УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ КОМПРЕССИОННОГО ФОРМОВАНИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
DEVICE AND METHOD FOR COMPRESSION MOULDING OF PLASTIC ARTICLES

Настоящее изобретение относится к способу компрессионного формования пластмассовых изделий, при котором изделие получают путем сжатия отмеренного количества (дозы) расплавленного пластичного материала между двумя частями формы, и системе для осуществления этого способа.
В частности, настоящее изобретение относится к изготовлению пластмассовых тюбиков, например, для зубной пасты или косметики, состоящих из гибкого цилиндрического корпуса, соединенного с головкой, содержащей плечо и отверстие. В данном случае головка тюбика изготавливается и одновременно приваривается к корпусу за одну операцию. Головка тюбика изготавливается из дозы расплавленного материала, которая формируется и сжимается между нижним инструментом формы, называемым матричным комплектом, и верхним инструментом, называемым оправкой, на который насаживается гибкий цилиндрический корпус. Температура материала обеспечивает его приваривание к корпусу тюбика. Обычно на станке для производства тюбиков несколько форм приводятся в движение (прерывистое или непрерывное), причем каждая из форм проходит разные этапы осуществления способа (загрузка корпуса тюбика, размещение дозы пластичного материала, компрессионное формование, охлаждение, выемка из формы и выгрузка тюбика).
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства и способы изготовления таких тюбиков известны.
В качестве примера можно привести патенты US 4943405, US 4352775 и патентную заявку DE 10349837, описывающие способы и устройства, в которых доза размещается вокруг стержня, формирующего отверстие тюбика. Содержание этих публикаций в части описания указанных способов и устройств включено в настоящую заявку посредством ссылки.
В частности, в соответствии с патентом US 4943405 и как представлено на Фиг.1 указанного документа, доза пластичного материала, имеющая форму кольца, размещается при подаче над верхней поверхностью втулки и вокруг стержня, служащего для формирования отверстия в плече. Выпускное отверстие источника подачи окружено кольцевым соплом, обеспечивающим выпуск воздуха под давлением для отделения размещенной дозы от источника подачи после подачи желаемого количества. Сразу после размещения дозы на втулке подача прекращается и подводится оправка, имеющая форму изготавливаемого плеча. Передняя поверхность оправки входит в контакт с верхней поверхностью стержня, и система втулка-стержень толкается внутрь матриц плеча и резьбы для формования головки, которая станет концевой частью тюбика. Отверстие головки формируется стержнем, продольно перемещающимся во втулке. На этом этапе формования головки и перемещения оправки в матрице оправка толкает стержень по оси во втулку из верхнего положения в нижнее, в котором он формирует отверстие в плече, выступая за верхнюю поверхность втулки.
Проблема устройства, описанного в этом патенте, касается относительного положения стержня во втулке. Если стержень направляется и свободно скользит в осевом направлении, это скольжение не позволяет контролировать его положение, в особенности положение его верхней поверхности относительно верхней поверхности втулки. Между тем, это положение очень важно, поскольку именно с помощью этого относительного положения формируется отверстие в головке. Толщина материала вокруг отверстия имеет большое значение, поскольку именно она определяет относительное положение втулки и стержня. Неопределенное положение приводит к изготовлению головок с дефектами, в частности, без отверстия.
Патент US 4352775 описывает другой способ изготовления тюбиков и устройство для его осуществления. В соответствии с этой публикацией доза, имеющая форму кольца, помещается непосредственно на дно матрицы, имеющей форму головки, окружая стержень, формирующий отверстие. Стержень удерживается в верхнем положении с помощью пружины и при введении оправки в матрицу для формования головки толкается против усилия пружины. Это устройство не содержит втулки, служащей промежуточной опорой для дозы, что снижает точность центрирования положения дозы в форме. Кроме того, в результате отсутствия промежуточной опоры происходит быстрое охлаждение частей дозы, входящих в контакт со стенками формы. Этот градиент температур внутри дозы может вызывать деформацию формованных изделий.
В заявке DE 10349837 описывается другой способ изготовления тюбиков и устройство для его осуществления со стержнем и втулкой, подобными описанным в упомянутом выше патенте US 4943405. В соответствии с этой патентной публикацией Германии стержень установлен с возможностью скольжения во втулке и смонтирован на пружине, поддерживающей его в верхнем положении относительно втулки. При введении оправки в матрицу для формования плеча стержень толкается против усилия указанной пружины.
Проблема решений, описанных в патенте US 4943405 и заявке DE 10349837, связана с неконтролируемым скольжением стержня во втулке, в особенности, когда оправка упирается в переднюю поверхность стержня и оправка вместе со стержнем перемещается в матрицу. Указанное неконтролируемое скольжение может препятствовать образованию отверстия в формуемой детали (обычно при полном втягивании стержня во втулку). Оно также может приводить к неоднородному или несоответствующему распределению дозы на втулке.
В случаях с тюбиками, имеющими отверстия маленького диаметра, менее 1,5 мм и, например, 0,8 мм, устройства, описанные в патентах US 4943405 и US 4352775, не обеспечивают надежного изготовления указанных тюбиков. В действительности, в этой конфигурации отсутствие надежной опоры и малый диаметр стержня приводят к продольному изгибу стержня вплоть до поломки, когда оправка упирается в его верхнюю поверхность. Стержни могут часто ломаться, что приводит к остановкам производства, кроме того, куски стержней повреждают другие детали формы при ее закрытии.
Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является улучшение известных способов и устройств и, в частности, обеспечение надежного изготовления тюбиков с отверстиями маленьких диаметров без риска поломки стержней.
Одной из задач настоящего изобретения является создание системы, позволяющей лучше контролировать положение поршня относительно втулки, в особенности, при формовании плеча с помощью оправки.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа формования плеч тюбиков, более эффективного, чем известные способы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству для формования пластмассового изделия, в котором изделие получают путем сжатия дозы (отмеренного количества) расплавленного пластичного материала между двумя частями формы, содержащему, по меньшей мере, источник подачи пластичного материала, стержень, установленный с возможностью скольжения во втулке, предназначенной для временной поддержки указанной дозы пластичного материала, форму головки изделия и оправку, взаимодействующую с указанной формой. Устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается от известных устройств тем, что содержит неупругие стопорные средства, предназначенные для ограничения двустороннего перемещения стержня во втулке.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает превосходный контроль перемещения стержня, точнее его конечных положений. В частности, оно позволяет всегда удерживать стержень в положении, исключающем закупорку отверстия плеча при его изготовлении.
Известные устройства не обеспечивают указанных преимуществ, поскольку они либо не содержат стопорных средств для верхнего или нижнего положений стержня, либо содержат упругие стопорные средства (например, пружины), которые не могут обеспечить точного положения стержня относительно втулки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.1 представлена нижняя часть формы, матричный комплект.
На Фиг.1А представлено устройство по Фиг.1 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.1В представлено устройство по Фиг.1 в соответствии со следующим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.2 представлено открытое дозирующее сопло, формирующее дозу пластичного материала в нижней части формы.
На Фиг.3 представлено закрытое дозирующее сопло и доза, расположенная в нижней части формы.
На Фиг.4 представлено устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по Фиг.3, но со стержнем маленького диаметра.
На Фиг.5 представлено устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по Фиг.3, но со стержнем большого диаметра.
На Фиг.6 представлены оправка и матричный комплект в начале этапа сжатия.
На Фиг.7 представлен конец этапа сжатия.
На Фиг.8 представлено размещение дозы на втулке.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 представлена в положении покоя нижняя часть формы, называемая матричным комплектом, содержащая матрицу 6 плеча, предназначенную для формования наружной части головки тюбика, матрицу 7 резьбы, состоящую из нескольких частей для обеспечения возможности выемки резьбы из формы и расположенную по оси симметрии устройства втулку 8, установленную с возможностью поступательного движения вдоль оси А. Втулка 8 содержит первый уступ 8а, ограничивающий ее перемещение между двумя ограничителями 9 и 10.
Матричный комплект содержит также стержень 11, используемый для формирования отверстия в плече. Стержень 11 содержит в нижней части уступ 24 и установлен с возможностью скольжения во втулке 8. Перемещение стержня 11 ограничено в верхнем положении уступом 24 и ограничителем 12, расположенным на втулке 8. Перемещение стержня 11 также ограничено в нижнем положении штифтом 13, например, цилиндрической формы и ограничителем 14, расположенным на втулке 8, причем ограничитель 14 образован нижней стенкой продолговатого отверстия 8b в указанной втулке 8. Предпочтительно штифт 13 расположен перпендикулярно в отверстии в стержне 11, например, забит в него. Указанный штифт позволяет полностью заблокировать относительное перемещение в осевом направлении стержня 11 и втулки 8. Такая блокировка особенно важна после размещения дозы материала и установления контакта между оправкой и верхней поверхностью стержня для формования плеча. В известных системах, использующих пружины, стержень в таком положении может продолжать движение, в особенности под действием материала, подвергающегося компрессионному формованию в соответствии с этим способом, и, таким образом, приводить к образованию дефектов, например, к закупорке или деформации отверстия, или к формированию отверстия с диаметром, равным наружному диаметру втулки 8.
На Фиг.1А представлено устройство по Фиг.1 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором отсутствует уступ 24 стержня 11 и верхний ограничитель 23 осуществляется в результате контакта цилиндрического штифта 13 с верхней стенкой продолговатого отверстия 8b. Преимущество этого варианта осуществления настоящего изобретения состоит в простоте изготовления и осуществления. Использование одного штифта для двух ограничителей 14, 23 упрощает изготовление устройства.
Устройство в соответствии со следующим вариантом осуществления настоящего изобретения также может не содержать штифта 13 (см. Фиг.1В). В этом случае перемещение стержня 11 ограничено в верхнем положении уступом 24 и ограничителем 12, расположенным на втулке. Перемещение стержня 11 в нижнем положении ограничено стопорным кольцом 25 для внутреннего диаметра (стяжным кольцом), установленным в канавке в нижней части втулки 8.
Относительные перемещения втулки 8 и стержня 11 осуществляются с помощью приводного механизма (не показан), такого как пружина или пневматический домкрат, оказывающий воздействие на стержень 11.
На Фиг.2 и 3 представлены этапы размещения дозы расплавленного пластичного материала. Дозирующее сопло 1, расположенное над матрицей 6 и концентрично по отношению к втулке 8, формирует дозу 3 расплавленного пластичного материала. Дозирующее сопло 1 питается от экструдера (не показан) известной конструкции.
На Фиг.2 клапан 2 осуществляет линейное перемещение под действием приводного механизма (не показан), обеспечивающее формирование кольцевой дозы 3 в проходе 4 и ее размещение на верхней поверхности 16 и по окружности 17 втулки 8.
На Фиг.3 приводной механизм затем перемещает клапан 2 в обратном направлении, в результате чего выпускное отверстие 4 закрывается. Доза пластичного материала отрезается и отрывается с помощью воздушной продувки прохода 5.
Для точного размещения дозы 3 пластичного материала на втулке 8 по Фиг.5, т.е. для приведения указанной дозы 3 в контакт с верхней поверхностью 16 и окружностью 17 указанной втулки 8, должны быть объединены несколько условий:
- расстояние между верхней поверхностью 15 стержня 11 и верхней поверхностью 16 втулки 8 должно слегка превышать толщину соответствующей стенки формуемой детали (головки тюбика);
- клапан 2 должен находиться очень близко к поверхности 15 стержня 11 или предпочтительно входить в контакт с указанной поверхностью на этапе открытия дозирующего сопла;
- диаметр клапана 2 выбирается в зависимости от диаметра втулки 8.
В соответствии с настоящим изобретением доза размещается на втулке 8 (на верхней поверхности 16 и по окружности 17). Таким образом, она хорошо отцентрирована и не перемещается при перемещении инструментов. Дефекты формования исключаются. С другой стороны, если для того же диаметра тюбика диаметр отверстия изменяется, можно сохранить тот же диаметр дозирующего клапана, поскольку диаметр втулки 8 остается идентичным (маленькое отверстие (D5) на Фиг.4; большое отверстие (D6) на Фиг.5). На заводах по производству тюбиков, содержащих косметические средства, линия обычно производит тюбики одинакового диаметра, но диаметр отверстия часто меняется. Настоящее изобретение обеспечивает экономию времени на замену инструментов, поскольку позволяет исключить изменения диаметра дозирующего сопла, так же как и обновление его настроек. С другой стороны, это позволяет уменьшить диапазон диаметров дозирующих сопел, необходимый для изготовления ряда диаметров тюбиков (например, если ранее требовалось 6 разных сопел, согласно способу в соответствии с настоящим изобретением требуется только 3 разных диаметра).
В случае с тюбиками с маленькими отверстиями (см. Фиг.4), приведенная длина стержня 11, на которую он выступает за верхнюю поверхность 16 втулки 8, очень мала, обычно практически равна, точнее слегка превышает расстояние между оправкой и втулкой при нижнем положении оправки, в результате чего, когда оправка 18 входит в контакт с верхней поверхностью 15 стержня 11, последняя подвергается только деформации сжатия, и всякий риск продольного изгиба исключается. Таким образом, устройство в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает надежное изготовление тюбиков с очень маленькими отверстиями.
На следующем этапе, представленном на Фиг.6, нижняя часть формы, называемая матричным комплектом и содержащая матрицу 6, отходит от дозирующего сопла 1, и оправка 18 расположена над ней и концентрично по отношению к ней. Цилиндрический корпус 19 тюбика насажен на оправку 18. Оправка 18 перемещается по направлению к матрице 6 и входит в контакт с верхней поверхностью 15 стержня 11. Затем система «стержень 11 - втулка 8» приводится в движение, пока не дойдет до ограничителя 10 (Фиг.7). При этом движении цилиндрический штифт 13 может войти в контакт с нижним упором 14, что не позволит нижней поверхности оправки 18 войти в контакт с поверхностью 16 втулки 8. В конце перемещения уступ 8а втулки 8 входит в контакт с ограничителем 10. Верхняя поверхность 15 стержня 11 остается в контакте с оправкой 18, и штифт 13 не соприкасается с ограничителем 14. Преимущество указанной конфигурации состоит в возможности точного формирования отверстия тюбика вокруг стержня 11. Доза 3 пластичного материала постепенно деформируется, пока не заполнит полость, образованную матричным комплектом и оправкой 18, и приваривается к концевой части 19 тюбика. Комплект остается под давлением на этапе охлаждения.
На Фиг.8 представлено устройство и та же конфигурация, что и на Фиг.3, отличающиеся только тем, что на Фиг.8 представлено размещение дозы 3 на втулке 8.
Пластичный материал, составляющий дозу 3, расположен как на верхней поверхности 16, так и на боковой стенке 17 втулки 8.
Количество пластичного материала, расположенного вдоль или в продолжение боковой стенки 17 втулки 8, значительно больше, чем количество пластичного материала, расположенного над верхней поверхностью 16 втулки 8.
Однако наличие пластичного материала над верхней поверхностью 16 втулки 8 имеет несколько преимуществ, в частности, оно позволяет эффективно удерживать дозу 3 в заданном положении. Таким образом исключается риск преждевременного опускания дозы 3 вдоль втулки 8. Здесь будет отмечено, что такая опасность существует при использовании устройства, описанного в патентной заявке Германии DE 10349837, поскольку в нем вся доза целиком расположена на боковой стенке втулки.
Неожиданно было обнаружено, что качество формованных изделий улучшается при распределении пластичного материала определенным образом между зонами, расположенными соответственно выше и ниже плоскости 20, совпадающей с верхней поверхностью втулки 8. В частности, качество формованных изделий улучшается, если количество пластичного материала 22, расположенного выше плоскости 20, составляет от 20 до 40% от общей массы дозы 3, а количество пластичного материала 21, расположенного ниже плоскости 20, составляет соответственно от 80 до 60% от общей массы дозы 3. Предпочтительно отношение массы верхнего материала к массе нижнего материала составляет приблизительно 30/70.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными выше примерами осуществления.