УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМ-ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к устройствам для термоформования, в частности, формования под действием разности давлений (вакуум-формования), изделий из листовых или пленочных термопластичных материалов, в частности, из полиэтилена, и может быть использована в химической и пищевой промышленностях для изготовления тары и упаковки.
Известно вакуум-формовочное устройство для изготовления изделий из термопластичной пленки, содержащее корпус, прижимную раму для зажима заготовки, установленную с возможностью герметичного соединения с корпусом, установленный в корпусе с возможностью вертикального перемещения рабочий перфорированный стол с размещенным на нем формообразующим элементом, и нагревательный узел. В нижней части корпуса установлен перепускной клапан и эластичная прокладка, расположенная по периметру рабочего стола для герметизации зазора между боковыми стенками стола и стенками корпуса, при этом перепускной клапан в крайнем верхнем положении стола открыт для сообщения внутренней полости корпуса с атмосферой, а в крайнем нижнем положении стола клапан закрыт (см. патент РФ на изобретение №1804391, МПК В29С 51/18, опубл. 23.03.1993 г.).
Недостатком известного устройства является его достаточно низкая производительность. Так, например, единовременно на Известной установке может изготавливаться только одна установка. При этом следующая заготовка поступает в формовку только после снятия предыдущей заготовки. При этом вследствие резкого изменения температуры и формы заготовки возможно образования складок на готовом изделие, что указывает на нарушение структуры материала и недостаточное качество формовки.
Известна установка для пневмовакуумного формования изделий из листовых или пленочных термопластов, содержащая формующую матрицу, представляющую собой плиту с как минимум одной ячейкой, выполненной в виде формообразующего углубления с дном, в котором установлен штуцер для отвода воздуха; установленную над формующей матрицей камеру формования со штуцером и клапаном для подвода воздуха; установленные в боковых углублениях плиты подпружиненные пуансоны с соответствующими формообразующими частями, так что пружина, установленная в том же боковом углублении, в своем свободном состоянии обеспечивает выдвинутое в
пространство формообразующего углубления, положение указанной формообразующей части каждого пуансона, которая при этом со стороны дна формообразующего углубления выполнена со скосом (или закруглением). Заготовку из листового или пленочного термопласта устанавливают на формующую матрицу (плиту), на которую также устанавливают камеру формования. Затем заготовку разогревают до температуры формования, открывают клапан и через штуцер подают под давлением воздух. Под действием разности давлений воздуха в камере и в углублении происходит деформирование материала заготовки, так что этот материал растягивается до соприкосновения с поверхностями формообразующего углубления благодаря выходу избыточного воздуха из пространства углубления через отверстие штуцера в дне формообразующего углубления. При этом формообразующие части пуансонов под действием пружин выступают в пространство формообразующего углубления, вследствие чего указанный материал в процессе его деформирования огибает формообразующие части пуансонов, которые благодаря определенному подбору силы пружин не изменяют своего положения в процессе указанного деформирования (см. патент РФ на изобретение №2228844, МПК В29С 51/10, В29С 51/34, опубл. 20.05.2004 г.).
Однако известная установка также имеет сложную конструкцию и недостаточную производительность. Сложность конструкции обусловлена наличием, установленной над формующей матрицей, камеры формования со штуцером и клапаном для подвода воздуха, участие которых необходимо в технологическом процессе. При этом недостаточная производительность установки объясняется тем, что формовка нового изделия с помощью вышеуказанной установки в каждой платформе начинается только после снятия предыдущей заготовки. При этом увеличение скорости формования возможно достичь путем увеличения формообразующих платформ, находящихся на плите. Однако, увеличение скорости возможно только при одновременной замене отформованных заготовок на неформованные, что значительно усложняет технологический процесс. Кроме того, известная установка воплощает способ, при котором проводят резкое и одномоментное изменение формы материала заготовки, что может привести к его несанкционированной деформации, например, образованию складок, что 'снижает качество формовки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известная вакуумная формовочная машина для вакуумного формования элементов из пластичного листового материала содержащая, множество независимых движущихся формовочных платформ, предназначенных для переноса пластичного листового материала от одной позиции технологического процесса к другой и для поддержки пластичного
листового материала во время технологических операций над ним, движущихся по замкнутому пути, предназначенному для переноса платформ, аппарат обработки листового материала, расположенный в пространстве, связанном со множеством позиций технологического процесса, расположенных на соответствующем вращающемся устройстве карусельного типа, средство управления передвижения вышеуказанных платформ по карусельной установке от одной позиции к другой для обработки листового материала и средство индивидуального и выборочного сопряжения каждой из вышеуказанных платформ со средством управления передвижения. При этом формование листового материала происходит за счет воздействия прессом с воздушным цилиндром на предварительно постепенно нагретый пластичный листовой материал (см. патент США на изобретение №3810731, МПК В29С 51/10, опубл. 14.05.1974 г.).
Недостатком известной установки является ее сложность, что обусловлено большим числом технологических узлов в установке, и недостаточная производительность. Сложность конструкции, в частности, обусловлена наличием, по крайней мере, двух элементов непосредственно участвующих в формовании изделия: воздушного нагнетательного цилиндра и пресса. При этом недостаточная производительность известной установки объясняется также наличием прессового узла, при использовании которого необходимо после прессового воздействия еще и дополнительное охлаждение для фиксации формы заготовки перед ее изъятием из установки. Наличие прессового узла приводит к снижению производительности установки за счет повышения времени рабочего цикла для производства одного изделия вследствие ограничения скорости одного прессового воздействия, поскольку при увеличении такой скорости возможно нанесение травмы обслуживающему персоналу. Вместе с тем, на известной установке осуществляют поэтапный (постепенный) нагрев материала, что обеспечивает более равномерный нагрев материала. Однако, на известной установке производят резкое изменение формы заготовки, вследствие чего возможно нарушение структуры пластичного материала заготовки и появление на ней складок, что снижает качество формовки особенно при работе с заготовками из пленки неравномерной толщины.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание установки для термоформования изделий, характеризующейся повышенными качеством формовки и производительностью.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является дискретное поэтапное растяжение термопластичного материала заготовки с ее одновременным нагревом без непосредственного механического воздействия на нее.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для вакуум-формования изделий из термопластичного материала, содержащее стол, на котором с возможностью поворота размещены ячейки, с установленными внутри них прессформами, придающими форму заготовкам из термопластичного материала, и нагреватели, согласно полезной модели, дополнительно снабжено расположенной над столом опорой с, по крайней мере, одним вырезом, и воздухораспределителем, снабженным штуцерами, при этом нагреватели жестко прикреплены к опоре и располагаются над ячейками, в опоре выполнены фиксаторы в виде углублений, причем каждая ячейка снабжена рамкой в виде кольца с ручкой и средством отвода воздуха в виде отверстия, сообщающегося через шланг со штуцерами воздухораспределителя.
Кроме того, ручка кольца рамки снабжена подшипником, а устройство в области укладки заготовки на ячейку дополнительно снабжено расположенной преимущественно выше уровня опоры изогнутой направляющей для движения ручки кольца рамки.
Вышеуказанные признаки обеспечивают получение технического результата за счет следующего.
При использовании предложенной установки после откачки воздуха через отверстия в прессформах, следующей за разогревом заготовки, деформация заготовки происходит только за счет разности атмосферных давлений снаружи заготовки и в пространстве между заготовкой и прессформой ячейки без непосредственного механического воздействия на заготовку. При этом откачку производят дискретно в несколько стадий. Каждая откачка воздуха следует за нагревом заготовки до определенной температуры, но ниже температуры плавления материала. После такой откачки материал деформируется, стремясь к контакту со стенками прессформы. Однако неполная откачка воздуха способствует тому, что деформация материала уже заканчивается при недостижении заготовкой стенок прессформы. При этом материала немного остывает и «запоминает» свою новую форму. Затем следует очередной нагрев и очередная откачка воздуха. Такие постепенные нагрев и откачки способствуют тому, что у отформованной заготовки отсутствуют складки и деформации, имеющиеся в наличии у тонкого термопластичного материала при его резком нагреве, деформации и охлаждении. Это особенно заметно при использовании материала, которому присущи неравномерная толщина по его поверхности. Таким образом, повышается качество формования. Возможность начала технологического цикла новой заготовки, не дожидаясь окончания формования предыдущей, увеличивает производительность. При этом ряд операций технологического процесса совмещены по времени, например, откачка воздуха и
поворот стола с ячейками, что уменьшает время по формованию каждого изделия. Такое совмещение возможно только при наличии у каждой прессформы, средства для отвода воздуха, а также отсутствии внешней подачи воздуха (такой подачи будет мешать рамка в виде кольца с ручкой, прижимающая заготовку). В свою очередь подобное совмещение уменьшает среднее время рабочего цикла по формованию изделия из одной заготовки. При использовании установки предложенной конструкции охлаждение заготовки происходит в процессе быстрого вакуум-формования, поскольку заготовка не изолирована от окружающей среды и отдает тепло в окружающее пространство. За счет этого совмещаются по времени стадии формования и охлаждения, что также приводит к сокращению среднего времени изготовления изделия из заготовки с использованием термопластичного материала (увеличивается количество отформованных изделий за единицу времени).
Для предотвращения запутывания шлангов от отверстия в ячейках целесообразно наличие в установке единого воздухораспределителя, к которому через штуцера подключаются шланги от ячеек. При этом часть воздухораспределителя со штуцерами вращается вместе шлангами, предотвращая их закручивание.
Вакуум-формование изделий из термопластичного материала предложено осуществлять на установках карусельного типа. При этом процесс по формовке новой заготовки начинается до окончания окончательного формования предыдущей заготовки, за счет чего дополнительно увеличивается количество отформованных заготовок за единицу времени.
Однако, в первом случае требуется наличие большого числа персонала, либо дорогостоящая дополнительная линия по установке заготовок. Снижение числа технологических узлов в установке (отсутствие средства для подвода воздуха, верхней формообразующей камеры) и отсутствие конструктивных элементов для непосредственного механического воздействия на заготовку (пуансонов), по сравнению с прототипом, приводит к повышению ее надежности.
Наличие дополнительного узла - опоры обусловлено следующим. Во-первых, из требований техники безопасности необходимо частично закрыть рабочее поле от доступа персонала, и предоставить операторам доступ только в месте выреза в опоре для размещения заготовки на прессформе. Кроме того, целесообразно размещение нагревателей, прикрепленных к опоре, над ячейками, что позволит передавать тепло от нагревателей непосредственно на заготовку, нагревая ее более равномерно. Время нагревания и температура нагревания рассчитываются в зависимости от материала заготовки, его толщины, физических свойств и т.п. Однако, распределение во времени
технологических операций, а именно стадий нагревания, возможно благодаря точной центровки в процессе поворота каждой ячейки и ее размещением после остановки стола под нагревателем. Это возможно благодаря фиксаторам-углублениям, выполненным на опоре, которые фиксируют ячейки с прессформами от самопроизвольного вращения в момент нагрева заготовки и останавливают в необходимый момент поворот ячеек установки.
Кроме того, при работе предложенной установки, работа оператора требуется только при установке заготовки и удалению готового изделия. Это объясняется наличием дополнительной направляющей в области укладки заготовку на прессформу ячейки. Продвигаясь по изогнутой наружу направляющей, ручка поднимается, освобождая отформованную заготовку и предоставляя возможность укладки новой заготовки. Такие операции при должных навыках у оператора происходят достаточно быстро и соизмеримы по времени с длительностью операций по нагреву заготовки или вакуум-формованию. Поскольку процесс термоформования полностью автоматизирован и в нем отсутствуют операции, способные снизить безопасность производства, время рабочего цикла зависит только от скорости поворота, нагрева и вакуумного формования заготовки и ограничивается только техническими возможностями и особенностями наладки установки.
Предлагаемая установка для вакуум-формования изделий из термопластичного материала иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 - изображена установка для вакуум-формования изделий из термопластичного материала, вид сверху; фиг.2 - то же, вид сбоку (без поворотного стола).
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - поворотный стол; 2 - ячейки; 3 - опора; 4 - вырез в опоре 3; 5 - воздухораспределитель; 6 - штуцера воздухораспределителя; 7 - нагреватели; 8 - рамка в виде кольца; 9 - ручка рамки 8; 10 - шланги; 11 - направляющая для движения ручки рамки 9.
Устройство для вакуум-формования изделий из термопластичного материала, содержит стол 1, на котором размещены ячейки 2 (фиг.1 и 2).
Ячейки 2 выполнены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Внутри ячеек установлены прессформы, придающие заготовкам из термопластичного материала окончательную форму (фиг.1).
Над столом 1 расположена опора 3, снабженная, по крайней мере, одним вырезом, например, кольцевой формы (фиг.1 и 2).
Кроме того, устройство снабжено воздухораспределителем 5 с штуцерами 6 и нагревателями 7, жестко прикрепленными к опоре 3 и располагающимися над ячейками 2 на расстоянии приблизительно равным 10-12 мм (фиг.2).
Количество нагревателей 7 определяется производственным циклом, а именно предусмотренным количеством стадий нагревания заготовки. В частности, три стадии нагрева предусматривают наличие в установке трех нагревателей 7, размещенных соответственно в месте расположения последней перед выемкой заготовки из установки ячейкой 2, и двух предыдущих ячейках 2.
В опоре 3 выполнены фиксаторы в виде углублений, причем каждая ячейка 2 снабжена рамкой 8 в виде кольца с ручкой 9 для закрепления заготовки из термопластичного материала и средством отвода воздуха в виде отверстия, сообщающегося через шланг 10 со штуцерами 6 воздухораспределителя 5 (фиг.2).
Кроме того, ручка 9 кольца рамки 8 оканчивается подшипником, а устройство в области укладки заготовки на ячейку 2 дополнительно снабжено расположенной преимущественно выше уровня опоры 3 изогнутой направляющей 11 для движения ручки 9 кольца рамки 8 (фиг.1).
Установка для вакуум-формования изделий из термопластичного материала работает следующим образом.
Заготовку из термопластичного материала устанавливают на выполненную с возможностью поворота формующую ячейку 2, снабженную формообразующим углублением - прессформой, закрепляя ее подъемной рамкой 8. Затем стол 1, с установленными в ячейках 2 прессформами совершает поворот, например, на 60°.
Угол поворота стола 1 вместе с ячейками 2 определяется количеством ячеек 2. Например, при количестве ячеек равном шести целесообразен поворот стола на 60°.
Следующая заготовка устанавливается в ячейку 2 перед оператором, стол 1 совершает еще один поворот.Первая установленная заготовка, таким образом, попадает в зону нагрева, а именно находится под первым нагревателем 7, жестко прикрепленным к опоре 3 с вырезом 4 кольцевой формы. Время нагрева может составлять 3,0-3,5 с.При этом температура на поверхности нагревателя 7 равна, например, 270-290°С. Время нагрева определяет продолжительность каждой стадии. Таким образом, время между каждым поворотом стола 1 составляет от 3,0 до 3,5 с.Приблизительно через 3,5 с нагрев прерывают и в процессе поворота стола 1 осуществляют первую промежуточную вытяжку воздуха из пространства между заготовкой и стенками прессформы. При этом заготовка нагрета приблизительно на 20-40°С ниже температуры плавления материала заготовки. Для откачки воздуха из прессформы используется средство отвода
воздуха, выполненное, например, в виде отверстия в стенках ячейки 2, откуда через сообщающейся с ним шланг 10 и штуцер 6 воздух поступает в воздухораспределитель 5 и, например, удаляется в окружающую среду.
Процесс откачки воздуха осуществляется в момент перехода ячейки 2 с первой заготовкой от первого нагревателя 7 ко второму. За этот период воздух откачивается настолько, чтобы относительная деформация материала заготовки не превышала 18-25%. Деформация материала происходит за счет разности атмосферного давления между заготовкой и стенками прессформы в ячейке 2 и окружающей средой. Поскольку между заготовкой и стенками прессформы воздух сильно разрежен, то большее атмосферное давление окружающей среды давит на заготовку деформируя ее. Затем у второго нагревателя 7 процесс нагрева первой заготовки повторяют вновь до температуры на 20-40°С ниже температуры плавления материала заготовки. В этот же момент следующая заготовка уже нагревается на первом нагревателе 7. После окончания нагрева вновь следует порционная откачка воздуха из пространства между заготовкой и стенками прессформы. За счет создания разряженного воздуха (вакуума) между заготовкой и прессформой заготовка вновь деформируется и растягивается в направлении стенок прессформы так, чтобы относительная деформация материала заготовки не превышала 18-25%. Вторая откачка воздуха также осуществляется при повороте стола 1 от одной позиции производственного процесса к другой. При этом уже осуществляется одновременная откачка из двух ячеек 2. И воздух через шланги 10 из каждой ячейки 2 попадает в единый воздухораспределитель 5 и затем удаляется из воздушной системы установки.
Далее, на последней стадии осуществляют третий нагрев первой заготовки и осуществляют окончательную (полную) откачку воздуха из ячейки 2 до соприкосновения пленочной заготовки с поверхностью (стенками) прессформы. В процессе следующего поворота стола заготовка попадает в исходное положение и готова для съема из установки.
Поскольку за время одной стадии процесса изготовления заготовки, которое составляет 3,0-3,5 с, оператору необходимо удалить готовое отформованное изделие и положить новую заготовку на ячейку, то для облегчения вышеуказанных операций в зоне установки заготовок установка снабжена специальной направляющей 11. Ручка 9 кольца рамки 8, прижимающей заготовку, попадает в эту изогнутую направляющую 11, начинающуюся до зоны размещения заготовки на ячейке 2 и кончающуюся после нее, и поднимается над столом 1, также вследствие наличия выреза 4 в опоре 3,
освобождая доступ к заготовке. Оператору остается только достать готовое отформованное изделие и положить новую заготовку на ячейку 2.
Таким образом, предложенная установка позволяет реализовать вакуум-формование изделий из термопластичного материала и характеризуется повышенными производительностью и качеством формовки, что обеспечивается дискретным поэтапным растяжением термопластичного материала заготовки с ее одновременным нагревом без непосредственного механического воздействия на нее.