СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
METHOD AND DEVICE FOR BILLETS PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного производства путем литья под давлением с последующим прессованием заготовок для изготовления тары, такой как бутылки, из синтетического материала, при помощи экструдера, а также относится к установке для осуществления этого способа.
Тару из синтетического материала, например бутылки из ПЭТ, производят путем вытяжки-выдувания заготовки, как правило, двумя способами, а именно:
- согласно способу, называемому «двухэтапным», при помощи пресса для литья под давлением и многополостной формы сначала производят заготовки. Этот пресс для литья под давлением трансформирует гранулы ПЭТ в заготовки. Эти заготовки, производимые последовательными партиями (равными числу полостей формы) и хранящиеся при окружающей температуре, впоследствии направляют в установку для выдувания, расположенную поблизости или на расстоянии.
- согласно способу, называемому «одноэтапным», заготовки и бутылки производят непрерывно на одной установке. Эта установка трансформирует гранулы ПЭТ в готовые к использованию бутылки.
«Двухэтапный» способ позволяет производить несколько заготовок одновременно, но когда заготовки поступают в установку для выдувания, они находятся при окружающей температуре, и их необходимо нагревать до температуры выдувания, которая примерно равна 100°С, что, с одной стороны, требует наличия специальных средств логистики для заготовок (складирование, транспортировка, погрузочно-разгрузочные работы) и, с другой стороны, приводит к удорожанию производства. «Одноэтапный» способ позволяет экономить энергию, так как заготовки, поступающие в установки для выдувания, уже находятся при температуре порядка 60°, что позволяет сэкономить энергию, необходимую для нагревания заготовок от окружающей температуры до 60°.
Независимо от выбранного способа изготовление заготовки требует трансформации термопластического синтетического материала, в данном случае ПЭТ, для получения заготовки из охлажденной формы.
Идеально высушенные гранулы (примерно 160°С в течение нескольких часов) подвергают трансформации при помощи экструдера для расплавленного материала примерно при 270°С.
Для получения заготовки из этого расплавленного пластического материала можно применять три известных принципа:
Классическое литье под давлением
: Горячий материал впрыскивают в статическую форму в две фазы: динамическая фаза заполнения формы, статическая фаза выдержки для формирования заготовки во время охлаждения. Давление впрыска, как правило, превышает 1000 бар.
Эта технология связана с большими механическими напряжениями, действующими на материал, и требует наличия эффективной установки с точки зрения усилий закрывания формы и давления впрыска. Необходимо наличие запорной системы, чтобы в конце фазы выдержки перекрывать впрыск.
Прессование
: Точное количество расплавленного материала вводят в форму с подвижным пуансоном. Процесс прессования происходит за счет движения пуансона, который давит на материал для формования заготовки. Эта система является экономичной с точки зрения конструкции установки (отсутствие системы впрыска, низкие механические напряжения), эффективной с точки зрения качества заготовки (отсутствие точки впрыска), но сложной в применении, поскольку требует введения точного количества горячего материала в форму.
Литье под давлением с последующим прессованием
: Точнее, количество горячего материала впрыскивают в форму при помощи дозатора, тогда как подвижный пуансон формы отводят для облегчения введения материала в форму, после впрыска пуансон осуществляет процесс прессования для формования заготовки. Давление впрыска остается ниже 500 бар, механические напряжения являются незначительными.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование производства заготовок, чтобы сделать его непрерывным и лучше адаптировать к темпам работы установок выдувания, в частности ротационных установок. С другой стороны, изобретение можно использовать даже для «двухэтапного» способа, поскольку изготовление заготовки в соответствии с настоящим изобретением является более быстрым.
Определение способа в соответствии с настоящим изобретением дается в пункте 1 формулы изобретения.
Дозатор впрыска представляет собой поршень, подвижный по отношению к цилиндру, и образует шприц, который можно заполнять расплавленным материалом и из которого его можно впрыскивать. Дозировочное колесо, оборудованное вращающимся штуцером с экструдером, который является неподвижным, непрерывно вращается и обеспечивает заполнение каждого дозатора впрыска за один полный оборот. Дозаторы впрыска подходят к дозировочному колесу пустыми и отходят от него заполненными количеством материала, рассчитанным в зависимости от массы заготовки. Дозировочное колесо обеспечивает радиальное распределение расплавленного материала через каналы, которые питают дозаторы впрыска во время заполнения. Во время заполнения дозатора впрыска клапанный распределитель открыт и пропускает материал в дозатор впрыска. Во время этой фазы заполнения поршень дозатора впрыска находится под действием напряжения от силового цилиндра для обеспечения противодавления во время заполнения дозатора впрыска. Достигнув точки дозировки, то есть точки хода поршня дозатора впрыска, которая соответствует необходимому количеству материала, клапанный распределитель закрывается, затем силовой цилиндр перемещает поршень дозатора впрыска на величину хода, рассчитанную для обеспечения падения давления материала внутри дозатора впрыска.
Модуль литья под давлением с последующим прессованием содержит форму заготовки с полостью. Во время оборота колеса литья под давлением с последующим прессованием модуль литья под давлением с последующим прессованием осуществляет цикл для изготовления заготовки в следующей последовательности: закрывание формы, затем впрыск расплавленного материала в форму и отвод пуансона формы, затем прессование материала пуансоном, затем охлаждение материала в течение определенного рассчитанного времени, затем открывание формы и извлечение заготовки. Форма модуля литья под давлением с последующим прессованием оборудована на своем конце, противоположном пуансону, порогом впрыска (отверстием для подачи расплавленного материала). Конец «шприца», образующего дозатор, располагают напротив порога впрыска, и под толкающим действием поршня материал заходит в форму. В конце хода поршень остается на месте и перекрывает порог впрыска до затвердевания материала и извлечения заготовки. В известном решении заполнение через порог впрыска производят через контур, в котором материал проталкивается, и, когда завершается впрыск дозы в форму модуля литья под давлением с последующим прессованием, вентиль закрывают до затвердевания материала. Управление этим контуром с расплавленным материалом и вентилями является сложным. Способ в соответствии с настоящим изобретением, использующий дозатор, который остается на месте до извлечения заготовки, решает эту проблему.
Во время оборота колеса при литье под давлением с последующим прессованием каждый модуль литья под давлением с последующим прессованием осуществляет описанный выше цикл литья под давлением с последующим прессованием для изготовления заготовки, извлечения заготовки средствами извлечения и перехода каждого дозатора впрыска к дозировочному колесу для нового заполнения.
Преимуществом этого способа является непрерывное производство заготовок с высокой скоростью, что позволяет питать на выходе ротационную установку выдувания для формирования тары, которая тоже работает с высокой скоростью. Заготовки, выходящие из установки производства заготовок, находятся при температуре примерно 60°С, и достаточно их нагреть, чтобы довести до температуры выдувания, которая примерно составляет 100°С, что происходит быстрее и с экономией энергии.
Согласно варианту, после цикла литья под давлением с последующим прессованием в форме заготовку перемещают и охлаждают в формах охлаждения, находящихся на колесе охлаждения заготовок.
Это представляет интерес, если нет необходимости непрерывного питания установки выдувания для изготовления тары.
Согласно другому варианту, извлеченные заготовки доставляют непосредственно в установку выдувания для формирования тары.
Этот вариант является предпочтительным, так как позволяет использовать высокую скорость производства заготовок и экономить энергию нагрева заготовок перед выдуванием.
Объектом изобретения является также установка для применения способа, определенная в п.4 формулы изобретения. Согласно варианту, установка отличается тем, что третье колесо, колесо охлаждения заготовок, расположенное на вертикали колеса литья под давлением с последующим прессованием и вращающееся синхронно, оборудованы формами охлаждения заготовок.
Если до перемещения в установку выдувания заготовки необходимо складировать, то может понадобиться охлаждение.
Далее следует подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - схематичный вид в перспективе установки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - вид в разрезе дозировочного колеса по плоскости, проходящей через ось вращения упомянутого колеса.
Фиг.3 - увеличенный вид детали, показанной на фиг.2.
Фиг.4 - вид в перспективе части установки, показывающий некоторые детали.
Фиг.5 - вид в перспективе устройства литья под давлением с последующим прессованием.
Фиг.6 - вид в разрезе дозатора и модуля литья под давлением с последующим прессованием в сборке.
На фиг.1 схематично показаны основные элементы установки для применения способа в соответствии с настоящим изобретением. Бункер и сушилка гранул ПЭТ питают экструдер 2. В свою очередь экструдер питает дозировочное колесо 3, на котором находятся непоказанные дозаторы. Колесо 4 литья под давлением с последующим прессованием расположено вслед за дозировочным колесом 3. Если не предусмотрена установка для непрерывного питания установки выдувания, предназначенной для трансформации заготовок в тару, то предусматривают охлаждение заготовок при помощи колеса 6 охлаждения заготовок, оборудованного системой устройств 61, обдувающих воздухом заготовки перед их извлечением для складирования.
Дозировочное колесо 3 оборудовано гнездами 36, в которых установлены дозаторы 7. Каждый дозатор 7 содержит трубчатую часть 71, в которой герметично перемещается поршень 72. Трубчатая часть 71 заканчивается отверстием 73, через которое экструдированный материал выталкивается в дозатор 7, а затем он будет выходить для питания устройств литья под давлением с последующим прессованием. Гнезда 36 сообщаются с затвором 31, 32 (фиг.2, 3). Упомянутый затвор содержит седло 32 и поршень 31. Каждое седло 32 сообщается через радиальное отверстие с радиальным каналом 34 дозировочного колеса 3 и оборудовано также отверстием, находящимся напротив отверстия 73 дозатора 7. Все радиальные каналы 34 питаются экструдированным материалом через осевой канал 33 колеса 3, который в свою очередь питается от экструдера 2. Когда дозатор 7 находится в гнезде 36, поршень 31 отодвигается, чтобы высвободить проход и пропустить экструдированный материал в дозатор. Поступление материала, выдавливаемого под давлением, заставляет поршень 72 отодвигаться. Когда в дозаторе оказывается заранее определенное количество материала, поршень 31 опять опускается и перекрывает проход к дозатору. Во время заполнения на поршень 72 действует противодавление, и после заполнения он отходит, чтобы сбросить давление экструдированного материала. Количество материала, находящееся в дозаторе, зависит от таких параметров, как давление питания, диаметр отверстия 73, время, в течение которого затвор 31, 32 остается открытым, и т.д. На дозировочном колесе 3 установлено множество дозаторов. Каждый дозатор должен заполняться примерно за две трети оборота дозировочного колеса 3. После этого он перемещается к колесу 4 литья под давлением с последующим прессованием, и на его место подходит пустой дозатор, возвратившийся от этого колеса 4. Смена дозаторов 7 между колесами 3 и 4 описывается со ссылками на фиг.4.
На фиг.4 показаны дозировочное колесо 3 с дозаторами 7, установленное на вертикальной опоре, два переходных колеса 8 и 9, установленных на вертикальных опорах, и колесо 4 литья под давлением с последующим прессованием с устройствами 5 литья под давлением с последующим прессованием, равномерно распределенными на его периферии. Колесо 8 оборудовано радиальными лапами 81 с захватным устройством 82. Каждая лапа 81 снимает заполненный дозатор 7 с колеса 3 и доставляет его в устройство 5 литья под давлением с последующим прессованием колеса 4. Колесо 9 тоже оборудовано радиальными лапами 91, 92, идентичными радиальным лапам 81, 82, для захвата пустых дозаторов 7 на колесе 4 и их доставки на колесо 3 для нового заполнения. Все четыре колеса 3, 4, 8 и 9 вращаются в одном направлении. Захватные устройства 82, 92 могут быть выполнены в виде зажимов, управляемых кулачком, выполненным на каждом колесе 8, 9, или другими эквивалентными устройствами для захвата в нужный момент полного или пустого дозатора и его установки на колесе 4 или 3.
Каждое устройство 5 литья под давлением с последующим прессованием закреплено на колесе 4 при помощи радиального кронштейна 51. Нижняя часть устройства 5 содержит силовой цилиндр 52. Над поршнем 51 захватные средства 53 обеспечивают удержание дозатора 7. Под действием пружины 54 дозатор 7 заходит в нижнюю часть матрицы или формы 55. Под действием силового цилиндра 52 поршень 72 дозатора 7 впрыскивает материал в форму 55. Поршень 72 дозатора 7 (фиг.6) оборудован штифтом 721, который заходит в отверстие 73 дозатора и перекрывает порог 551 впрыска формы 55, когда весь экструдированный материал переходит в форму 55. Пуансон 56, неподвижно соединенный с подвижной деталью 57, заходит в форму 55 для формования заготовки. Верхняя часть заготовки с шагом винта (для изготовления заготовок, предназначенных для производства бутылок) формируется в верхней части пуансона 56. Эта часть состоит из двух комплементарных губок 58, 59. После формования заготовки устройство 57 отходит, губки 58, 59 раздвигаются, и заготовка извлекается соответствующими средствами либо для непрерывной подачи в установку выдувания, либо для складирования.
На дозировочном колесе 3 заполнение пустых дозаторов должно происходить примерно за 75% оборота колеса 3, на что оставлено достаточно времени. На колесе 4 литья под давлением с последующим прессованием смена дозаторов происходит примерно за 15%, впрыск примерно за 25%, прессование и затвердевание заготовки примерно за 40%, открывание, извлечение и закрывание формы примерно за 25% полного оборота колеса 4. В варианте выполнения дозировочное колесо 3 содержит 24 дозатора, тогда как колесо 4 литья под давлением с последующим прессованием содержит 48 устройств 5.
Описанное изобретение обеспечивает высокие темпы непрерывного производства. Как было упомянуто выше, заготовки на выходе колеса 4 либо продолжают свой путь в установку выдувания, что позволяет сэкономить энергию нагрева, либо складируются, а их выдувание осуществляют позже.