0 引言

塑料瓶蓋是瓶蓋中最為常見的一種，被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、化工及制藥行業(yè)

。相比于木蓋、鋁蓋和橡膠蓋等瓶蓋，塑料瓶蓋輕薄簡便、密閉性好、加工制造簡單

，具有外形多變、立體感強(qiáng)、質(zhì)量輕和易于開啟等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于包裝行業(yè)

。采用傳統(tǒng)的瓶蓋注射成型方式時(shí)，為提高產(chǎn)量，模具采用一模多腔布局，在一個(gè)生產(chǎn)周期中，模具開合一次可以得到多個(gè)瓶蓋制品

。注射成型瓶蓋方式靈活，普通瓶蓋、組合型瓶蓋和旋轉(zhuǎn)扭斷瓶蓋等形狀和功能各異的塑料瓶蓋都可以采用注射成型

。但因?yàn)槠可w模具型腔數(shù)目較多，一般為16～96腔，因此瓶蓋模具的流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都較復(fù)雜

，為了節(jié)省物料多采用熱流道系統(tǒng)，因此瓶蓋注射模的造價(jià)會(huì)超過注塑機(jī)的價(jià)格，限制了模具的設(shè)計(jì)及瓶蓋的生產(chǎn)效率

。

近幾年興起的高速擠出壓縮成型以綠色、高效且節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，成為了替代傳統(tǒng)注射成型的最佳選擇

。瓶蓋擠出壓縮成型方法是利用擠出機(jī)將加熱到半熔融塑化狀態(tài)的物料定量擠出到壓縮模型腔內(nèi)，經(jīng)過壓縮模上下模合模、冷卻定型、脫模完成瓶蓋生產(chǎn)

。擠出壓縮成型瓶蓋顛覆了傳統(tǒng)注射成型方式，模具結(jié)構(gòu)簡單，無澆注系統(tǒng)，不會(huì)產(chǎn)生澆注廢料，也不會(huì)在表面產(chǎn)生澆口痕跡，外形美觀

；每一個(gè)模組都是獨(dú)立的，模具零件的更換和維修方便，不會(huì)出現(xiàn)注射模中因一個(gè)型腔的損壞而造成整副模具報(bào)廢的情況；擠出速度快，成型過程中熔料的受力較為均勻，制品內(nèi)應(yīng)力降低，制品的性能、表面粗糙度和尺寸穩(wěn)定性有所提高；先加熱后壓縮，可以降低瓶蓋的成型溫度和壓力，降低能耗

。

在數(shù)值模擬研究廣泛應(yīng)用于注塑行業(yè)的今天，少有報(bào)道完成對擠出壓縮瓶蓋的建模、參數(shù)設(shè)置和分析

，也少有研究將數(shù)值模擬和試驗(yàn)方法相結(jié)合，對擠出壓縮瓶蓋成型過程中出現(xiàn)的工藝問題進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)、分析和報(bào)道

。如通過擠出機(jī)擠出的熔料會(huì)因?yàn)榭刂茊卧肮に噮?shù)的影響，產(chǎn)生質(zhì)量的波動(dòng)；由于壓縮過程壓力高、沖擊強(qiáng)、速度快，熔料不一定出現(xiàn)在壓縮模的中心，有時(shí)產(chǎn)生溢料等缺陷；國產(chǎn)的壓縮成型制蓋設(shè)備在生產(chǎn)效率、精度和穩(wěn)定性方面與世界先進(jìn)水平還存在差距

。目前國內(nèi)的注射成型瓶蓋的生產(chǎn)效率約為4 萬個(gè)/h，擠出壓縮成型瓶蓋生產(chǎn)效率可達(dá)6.5～7萬個(gè)/h，國外擠出壓縮成型瓶蓋生產(chǎn)效率達(dá)到了9.6～10萬個(gè)/h。因此，保證制品質(zhì)量與穩(wěn)定性的同時(shí)提高生產(chǎn)效率是縮小國內(nèi)外差距的關(guān)鍵。

瓶蓋高速擠出壓縮成型是一種將擠出成型與壓縮成型相結(jié)合的新興聚合物加工方式，以加工效率高的優(yōu)點(diǎn)逐漸取代了傳統(tǒng)的注射成型。利用Moldex 3D軟件的壓縮成型模塊，通過模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對瓶蓋的高速擠出壓縮成型過程進(jìn)行了模擬仿真分析，針對不同的生產(chǎn)情況及成型工藝參數(shù)進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，總結(jié)瓶蓋高速擠出壓縮充模流動(dòng)的規(guī)律，分析了實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)各種問題的原因，并得出了體積收縮率、翹曲變形等影響制品質(zhì)量的因素，將優(yōu)化后的成型工藝參數(shù)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中，探索了優(yōu)化方案的可行性，提高了生產(chǎn)效率和制品質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上總結(jié)了瓶蓋高速擠出壓縮充模流動(dòng)的規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)提供了合理的解決方案，有利于瓶蓋高速擠出壓縮成型行業(yè)的發(fā)展。

1 制品分析

1.1 材料屬性

瓶蓋如圖1 所示，選用HDPE TOTAL Lumicene M5220M 材料成型，該材料熔體密度為0.952 g/cm

，熔點(diǎn)為113.85 ℃，熔融流動(dòng)指數(shù)MFI（190.2）=2 g/10 min，適宜模具溫度范圍為25～50 ℃；熔體溫度范圍為190～250 ℃，推薦推出溫度為70 ℃，最大剪切速率為100 000 s

。其黏度曲線和PVT 特性曲線如圖2所示。

擠出壓縮成型瓶蓋生產(chǎn)過程如圖3所示。通過Solidworks 軟件構(gòu)建瓶蓋和瓶蓋料坯（下稱預(yù)填料）模型。其中瓶蓋模型半徑

16 mm、高17 mm、厚0.6 mm，還原瓶蓋的幾何特征，預(yù)填料采用與實(shí)際相似的形狀，按頂部為半球體、主體為圓柱體進(jìn)行建模，如圖4所示。

經(jīng)驗(yàn)定性法是根據(jù)區(qū)域的地貌特征、氣候差異特點(diǎn)、水資源分布狀況等客觀存在的區(qū)域表現(xiàn)，主要考慮的是自然因素，常用來進(jìn)行高級(jí)分區(qū)。本研究在用該方法時(shí)，主要考慮上述干旱分區(qū)指標(biāo)體系中的地貌、降雨量和受災(zāi)率等3個(gè)自然因素，同時(shí)兼顧流域內(nèi)干旱指數(shù)的因素，由于海拔較高的山區(qū)和丘陵區(qū)蓄水能力較弱，降雨量可能不能準(zhǔn)確地反映當(dāng)?shù)氐母珊党潭龋虼嗽谶@些地區(qū)以受災(zāi)率指標(biāo)為主，降雨量指標(biāo)為輔，而在海拔較低的丘陵和平原地區(qū)則以降雨量因素為主，受災(zāi)率指標(biāo)為輔助指標(biāo)，最后完成區(qū)域的一級(jí)干旱分區(qū)。

1.2 制品建模

1.2.1 瓶蓋料坯和模型構(gòu)建

將對硫酸銨沉淀、透析后的混合多肽進(jìn)行超濾，依次分別使用30，10，3 k超濾膜進(jìn)行超濾。超濾后，將混合多肽分子量分為4段：>30 k，30～10 k，10～3 k，<3 k。多肽含量和ACE抑制活性見圖3。

1.2.2 冷卻水路模型構(gòu)建

2.2.2 翹曲變形分析

1.2.3 實(shí)體網(wǎng)格與壓縮區(qū)網(wǎng)格的構(gòu)建

將瓶蓋、預(yù)填料與冷卻水路模型導(dǎo)入Moldex 3D進(jìn)行撒點(diǎn)，根據(jù)分析精度要求，針對瓶蓋撒點(diǎn)進(jìn)行加密，并將生產(chǎn)網(wǎng)格形態(tài)設(shè)為BLM5 層的四面體實(shí)體網(wǎng)格（預(yù)填料無需單獨(dú)構(gòu)建實(shí)體網(wǎng)格）。為避免壓縮區(qū)與型芯冷卻水路發(fā)生干涉，根據(jù)預(yù)填料先壓縮后充模的生產(chǎn)過程，在瓶蓋內(nèi)部中心區(qū)域建立圓柱形壓縮區(qū)，并使用棱柱體實(shí)體網(wǎng)格，提高分析效率與準(zhǔn)確率。最終，模擬仿真的實(shí)體網(wǎng)格構(gòu)建完成，總計(jì)1 568 932個(gè)網(wǎng)格，如圖6所示。

1.3 成型工藝參數(shù)設(shè)定

壓縮時(shí)間設(shè)定為0.023 4 s，壓縮方向?yàn)樯舷潞夏７较?，最大壓縮速度為600 mm/s，壓縮速度多段設(shè)置為一段，最大壓縮力為10

N，熔融塑料溫度為150 ℃，模具溫度為20 ℃，空氣溫度為25 ℃，推出溫度為70 ℃，冷卻時(shí)間為1.31 s，開模時(shí)間為0.9 s，開模后至推出溫度時(shí)間為0.7 s。參數(shù)設(shè)定界面如圖7所示。

查閱文獻(xiàn)，統(tǒng)一自主設(shè)計(jì)調(diào)查問卷。開展預(yù)調(diào)研，根據(jù)反饋結(jié)果完善問卷設(shè)計(jì)。統(tǒng)一培訓(xùn)調(diào)研人員，保證調(diào)研質(zhì)量。對回收問卷嚴(yán)格審查，剔除無效問卷。

2 模擬結(jié)果分析與討論

2.1 預(yù)填料克重波動(dòng)對制品性能的影響

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)環(huán)境變化、設(shè)備的老化程度以及操作技術(shù)員經(jīng)驗(yàn)程度不同，從擠出機(jī)口模擠出的瓶蓋預(yù)填料克重會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，瓶蓋生產(chǎn)廠家靠多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)將瓶蓋預(yù)填料克重控制在標(biāo)準(zhǔn)克重1.91 g 的可接受范圍內(nèi)（±0.05 g），以確保壓縮得到的瓶蓋無缺陷。對于克重的波動(dòng)，具體會(huì)導(dǎo)致哪些性能產(chǎn)生變化在實(shí)際生產(chǎn)中難以確定和分析。

以下根據(jù)試驗(yàn)過程中測得的瓶蓋克重范圍（1.89～1.95 g）為依據(jù)，探究瓶蓋預(yù)填料克重波動(dòng)對制品性能的影響，為實(shí)際生產(chǎn)提供相關(guān)參考數(shù)據(jù)。

在模擬仿真過程出現(xiàn)預(yù)填料克重為1.89 g 的組別充填不滿的情況，如圖8所示記錄檔提示，需要提供更大壓縮力或壓縮速度完成充填；該情況會(huì)使瓶蓋生產(chǎn)不穩(wěn)定，成型的制品易出現(xiàn)缺陷。因此實(shí)際生產(chǎn)中需要維持?jǐn)D出機(jī)擠出恒定的標(biāo)準(zhǔn)克重預(yù)填料，避免克重1.89 g及以下的蓋坯出現(xiàn)。

2.2 1.90～1.95 g預(yù)填料模擬仿真結(jié)果分析

當(dāng)預(yù)填料克重在1.90～1.95 g 時(shí)，通過圖9（a）可以看到蓋底密度在0.989～0.998 g/cm

波動(dòng)。由于型腔體積固定不變，當(dāng)預(yù)填料克重偏大時(shí)，預(yù)填料的大部分最終會(huì)被壓縮到蓋底，使蓋底更加致密、密度更大，在成型后瓶蓋底部應(yīng)力也更大，蓋底易產(chǎn)生凹陷。

在旱災(zāi)監(jiān)測技術(shù)方面，引進(jìn)了區(qū)域蒸散量遙感監(jiān)測估算、干旱遙感監(jiān)測與預(yù)報(bào)、數(shù)字化區(qū)域旱情監(jiān)測系統(tǒng)等旱情監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備；利用3S技術(shù)，開發(fā)了遙感數(shù)據(jù)處理與反演分析軟件；成果在2006年重慶、2007年河南及2008年海河流域的干旱監(jiān)測中進(jìn)行成功應(yīng)用；提高了我國旱情的遙感監(jiān)測與預(yù)報(bào)能力，為減輕我國大范圍旱災(zāi)損失提供了技術(shù)支撐。

瓶蓋口厚度較薄，任何的應(yīng)力作用都會(huì)導(dǎo)致瓶蓋口的圓度發(fā)生變化，影響與瓶口的契合。當(dāng)預(yù)填料克重在1.90～1.95 g 時(shí)，瓶蓋口圓度在0.029～0.035 mm 波動(dòng),如圖9（d）所示。克重波動(dòng)變化，在壓縮過程主要體現(xiàn)在瓶蓋底部密度更大、更致密，這容易在冷卻過程導(dǎo)致底部凹陷翹曲、瓶蓋口圓度變化和瓶蓋整體收縮率變化，但對開模后制品的溫度影響不大，不會(huì)導(dǎo)致成品的收縮變化。

2.2.1 密度分析

根據(jù)擠出壓縮瓶蓋的生產(chǎn)方式和幾何特征，采用Solidworks 軟件建立冷卻水路模型，并與瓶蓋相互配合還原實(shí)際的擠出壓縮模冷卻水路，如圖5所示。

瓶蓋在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的翹曲變形會(huì)影響后期使用過程中瓶子的氣密性。如圖9（b）所示，當(dāng)預(yù)填料克重在1.90～1.95g 波動(dòng)時(shí)，瓶蓋口在

、

方向（瓶蓋口平面兩垂直方向）的變形位移量在0.486～0.628 mm波動(dòng)；蓋底中心在

方向（垂直瓶蓋口平面方向）的變形位移量在0.896～0.953 mm 波動(dòng)；平均體積收縮率在6.893%～8.932%波動(dòng)。通過圖9（c）1.91 g 克重組別的3 倍放大翹曲變形效果圖可以看到瓶蓋口向內(nèi)收縮，蓋底也向內(nèi)凹陷。預(yù)填料增加的克重部分為制品冷卻過程提供了補(bǔ)縮作用，使體積收縮率減小。

式中,A是常數(shù),td是介質(zhì)層的物理厚度,Vd是通過介質(zhì)層的電勢差,m*是電子的有效質(zhì)量,φB為勢壘高度。從式(4)可知,Ig隨著介質(zhì)層的物理厚度增加將指數(shù)性降低。

2.2.3 冷卻變形分析

選取2014年5月—2017年6月在我院接受治療的90例慢性萎縮性胃炎門診及住院患者作為研究對象。將所有患者按照隨機(jī)數(shù)字表法分為兩組，每組各45例。觀察組：男21例，女24例；年齡22～68歲，平均年齡（41.28±2.82）歲；病程1～10年，平均病程（4.93±1.05）年。對照組：男25例，女20例；年齡22～70歲，平均年齡（42.06±2.14）歲；病程1～10年，平均病程（4.88±1.13）年。兩組患者性別、年齡及病程等一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

2018年3月21日，《深化黨和國家機(jī)構(gòu)改革方案》全文對外公布。此前，方案中涉及國務(wù)院機(jī)構(gòu)改革的內(nèi)容已由全國人大審議通過，《中共中央關(guān)于深化黨和國家機(jī)構(gòu)改革的決定》也已公布。

2.3 產(chǎn)生溢料缺陷的原因分析

從上述定義可以看出，這里的樣本值與隨機(jī)試驗(yàn)的樣本點(diǎn)有關(guān)但又有所不同，從隨機(jī)試驗(yàn)的角度看，所謂總體實(shí)際上是隨機(jī)試驗(yàn)所有可能的結(jié)果，也就是樣本空間，由于隨機(jī)變量是樣本空間到實(shí)數(shù)域的映射，所以也把隨機(jī)變量稱為總體．這里的隨機(jī)樣本指的是n個(gè)隨機(jī)變量的笛卡爾積，所以也可以說隨機(jī)樣本是一個(gè)隨機(jī)向量(X1, X2, …, Xn)，且每一個(gè)隨機(jī)分量都有相同的分布函數(shù)．這樣說可能會(huì)讓人難以理解，通俗地說，所謂隨機(jī)樣本就是從總體中隨機(jī)抽取n個(gè)樣本點(diǎn)構(gòu)成的集合．

首先推測溢料缺陷產(chǎn)生的原因是預(yù)填料偏離和預(yù)填料克重變化，以1.89 g 的預(yù)填料進(jìn)行溢料后制品缺陷的模擬仿真，最大程度還原生產(chǎn)現(xiàn)場場景，探究克重過重對溢料缺陷的影響。

2.3.1 預(yù)填料偏離問題

實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)少量存在缺陷的瓶蓋，如圖10 所示。究其原因可能與預(yù)填料在型腔內(nèi)的位置偏移、鎖模力、壓縮力相關(guān)，為了推測缺陷產(chǎn)生的原因，通過控制相關(guān)變量得到模擬仿真結(jié)果來驗(yàn)證缺陷的原因。

構(gòu)建預(yù)填料偏離型腔中心不同距離來研究預(yù)填料偏離程度導(dǎo)致的制品缺陷問題，以預(yù)填料在型腔中心位置（0）為對照組，如圖11 所示。在瓶蓋壓縮合模完成前，由于蓋坯位置偏移，料多的一側(cè)物料提前被擠壓到分型面處；當(dāng)合模完成會(huì)出現(xiàn)一側(cè)物料從分型面溢出，一側(cè)充填不完全導(dǎo)致壁高不足，造成制品缺陷。

由于模擬過程型腔為封閉整體，無法模擬一側(cè)溢料的現(xiàn)象，參考前期模擬的組別，使用1.89 g的預(yù)填料還原一側(cè)壁高不足的現(xiàn)象進(jìn)行模擬，最大限度還原生產(chǎn)現(xiàn)場制品樣貌。其充填結(jié)果如圖11所示，預(yù)填料中心與蓋底中心偏離距離越大，一側(cè)壁高降低越多，同時(shí)另一側(cè)分型面處物料溢出現(xiàn)象越嚴(yán)重，且分型面受到物料的壓力變得不均衡。

在分型面高度

=11.4 mm 處插入兩對稱探針（15.6，0，12）、（-15.6，0，12）探究分型面在合模過程的壓力變化情況，如圖12所示，隨著預(yù)填料的偏移，型腔內(nèi)壓力由均勻分布變?yōu)槠x反方向壓力下降，偏離方向壓力上升。預(yù)填料的偏離距離會(huì)影響型腔內(nèi)壓力的分布，偏離距離越大，偏離方向分型面受到的壓力越大，更容易導(dǎo)致溢料缺陷產(chǎn)生。

2.3.2 預(yù)填料克重問題分析及成型壓力條件關(guān)系

預(yù)填料克重由擠出機(jī)的擠出速率與切料刀具的旋轉(zhuǎn)切料速度決定，若擠出機(jī)出料與旋轉(zhuǎn)刀具之間配合不穩(wěn)定，則落入型腔中的蓋坯克重可能出現(xiàn)偏大或偏小。實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，溢料瓶蓋克重大于普通瓶蓋最大克重。為了更清晰地反映克重變化對瓶蓋壓縮成型壓力的影響，本案例設(shè)置較大的克重梯度進(jìn)行模擬。

學(xué)生作為教學(xué)中的接受方，具有一定的差異性，在應(yīng)用混合式教學(xué)的過程中，我們要尊重學(xué)生的個(gè)性，了解學(xué)生的共性，從而選擇合適的混合教學(xué)方式。首先，教師要重視學(xué)生的個(gè)性色彩，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)情況，選擇相應(yīng)的知識(shí)灌輸；另外，學(xué)生劃分多個(gè)學(xué)習(xí)小組，基礎(chǔ)相當(dāng)?shù)膶W(xué)生分到一個(gè)小組，根據(jù)小組自身學(xué)習(xí)的需要制定小組內(nèi)部的學(xué)習(xí)的方式、內(nèi)容和數(shù)量，充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主權(quán)。最后，不管是什么教學(xué)模式都要實(shí)現(xiàn)英語學(xué)習(xí)小組之間的溝通交流，主動(dòng)參與網(wǎng)上互動(dòng)，與教師在線互動(dòng)，及時(shí)解決英語難題。所以，在實(shí)際的工作中我們不能不切實(shí)際脫離生活，英語教育內(nèi)容應(yīng)與日常生活息息相關(guān)，這樣的混合式教學(xué)活動(dòng)才能得到想要的效果。

在分型面高度

=11.4 mm 以及底面中心插入探針（15.6，0，11.4）、（0，0，-0.3）獲取2 點(diǎn)壓力變化情況，如圖13所示。由圖14（a）可知，瓶蓋充填過程的壓力隨著預(yù)填料克重增加而快速增大，通過在瓶蓋整體、底面中心及分型面處壓力變化數(shù)據(jù)可以看到，在分型面處的壓力變化值（480.4%）遠(yuǎn)高于平均壓力（302.4%）和底面壓力（170.4%）。由此推斷，較大的克重容易在分型面處產(chǎn)生更大的壓力，這也是導(dǎo)致瓶蓋在分型面處溢料的一個(gè)重要原因。

從圖14（b）設(shè)備壓力變化數(shù)據(jù)可以看出，預(yù)填料克重越大，壓縮充填過程的壓縮力和鎖模力則更大。實(shí)際生產(chǎn)中，如果壓縮力和鎖模力較小時(shí)，預(yù)填料克重偏大則容易從分型面處溢出熔融物料。當(dāng)過重克重預(yù)填料在型腔中發(fā)生較大偏離時(shí)，設(shè)備鎖模力不足會(huì)導(dǎo)致溢料缺陷概率更高。

3 結(jié)束語

通過Moldex 3D 對聚合物瓶蓋高速擠出壓縮成型的過程進(jìn)行模擬仿真，定量分析成型過程中預(yù)填料克重波動(dòng)、位置偏離等現(xiàn)象對制品質(zhì)量與成型參數(shù)造成的影響，綜合分析產(chǎn)生溢料缺陷的原因，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)，具有參考價(jià)值。

（1）對于1.90～1.95 g 的預(yù)填料正?？酥夭▌?dòng)，克重差量對瓶蓋底部的密度有較大影響，使其在0.989～0.998 g/cm

波動(dòng)，進(jìn)而對制品的翹曲變形、收縮率以及瓶蓋口圓度造成影響，使

、

方向變形位移量在0.486～0.628 mm 波動(dòng)，

方向變形位移量在0.486～0.628 mm 波動(dòng)，平均體積收縮率在6.893%～8.932%波動(dòng)。綜上分析，預(yù)填料克重的正常波動(dòng)不會(huì)對瓶蓋的成型與質(zhì)量造成過大影響。

（2）對于溢料缺陷，預(yù)填料位置的偏離會(huì)對型腔內(nèi)壓力的分布產(chǎn)生影響，導(dǎo)致瓶蓋頂端兩處聚合物流動(dòng)末端出現(xiàn)壓力不足或壓力過大，極限偏離情況兩末端壓力差可達(dá)187 MPa。此外，預(yù)填料出現(xiàn)過重克重也會(huì)導(dǎo)致模具分型面的壓力急劇上升，當(dāng)預(yù)填料克重為2.15 g（高于最大正?？酥?0.3%）時(shí)，分型面處壓力可達(dá)413 MPa，使成型所需最大壓縮力與鎖模力急劇上升。綜上分析，導(dǎo)致溢料缺陷的原因可歸結(jié)為預(yù)填料位置偏離與克重異常所導(dǎo)致的壓力變化。

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