摘要
基于POLYFLOW吹塑有限元分析软件，利用迭代优化算法解决了挤出吹塑浮子壁厚分布不均匀问题。考虑离模膨胀和重力垂伸效应，引入K-BKZ等温粘弹模型，对型坯挤出+型坯吹胀的整个过程经行了综合研究，得到吹塑浮子壁厚分布规律。研究结果表明，型坯挤出过程中发生明显的胀大和垂伸现象，挤出型坯呈现中部细两端粗的形状；型坯吹胀阶段受吹胀比影响，吹胀比越大制品壁厚越薄。对浮子壁厚经行两次逆向优化，模拟得到壁厚分布均匀的制品及挤出型坯壁厚曲线，浮子最终壁厚极差降低60.8%，平均壁厚提高9.4%，将型坯壁厚曲线输入挤出机壁厚控制器中进行试生产验证，生产出的浮子壁厚分布均匀。
关键词：挤出吹塑；浮子；POLYFLOW；迭代算法；壁厚优化
挤出吹塑由型坯挤出、型坯吹胀和保压冷却三个阶段组成。在型坯挤出阶段，离模膨胀效应和重力垂伸效应[1]综合决定了型坯的外形和尺寸，口模和模型间隙等因素决定了型坯厚度，型坯成型效果直接影响吹胀阶段制品的壁厚分布。目前，国内外众多学者对型坯挤出[2-4]和型坯吹胀[5-11]进行了大量的研究，对型坯挤出和型坯吹胀机理以及影响制品壁厚的因素取得了丰富的研究成果，但是鲜有对制品挤出吹胀全过程的研究。
笔者以HDPE浮子为研究对象，借助POLYFLOW软件，采用K-BKZ粘弹模型对浮子从型坯挤出、型坯吹胀和制品保压的全过程经行综合研究，针对制品壁厚分布不均匀问题，基于迭代算法对挤出型坯壁厚经行逆向优化，得到挤出型坯的厚度曲线，通过调节挤出机的型坯控制器可以生产出壁厚均匀的制品，对实际挤出吹塑生产提供重要的指导价值。
浮子形状为类阶梯形，高度130.4mm，大径端φ66mm，壁厚1.5mm，其2D模型如图1所示。挤出吹塑模型由口模、模芯、模具及包封四部分组成，如图2所示，口模成型型坯外部尺寸，模芯成型型坯内尺寸，模具和包封闭合后通入压缩空气成型制品。
根据实际浮子挤出吹塑成型条件和聚合物的流变特性，做出如下假设：（1）因为浮子挤出吹胀时间短，挤出吹胀过程为恒温状态；（2）吹胀过程中，型坯模具表面后接触面无滑移。
浮子材料为HDPE5502，在190℃条件下，其剪切粘度、储能模量和损耗模量随剪切速率关系如图3所示。
K-BKZ粘弹模型能够比较精确的描述高聚物流体的粘弹流动特性[12]，如式（1）所示：
式中：Tvis为纯粘张量，η为剪切粘度，Pa·s；λ为松弛时间，s；Ct为Cauchy-Green应变张量，t为当前时间，s；s为时间积分的度量。
使用POLYMAT模块对材料数据拟合，得到190℃时HDPE的松弛时间谱如表1所示。
