（2）三维中空吹塑技术中空吹塑成型技术大多只能用于生产外形简单的塑料包装产品，且在生产过程中会产生大量的边料，生产原料的利用率得不到有效的保证，在此背景下，近年来吹塑成型工艺的新发展中三维（3D）中空吹塑是一项很有发展前景的技术。三维中空吹塑也叫少废料或无废边的中空吹塑，常用的一种成型方法是，塑料型坯经过挤出头出口挤出后，被预吹胀贴在一边的模具壁上，然后挤出头或者模具根据数控成型程序进行下一轴的转动；当型坯充满模腔后，另一边模具闭合型坯，使其与后续型坯分离，再进行吹气膨胀。采用多轴联动的三维中空吹塑设备能生产出形状复杂的中空制品而不会产生大量的废料，极大地增加了中空吹塑制品的类型和提高了生产原料的利用率。

（3）提高吹塑加工生产效率如何缩短生产周期是大型中空吹塑成型工艺中一项重要的改进内容，改进点包括减少冷却时间、采用多工位生产。在许多应用中已经实现了利用很冷的压缩空气进行回流扫气，德国Beko技术公司的Bekoblizz压缩空气冷却系统可以将压缩空气在三步工序中干燥和冷却到-35摄氏度或-45摄氏度，因此冷却时间可以缩短百分之二十[1]14。而多工位的生产方式早已投入应用，单工位生产时，挤出系统需要等待模具内的产品冷却取出后才能进行第二次生产，这使得产品的生产周期大量延长；多工位方式采用多个模具循环生产，挤出系统可连续输出型坯，极大缩短了中间的冷却等待工时。

1.4本课题主要研究内容

本课题研究的吹塑机头为三层型坯机头，主要研究内容如下：

（1）设计出一种三层型坯机头的总体结构，并应用三维和二维软件分别绘制出立体图和平面图。

（2）对该三层型坯机头的型坯壁厚控制系统进行分析研究和优化设计。

（3）采用ANSYS软件对该机头关键部位射料油缸和壁厚控制系统油缸的缸筒进行有限元强度分析与优化设计。

（4）对该机头中的关键零件储料芯、中间环和储料内环进行加工技术及工艺研究。

（5）基于三层型坯机头的平台构建和实验研究。

1.5本章小结

本章主要对课题的研究背景和意义进行了阐述，并简略介绍了吹塑成型技术和相关设备的发展与当前状况，明确了课题研究内容，为接下来的研究指明了方向。

第二章 中空吹塑成型机的结构组成

2.1整体结构

常见的中空吹塑成型机主要结构包括挤出机、机头（模头）、合模机构、吹气装置、液压系统以及机架和输送装置等其他辅助系统，其结构如图2-1所示。

图2-1中空吹塑成型机整体结构组成图

1-储料机头；2-机械手；3-合模机构；4-下吹装置；5-挤出机；（1）挤出机

6-点控箱；7-机架；8-气动系统；9-液压系统挤出机是向机头提供成型原料的融料装置，主要由加料系统、挤压系统、传动装置、加热冷却系统和控制系统等组成[3]。大型中空吹塑成型机大多采用具有强制进料、强制冷却能力的IKV结构挤出机，相比普通单螺杆挤出机，IKV结构挤出机在挤出大型坯料时能满足制品要求的强度、刚度、使用寿命以及挤出效率；一些大型的中空成型机制造商在IKV结构的基础上发展出了将分离螺杆、屏障型螺杆和IKV结构结合在一起的形式，研制出了高效、综合性能优良的新型单螺杆挤出机，并在生产应用中取得了较好的效果。

挤出机的加热是使碎料形成熔融原料的关键，目前挤出机的加热方式有两种：电阻加热和电磁加热。电阻加热就是利用电阻片包裹在挤出机外侧，通过电阻发热直接将热量以接触传导方式输送给挤出机内部原料，这种方式只有电阻片内侧的热量才得以传导给挤出机，而外侧的大量热量都直接散失在工作环境中；电阻加热方式功率利用率低，造成大量的损耗和浪费，而且散发的热量对工作环境影响较大。电磁加热是在挤出机的料筒外侧包裹上电磁线圈和隔热保温装置，通过通电使金属料筒自身发热来提供所需热量，这种方式能源利用率高、功率大，对工作环境影响较小，但电磁加热技术在挤出机上的应用还不成熟，因此目前市场上所使用的中空吹塑成型机中加热方式还是以电阻加热方式为主，不过电磁加热的应用是未来中空吹塑成型机中作为绿色发展重要的一个方向。