数学建模在吹塑制品关键尺寸控制中的应用研究.pdf
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1、上海塑料第51卷第3期SHANGHAI PLASTICSVol.51 No.32023特色专栏D0I:10.16777/ki.issn.1009-5993.2023.03.008数学建模在吹塑制品关键尺寸控制中的应用研究孙宗涛,林浩,任明建,王龙,孙铭,张培培,杨民,李波(1.临沂科技职业学院,山东临沂2 7 6 0 14;2.山东金奥机械有限公司,山东临沂2 7 6 0 0 1)摘要:以喷雾喷粉机的药箱为研究对象,通过Matlab软件构建吹塑制品“质量-关键尺寸”的数学模型,求取吹塑制品关键尺寸与吹塑制品质量之间的函数关系。通过对吹塑制品进行称重,实时监控吹塑制品关键尺寸的状态,并根据尺寸状
2、态及时调整吹塑参数,以保证吹塑制品质量的稳定性。关键词:吹塑制品;关键尺寸;监控;数学模型中图分类号:TQ320.6文献标志码:A文章编号:10 0 9-59 9 3(2 0 2 3)0 3-0 0 48-0 4Research on the Application of Mathematical Modeling in the Controlof Critical Dimensions of Blow Molded ProductsSUN Zongtao,LIN Hao,R EN M i n g j i a n ,W A NG Lo n g ,SU N M i n g ,ZHANG Peip
3、eil,YANG Min,LI Bo?(1.Linyi Vocational University of Science and Technology,Linyi 276014,Shandong Province,China;2.Shandong Jinao Machinery Co.,Ltd.,Linyi 276001,Shandong Province,China)Abstract:Taking the medicine box of the spray powder sprayer as the research object,the mathematical model of the
4、weight-key size relationship of blow molded products was built by Matlab software,so as to obtain the functional rela-tionship between the key size of blow molded products and its weight.The status of key size of blow molded products wasmonitored in time by weighing blow molded products,and blow mol
5、ded parameters were adjusted in time according to thesize status,to ensure the stable quality of blow molded products.Key words:blow molded product;key size;monitor;mathematical model0前言吹塑也称中空吹塑,是一种借助气体压力使闭合在模具中的热熔型型坏吹胀形成中空制品的方法。作为热塑性高分子材料的成型方式之一,吹塑成型具有模具结构简单、设备成本低、生产效率高等优点。吹塑成型能够将材料制备成形状各异的中空制件,这是注
6、塑成型无法实现的1-3。此外,吹塑制品还具有质量轻、耐腐蚀、成本低、寿命长、作者简介:孙宗涛(197 5一),男,本科,高级工程师,副教授,主要从事园林机械、植保机械、动力机械的研发工作;。造型随意、安全性能高等优点。随着吹塑技术的成熟,其应用范围逐步扩大到日用化工、医药卫生、食品包装、汽车零部件、施药器具等领域,如药箱、燃油箱、吹风管、水桶等,具有较高的技术含量和功能性48 。但是,在吹塑过程中,制品受物料自身物理特性、加工工艺参数及吹塑设备自身稳定性等因素的影响,导致吹塑制品壁厚不均匀,直接影响到吹塑制品关键尺寸的稳定性9-0 。因此,在吹塑过程中通过称量吹塑制品的质量来间接监控关键尺第3
7、期孙宗涛,等:数学建模在吹塑制品关键尺寸控制中的应用研究49:寸成为业内常用的方法。随着计算机技术的发展,数值模拟技术已经被广泛应用于挤出吹塑成型,可减少盲目试模测试的次数、优化吹塑成型工艺条件、提升制品质量、降低设计制造成本和缩短设计周期10-3。目前,国内外大部分学者主要运用Polyflow、C A E、Si m u l i n k 等方法对吹塑过程进行数值模拟,研究吹塑成型过程中吹塑参数(吹胀压力、型坏温度、吹胀时间等)对最终制件壁厚分布的影响,针对吹塑制品关键尺寸、质量进行综合分析的研究较少。吹塑制品被吹塑成型后,在冷却过程中其尺寸会收缩,如吹塑制品常用材料聚乙烯(PE)的收缩率为1%
8、6%。收缩率往往与制品的壁厚、质量、吹塑工艺、冷却定型时间和制品形状等有关5。当吹塑制品模具及吹塑工艺确定后,收缩率主要与壁厚、质量相关,当壁厚或质量越大时,收缩率也越大,进而使吹塑制品的尺寸受到影响。笔者利用吹塑制品质量和关键尺寸的数据,通过数学建模确定两者之间的函数关系,从而定量分析吹塑制品尺寸与壁厚/质量的关系。吹塑制品成型出模后仍会持续收缩,经机械加工后也会逐步产生形变,造成尺寸不稳定,此时测量尺寸极不准确,但制品质量与温度和时间无关,因此可利用制品质量与尺寸之间的函数关系,通过对成型后的制品进行称重来判断制品尺寸。笔者以喷雾喷粉机的吹塑药箱作为研究对象,对吹塑成型并完成机械加工的药箱
9、进行批量取样,测量关键尺寸和质量,通过Matlab软件构建吹塑制品“质量-关键尺寸”的数学模型,获得吹塑制品关键尺寸与其质量之间的函数关系,从而确定关键尺寸的极限尺寸所对应的吹塑制品质量的极值,以期通过吹塑制品的质量对制品的关键尺寸进行有效判断。1建模过程1.1尺寸分析3WF-3喷雾喷粉机药箱在结构上有加药口和下粉口,其功能主要是容纳药液或药粉,需要具有较好的密封性。3WF-3药箱结构见图1,关键尺寸工艺信息见表1。尺寸C:2290.5尺寸B0.08-20-1510-5图13WF-3药箱结构表13WF-3药箱关键尺寸的工艺信息关键尺寸加工要求A平面度/mmB平面度/mmC直径/mm通过机械加工
10、,尺寸A和尺寸B的精度要求能够得到保证,在模具结构、吹塑工艺已经确定的情况下,药箱尺寸主要取决于吹塑制品的收缩量。在药箱制品吹塑完成后,其温度较高且收缩不充分,该处冒口切割后尺寸还会发生较大变化,因此在药箱成型后立即测量药箱尺寸C会极不准确。为保证在吹塑过程中及时监控药箱尺寸C,不出现批次性质量问题,需要创建药箱尺寸C与吹塑制品质量之间的数学模型,在制品吹塑过程中利用吹塑成型间隙对已经成型的制品进行必要的机械加工,然后通过质量信息来判断药箱尺寸C的质量状态,从而对吹塑的厚度参数进行调整。1.2采集数据由于收缩率与制品的壁厚、质量、吹塑工艺、冷却定型时间和制品形状有关,因此采集数据时应保证制品在
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