims (4)

1、一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,该模具经过粗加工、热处理、半精加工、精加工、装配常规步骤制作,其特征在于确定制作模具底模尺寸包括如下步骤:
(1)根据PET瓶容积要求的直径φ,确定底部高度H:H=(0.2~0.5)φ;
(2)根据PET瓶充气恒温后瓶型直径φ1A,确定吹塑成型模具底模的直径φ1B,φ1B=(0.90-1.00)φ1A;φ1A为PET瓶充气恒温后的直径;
(3)根据PET瓶充气恒温后瓶底直径φ2A确定吹塑成型模具底模定中心圆直径φ2B;φ2B=(0.90-1.00)φ2A;φ2A为PET瓶充气恒温后的定中心圆直径;
(4)根据PET瓶充气恒温后瓶底的底侧内凹圆弧R1A、中心凸起圆弧R2A、定中心圆弧R3A、转角圆弧R4A和底侧外圆弧R5A分别确定PET瓶吹塑成型模具底模底侧内凹圆弧R1B,中心凸起圆弧R2B、定中心圆弧R3B、转角圆弧R4B、底侧外圆弧R5B;其中,R1B=(0.60-1.00)R1A;R2B=(1.00-3.00)R2A;R3B=(0.60-1.00)R3A;R4B=(0.50-1.00)R4A;R5B=(1.00-2.00)R5A;
(5)根据PET瓶充气恒温后瓶底凸起中心高H1A确定PET瓶吹塑成型模具底模凸起中心高H1B,H1B=(1.50-3.00)H1A。
2、根据权利要求1一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,其特征在于所述粗加工是指对吹塑成型模具底模外形及型腔车削加工。
3、根据权利要求1一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,其特征在于所述半精加工是指在加工中心机床上加工出吹塑成型模具底模不规则型腔面,其表面粗糙度小于6.3微米。
4、根据权利要求1一种适应PET瓶轻量化吹塑成型模具底模的制备方法,其特征在于所述精加工在高速加工机床上加工吹塑成型模具底模不规则型腔面,其表面粗糙度小于1.6微米。
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