[发明专利]设计模具、挤压模和型芯的方法和装置

说明书

本发明涉及对用于塑料产品的模具、挤压模和型芯的设计。

一种广泛应用的模制塑料的方法是：挤压管状高温熔化塑料；把熔化塑料密封在模具中；并且往里吹入空气使管子膨胀。在此常规方法中，在把管状熔化塑料即型坯布置在组合模各部分之间之后，封闭模具。当接着往熔化塑料里吹入空气时，该塑料紧紧地粘附到模具内壁并呈现与此内壁相同的形状。然后通过继续吹入高压空气同时在模具中保留塑料，使塑料冷却并固化。这产生与模具形状相同的模制产品。在模具冷却并固化之后，打开模具并移出模制产品。

例如，当模制产品是装入液体后可进行销售的容器(例如瓶)时，打开模具时的树脂温度通常为大约50℃，并且需要12秒左右的时间把树脂冷却到此温度。降低产品成本的一种途径就是缩短此冷却时间。

然而，如果缩短冷却时间但模具仍然在高温下打开时，高温熔化塑料显著收缩并且经历非线性变形。结果是无法获得目标模制产品形状。因此以前不可能缩短冷却时间。

为此，本发明人发明一种用于模具设计的方法及装置，通过本发明，即使模制产品在高温下从模具中移出时也能得到目标模制产品形状。这可通过使用有限元方法模拟变形过程然后在设计模具形状时考虑此变形来实现(参见日本注册专利号2955509和2957503)。

此模具设计方法重复进行以下步骤：对模制产品从模具中移出之后该产品初始形状(即该产品刚从模具中移出后的形状)发生的热变形进行模拟；根据此模拟计算模制产品的变形形状和目标形状之间的差别；把此差别与极限值进行比较；以及如果此差别超过极限值，则根据此差别改变前述初始形状。

在此模具设计方法中，用于获得模制产品所需形状的最佳模具形状可通过模拟已得到的初始形状如何因热收缩而变化来找到。然而，为了得到产品厚度分布，实际上还不得不制作模制产品并对其进行测量，因此仍然有必要重复试制试验模具并使用该模具制作模制产品，直到获得所需要的厚度分布，这在成本和时间上都是不利的。为了得到所需要的模制产品厚度分布，还有必要进行大量的型坯挤压模和型芯的试制。

鉴于此背景，本发明的目的在于提供设计模具、挤压模和型芯但不需要试制的方法和装置。

根据本发明第一方面，本发明提供一种设计模具、挤压模和型芯的方法，所述方法包括：第一步骤，模拟熔化树脂的形状在通过从挤压模和型芯之间间隙挤压所述树脂而形成型坯时的变化；第二步骤，模拟熔化树脂的形状因夹紧围绕挤压型坯的模具和往型坯里吹入压缩空气而引起的变化；第三步骤，模拟发生在模制产品里的因模制产品在高温状态下从模具中移出之后冷却而引起的热变形，该模制产品是当熔化树脂在模具里已经固化时而获得的；以及第四步骤，从前述三个步骤模拟的结果确定可得到模制产品所需形状的模具、挤压模和型芯的形状。

第一步骤可包括通过给挤压模和型芯之间间隙的形状和给树脂的物理特性赋值而得到型坯形状和型坯厚度分布的步骤；第二步骤可包括预测型坯因被夹紧和吹气而引起的变形以及获得树脂在被吹向模具空腔壁之后的厚度分布的步骤；第三步骤可包括预测收缩的步骤，该收缩作为在前面步骤中所得到的厚度分布的函数；以及第四步骤可包括从此收缩预测的结果获得可得到模制产品所需形状的模具形状的步骤。

作为替代方案，第一步骤可通过给挤压模和型芯之间间隙的形状和给树脂的物理特性赋值而得到型坯形状和厚度分布的步骤；第二步骤可包括预测型坯因被夹紧和吹气而引起的变形以及获得树脂在被吹向模具空腔壁之后的厚度分布的步骤；以及第四步骤可包括在模制产品强度和热变形稳定性方面评价树脂在被吹向模具空腔壁之后的厚度分布以及根据此评价获得可得到最佳厚度分布的挤压模和型芯的形状的步骤。

用于获得型坯形状和厚度分布的步骤优选包括：利用非线性粘弹性流体的完全展开流的公式计算流经挤压模和型芯之问间隙的熔化树脂流的步骤；以及通过给熔化树脂在已流过此间隙后的应变赋值并利用拉伸后弹性复原中所用的公式计算熔化树脂在已流过间隙后的特征的步骤。