Устройство и способ для формования прессованием изделий

Номер патента: 22410

Опубликовано: 30.12.2015

Автор: Пармиджани Коррадо Саверио

Есть еще 5 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для формования прессованием изделий, изготавливаемых с использованием термопластичных материалов, содержащее

один или более блоков (10) пресс-формы, которые являются свободными, подвижными и выполнены с возможностью движения независимо друг от друга и каждый из которых содержит охватывающую часть (12) с полостью (М) матрицы и охватываемую часть (13), предназначенную для проникновения внутрь полости (М) матрицы так, чтобы образовать и ограничивать собой формовочную камеру (F) изделия, при этом полость (М) матрицы охватывающей части предназначена для размещения порции материала;

по меньшей мере один участок (30) нагрева, имеющий по меньшей мере одно средство нагрева, предназначенное для нагрева блока (10) пресс-формы вплоть до перехода содержащегося в нем пластичного материала в текучее состояние;

по меньшей мере один участок (35) охлаждения, предназначенный для охлаждения блока (10) пресс-формы и расположенный ниже по потоку от участка нагрева, при этом блоки (10) пресс-формы являются подвижными и выполнены с возможностью свободного цикличного ввода на участок нагрева и последующего перевода оттуда на участок охлаждения,

отличающееся тем, что оно содержит нажимные блоки, каждый из которых жестко соединен с соответствующим блоком (10) пресс-формы и предназначен для обеспечения нажимного усилия для проникновения охватываемой части (13) внутрь полости (М) матрицы в процессе формования изделия, при этом нажимной блок выполнен с возможностью движения совместно с соответствующим блоком (10) пресс-формы при его перемещениях во время рабочих операций, выполняемых на участках нагрева и охлаждения, и во время перевода с одного участка на другой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый нажимной блок содержит, по меньшей мере, нажимное устройство (21, 210), содержащее, по меньшей мере, нажимное средство (24, 240), прикрепленное к охватываемой части и к охватывающей части, при этом нажимное средство (24, 240) обеспечивает такое нажимное усилие, которое обеспечивает проникновение охватываемой части внутрь охватывающей части.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нажимное усилие, создаваемое нажимным устройством (21, 210), является постоянным.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нажимное устройство (21, 210) содержит упругое нажимное средство (24, 240), которое выполнено с возможностью воздействия при предварительном нагружении на охватываемую и охватывающую части.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый нажимной блок содержит по меньшей мере два нажимных устройства (21, 210), расположенных на боковых сторонах блока (10) пресс-формы.

6. Устройство по любому из пп.5 или 2, отличающееся тем, что каждое нажимное устройство (21, 210) содержит упругое нажимное средство (24, 240), предназначенное для соединения с охватываемой частью (13) и охватывающей частью (12).

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нажимное средство (240) образовано вытянутой слоистой пластиной, выполненной из материала с хорошей упругой податливостью, два конца (241) которой жестко прикреплены к охватываемой части (13) посредством двух соответствующих скоб (230), в то время как центральная часть нажимного средства (240) прикреплена к опорному элементу (220), который образует крепление с охватывающей частью (12).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что опорный элемент (220) содержит

центральную деталь (221), которая закрепляет средний участок нажимного средства (240);

винт (222), имеющий резьбовой стержень (223), который находится в зацеплении через сквозное резьбовое отверстие (224) центральной детали (221); причем стержень (223) выступает наружу вверх по отношению к центральной детали (221) и его верхний конец упирается с нажимом в нижнюю поверхность кромки (13а) охватываемой части (13).

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что охватываемая часть и охватывающая часть блока (10) пресс-форм имеют толщину, достаточную только для того, чтобы выдерживать нажимные усилия.

10. Способ формования прессованием изделий с использованием термопластичных материалов при помощи устройства по любому из пп.1-9, в котором обеспечивают один или более блоков (10) пресс-форм (10), каждый из которых содержит охватывающую часть (12), имеющую полость (М) матрицы, и охватываемую часть (13), предназначенную для проникновения внутрь полости (М) матрицы так, чтобы образовать формующую камеру F изделия, при этом полость (М) матрицы охватывающей части предназначена для размещения порции материала,

отличающийся тем, что

загружают порцию материала в полость (М) каждого блока (10) пресс-формы;

нагревают блок (10) пресс-формы, загруженный порцией материала, на участке нагрева до перехода содержащегося в них пластичного материала в текучее состояние, при этом прикладывают к нему нажимное усилие при помощи соответствующего нажимного блока;

переводят блок (10) пресс-формы вместе с соответствующим нажимным блоком с участка нагрева на участок охлаждения, предназначенный для охлаждения блока (10) пресс-формы;

охлаждают блок (10) пресс-формы на участке охлаждения, при этом приложенное к нему нажимное усилие обеспечено соответствующим нажимным блоком.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что доводят термопластичный материал на этапе нагрева до уровня вязкости, находящегося в пределах между ее минимально возможным значением и 9/10 этого значения.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ПРЕССОВАНИЕМ ИЗДЕЛИЙ Устройство содержит один или более блоков (10) пресс-форм, которые свободны, подвижны и выполнены с возможностью движения независимо друг от друга, причем каждый из которых содержит охватывающую часть (12), имеющую полость (М) матрицы, и охватываемую часть(13), предназначенную для проникновения внутрь полости (М) матрицы так, чтобы образовать формующую камеру (F) изделия, при этом полость (М) матрицы предназначена для размещения в ней порции материала. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, участок (30) нагрева, содержащий, по меньшей мере, средство нагрева, предназначенное для нагрева блока(10) пресс-формы вплоть до перехода содержащегося в нем пластичного материала в текучее состояние, по меньшей мере один участок (35) охлаждения, предназначенный для охлаждения блока (10) пресс-формы и расположенный ниже по потоку от участка нагрева, при этом блоки(10) пресс-формы являются подвижными и выполнены с возможностью свободного цикличного ввода на участок нагрева и последующего перевода оттуда на участок охлаждения. Устройство содержит нажимные блоки, каждый из которых соединен с соответствующим блоком (10) прессформы и предназначен для обеспечения нажимного усилия для проникновения охватываемой части(13) внутрь полости (М) матрицы в процессе формования изделия, при этом нажимной блок выполнен с возможностью движения жестко совместно с соответствующим блоком (10) прессформы при его перемещениях во время рабочих операций, выполняемых на участках нагрева и охлаждения, и во время перевода с одного участка на другой. Изобретение позволяет достичь экономически выгодного изготовления изделий, имеющих однородную и компактную массу, даже при относительно больших размерах (массы более 10 кг). Кроме того, необходимое оборудование может быть при этом относительно недорогим. Пармиджани Коррадо Саверио (IT) Харин А.В. (RU) Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к формованию посредством прессования изделий из термопластичных материалов, при котором материал в текучем состоянии подвергается прессованию, и формование осуществляется посредством пресс-формы, содержащей охватывающую часть (матрицу), имеющую полость матрицы, и по меньшей мере одну охватываемую часть (пуансон), проникающий в полость матрицы вплоть до образования формующей камеры. Уровень техники Традиционной и отработанной технологией формования пластмассовых изделий является литье термополимеров под давлением. Это типичная технология, при которой материал в текучем, жидком или полужидком состоянии вводят в многократно используемую литейную форму (пресс-форму), под нажимным усилием силы инжекции. Вкратце, при литье под давлением используют блок пластификации и инжекции, обеспечивающий плавление полимера, и пресс-форму, содержащую полость с неподвижными стенками, которая придает форму изделию и в которую инжектируют текучий полимер. В качестве сырья в литьевой машине используются пластмассовые гранулы, которые выполнены для прохождения внутри цилиндра посредством бесконечного винта (винта Архимеда). Процесс плавления внутри цилиндра осуществляется за счет тепла, вызванного электрическим сопротивлением и трением при движении бесконечного винта. Температура плавления или размягчения (стекловидный переход) зависит от типа используемого материала. Обычно она лежит в пределах от 160 С для полиэтилена низкой плотности (LDPE) до 300 С для поликарбоната (PC). Внутренние поверхности камеры пресс-формы неподвижны, материал в текучем состоянии инжектируют в эту камеру до полного ее заполнения, что определяет необходимую форму. При этом камера позволяет осуществить быстрое охлаждение расплавленной пластмассы и извлечение готового твердого изделия с помощью специальных механических устройств, называемых выталкивателями. Давление инжекции, которому подвергается полость пресс-формы, обычно составляет порядка 300600 кг/см 2. Размеры пресс-формы и потребление энергии жестко обусловлены поверхностью формуемого изделия и давлением, прилагаемым на этапе инжекции, и всегда относительно велики. Эта технология отличается относительно высокой стоимостью пресс-форм и литьевых машин. Другие технологии проиллюстрированы американской публикацией US-A-2003 051853, которая относится к системам и машинам для литья под давлением, содержащим формы, в которые инжектируют расплавленные материалы для формирования отливок. В частности, документ относится к технологиям открытия форм с целью извлечения отливок из форм. Другая известная публикация US-A-5193407 описывает термопластичный лист, помещенный между двумя элементами формы, каждый из которых содержит теплоизолятор и сопрягаемый металлический вкладыш формы. На вкладыши воздействует RF энергия для диэлектрического нагрева и плавления термопластичного материала. Нагретый лист затем деформируют на прессе низкого давления с изоляторами. Затем изоляторы заменяют холодными теплопроводными конструкциями для сокращения времени цикла охлаждения. Другой, более современный способ, к которому применимо данное изобретение, заключается в прессовании изделий из термопластичных материалов, помещенных в матрицу пресс-формы. Прессующее проникновение пуансона (охватываемая часть) в камеру матрицы (охватывающая часть) осуществляется после введения в нее порции пластического материала в твердом состоянии (при температуре окружающей среды или при предварительном подогреве) в виде относительно мелких гранул, что делает его достаточно текучим. Упомянутая порция размягчается (возможно, плавится) внутри пресс-формы за счет соприкосновения с матрицей и пуансоном, нагреваемыми посредством соприкосновения с двумя противоположными нагретыми (посредством электрического сопротивления) пластинами,относящимися к прессу, который сжимает помещенный в пресс-форму пластический материал, с нажимными усилиями относительно высокой величины, порядка 50-100 кг/см 2. Пример такой технологии описан в американской публикации US 2002/0017742 А 1, в которой представлено устройство для прессования изделий, изготавливаемых с использованием термопластичных материалов, содержащее множество блоков пресс-форм, которые можно перемещать независимо друг от друга, каждый из которых содержит охватывающую часть с полостью пресс-формы и охватываемую часть, предназначенную для проникновения в полость пресс-формы вплоть до создания формующей камеры F изделия. Предусмотрен участок прессования и нагрева, куда после загрузки в него порции материала входит блок пресс-формы между двумя нагревающими пластинами пресса; при этом эти две пластины нагревают матрицу и пуансон пресс-формы за счет проводимости, в то время как к матрице и пуансону приложено взаимно сближающее нажимное усилие, которое сжимает порцию материала, содержащуюся в матрице. Когда пластичный материал достиг минимальной необходимой вязкости (при которой материал становится текучим) и пуансон проник в пресс-форму на максимально возможную глубину, материал полностью заполняет формующую камеру, придающую форму изделию. Затем блок пресс-формы осво-1 022410 бождают от пресса и переводят на участок охлаждения, расположенный ниже по потоку от участка нагрева. Этот участок содержит второй пресс, который обеспечивает приложение к блоку пресс-формы нажимного усилия прессования, равного усилию первого пресса, и средства, которые охлаждают блок пресс-формы в то время, когда к нему приложено нажимное усилие. Эти блоки пресс-форм свободны, подвижны и выполнены с возможностью движения независимо друг от друга и возможностью свободного цикличного ввода на участок нагрева с последующим переводом на участок охлаждения. Первый недостаток этой технологии связан с тем фактом, что для осуществления правильного формования изделия внутри пресс-формы необходимо поддерживать приложение к материалу внутри прессформы достаточного прессующего воздействия непрерывно и постоянно в течение всего времени, пока он находится в недостаточно твердом текучем состоянии, т.е. с момента, когда он стал текучим, и вплоть до момента, когда за счет охлаждения он достиг достаточно твердого и стабильного состояния. В противоположность этому в устройстве, описанном в US 2002/0017742, после этапа сжатия текучего материала на участке прессования и нагрева, когда блок пресс-формы переводят на участок охлаждения, материал внутри пресс-формы освобождают от воздействия пресса и давление, воздействующее на материал внутри пресс-формы, отменяют. Второй недостаток данного способа заключается в том, что фактически нагрев и размягчение (и поэтому также и охлаждение) пластичного материала осуществляется совместно со сжатием материала внутри пресс-формы посредством пуансона. Это необходимо, поскольку именно пресс-форма нагревается (и впоследствии охлаждается) посредством пресса и, в свою очередь, нагревает за счет проводимости материал, с которым она соприкасается; поэтому для эффективной передачи тепла необходимо обеспечить надлежащее соприкосновение между внутренней поверхностью блока пресс-формы и гранулами пластичного материала, а также между самими гранулами. Причем соприкосновение тем больше, чем большее давление оказывают внутренние поверхности на пластичный материал. Здесь так же, как и в случае литья, значения используемых давлений достаточно высоки, порядка 50-100 кг/см 2, что требует применения относительно прочного и мощного оборудования. Следовательно, значимые технические недостатки данной технологии связаны с нагревом и охлаждением пресс-форм, через посредство которых нагревается и охлаждается материал, помещенный внутрь пресс-формы. Относительно высокое нажимное усилие требует, чтобы все части блока пресс-формы были достаточно толстыми и прочными, не допускающими чрезмерной деформации, поэтому охватываемая и охватывающая части должны иметь достаточно большую массу; вследствие этого им необходимо передавать большое количество тепла, пропорциональное их массе, что приводит к большому потреблению энергии и пропорционально длительному времени, необходимому для такой передачи. На этапе охлаждения необходимо рассеивать относительно большие количества тепла, которые вследствие этого теряются. Наконец, для обеспечения необходимого сравнительно высокого нажимного усилия прессования требуется относительно мощное и поэтому дорогое оборудование (прессы). Можно сделать вывод, что известная технология прессования термопластичных материалов, состоящая в проникновении пуансона в части нагреваемых пресс-форм, требует относительно больших затрат энергии, сравнительно длительного времени исполнения и относительно мощного и поэтому дорогого оборудования (прессов). Другие ограничения применения заключаются в отсутствии практической возможности нагрева материала до такой степени, когда вся его масса находится в жидком состоянии, особенно если масса изделия относительно велика. На практике эта технология в основном пригодна для использования с пенопластмассой, где размягчение ограничено периферией частиц материала без изменения физического состояния внутренних частей, что обеспечивает получение изделий, имеющих сердцевину, которая не очень компактна и действительно не однородна. Следовательно, практически невозможно получить изделия, в которых требуется однородная и относительно большая масса, например технические изделия, имеющие высокие эксплуатационные качества или изделия высокого эстетического качества. Раскрытие изобретения Основная задача настоящего изобретения заключается в устранении первого недостатка, присущего технологии формования термопластичного материала посредством прессования. Еще одна задача настоящего изобретения заключается в устранении второго недостатка, присущего технологии формования термопластичного материала прессованием, связанного как с потреблением энергии при нагреве и охлаждении блока пресс-формы, так и с производственными затратами. Еще одна задача настоящего изобретения заключается в расширении производственных возможностей, например, в обеспечении практической возможности и экономической выгоды изготовления изделий, обладающих однородной и компактной массой даже при относительно больших размерах (масса более 10 кг). Эти и другие задачи достигаются в данном изобретении описанным в формуле изобретения образом. Данное изобретение основано на результатах исследования автора изобретения, согласно которым предпочтительно использовать свободные, подвижные блоки пресс-форм, выполненные с возможностью движения независимо друг от друга. Важно также, что охватываемая и охватывающая части блока пресс-формы имеют очень малые толщины, которые достаточны только для того, чтобы противостоять относительно очень малым нажимным усилиям, что позволяет изготовить пресс-формы очень малой массы. Поскольку их масса относительно очень мала, то для нагрева такого блока пресс-формы и, следовательно, для расплава находящегося в матрице пластичного материала требуется малое количество тепловой энергии и короткий промежуток времени. На практике можно быстро нагреть термопластичный материал таким образом, что он достигает степени вязкости, равной или близкой минимально допустимому значению для данного типа материала. Благодаря этому одновременно появляется возможность осуществить проникновение охватываемой части в полость матрицы при относительно очень малом нажимном усилии проникновения, поскольку смещаемый пластичный материал очень текуч. Требуемое нажимное усилие проникновения лишь немногим больше нажимного усилия проникновения, необходимого для преодоления механического трения, возникающего при перемещении охватываемой части относительно охватывающей части, и преодоления (малого) гидростатического нажимного усилия, возникающего в результате конечного увеличения площади свободной поверхности текучего материала. Поэтому, как уже было отмечено выше, выдерживать очень малое нажимное усилие проникновения без значительной деформации могут даже части пресс-форм с относительно очень малыми толщинами. Устройство по данному изобретению содержит несколько нажимных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим блоком пресс-формы и предназначен для обеспечения нажимного усилия,достаточного для проникновения охватываемой части внутрь полости матрицы при формовании изделия,и выполнен подвижным жестко совместно с блоком пресс-формы при его перемещениях во время операций, выполняемых на участках нагрева и охлаждения, и при переводе с одного участка на другой. Блок пресс-формы и соответствующий нажимной блок образуют узел, который независим и свободен от внешних закреплений и который выполнен с возможностью движения независимо от других блоков пресс-форм. Поскольку нажимное усилие проникновения относительно очень мало, возможна реализация нажимных средств таким образом, что они будут иметь относительно очень малую массу. Данное изобретение позволяет достичь экономически выгодного изготовления изделий, имеющих однородную и компактную массу, даже при относительно больших размерах (массы более 10 кг). Кроме того, благодаря относительно очень малой массе имеется возможность реализовать весьма легкие блоки пресс-форм, которые легко передвигать и которыми легко манипулировать с помощью механизации. Следовательно, оборудование, необходимое для формовки изделия, будет иметь относительно очень низкую стоимость. Краткое описание чертежей Ниже приводится подробное описание данного изобретения со ссылками на приложенные чертежи,которые иллюстрируют неисключительный вариант его осуществления, приведенный в качестве примера. На фиг. 1 представлен схематичный вид варианта осуществления заявляемого устройства; на фиг. 2 А и 2 В - схематичные виды сечения используемого в данном устройстве блока прессформы, соответственно, в конфигурации при начале проникновения и конфигурации при завершенном проникновении; на фиг. 3 А и 3 В - вид в изометрии второго варианта осуществления используемого в данном устройстве нажимного блока, применимого с блоком пресс-форм, соответственно, в конфигурации при начале проникновения и конфигурации при завершенном проникновении; на фиг. 4 - вид в изометрии устройства с фиг. 3 в разобранном виде; на фиг. 5 - вид сбоку блока пресс-формы на этапе использования нажимного блока; на фиг. 5 В и 5 С - виды сбоку блока пресс-формы с нажимными блоками с фиг. 3 А и 3 В соответственно; на фиг. 6 - в увеличенном виде деталь с фиг. 5 В, относящаяся к скобе 230; на фиг. 7 - в увеличенном виде деталь с фиг. 4, также относящаяся к скобе 230; на фиг. 8 - в увеличенном виде деталь с фиг. 5 В, относящаяся к опорному элементу 220. В соответствии с чертежами устройство по данному изобретению содержит множество блоков 10 пресс-форм, каждый из которых (как схематично показано на фиг. 2 А и 2 В) содержит как минимум одну охватывающую часть 12, снабженную полостью М матрицы, и как минимум одну охватываемую часть 13, предназначенную для проникновения внутрь полости М матрицы, которые ограничивают собой формующую камеру F, придающую форму изделию. Полость М матрицы охватывающей части предназначена для размещения порции D материала для формования изделия Р. Охватывающая и охватываемая части пресс-формы функционально отделены друг от друга и выполнены с возможностью соединения друг с другом за счет относительного перемещения, что позволяет изменять степень проникновения охватываемой части 13 в охватывающую часть 12. Для осуществления формования материала, загруженного в виде порции D в полость М, охватываемую часть 13 присоединяют к охватывающей части 12. Когда порция материала D загружена в полость М, охватываемая и охватывающая части находятся на максимальном удалении друг от друга - это конфигурация начала формования. Когда охватываемая часть 13 проникла в охватывающую часть 12 и достигла максимальной степени проникновения (что соответствует закрытию пресс-формы), формующая камера F достигает формы и объема, соответствующих изделию Р. Предусмотрено множество нажимных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим блоком 10 пресс-формы и предназначен для обеспечения нажимного усилия, достаточного для проникновения охватываемой части 13 в полость М матрицы в процессе формования изделия. Кроме того, нажимной блок является подвижным жестко совместно с блоком 10 пресс-формы при перемещениях, которые совершает блок 10 пресс-формы на участках нагрева и охлаждения и при переводе из одного участка на другой. Каждый блок 10 пресс-формы, вместе с соответствующим нажимным блоком, образует независимый узел, свободный от внешних закреплений, который выполнен с возможностью движения независимо от других блоков пресс-форм или посредством машин; в частности, это узел, который не прикреплен и не приводится в движение прессами или аналогичными машинами. Для его перемещения можно использовать любое подходящее транспортировочное средство, например приводную каретку, линии транспортера и т.д. Более подробно, в предпочтительном (однако не исключительном) варианте осуществления изобретения каждый нажимной блок содержит, по меньшей мере, нажимное устройство 21, содержащее первое средство 23 крепления, прикрепленное к охватываемой части 13, и второе средство 22 крепления, прикрепленное к охватывающей части 12. При этом к двум средствам 22 и 23 крепления приложено встречное нажимное усилие так, чтобы сблизить охватываемую и охватывающую части с целью обеспечить проникновение одной внутрь другой. В частности, нажимное устройство 21 содержит предварительно нагруженное упругое нажимное средство 24, воздействующее на охватываемую и охватывающую части. В неисключительном варианте осуществления, представленном на фиг. 2 А и 2 В, каждый нажимной блок содержит два нажимных устройства 21, расположенные на противоположных боковых поверхностях блока 10 пресс-формы, каждый из которых содержит упругое нажимное средство 24 (схематично проиллюстрированное на фиг. 2 А и 2 В), соединенное с верхней головкой (которая определяет средство 23), предназначенной для соединения с охватываемой частью 13, в частности с ее периферийной кромкой 13 а, и с нижней головкой (которая определяет средство 22), предназначенной для соединения с охватывающей частью 12, в частности с ее боковыми отводами 12b. Когда блок 10 пресс-формы находится в положении начала формования (см фиг. 2 А), охватываемая и охватывающая части находятся на одном расстоянии друг от друга, и нажимные средства 24 создают максимальное нажимное усилие, направленное на продвижение охватываемой части 13 внутрь охватывающей части 12. Когда охватываемая часть 13 достигает максимальной степени проникновения (которой соответствует закрытие пресс-формы, см. фиг. 2 В), нажимное усилие проникновения на частях нажимных средств 24 сохраняет свою величину (минимум). Нажимное усилие, создаваемое нажимным блоком, является постоянным, т.е. оно сохраняет определенное значение (с возможностью изменения от максимального до минимального). Нажимное усилие, создаваемое нажимным блоком, таково, что обеспечивает проникновение охватываемой части 13 внутрь матрицы М, образуется формующая камера F изделия, когда порция D подвержена этапу нагревания. Предпочтительно предусмотрено наличие направляющих стоек 18, выступающих вверх, прикрепленных нижним концом к верхней кромке охватывающей части 12, которые посредством цилиндрического соединения соединены с соответствующими втулками 19, прикрепленными к верхней кромке охватываемой части 13. Функция втулок 19 и стоек 18 заключается в направлении с достаточной точностью движения проникновения охватываемой части 13 внутрь охватывающей части 12. Блоки 10 пресс-форм являются подвижными и выполнены с возможностью движения поодиночке и самостоятельно, при этом они могут быть расположены в любом месте вместе с нажимными блоками,жестко присоединенными к ним. В частности, возможен их свободный циклический ввод в участок 30 нагрева и последующий перевод на участок 35 охлаждения. Данное устройство дополнительно содержит (см. фиг. 1) по меньшей мере один участок 30 нагрева,снабженный по меньшей мере одним средством 31 нагрева, предназначенным для нагрева блока 10 пресс-форм вплоть до приведения содержащейся в нем порции D пластичного материала в текучее состояние. Участок 30 нагрева может использовать различные источники энергии; например излучающую печь с инфракрасными лучами, снабжаемую электрической энергией, или нагревательную печь, использую-4 022410 щую пламя или продукты горения, снабжаемую газом или иным топливом, или электрический индукционный нагреватель. Тем не менее, он должен быть способен нагревать блок 10 пресс-формы до температуры, необходимой для перевода содержащейся в нем порции D пластичного материала в текучее состояние, предпочтительно за кратчайшее возможное время. Описанные источники энергии обеспечивают превосходный нагрев порции D пластичного материала, находящейся в блоке 10 пресс-форм, поскольку внешняя поверхность охватываемой части 13, обращенная вверх, и внешняя поверхность охватывающей части 12, обращенная вниз, в основном свободны от промежуточных объектов, поскольку нажимные устройства 21 расположены на боковых поверхностях блока 10 пресс-формы, и поэтому внешняя поверхность остается практически полностью свободной, благодаря чему возможна эффективная передача тепла блоку 10 пресс-форм путем излучения, конвекции (горячие газы), или за счет электрической индукции. Напротив, в традиционном способе (например, описанном в US 2002/0017742 А 1) взаимное проникновение охватываемой и охватывающей частей обеспечивается за счет пресс-формы, которая прижимает и с этой целью покрывает всю внешнюю поверхность охватываемой части, а нижнее неподвижное основание, являясь противодействующим основанием, прижимает и с этой целью покрывает всю внешнюю поверхность охватывающей части. В этом случае необходимо передавать тепло пресс-форме путем нагрева частей пресса, которые, в свою очередь, нагревают части пресс-формы за счет проводимости. В случае средства 31 нагрева, использующего излучение, одно средство 31 нагрева предпочтительно расположено в каждой печи сверху, а другое средство 31 нагрева - ниже блока пресс-формы. Как показано на фиг. 1, предпочтительно предусмотрено наличие нескольких параллельных участков 30 нагрева, предназначенных для одновременной работы с несколькими блоками 10 пресс-форм. Устройство по данному изобретению дополнительно содержит по меньшей мере один участок охлаждения, предназначенный для охлаждения блока пресс-форм и расположенный ниже по потоку за участком нагрева. Например, участок 35 может предпочтительно содержать средство 36 распыления, распыляющее и разбрызгивающее охлаждающую воду на блок 10 пресс-формы, который перемещается на конвейере 38, выходящем из участка 30 нагрева. Ниже расположен поддон 37 для сбора воды, и вода в устройстве используется повторно. Устройство дополнительно содержит участок 40 дозирования, где внутрь каждого блока 10 прессформы загружают порцию D пластичного материала. Например, участок 40 оборудован емкостью 41, содержащей большое количество материала, который подается посредством дозирующего устройства 43 в бункер 42, откуда порция D попадает в полость М блока 10 пресс-формы, перемещаемого конвейером 44. Во время работы устройства выполняются следующие этапы. На начальном этапе каждый блок пресс-формы проходит участок 40 дозирования, где в полость М загружают порцию D материала. Используемый материал должен представлять собой термопластичный материал, к которому может быть добавлен наполнитель, в частности инертный материал. При этом количество термопластичного материала должно быть таким, чтобы в готовом изделии любой добавленный материал был связан термопластичным материалом. Материал вводят в полость М матрицы охватывающего блока пресс-формы в твердом или полутвердом состоянии, в виде гранул или в любом случае в достаточно измельченном виде, чтобы обеспечить возможность дозирования и загрузки с достаточной точностью. Предпочтительно использование малых порций, что позволяет управлять дозированием в полость М с достаточной точностью. Загрузка материала в полость М осуществляется в то время, когда охватывающая часть 12 не закрыта охватываемой частью 13. На втором этапе охватывающую часть 12, содержащую порцию D, переносят на участок 45 сборки,где к ней присоединяют соответствующую охватываемую часть 13, и к упомянутым двум частям 12 и 13 присоединяют соответствующий нажимной блок, например два нажимных устройства 21, которые приложены к двум частям 12 и 13. Далее блок пресс-формы переводят в конфигурацию предпроникновения, в которой охватываемая часть 13 лишь частично проникла в полость М, вплоть до соприкосновения с порцией D, которая, будучи в твердом состоянии, по существу, не меняет свою форму и объем и препятствует проникновению охватываемой части 13 в полость М на максимальную степень. Таким образом, в такой конфигурации степень проникновения оказывается минимально возможной, и две части 12 и 13 находятся на максимальном расстоянии друг от друга, хотя и соединены. В данной конфигурации два устройства 21 обеспечивают постоянное нажимное усилие для взаимного проникновения, в частности максимальную упругую предварительную нагрузку, которой, как было отмечено выше, противопоставлена высокая степень недеформируемости порции D. На следующем (третьем) этапе блок пресс-формы, загруженный порцией материала, нагревают на участке 30 нагрева вплоть до перехода содержащейся в нем порции D пластичного материала в текучее состояние, при этом одновременно прикладывают нажимное усилие, обеспечиваемое соответствующим нажимным блоком. В частности, на этом этапе термопластичный материал доводят до уровня вязкости, лежащего в пределах от минимально возможного значения до 9/10 этого значения. Нагрев термопластичного материала осуществляется за счет проводимости стенок охватываемой и охватывающей частей, которые нагреваются средствами 31 нагрева, и за счет конвекции благодаря нагреву воздуха, находящегося между гранулами; воздух выходит из полости М и вносит свой вклад в нагрев имеющихся гранул. Загружаемый материал предпочтительно может быть предварительно нагрет так, чтобы ускорить выполнение этого этапа. После плавления гранул получается текучий материал, реологическое поведение которого аналогично поведению жидкостей, поэтому он несжимаем при малых и средних давлениях.По этой причине нет необходимости в этапе прессования блока 10 пресс-форм, поскольку он не даст какого-либо улучшения конечных физических характеристик пластичного материала. Нажимное усилие, обеспечиваемое предварительно нагруженными устройствами 21, которые действуют в направлении введения охватываемой части 13 в полость М, компенсирует уменьшение объема,занятого твердыми гранулами, следуя за изменением их состояния и вытеснением воздуха, изначально имеющегося между гранулами, вплоть до получения внутри формующей камеры F подходящего объема для производства требуемого изделия. На этом этапе должно быть преодолено трение между охватываемой частью 13 и охватывающей частью 12, возникающее при проникновении первой во вторую на этапе закрытия пресс-формы. Нажимное усилие вносит свой вклад в изменение внутренней скорости движения и потоков расплавленного пластичного материала, изменяя время, необходимое для процесса формования. Необходимое для проникновения нажимное усилие относительно мало, порядка 0,05-0,2 кг/см 2. Это позволяет закрывать пресс-форму посредством относительно малых нажимных устройств 21, перемещаемых вместе с блоком пресс-формы, и означает возможность выполнения этой операции без использования прессов, которые обычно имеют большие габариты и высокую стоимость, а также являются неподвижными. Предварительно нагруженная система на этапе нагрева и на этапе плавления мгновенно компенсирует изменения объема пластичного материала, способствуя вытеснению воздуха из пресс-формы. Проникновение заканчивается при достижении заранее заданного конца движения на этапе закрытия пресс-формы; к этому моменту материал полностью заполняет формующую камеру F, имеющую окончательную конфигурацию, соответствующую форме, которую следует придать данному изделию. На следующем этапе блок пресс-формы вместе с соответствующим нажимным блоком переводят с участка нагрева на участок 35 охлаждения, предназначенный для охлаждения блока пресс-формы, что позволяет извлечь изделие Р. На участке 35 блок пресс-формы охлаждают, при этом к нему приложено нажимное усилие соответствующего нажимного блока. Блок пресс-формы охлаждают охлаждающей водой (или иным веществом), поступающей из средств 36 распыления, и материал, находящийся в формующей камере F, также охлаждается и возвращается в твердое (или практически твердое) состояние. От начала этапа нагрева блока 10 пресс-формы(на участке 30 нагрева) и вплоть до окончания последующего этапа охлаждения блока 10 пресс-формы(на участке 35 охлаждения), в том числе и во время перевода с одного участка на другой, блок 10 остается под воздействием нажимного усилия, обеспечиваемого соответствующим нажимным блоком. Поэтому на этапе охлаждения изделие остается под давлением, что способствует оптимальному переходу изделия из более расплавленного состояния в твердое состояние внутри блока 10 пресс-формы и получению оптимальных результатов по качеству готового изделия. После этого на следующем участке 50 (разборки) блок пресс-формы разбирают и изделие Р извлекают из формующей камеры F для отправки на дальнейшую обработку. Охватывающие части 12 отправляют на участок 55 набора, откуда их возвращают в рабочий цикл, направляя на участок 40 дозирования; между тем охватываемые части 13 собирают на участке 45 сборки, где их вновь соединяют с соответствующей охватывающей частью 12, загруженной порцией материала D. Второй вариант осуществления нажимного блока, иллюстрируемый фиг. 3 А, 3 В, 4, 5 А, 5 В, 5 С, 6-8,отличается от предыдущего варианта конфигурацией двух нажимных устройств (обозначенных здесь номером 210), расположенных (в данном случае также) на двух противоположных боковых сторонах блока 10 пресс-формы. Каждое устройство 210 содержит упругое нажимное средство 240, соединенное с двумя первыми средствами 230, закрепленными на охватываемой части, и соединенное со вторым средством 220, закрепленным на охватывающей части. Причем к этим двум средствам 220, 230 крепления приложено нажимное усилие, создаваемое нажимными средствами 240 так, что обеспечивается проникновение охватываемой части в охватывающую часть на этапе формования. Упругое нажимное средство 240 образовано вытянутой слоистой пластиной, выполненной из материала с хорошей упругой податливостью, например из гибкой упругой стали. Два конца 241 нажимного средства 240 жестко скреплены с охватываемой частью 13 посредством двух соответствующих скоб (образующих средство 230 крепления), а центральная часть нажимного средства 240 закреплена на опорном элементе (который образует средство 220 крепления), который образует крепление с охватывающей частью 12. Каждая скоба 230 прикреплена своим верхним концом к нижней поверхности периферийной кромки 13 а охватываемой части 13 посредством болта 231 и направлена вертикально вниз, проходя через отверстие 122, предусмотренное в кромке 12 а охватывающей части 12, и выступает вниз за кромку 12 а(см., в частности, фиг. 6). Нижняя концевая часть скобы 230 содержит захват 232, расположенный под кромкой 12 а, который образует собой горизонтальную опорную площадку, предназначенную для того, чтобы принимать и поддерживать конец 241 нажимного средства 240. Опорный элемент 220 (см., в частности, фиг. 8) содержит центральную деталь 221, которая закрепляет средний участок нажимного средства 240; причем деталь 221 образована двумя пластинами, верхней и нижней пластиной, которые закрывают с двух сторон нажимные средства 240, при этом упомянутые три детали находятся во взаимном соприкосновении. Опорный элемент 220 дополнительно содержит винт 222, имеющий стержень 223 и головку 225. Стержень 223 имеет резьбу и находится в зацеплении через сквозное резьбовое отверстие 224, предусмотренное в центральной детали 221; причем стержень 223 выступает наружу и вверх по отношению к центральной детали 221, и его верхний конец упирается с нажимом в нижнюю поверхность кромки 13 а. Нажимное средство 240 имеет сквозное отверстие, соосное с отверстием 224, через которое свободно проходит стержень 223. Во время использования, когда охватываемая и охватывающая части пресс-формы не соединены,нажимное средство 240 вместе с опорным элементом 220 также отделено от двух частей пресс-формы, а скобы 230 остаются прикрепленными к соответствующим охватываемым частям. После присоединения охватываемой части 13 к охватывающей части 12, содержащей порцию D, соответствующий нажимной блок прикладывают к охватываемой и охватывающей частям (12 и 13) пресс-формы, т.е. два нажимных устройства 210 прикреплены к обеим частям 12 и 13. С этой целью выполняют следующие операции. Вначале два конца 241 нажимного средства 240 опирают на опорные площадки захватов 232, выступающих вниз за пределы кромки 12 а охватывающей части 12 (см. фиг. 5 а); в то же время верхний конец стержня 223 вводят в соприкосновение с нижней поверхностью кромки 12 а. На этом этапе стержень 223 выступает вверх за пределы центральной детали 221 лишь на короткий отрезок (что также проиллюстрировано пунктирной линией на фиг. 8). На этом этапе нажимное средство 240 испытывает лишь небольшую изгибающую нагрузку или вовсе не испытывает таковой, и взаимное нажимное усилие между двумя частями пресс-формы близко к нулю. Чтобы нагрузить нажимное средство 240, поворачивают винт 222, воздействуя на его головку таким образом, что благодаря винтовому соединению между стержнем 223 и резьбовым отверстием 224 происходит увеличение длины участка стержня 223, выступающего над центральной деталью 221 так,что нажимное средство изгибно деформируется, поскольку его центральная часть, будучи захвачена центральной деталью 221, удаляется от кромки 12 а охватывающей части, а ее концы 241, закрепленные скобами 230, сохраняют свое положение по отношению к кромке 12 а (см. фиг. 5 В). Изгиб нажимного средства 240 реализуют до определенной величины так, что оно нагружено на надлежащую величину для обеспечения посредством реакции требуемого нажимного усилия между охватываемой частью, прикрепленной к скобам 230, которые, в свою очередь, прикреплены к концам нажимного средства 240, и охватывающей частью, закрепленной и опирающейся на опорный элемент 220,в свою очередь, прикрепленный к средней части нажимного устройства 240. Это нажимное усилие таково, что сближает части пресс-формы так, чтобы обеспечить проникновение охватываемой части 13 внутрь полости М с целью формования изделия. Для отсоединения нажимных устройств 210 от частей пресс-формы, описанную выше процедуру выполняют в обратном порядке. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для формования прессованием изделий, изготавливаемых с использованием термопластичных материалов, содержащее один или более блоков (10) пресс-формы, которые являются свободными, подвижными и выполнены с возможностью движения независимо друг от друга и каждый из которых содержит охватывающую часть (12) с полостью (М) матрицы и охватываемую часть (13), предназначенную для проникновения внутрь полости (М) матрицы так, чтобы образовать и ограничивать собой формовочную камеру (F) изделия, при этом полость (М) матрицы охватывающей части предназначена для размещения порции материала; по меньшей мере один участок (30) нагрева, имеющий по меньшей мере одно средство нагрева,предназначенное для нагрева блока (10) пресс-формы вплоть до перехода содержащегося в нем пластичного материала в текучее состояние; по меньшей мере один участок (35) охлаждения, предназначенный для охлаждения блока (10) пресс-формы и расположенный ниже по потоку от участка нагрева, при этом блоки (10) пресс-формы являются подвижными и выполнены с возможностью свободного цикличного ввода на участок нагрева и последующего перевода оттуда на участок охлаждения,отличающееся тем, что оно содержит нажимные блоки, каждый из которых жестко соединен с соответствующим блоком (10) пресс-формы и предназначен для обеспечения нажимного усилия для проникновения охватываемой части (13) внутрь полости (М) матрицы в процессе формования изделия, при этом нажимной блок выполнен с возможностью движения совместно с соответствующим блоком (10) пресс-формы при его перемещениях во время рабочих операций, выполняемых на участках нагрева и охлаждения, и во время перевода с одного участка на другой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый нажимной блок содержит, по меньшей мере,нажимное устройство (21, 210), содержащее, по меньшей мере, нажимное средство (24, 240), прикрепленное к охватываемой части и к охватывающей части, при этом нажимное средство (24, 240) обеспечивает такое нажимное усилие, которое обеспечивает проникновение охватываемой части внутрь охватывающей части. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нажимное усилие, создаваемое нажимным устройством (21, 210), является постоянным. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нажимное устройство (21, 210) содержит упругое нажимное средство (24, 240), которое выполнено с возможностью воздействия при предварительном нагружении на охватываемую и охватывающую части. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый нажимной блок содержит по меньшей мере два нажимных устройства (21, 210), расположенных на боковых сторонах блока (10) пресс-формы. 6. Устройство по любому из пп.5 или 2, отличающееся тем, что каждое нажимное устройство (21,210) содержит упругое нажимное средство (24, 240), предназначенное для соединения с охватываемой частью (13) и охватывающей частью (12). 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нажимное средство (240) образовано вытянутой слоистой пластиной, выполненной из материала с хорошей упругой податливостью, два конца (241) которой жестко прикреплены к охватываемой части (13) посредством двух соответствующих скоб (230), в то время как центральная часть нажимного средства (240) прикреплена к опорному элементу (220), который образует крепление с охватывающей частью (12). 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что опорный элемент (220) содержит центральную деталь (221), которая закрепляет средний участок нажимного средства (240); винт (222), имеющий резьбовой стержень (223), который находится в зацеплении через сквозное резьбовое отверстие (224) центральной детали (221); причем стержень (223) выступает наружу вверх по отношению к центральной детали (221) и его верхний конец упирается с нажимом в нижнюю поверхность кромки (13 а) охватываемой части (13). 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что охватываемая часть и охватывающая часть блока (10) пресс-форм имеют толщину, достаточную только для того, чтобы выдерживать нажимные усилия. 10. Способ формования прессованием изделий с использованием термопластичных материалов при помощи устройства по любому из пп.1-9, в котором обеспечивают один или более блоков (10) прессформ (10), каждый из которых содержит охватывающую часть (12), имеющую полость (М) матрицы, и охватываемую часть (13), предназначенную для проникновения внутрь полости (М) матрицы так, чтобы образовать формующую камеру F изделия, при этом полость (М) матрицы охватывающей части предназначена для размещения порции материала,отличающийся тем, что загружают порцию материала в полость (М) каждого блока (10) пресс-формы; нагревают блок (10) пресс-формы, загруженный порцией материала, на участке нагрева до перехода содержащегося в них пластичного материала в текучее состояние, при этом прикладывают к нему нажимное усилие при помощи соответствующего нажимного блока; переводят блок (10) пресс-формы вместе с соответствующим нажимным блоком с участка нагрева на участок охлаждения, предназначенный для охлаждения блока (10) пресс-формы; охлаждают блок (10) пресс-формы на участке охлаждения, при этом приложенное к нему нажимное усилие обеспечено соответствующим нажимным блоком. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что доводят термопластичный материал на этапе нагрева до уровня вязкости, находящегося в пределах между ее минимально возможным значением и 9/10 этого значения.

МПК / Метки

МПК: B29C 43/04, B29C 33/20, B29C 33/34

Метки: прессованием, изделий, формования, способ, устройство

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/13-22410-ustrojjstvo-i-sposob-dlya-formovaniya-pressovaniem-izdelijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ для формования прессованием изделий</a>

Похожие патенты