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吹塑机/中空成型机 |
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PP拉伸吹瓶设备成就中国大输液瓶的历史性变革 |
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作者： |
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长期以来，中国大输液包装一直是玻璃瓶的天下，而发达国家80％-90％的大输液包装采用塑料瓶或袋。PP塑料大输液瓶具备玻璃瓶无可比拟的优势：一是耐冲击，不易破损；二是重量较轻，可大幅度降低运输成本；三是一次成型，不会产生二次污染；四是无毒，对人体不会产生副作用；五是制造成本低。东莞佳鸿机械制造有限公司自主创新研发高新科技的PP全自动拉伸吹瓶设备，开辟了中国医疗PP大输液瓶拉吹成型，使医疗输液灌装、储存、使用的容器质量达到了国际先进水平，被誉为中国“大输液界的里程碑”，设备成形的PP大输液瓶占国内90%以上，成就了医疗大输液包装的历史性变革。同时在该种设备上，开发PET瓶拉伸吹塑，成为一种多功能、适应面广的高速高效多功能化的拉伸吹瓶新颖设备。具有控制自动化、节能环保化、功能多样化、效率高效化、成型稳定化、安全可靠化等特点。拥有发明授权专利6项，实用新型专利20项，外形专利3项。本文对东莞佳鸿机械制造有限公司研发的ECOBLO® PP全自动旋转式拉伸吹瓶设备的新工艺、新技术作一综合性的介绍，供参考。 
工艺流程创新
瓶坯进料。瓶胚被倒入存料斗中，输送带将瓶坯自动提升到理胚处，之后瓶坯被整齐的排列于进胚导轨上，排好的瓶坯依靠重力自动进入设备的加热输送。自动控制理坯，上坯效率高而不伤瓶坯。
瓶坯加热。在进胚星轮处加温头自动连续的获得瓶坯，匀速转动的瓶坯连续不断的经过特制的加温区而获得精确智能控制加热，温度分布匀称合理。
拉伸吹瓶。凸轮机构准确控制模具的开合。简洁的模架机构，使模具的更换更加方便快捷。特殊的锁模增压系统，使锁模达到快速而稳定。吹嘴的特殊结构，独创的吹瓶控制技术，提高了成品率，节约了能源。
成型出瓶。机械手自动将瓶从模具中取出，并接受质量检测，达到质量要求的瓶输送到传动带上，卸下存储于瓶仓或联机灌装。
机构创新
拉伸吹瓶机的成型速度是加工能力的首要参数，是拉伸吹塑成型设备努力追求的最主要目标。拉伸吹瓶机通过优化加热系统以减少加热时间、提高瓶坯的运转输送传动速度、提高瓶坯快速稳定定位的性能、缩短模具开合和吹塑压紧头升降时间、增加成型腔数等提高单模产量及总产量，围绕上述目标进行机构及控制等方面的技术创新。
瓶胚传送机构
注射成型处理后的瓶坯进入拉伸吹瓶的进坯机构。瓶胚进坯机构包括：电机、传动器、横向线性滑轨、夹钳装置。夹钳装置具有若干个夹钳以夹取瓶胚，其特征在于：传动器将所述电机的往复旋转运动转化为往复直线运动，带动夹钳装置在横向线性滑轨中作往复直线运动。明显提高速度并且可精确控制其速度的大小；同时更易精确控制吹塑机各机构动作的同步性，从而提高整机精度与可操控性；另外电机传动取代以往气动结构，使输送动作冲击更小，从而降低整机噪音且动作更平稳。
上坯输送装置。瓶坯经加热后进入上坯系统，准入拉伸吹瓶阶段。上坯输送装置包括一个转轮装置和夹钳装置，转轮装置包括转轮和圆弧护板，转轮周边径向、等距地设有若干个槽口，圆弧护板设于转轮的外周缘，可将瓶胚活动地夹在槽口中，并传至夹钳装置，夹钳装置被设在与转轮装置不同的高度位置上相互部分交叠，具有与槽口数量相等的夹钳，夹钳中心与转轮的槽口中心同心并且相啮合，以夹住槽口所传送的瓶胚。系统结构简单，而且提高生产效率。
瓶坯翻转装置。上坯后，瓶坯翻转，进入拉伸吹瓶成型。瓶坯翻转装置包括：可相对于水平方向进行垂直旋转运动的翻转装置，翻转装置包括一坯盘，且该坯盘沿径向设有容纳瓶坯的容纳空间；以使得随着翻转装置的旋转，位于坯盘的容纳空间中的瓶坯被旋转并翻转至坯盘的下方；夹持件，位于翻转装置的下方，用于接收并之后夹持经翻转装置旋转并翻转至坯盘下方的坯料；夹持件可在水平面内进行周向运动，以沿水平方向输送所接收到的瓶坯；随行保持件，其位于所述翻转装置和夹持件的下方，用于保持由夹持件夹持的料坯；压紧装置，其位于夹持件和随行保持件之间交接处的上方，压紧装置可进行上下往复运动，以将料坯压紧在随行保持件上。上坯机构，可以明显提高上坯速度，并且运动更平稳、更匀速、冲击更小，定位更准确，同时安全性更高。图1为旋转式拉伸吹瓶机上坯翻转装置，独立的旋转夹具设计，同心度一致，定位精确，翻转灵活可靠，确保瓶坯不掉落。
缩短瓶坯加热间距，提高输送速度，达到提高热效率，节约能耗。提高瓶坯通过加热区速度，有效提高热效率。改变瓶坯通过加热区的运行模式，提高瓶坯受热均匀性。旋转式拉吹成型机，把加热输送链条的节距缩短至40mm，把配电板融入到解热组件内，相对提高了瓶坯的输送速率，即相同的加热长度可加热更多的瓶坯，可以节省25％的能耗，同时提高生产率20%。
开合模机构
合模机构包括：支座、搭扣、转轴、转臂等。支座、搭扣分别安装在左右模体上；转轴为加工了缺口部的圆柱体，安装在支座上，转臂固定在转轴上。当左右模体合拢的同时，转轴由转臂带动在支座内旋转，其缺口部与所述搭扣咬合，从而将左右模体锁住。结构更简单，动作更灵活，速度更快，噪音更低。
随行夹具
旋转式拉伸吹塑机的随行夹具。包括：内连接块、外连接块、夹具体、连接轴、连接销、转轴、转轴链轮、转轴弹簧、小长轴、小长轴弹簧、夹具头、夹具头弹簧圈。内外连接块装于夹具体上，由连接轴与连接销连接，转轴装于所述夹具体内，使夹具体可做水平与竖直方向的旋转；转轴链轮驱动可在夹具体内转动，同时亦可在夹具体内做轴向窜动，由转轴弹簧复位；小长轴装于转轴内，可做轴向窜动，由小长轴弹簧复位；夹具头装于小长轴上，随小长轴做轴向窜动时使所述夹具头弹簧圈缩放。随行夹具结构，单个夹具动作更独立，整体更灵活，夹具头的弹簧圈能使瓶胚更好的固定。
节能拉伸吹气系统
吹塑机的瓶胚拉伸吹气装置。包括：拉伸装置和吹气装置，其中拉伸装置由伺服电机、减速机组合在一起构成可以通过编程控制的动力源，通过同步带驱动支撑板上下运动，拉伸杆与支撑板固定连接而随之升降；吹气装置包括封口托座、第一进气管、第二进气管，封口托座在气缸的作用下可上升与料胚口部贴紧，达到密封效果；拉伸杆、封口托座均为中空件，拉伸杆穿设置于封口托座中，第一进气管与拉伸杆连通并通过其中空部从顶端向料胚吹气，第二进气管与拉伸杆和所述封口托座所形成的夹缝连通，在料胚口部附近吹气。采用该种结构后，封口吹气零部件结构简单，安装位置灵活，封口、吹气动作独立，便于调试与维护。两处通路吹气使瓶胚吹制更均匀，吹制工艺更合理，整机结构得到优化，效率更高。节能的封口机吹气组合阀。控制阀的无管道式连接，结构紧凑，调试维护简单，高低压气消耗合理，达到最佳的耗能控制。
吹瓶机的拉伸杆伺服控制装置。吹瓶机的拉伸杆伺服控制装置，涉及电机控制技术领域，特指一种用在吹瓶机械上可以连续控制拉伸杆机构的运动速度和位置的电机伺服控制装置。拉伸杆与连接杆固定连接，伺服电机的输出轴与减速器的输入轴连接，减速器安装在与基体固定连接的安装座上，主动轮设置在减速器的输出轴上，传动带分别与主动轮和从动轮连接，从动轮安装在与基体固定连接的凸台上，传动带上固定连接有压带板，连接杆即通过该压带板与传动带固定连接。可以快速而精确地控制拉伸杆上下移动的速度和位置，并可由同一根拉伸杆拉伸多种高度规格的瓶子，也可满足对各种瓶胚的拉伸要求，并解决了部分瓶胚不易拉伸的难题。双向拉伸装置，其包括拉伸汽缸、拉伸杆，由拉伸汽缸推动的角铁、封口汽缸、基座和封口托座，安装于角铁上的拉伸杆通过角铁与拉伸汽缸的活塞杆连接；拉伸杆穿于通过封口汽缸上下移动的封口托座内；拉伸汽缸、封口汽缸通过连接件与基座固定连接。采用这种结构后，将对型腔口的密封封口汽缸与拉伸杆相互分隔开来，这样在使用时，封口汽缸与拉伸杆的活动路线相互分开，避免其由于位置交错而形成需要人为改制设备的情况，使整个机械的结构得到优化，从而方便了使用者的调整与维护。
瓶胚温控系统
拉伸吹瓶对瓶胚独立加热，在加热过程中，进行自转与公转相结合的运动，加热时间较长，瓶胚在被再加热后，沿其壁厚方向的温度分布通常是不均匀的，即外壁温度较高，内壁温度较低，这对瓶胚的拉伸和吹塑是不利的，会使瓶壁内出现球晶、空隙或脱层面等缺陷，从而影响瓶子的性能，特别是明显降低了瓶子的阻渗性能。研发高效瓶坯温控系统，在拉伸、吹塑瓶胚前保证瓶胚在壁厚方向具有较为均匀的温度分布，降低能耗。采用可控硅控制的红外线加温，每层红外线灯管可独立控制。加热区的空气流动及瓶颈保护装置的独特设计，使瓶坯获得理想温度曲线同时，瓶颈不受加热的影响，辅以红外线测温仪实现自动调温，实现瓶坯智能加热控制。加热管实现单独调节控制。精确控制灯管两端的电压，实现精确控制灯管温度，间接减少了由于外部干扰影响设备产瓶的合格率，节约生产成本。
特殊电压模块，自反馈功能自动识别电网电压变化调整加热功率输出，保证瓶坯加热不受外界电网的影响，达到加热稳定。
移相调压稳压式灯管加热控制系统。移相调压稳压式灯管加热装置，涉及机电控制技术领域，特指一种用在吹瓶机上、抗干扰能力强并可精确控制灯管两端的电压，从而精确控制灯管温度的移相调压稳压式灯管加热装置。其技术方案为:触摸屏和PLC控制器通过通信电缆连接，PLC控制器和D/A转换器一体成型，D/A转换器和移相调压模块通过屏蔽电缆连接，移相调压模块和灯管通过耐热电线连接，在移相调压模块的两端连接有反馈电路，并在外部电路中连接有滤波器。移相调压模块输出到灯管两端，保证电压保持稳定,进而保持灯管温度的稳定，并可实现灯管的分层分区控制，从而显著提高工作效率，还可防止外部射频及强电的干扰。
采用冷风和热风双组合式在加热时对瓶口和传动芯轴强迫冷却，实现最佳冷却方式。在加热箱内采用引风装置，克服空气对流，确保瓶坯加热温度的均衡性，防止瓶坯表面过热。
图3为旋转式拉伸吹瓶机瓶坯加热装置，采用线性加热灯箱，灯箱可上下及纵深方向调节，加热灯管可上下、纵深及旋转调节。
人机对话操作系统
人机对话操作系统，直观反映生产状况，主控制板与可编程控制器进行通讯，瓶坯各级加热温度通过触摸屏操作显示，可按照吹瓶工艺要求对控制参数进行调整，通过触摸屏方便地控制每个模腔的吹瓶参数。
洁净且安全的成型设计
合模机械电气联锁保护避免合模不畅时对设备造成损伤。锁模机械电气联锁保护确保模具和模架的安全。底模和开模的双重限位检测确保设备在高速运行中不出现掉底模现象。封口多点检测装置最大限度保护了机械手和拉伸杆的安全运行。取瓶检测确保进坯机械手和模具的安全运转。电子检测系统准确无误把未成型瓶及缺陷的瓶坯自动排除，防止停机风险。加热灯管断线报警检测。
设备采用全封闭结构，确保了洁净的成型环境，杜绝了外界对成型瓶的污染，保证了医疗大输液瓶成型洁净度。有关机构及润滑副进行洁净度的设计改造，使产品性能达到更高的水平。完善可靠的安全门系统，确保了操作人员的安全和设备长期运行稳定性。
凸轮连杆式的取坯及取瓶的机械手，简捷、协调性优异，制造成本低。
医疗输液容器附属加工设备
医疗输液容器不同于饮料类容器，具有特殊功能设置，PP医疗输液容器底部必须有活动吊环装置，特殊的密闭瓶盖，佳鸿机械制造有限公司进行了专门创新发明研发。
PP大输液容器底部锚杆与吊环间的熔铆方法及设备。熔铆方法包括下列步骤：将瓶体瓶口向上放入理瓶装置，由理瓶装置将瓶体输送至翻瓶装置；翻瓶装置取过瓶体并将瓶体翻转180度使瓶体的瓶口向下瓶底向上，此时由吊环放置装置将吊环放置在瓶底上；将放置有吊环的瓶体送入中转装置，由中转装置将瓶体送入吊环熔铆装置；吊环熔铆装置将瓶体和吊环熔铆在一起后，将瓶体送入另一个中转装置；另一个中转装置将瓶体送入另一个翻瓶装置，由该翻瓶装置将瓶体翻转18 0度，使瓶体的瓶口向上瓶底向下；由另一个理瓶装置取过瓶体并送出该瓶体。设备的各装置均为多工位连续旋转工作，大输液瓶和吊环定位准确，生产效率高。
原来BOPP大输液吹瓶机在瓶底加装吊环是在灌装前和灭菌后两个时段进行，加装吊环的方式有手工和半自动两种，其工效低下且容易产生废品。在4000bph的生产速度时，每班最少需要8~9人，焊接时烫坏产品的现象时有发生，同时多一道工序就意味着多一次被污染的危险。为了达到包材无污染的目标，该公司将整个连线生产密闭在一个风罩中，采取万级灭菌。包材生产过程完全在无菌环境下完成。连线生产还大大提高了生产效率，自动焊接吊环的速度与自动制瓶机同步，焊环总合格率达到98%以上，每班操作工人也由原来的8~9人减少到1人，减少了耗能和污染。
创新拉伸吹瓶设备多能化适应市场多样化
运用自主创新研发的拉伸吹瓶机成型PP瓶的技术，达到不但适用P P瓶的拉伸吹塑成型，而且适用于冷灌装、亚热灌装、高温灭菌热灌装的PET瓶的高速拉伸吹塑成型，扩大产品的附加值。
拉伸吹PET热灌装瓶时，采用三路循环式特殊设计分配器将不同要求的水/油温度均匀分配至模具的不同部件中，使瓶子结晶度达到最佳效果。图4为拉伸吹热灌装瓶用的油/水三路分配器。
图4：拉伸吹热灌装瓶用的油/水三路分配器
加工能力
拉伸吹瓶机的成型速度是加工能力的首要参数，是拉伸吹塑成型设备努力追求的最主要目标。ECOBLO®旋转式拉伸吹瓶机通过优化加热系统以减少加热时间、提高瓶坯的运转输送传动速度、提高瓶坯快速稳定定位的性能、缩短模具开合和吹塑压紧头升降时间、增加成型腔数等提高单模产量及总产量。每小时PP瓶达到12000支，单模每小时PE T170 0支的产能达到了国际先进水平。图5为ECOBLO®旋转式拉伸吹瓶机。表1为ECOBLO®旋转式拉伸吹瓶机的PET瓶的加工能力参数。 
表1：东莞佳鸿机械制造有限公司ECOBLO®旋转式拉伸吹瓶机的加工能力
 实际应用
经过多年开发，已形成伺服智能化、节能环保化、高效多能化、模具通用化、标准系列化的ECOFORM系列全自动直线式拉伸吹瓶机、ECOBLO系列旋转式拉伸吹瓶机、ECOJET系列瓶坯注塑机、SUPERMAC系列热流道瓶坯注塑模及拉伸吹瓶模，应用于相关包装行业。
目前数百台套拉伸吹瓶设备应用于国内外用户，其中在海外的生产线分布于德国、日本、希腊、加拿大、墨西哥、巴西、韩国、越南、马来西亚、印度尼西亚、埃及、泰国、阿尔及利亚以及台湾等地。Container Corporation of Canada加拿大的客户应用佳鸿机械制造有限公司的旋转式吹瓶机，成功通过加拿大CSA认证，为他们包括Kraft Foods、Quaker Oates、H.J.Heinz、ConAgra Foods、CacaCola、Revlon等在内的国际著名食品饮料用户提供更有价格竞争力的包装产品。
医疗输液瓶行业的应用
从2002年至今，佳鸿的BOPP吹瓶设备已经在包括安徽双鹤、安徽华源、哈药三精、湖南金健、湖南科伦、浙江济民、浙江康乐、浙江巨能等数十家大输液生产企业获得应用，累计提供生产线85条，累计产能超过10亿只，占据全国塑料输液瓶90%以上的市场份额。随着中国制药企业GMP认证工作的完成，普通制药包装设备的应用陷入了低谷。绝大部分制药包装设备供应商的订单锐减，然而佳鸿却能逆势上行，一直在加班加点赶制设备。
饮料行业的应用
2005年，公司在与多家国内外著名吹瓶设备的竞争中获胜，顺利拿下广东新会大冢慎昌饮料厂的订单，为该厂生产的中温灌装宝矿力水特功能性饮料生产中温PET瓶，设备投入满负荷运营。设备不仅由日本大冢公司总部选定，而且经过了日本总部的严格的验收。
热灌装行业的应用
BOPP瓶在果汁和茶饮料等热灌装市场上极具优势，与PET瓶相比，BOPP瓶可提高热灌装时的物料温度，能进行灌装前与灌装后两次杀菌；瓶壁的阻气性较好，可大幅度延长饮料产品的货架期限；可降低成本15％N~20％。带动全国茶饮料企业包装的换型，有望成为非碳酸类热灌装饮料的优选容器。
引领市场潮流酸奶包装。BOPP瓶可以为乳制品企业营造出个性化的包装形象，有助于提升企业的品牌形象和销售效果，特别是对以儿童和女性为目标市场的酸奶和乳酸菌市场，尤其具有吸引力。东莞市佳鸿机械制造有限公司开发出的系列生产设备已经在“小洋人”等乳制品上获得应用，生产速度最高可达每小时4000瓶以上。
结语
ECOBLO® PP拉伸吹瓶设备成功开发说明自主创新研发是企业科学发展的成功之路。简单重复雷同的产品走向绝境，高科技适应市场发展的产品开发永无止境。创新发明设备能引领应用市场发展，前途越来越广；仿制测绘设备仅追赶应用市场脚步，前途越来越窄。在成型速率、功能、性能等方面进一步根本性的突破，是拉伸吹瓶设备进一步创新发明的方向。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/1/2010) |
| 作者简介： |
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张友根，男，中国浙江宁波镇海俞范东路77号
电话：0574-86373368，
手机：13901908292，
张友根 教授级高级工程师，中国管理科学研究院学术委员会特约研究员。1994年起享受国务院政府特殊津贴。1982年毕业于上海交通大学。曾任职于上海第一塑料机械厂总工程师、上海华王工业公司（集团）研发部...
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