当前世界经济不断发生变化,国内产业经济结构也相应不断地升级变化。塑料瓶企业在产业升级过程中,一直在努力提高塑料瓶的附加值,从生产及销售等各个环节不断改进。塑料瓶应用于各行各业,比如食品容器、大型储藏罐、管材管件、办公用品等。塑料瓶主要由聚乙烯或聚丙烯等材料制成,经过高温加热,通过塑料模具经过吹塑、挤吹、注塑等成型方式制成塑料容器。应用较多的高密度聚乙烯(HDPE)塑料瓶优点较多,因此高密度聚乙烯塑料瓶备受欢迎。但在实际生产中,面临的最大的挑战是壁厚不均的问题,大多数塑料瓶具有凹口敏感性,塑料瓶在尖角处、口部螺纹的根部、颈部以及塑料瓶底部都是塑料瓶力学性能的薄弱位置,壁厚较薄则容易产生裂缝和开裂现象。本文以1 L墨水瓶为研究对象,代表具有此类结构特点的成型方式及优化方法。结合1 L墨水瓶的形状及结构特点和实际生产情况对其进行工艺性分析,通过Workbench-Polyflow软件对墨水瓶的挤出吹塑型坯吹胀过程进行数值模拟,通过CFD-Post观察型坯吹胀过程厚度变化规律并通过两种递进方法进行壁厚优化,分别是基于响应面法对工艺参数进行优化,在此基础上进行非均一型坯优化,最终达到吹塑件实际生产要求。为了解决吹塑件壁厚不均的情况,本文采用响应面分析法对挤出吹塑工艺参数进行优化。采用响应面法中的Box-Behnken Design法,响应变量为吹塑压力P(MPa)、吹压时间t(s)及合模速度v(m/s),响应目标为制件壁厚方差R1(mm~2)、平均厚度R2(m)。借助Workbench-Polyflow模拟数据进行方程拟合,得到响应曲面模型,并对该结果进行方差分析,使响应目标即壁厚方差值最小,得到成型工艺参数的最优组合。即响应因素A(吹塑压力)为0.1 Mpa,响应因素B(吹压时间)为1 s、响应因素C(合模速度)为0.1 m/s。在此基础上进一步优化,从初始型坯厚度的设置角度考虑,根据吹胀过程型坯变形量不同,分段优化非均一初始型坯厚度。型坯吹胀过程中,变形量大的制件部位对应初始型坯厚度大,变行量小的制件部位对应初始型坯厚度小。通过Workbench-Polyflow软件对墨水瓶的数值模拟结果分析,可清楚看出挤出吹塑型坯吹胀过程的厚度变化情况及速度的变化情况及变化规律,得出型坯成型后壁厚较薄的位置,针对此位置使用合适的型坯壁厚优化算法,本文依次采用迭代整体优化法和从变形量变化的角度局部优化非等厚度型坯,来提高较薄位置的壁厚和降低较厚位置的壁厚,从而达到满足生产要求的基础上实现优化厚度均匀性的目的。第一步迭代整体优化法优化型坯厚度,均匀性达到有效提高,优化效果良好。为精益求精基于变形量进行二步局部优化。优化结果为:优化前壁厚均值较大,约为3.1E-3 m,壁厚方差为约6.9E-4 m~2,经过响应面法优化得到厚度范围缩小约为1.2E-3 m至2.3E-3 m。得到优化壁厚方差优化后比优化前约降低23.2%,优化效果显著。由于均值偏大,采取非均一型坯优化:第一次优化后,壁厚均值约为1.3E-3 m,壁厚波动范围约为0.52E-3～2.3E-3 m,方差约为5.6E-6 m~2。第二次优化后,方差降低约为2.78E-08 m~2,厚度范围约在0.8E-03～1.3E-03 m之间,平均值降低约为1.0E-03 m,符合生产要求范围(0.8 E-03～1.3E-03 m)。结果表明,通过工艺参数优化和非均一初始型坯厚度优化,有效提高了壁厚均匀性,并经实验验证及产品质量检测,产品合格。