趙有俊 仇久安 齊在偉
（天津職業大學，天津 300410）
摘要：文中詳細介紹了一種塑料餐盒吸塑成型循環生產系統的工作原理和設備構成，且針對行業現有機型存在體積大、能耗高、成本及耗材成本高等問題，進行了分析并提出了改進辦法。研發這款吸塑成型循環生產系統，旨在不降低制品品質的前提下解決上述問題，該生產系統操作、維護簡便，適用于中小企業中、小批量實際生產。
關鍵詞：塑料餐盒；吸塑成型；循環系統
引言
近年來，隨著互聯網時代的快速發展，各種外賣類APP雨后春筍般的涌現，促使外賣餐飲占據了大半個餐飲市場。外賣餐飲市場的興起為廣大消費者帶來了就餐的便利，適應了快節奏生活。與此同時，外賣餐飲的發展也大大增加了對外賣飯盒的需求。目前外賣行業大多采用塑料餐盒，以PP、PS、PET等材質居多，該種餐盒無毒無害、耐熱、耐腐蝕，可通過回收循環應用到其他領域。
目前塑料餐盒制作工藝多為熱塑性塑料片材，經過高溫加熱軟化，通過負壓方式使軟化片 材覆貼在模具腔內，冷卻成型，再經由裁切工位進行裁切拾取以及廢料整理。目前餐盒制造行業的生產設備大多采用國外的進口設備，設備龐大，價格昂貴、維修和維護費用高、原材料成本高。國內也有餐盒成型設備制造商，但設備生產工藝也大多沿用國外的工藝及技術。
本研究塑料制品吸塑成型循環生產系統突破現有生產工藝流程，實現從原材料顆粒到成型制 品的連續式規模化生產，避免了片材二次加熱的高耗能加熱工序，與現有設備相比，該機器的整體能耗大幅度降低，吹吸塑結合成型，使得制品高質量成型，提供了一種結構合理、勞動強度低、能耗低、安全可靠的全自動循環生產系統。該生產系統適用于批量化生產，其推廣前景廣闊。
一、塑料餐盒吸塑成型循環生產系統的工藝流程
（一）行業現有設備生產工藝流程
聚丙烯（PP）塑料的成型是近年來國外競相發展的技術，由于PP制品具有耐高溫蒸煮、阻濕、廉價等優點，以PP為基材的多層阻隔性實物容器發展極快，成為食品容器的重要發展方向[1]。行業現有設備均以PP等材質的外購成型片材作為原材料，片材上機固定在輸送鏈后經過大幅面、高能耗的加熱通道，將片材加熱軟化，達到成型溫度后，成型模具上下模合模，通過負壓抽取模內空氣，將軟化后的片材貼覆在模具內腔完成成型工序，上下模具分離，成型后的片材通過輸送鏈間歇運行送至裁切工位，裁切模具合模裁切后輸送鏈再次運行送至下一工位拾取出料。整個生產設備分為片材加熱、負壓成型、制品裁切、物料拾取等多個工位，采用間歇式運行方式。其缺點是原料片材成本高，為勞動密集型生產工藝，而且能耗高、生產效率低、科技含量低，并存在“多人一機、機器等人”的現象[2]，且多工位設計設備占地面積大。其生產工藝流程分為：上料-片材進成型機-預熱-加熱-成型-沖裁-落料-成品-包裝-邊角料收卷[3]。其設備運行流程，如圖1所示。
（二） 塑料餐盒吸塑成型循環生產系統工藝流程
塑料餐盒吸塑成型循環生產系統生產工藝采用PP、PS、PET等塑料顆粒作為原材料，通過外購塑料擠出機、輥筒壓片機制作生產用片材，壓片輥筒可控制片材成型溫度，軟化片材掛于雙工位塑料吸塑成型機的連續輸送鏈上進行片材輸送；成型模具、制品裁切刀設置在同一工位，稱為成型裁切機構，該機構通過絲杠傳動沿片材行進方向做往復運動，與片材同方向運行時完成上下模合模、正負壓同步成型、分模、制品裁切、制品頂出動作等多個動作，動作完成后機構快速反回設備指定原點位置等待下一循環過程，同時片材廢料繼續沿片材輸送方向輸送，廢料經過外購破碎機破碎成塑料顆粒，再通過真空輸送系統將破碎后的顆粒送至擠出機儲料罐料斗，進行回收利用，裁切后的制品通過氣動壓料裝置壓落于收料皮帶機進行制品堆疊，當成型制品數量達到額定數量后皮帶機橫向送出，工作人員進行人工整理裝箱。其工藝流程，如圖2所示。
二、塑料餐盒吸塑成型循環生產系統結構設計
（一）總體結構
如圖3所示，塑料餐盒吸塑成型循環生產系統主要由外購塑料擠出機、塑料壓片機、雙工位塑料吸塑成型機、廢料破碎機、顆粒原材料儲料罐、顆粒真空輸送系統等設備構成。塑料擠出機及破碎機選用市場上的現有設備。擠出機采用真空輸送方式上料，高溫加熱，再通過輸送螺桿將原材料塑料顆粒熱熔擠壓成高溫半成品流體片材。
塑料壓片機通過兩個對滾的鏡面輥筒，將流體片材壓制成規定寬度的生產用片材，鏡面輥筒 內裝有溫度控制及加熱裝置，可使成型片材達到生產溫度，直接用于吸塑成型。
雙工位塑料吸塑成型機為連續式運行方式，通過片材輸送鏈將壓片機壓制的高溫片材進行連 續輸送，成型裁切機構在片材行進方向上做往復運動，與輸送鏈同步運行，在片材行進的過程中完成吹吸塑成型及裁切工序，裁切結束后分模，成型裁切機構快速返回原點位置進行下一循環的生產。成型制品由于裁切時人為設置有連點，因而可以繼續向前移動。當成型制品到達收料皮帶機上方時，壓料氣缸下壓，將成型制品連點撕裂，制品掉落到收料皮帶機上，皮帶機計數堆疊，達到額定數量時皮帶機將堆疊好的制品送出，工作人員分揀裝箱。
裁切后的廢料輸送至前段設置的廢料破碎機，破碎成原始顆粒狀，經由真空輸送管路送回 至原材料儲料罐內可循環利用。
（二）塑料壓片機
如圖4所示，塑料壓片機構由壓片機架體、對滾式鏡面壓片輥筒、壓片壓力調節電機、片材輸送電機、電氣控制等多部分組成。壓片機架體由槽鋼、方管等材料焊接成型，結實耐用，能承載壓片時的壓力。兩個壓片輥筒采用鏡面輥筒，可有效地避免片材壓制過程中熔融制品的粘黏現象。且輥筒內部安裝有溫度傳感器和加熱冷卻等溫度調節裝置，使壓制的片材恒定保持制品成型所需的額定生產溫度。通過壓片壓力調節電機可調節成型片材的材料厚度，片材輸送電機可調節片材的壓制速度。
（三）雙工位塑料吸塑成型機
雙工位塑料吸塑成型機主要由底架組件、片材連續輸送鏈機構、成型裁切機構、出料機構、收料皮帶機構、氣路系統、PLC控制系統等部件組成。該機器結構示意圖和主視圖如圖5(a)?(b)所示。機器實際運行效率約為2~3秒/版，每版制品數量取決于模具的排版，最大制品尺寸：450長*330 寬*100深。整機功率9kw，機器外形尺3000mm*2200mm*1700mm。
1.底架組件
底架組件承載機體重量，采用方管焊接成型，底部安裝有機床墊鐵便于調節設備水平。成 型裁切機構往復運行的絲杠、導軌及動力總成均安裝在底架組件上，伺服減速電機為絲杠傳遞動力，成型裁切機構沿導軌方向往復運行，其正向行進速度與輸送鏈同步，反向可快速回程。底架設有調節導軌及調節手輪，實際生產中可在線調節片材張力，以確保熱熔片材掛鏈時不會被拉斷或片材垂度過大脫離輸送鏈。往復導軌兩端設有緩沖器，有效減緩機構快速回程產生的慣性，保證了往復電機、滾珠絲杠的使用壽命。
2.片材連續輸送鏈機構
片材連續輸送鏈選用伺服電機作為傳動動力，通過PLC使輸送鏈及往復行進速度同步，使 得片材在成型裁切過程中不會發生相對位移。輸送鏈條由左右兩條鏈條組件構成，兩鏈條組件寬度間距可手動調節，以滿足不同寬度產品的需求。輸送鏈條采用單邊帶刀尖附件形式的鏈條，熱熔片材掛于鏈條刀尖處進行輸送，鏈條兩側設有吹風冷卻管，用于對鏈條降溫，使片材掛鏈部分快速冷卻定型。
3.成型裁切機構
成型裁切機構由底板、頂板、陽模組件、陰模組件、合模輔助氣缸、裁切油缸、導向軸、合 模鉸鏈、合模伺服電機等零部件構成。該機構結構示意圖，如圖6所示。
成型裁切機構采用四柱結構，導向軸起到引導作用，使陰模陽模組件沿軸向運動完成合模， 同軸運動保證合模精度。同時導向軸也起到支撐、連接頂板及底板的作用。底板、頂板及陰陽模固定板均采用鑄鋼材質，米字形加強筋結構增強了剛度，模具安裝面經過精加工，確保了合模精度及裁切精度。
陰模組件合模動作通過合模減速電機帶動鉸鏈動作完成，由于陰模組件重量較重，合模電機 的啟動轉矩要求較大，為了提高合模電機使用壽命，底板兩側分別安裝輔助氣缸，以減少電機的啟動負荷，有效提高電機的使用壽命。
陽模組件配有正壓吹風板組件，吹風板配有密封條、裁切刀模、孔板等。密封條用于確保成 型時模具的密封空間；裁切刀模用于裁切制品；孔板使正壓空氣充滿模具腔體。吹風板結構如圖7所示。
陰模組件配備有模具盒組件，模具盒采用鋼板焊接成型，其上安裝有承切板及模具。模具安 裝后模具盒內形成中空腔體，成型過程中通過下置吸風孔抽真空，負壓輔助成型。模具盒結構，如圖8所示。
成型裁切機構工作流程為：
（1）陽模靜止，啟動合模電機，輔助氣缸同時動作推動陰模完成合模；
（2）陽模組件通入高壓空氣正壓成型，同時陰模組件抽真空形成負壓，正負壓結合成型，使制品質量大幅度提升；
（3）陽模裁切液壓缸下壓，使合模密封條形變，置于陽模的裁切刀與陰模承切板接觸以完成裁切動作，裁切刀采用定制激光刀模，刀條設有3~4處0.2mm缺口，使得裁切后制品既可與片材連接而不脫離，又能在氣缸下壓時順利落料；
（4）裁切結束，陰模陽模同時返回原位，循環運行。
4.成品出料機構
成品制品采用下壓出料方式，其結構包括鋁型材框架、位置導向軸、位置調節螺桿、安裝 板、壓料氣缸、壓料導向軸等零部件組成。出料機構可安裝在成型裁切機構上，隨成型裁切機構同步往復運行，也可安裝與設備架體上，固定位置下壓出料。氣缸下壓出料，行程短，反應速度快，可使制品快速壓出。
5.收料皮帶機構
收料皮帶機構采用食品級輸送帶，步進電機驅動。PLC采集出料機構氣缸信號，進行計數堆 疊，達到額定值后收料皮帶間歇運行將成型制品送出，人工收料裝箱。
三、結語
塑料餐盒吸塑成型循環生產系統的開發不同于傳統設備的生產工藝，實現了從原材料顆粒到成型制品的連續式規模化生產，避免了片材二次加熱的高耗能工序，使機器的整體能耗低于現有設備，吹吸塑結合成型，自動化控制節省勞動力并降低人工成本，材料循環利用系統大幅提高了材料的利用率，降低了生產成本。該生產系統適用于批量化實際生產，其推廣前景廣闊。
參考文獻：
[1]張根軍. 臺達機電產品在塑料杯熱成型機上的應用[J]. 伺服控制. 2013(01):82-85.
[2]黃學佳，包能勝，謝榮生，蔡健偉.集成吸塑成型沖切一體化工藝的全自動片材設備的研制[J].包裝工程,2011(07):72-75+121.
[3]余磊.四方伺服控制系統在成型機上的應用[J].伺服控制，2015(Z2):46-47+45.
玻纖含量對長玻纖...
鈣鈦礦薄膜的均勻...
用于光伏板靜電除...
聚砜醫療干粉吸入...
