CN104385610A - 一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述方法步骤如下，1）四块片状型坯生成；2）步骤1中挤出的四块型坯分别置于模具半模、隔框、辅助阳模、隔框、模具半模形成的四个空间对应模具所处的位置；3）模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合，完成第一次预成型；4）模具半模、隔框、辅助阳模打开，两个隔框移出对应模具的位置；5）功能壁层置入；6）模具半模、辅助阳模第二次闭合，完成第二次预成型；7）模具半模打开，辅助阳模退回初始位置；8）内置组件固定；9）模具半模第三次闭合，形成三维多壁塑料中空箱体。

Description

一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法

技术领域

本发明涉及一种箱体成型方法，具体地说是一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，属于塑料中空箱体加工成型技术领域。

背景技术

汽车塑料燃油箱相对于金属燃油箱具有突出的优势，特别是轻量化，更高的产品外形设计自由度和防腐蚀，防冲击等性能方面。但是塑料油箱常用的HDPE，即高密度聚乙烯片状材质、结构相对于金属材料在抵抗燃油箱耐压变形方面存在不足，所以在耐高压等方面的应用处于劣势比如在常规的抵抗塑料燃油箱在燃油重力变形和浸润老化的作用下的抵抗变形。以及在某些特殊的工程领域需要保持燃油箱内部高压时需要具有隔热的耐高压变形的能力，如插电式混合动力汽车燃油箱。插电式混合动力汽车和增程式电动汽车在一般情况下仅由电动机驱动，发动机长时间不工作。随着一天的昼夜温度的变化与燃油箱内部的热量交换，燃油箱中的燃料，例如汽油、柴油会产较大的温差变化导致产生较高的燃油蒸气压，在某些情况下油箱内会建立起较高的气压，可达30kPa，所以目前方案是采用耐35KPa的压力的燃油箱防止油蒸汽不断排放碳罐造成碳罐饱和避免液态燃油泄漏到外界环境中造成HC排放污染甚至火灾的危险。而利用采取隔热层的措施包覆塑料油箱可以减少昼夜的油箱内部温度的变化，从而减少油箱中的蒸汽压力如20KPa，降低系统的高压要求，是一种有效的利用中压隔热系统解决上述问题的一种技术方式。

除此之外由于插电式混合动力车长期不启动发动机，由于背景噪声的降低，燃油在油箱内部晃动产生的噪声通过油箱壁传递到车身上进而更加容易被乘客所感知。所以在油箱壁上希望能有一层功能吸声材料实现对燃油箱燃油冲击油箱壁的晃动噪声的吸收，实现更低噪声的燃油系统。上述中的系统方案对塑料燃油箱的保温、隔音、耐压性能有较高的要求，通常需要设计新的结构、零部件，使用新的材料以提高油箱的强度和隔热性能，有较大的开发难度，并且大幅度增加了油箱制造和单件成本。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，该成型方法克服了现有技术中的缺陷，提供一种隔热、吸音、耐压的双壁塑料燃油箱。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述方法步骤如下，

1）四块片状型坯挤出；单工位4片型坯或者双工位各两片型坯；

2）步骤1中挤出的四块型坯分别置于模具半模、隔框、辅助阳模、隔框、模具半模形成的四个空间对应模具所处的位置；以辅助阳模为中心，两边对称的依次设置隔框、模具半模；

3）模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合，完成第一次预成型；

4）模具半模、隔框、辅助阳模打开，两个隔框移出对应模具的位置；

5）功能壁层置入，所述功能壁层也称为中间层。

6）模具半模、辅助阳模第二次闭合，完成第二次预成型；

7）模具半模打开，辅助阳模退回初始位置；

8）内置组件固定；

9）模具半模第三次闭合，形成三维多壁塑料中空箱体。本技术方案实现了一种三维双壁的油箱壁结构，可以显著增加塑料燃油箱壁的刚性，实现耐高压变形的塑料燃油箱，并且利用燃油箱双壁间的空腔及其中间功能壁实现隔热的功能，减少油箱内部燃油与外界的热量交换，实现内部更少的燃油蒸汽压，获得一种隔热中压燃油箱系统。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，第一次预成型具体过程如下，模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合，闭合过程中，两侧的模具半模以及中间的辅助阳模进行抽真空，同时，带有吹气头的隔框进行高压吹气，使得隔框左右两侧的型坯分别贴合辅助阳模半模和模具半模型腔内壁上，实现四片型坯的预成型；该步骤中通过辅助阳模、隔板的相互挤压拉伸，使得四片型坯更加贴合辅助阳模以及模具半模的型腔；为了更好的实现型坯的预成型，辅助阳模上或者隔框上设置有加热装置，对型坯进行加热，便于型坯更好的预成型。

作为本发明的一种改进，所述步骤5）中，功能壁层置入的具体过程如下，通过外部机器手或者固定在隔框上的气缸将功能壁层与贴合在辅助阳模半模上的型坯连接，或者与贴合在模具半模型腔内壁上的型坯连接；该技术方案中功能壁层设置为一个功能壁层，根据实际需要将功能壁层设置在需要的位置。

作为本发明的一种改进，所述步骤5）中，功能壁层置入的具体过程如下，通过外部机器手或者固定在隔框上的气缸将两个功能壁层分别与贴合在辅助阳模半模上的两片型坯连接，或者与贴合在模具半模型腔内壁上的两片型坯连接，或者两个功能壁层中的一个与贴合在辅助阳模半模上的一片型坯连接，另一个功能壁层与贴合在模具半模型腔内壁上的一片型坯连接。该技术方案中的功能壁层设置为两个，在具体的加工生产过程中，这两个功能壁层根据实际需要，分别与辅助阳模或者模具半模型腔内壁上的型坯连接。

作为本发明的一种改进，所述步骤6）中，第二次预成型具体过程如下，辅助阳模推动贴合其两侧的预成形型坯分别朝向贴合模具半模型腔内壁的型坯移动，实现预成型型坯与功能壁层的连接，形成三维双壁油箱的上下壳体。通过预成型型坯和功能壁的局部连接，保证了油箱壳体内外两侧型坯的连接性能，形成局部为带空腔的立体结构，提高油箱本体的刚性，该油箱壳体中空腔立体结构错位排列，因此，具有三维结构的油箱的刚性大大提高。

作为本发明的一种改进，所述步骤8）中内置组件的固定的过程如下，通过内置机构或者通过机器人到该位置，在气缸、油缸或者伺服电机的动作下，将内置零件与上下壳体内壁进行连接，所述连接是焊接、铆接、熔接的任何一种方式。必要的零件，如阀管、管卡支架、防浪板等零件连接在箱体的内表面，连接的结构可以是焊接、铆接、熔接的任何一种方式，或者油箱本体成型后可以在三壁闭合的位置实现打孔焊接，或者焊接在箱体的外表面。油箱的上下局部区域为两片粘合的平整区，利用该区域实现所需的油泵开口，外部零件如加油排气接头、加油口止回阀的开孔或者焊接。

作为本发明的一种改进，所述步骤5）中件功能壁层为高密度聚乙烯或者纤维增强高密度聚乙烯。中间层是功能壁，优选采用高密度聚乙烯基材与型坯熔融连接，有利于提高油箱的隔温性能、隔音性能甚至是采用纤维增强高密度聚乙烯的结构实现箱体刚性的提高。可选择性实现在连接处的局部隔温隔热加强的功能，因为空腔处本身具有较好的隔温隔热和强度的性质。 

作为本发明的一种改进，所述内置组件固定在多壁连接的局部位置，这些位置往往形成有大量的V形状或者W形状，M形状O形状、U形状的支撑结构，这些结构是油箱刚性提高的基础，在这些位置设置内置组件，进一步提高油箱的整体刚性。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）整个技术方案设计新颖，首次提出在油箱的生产过程中增加功能壁层，通过上下各两片型坯和功能壁层或者中间壁层的局部连接，保证了上下各两片型坯的连接性能，该技术方案可以形成局部为带空腔的立体结构，提高油箱本体的刚性；2）该技术方案中形成的空腔立体结构错位排列，三维结构的油箱的刚性得到大大提高；3）该技术方案中形成的三维多壁油箱的剖面，含侧面，含有大量的V形状或者W形状，M形状O形状、U形状的支撑结构，该结构是油箱刚性提高的基础；4）该技术方案中的中间层是功能壁层，优选采用高密度聚乙烯基材与型坯熔融连接，有利于提高油箱的隔温性能、隔音性能甚至是采用纤维增强高密度聚乙烯的结构实现箱体刚性的提高。可选择性实现在连接处的局部隔温隔热加强的功能，因为空腔处本身具有较好的隔温隔热和强度的性质，出于成本的考虑，或者连续的中间壁的结构；5）该技术方案中必要的零件，如阀管、管卡支架、防浪板等零件连接在箱体的内表面，连接的结构可以是焊接、铆接、熔接的任何一种方式，或者油箱本体成型后可以在三壁闭合的位置实现打孔焊接，或者焊接在箱体的外表面；6）油箱的上下局部区域为两片粘合的平整区，利用该区域实现所需的油泵开口，外部零件如加油排气接头、加油口止回阀的开孔或者焊接；7）多壁油箱壳体形成，最常见的是三壁油箱壳体，为了保证燃油箱的蒸发排放性能，至少有一壁是类似传统多层共挤的多层材料结构，其中含至少一种EVOH或者PA等热塑性材料阻隔层结构，由于回料应用的比例可以得到提高该箱体结构可以消耗更多的回料，减少新料的消耗，从而降低产品的成本；8）形成的油箱结构的四周具有全飞边结构，需要在箱体外形成型完成后修飞边得到可应用的油箱本体结构。

附图说明

图1为本发明主要工装设备结构示意图；

图2为本发明等待型坯下料状态示意图；

图3为本发明片状型坯挤出状态示意图；

图4、图5为模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合过程状态示意图；

图6为隔框退出状态示意图；

图7、图8为机器手夹持功能壁层与内外壁连接过程状态示意图；

图9为模具半模、辅助阳模第二次闭合过程示意图；

图10为模具半模打开，辅助阳模退出状态示意图；

图11为内置组件固定状态示意图；

图12为模具半模第三次闭合，形成三维多壁塑料中空箱体；

图13形成中空箱体结构示意图；

图14为中空箱体立体结构示意图；

其中，1-4为型坯，5、6为中间壁，7为模具半模，8为模具半模，9为机械手，10为片体型坯生成装置，11为辅助阳模，12为辅助阳模，13为隔框，14为隔框，15为吹气头，16、推动机构，17、三维多壁油箱，18、油箱外壁，19、油箱内壁。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：如图1-12，一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，所述方法步骤如下，

1）四块片状型坯挤出；如图1所示，片体型坯生成装置10生成四片熔融型坯，如果是单工位四片型坯或者双工位各两片型坯；

2）参见图3，步骤1中挤出的四块熔融型坯即型坯1、型坯3、型坯2、型坯4分别置于模具半模7、隔框13、辅助阳模12、隔框14、模具半模8形成的四个空间对应模具所处的位置；以辅助阳模12为中心，两边对称的依次设置隔框13、14、模具半模7、8。

3）参见图4、图5，模具半模7、8、隔框13、14、辅助阳模12第一次闭合，完成第一次预成型；

4）参见图6，模具半模7、8、隔框13、14、辅助阳模12打开，两个隔框移出对应模具的位置；

5）参见图7、图8，功能壁层5置入；

6）参见图9，模具半模7、8、辅助阳模12第二次闭合，完成第二次预成型；

7）参见图10，模具半模7、8打开，辅助阳12退回初始位置；

8）参见图11，内置组件固定；

9）参见图12，模具半模7、8第三次闭合，形成三维多壁塑料中空箱体。本发明实现一种三维双壁的油箱壁结构，可以显著增加塑料燃油箱壁的刚性，实现耐高压变形的塑料燃油箱，并且利用燃油箱双壁间的空腔及其中间功能壁实现隔热的功能减少油箱内部燃油与外界的热量交换，实现内部更少的燃油蒸汽压，获得一种隔热中压燃油箱系统。

参见图4、图5，作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，第一次预成型具体过程如下，模具半模7、8、隔框13、14、辅助阳模12，闭合过程中，两侧的模具半模7、8以及中间的辅助阳模12进行抽真空，同时，带有吹气头的隔框13、14进行高压吹气，使得隔框13、14左右两侧的型坯分别贴合辅助阳模半模12、13和模具半模7、8型腔内壁上，实现四片型坯的预成型。该步骤中通过辅助阳模、隔板的相互挤压拉伸，使得四片型坯更加贴合辅助阳模以及模具半模的型腔；为了更好的实现型坯的预成型，辅助阳模上或者隔框上设置有加热装置，对型坯进行加热，便于型坯更好的预成型。作为本发明的一种改进，所述步骤5）中，功能壁层5置入的具体过程如下，通过外部机器手9或者固定在隔框上的气缸将功能壁层5与贴合在辅助阳模12上的型坯连接，或者与贴合在模具半模7或模具半模8型腔内壁上的型坯连接；该技术方案中功能壁层设置为一个功能壁层5，根据实际需要将功能壁层设置在需要的位置。该中间功能壁还可以具备隔音和增强层的作用，功能壁层的基体材质与箱体材料相同，为高密度聚乙烯便于熔接连接，进一步提高燃油箱的强度，并且可以更好的抑制燃油晃动产生的噪声。

实施例2：参见图7、8，作为本发明的一种改进，所述步骤5）中，功能壁层5置入的具体过程如下，通过外部机器手9或者固定在隔框上的气缸将两个功能壁层5、6分别与贴合在辅助阳模半模上的两片型坯3、型坯4连接，或者与贴合在模具半模型腔内壁上的两片型坯1、型坯2连接，或者两个功能壁层中的一个与贴合在辅助阳模半模上的一片型坯3或型坯4连接，另一个功能壁层与贴合在模具半模型腔内壁上的一片型坯2或型坯1连接。该技术方案中的功能壁层设置为两个，在具体的加工生产过程中，这两个功能壁层根据实际需要，分别与辅助阳模或者模具半模型腔内壁上的型坯连接。该技术方案除了上述获得的具有更高强度和隔热性能的塑料燃油箱外，三维多壁的油箱结构还能起到更好的隔音作用，减少内部燃油晃动和撞击油箱壁的噪声传递至车舱内。同时由于多壁结构还能很好地起到燃油保温的作用，在冬季减缓燃油的冷却时间，较合适的温度可以提高发动机运行的效率，减少能量的损耗，减少燃油箱HC化合物的蒸发排放，更好的满足PZEV和LEV III的北美整车HC排放法规的要求。其余步骤和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图9，作为本发明的一种改进，所述步骤6）中，第二次预成型具体过程如下，辅助阳模12推动贴合其两侧的预成形型坯3、型坯4分别朝向贴合模具半模型腔内壁的型坯1、型坯2移动，实现预成型型坯与功能壁层5、功能壁层6的连接，形成三维双壁油箱的上下壳体。现有技术中的中空体生产加工方法都是一次预成型，本技术方案中首次提出两次预成型的设计思路，通过增加功能壁层，实现两次预成型，通过预成型型坯和功能壁的局部连接，形成局部为带空腔的立体结构，保证了油箱壳体内外两侧型坯的连接性能，提高油箱本体的刚性，该油箱壳体中空腔立体结构错位排列，因此，具有三维结构的油箱的刚性大大提高。其余步骤和优点与实施例1完全相同。

实施例4：参见图11，作为本发明的一种改进，所述步骤8）中内置组件的固定的过程如下，通过内置机构或者通过机器人到该位置，在气缸、油缸或者伺服电机的动作下，将内置零件与上下壳体内壁进行连接，所述连接是焊接、铆接、熔接的任何一种方式，箱体上必要的零件，如阀管、管卡支架、防浪板等零件连接在箱体的内表面，连接的结构可以是焊接、铆接、熔接的任何一种方式，或者油箱本体成型后可以在三壁闭合的位置实现打孔焊接，或者焊接在箱体的外表面。油箱的上下局部区域为两片粘合的平整区，利用该区域实现所需的油泵开口，外部零件如加油排气接头、加油口止回阀的开孔或者焊接。其余步骤和优点与实施例1完全相同。

实施例5：参见图1、图7，作为本发明的一种改进，所述步骤5）中件功能壁层5、功能壁层6可以为为高密度聚乙烯或者纤维增强高密度聚乙烯或者其他能实现与油箱壳体熔接、焊接和机械连接。功能壁层也叫中间层，优选采用高密度聚乙烯基材与型坯熔融连接，有利于提高油箱的隔温性能、隔音性能，功能壁层也可以采用纤维增强高密度聚乙烯，更加有利于箱体刚性的提高。可选择性实现在连接处的局部隔温隔热加强的功能，因为空腔处本身具有较好的隔温隔热和强度的性质。其余步骤和优点与实施例1完全相同。

实施例6：参见图1、图7，作为本发明的一种改进，所述内置组件固定在多壁连接的局部位置，这些位置往往形成有大量的V形状或者W形状，M形状、O形状、U形状的支撑结构，这些结构是油箱刚性提高的基础，在这些位置设置内置组件，进一步提高油箱的整体刚性。其余步骤和优点与实施例1完全相同。

本发明还可以将实施例3、4、5、6所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，或者将实施例3、4、5、6所述技术特征中的至少一个与实施例2组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述方法步骤如下，

1）四块片状型坯挤出； 

2）步骤1中挤出的四块型坯分别置于模具半模、隔框、辅助阳模、隔框、模具半模形成的四个空间对应模具所处的位置； 

3）模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合，完成第一次预成型；

4）模具半模、隔框、辅助阳模打开，两个隔框移出对应模具的位置；

5）功能壁层置入；

6）模具半模、辅助阳模第二次闭合，完成第二次预成型；

7）模具半模打开，辅助阳模退回初始位置；

8）内置组件固定；

9）模具半模第三次闭合，形成三维多壁塑料中空箱体。

2.根据权利要求1所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤3）中，第一次预成型具体过程如下，模具半模、隔框、辅助阳模第一次闭合，闭合过程中，两侧的模具半模以及中间的辅助阳模进行抽真空，同时，带有吹气头的隔框进行高压吹气，使得隔框左右两侧的型坯分别贴合辅助阳模半模和模具半模型腔内壁上，实现四片型坯的预成型。

3.根据权利要求2所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤5）中，功能壁层置入的具体过程如下，通过外部机器手或者固定在隔框上的气缸将功能壁层与贴合在辅助阳模半模上的型坯连接，或者与贴合在模具半模型腔内壁上的型坯连接。

4.根据权利要求2所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤5）中，功能壁层置入的具体过程如下，通过外部机器手或者固定在隔框上的气缸将两个功能壁层分别与贴合在辅助阳模半模上的两片型坯连接，或者与贴合在模具半模型腔内壁上的两片型坯连接，或者两个功能壁层中的一个与贴合在辅助阳模半模上的一片型坯连接，另一个功能壁层与贴合在模具半模型腔内壁上的一片型坯连接。

5.根据权利要求3或4所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤6）中，第二次预成型具体过程如下，辅助阳模推动贴合其两侧的预成形型坯分别朝向贴合模具半模型腔内壁的型坯移动，实现预成型型坯与功能壁层的连接，形成三维双壁油箱的上下壳体。

6.根据权利要求5所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤8）中内置组件的固定的过程如下，通过内置机构或者通过机器人到该位置，在气缸、油缸或者伺服电机的动作下，将内置零件与上下壳体内壁进行连接，所述连接是焊接、铆接、熔接的任何一种方式。

7.根据权利要求3或4所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤5）中间功能壁层为高密度聚乙烯或者纤维增强高密度聚乙烯。

8.根据权利要求3或4所述的三维多壁塑料中空箱体的成型方法，其特征在于，所述步骤8）中，所述内置组件固定在多壁连接的局部位置。