ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ИЛИ РАБОЧАЯ ДЕТАЛЬ, СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ИЛИ РАБОЧУЮ ДЕТАЛЬ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ИЛИ РАБОЧЕЙ ДЕТАЛИ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОДУКТА ИЗ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ
DEVICE OR WORKING PART SYSTEM CONTAINING SUCH ACCESSORIES OR WORKING PARTY, METHOD OF MANUFACTURING SUCH ACCESSORIES OR WORKING PART AND METHOD FOR FORMING THE PULP STOCK PRODUCT

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Изобретение относится к приспособлениям или рабочим деталям для использования при формовании продукта из волокнистой массы (суспензия волокнистого полуфабриката в воде и растворах, применяемых в технологических процессах). Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу изготовления такого приспособления, а также к различным применениям таких приспособлений или рабочих деталей.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Известна технология изготовления продуктов из волокнистой массы путем погружения пористой формы в волокнистую массу и последующего высушивания, факультативно, с обработкой полученного таким образом продукта давлением. В качестве примеров таких продуктов могут быть названы картонки для яиц, амортизирующие вставки для упаковок и бумажные подносы, бумажные стаканы, подносы для переноски напитков, коробки для грибов и ягод и другие средства упаковки, используемые в промышленности, сельском хозяйстве и потребительском секторе.
Пористые пресс-формы для волокнистой массы выполнены из металлотканого материала, растягиваемого для приведения в соответствие с поверхностью пресс-формы. Такие пресс-формы имеют некоторые недостатки, связанные с перекосом или растягиванием, на которые способен металлотканый материал при приведении его в соответствие с поверхностью пресс-формы. Им присущи также другие недостатки, связанные со склонностью металлотканого материала к образованию разрывов. Кроме того, использование металлотканого материала связано с некоторыми ограничениями в отношении сложности продуктов, которые могут быть сформованы. В частности, при придании металлотканому материалу формы в пресс-форме поры в этом материале могут быть деформированы, в результате чего может быть потерян контроль над распределением отверстий.
Еще один недостаток состоит в высокой стоимости изготовления таких пресс-форм - ввиду того что металлотканый материал обычно не является самоподдерживающимся, возникает необходимость использовать опорную металлическую основу, специфичную для продукта, подлежащего формованию. Кроме того, такие приспособления склонны к засорению и не обеспечивают удовлетворительную ремонтопригодность.
Кроме того, известно, например, из US 3067470, использование пористой пресс-формы для волокнистой массы из мелких сферических тел, которые спечены вместе с образованием пористого тела. Эти мелкие сферические тела могут быть выполнены из полимерного материала, как указано в US 3067470. Однако пресс-формы этого типа страдают не только недостатками, связанными с прочностью и ограниченным диапазоном рабочих температур, но также и недостатками, связанными с обратной зависимостью между качеством поверхности и перепадом давления: чем тоньше частицы, используемые на поверхности, тем меньше будут каналы и, тем самым, тем больше перепад давления.
В WO 2011/059391 А1 раскрыт способ изготовления пресс-формы для волокнистой массы путем спекания вместе частиц из металлического материала, такого как бронза. Такая пресс-форма может выдерживать более высокие температуры, чем пресс-форма из полимерного материала, однако ее изготовление сопряжено с более трудоемким процессом спекания, для которого требуются более высокие температуры. Кроме того, изготовленная пресс-форма страдает от тех же недостатков, что и пресс-форма из полимерного материала.
Таким образом, формование продуктов из волокнистой массы сопряжено с несколькими нерешенными проблемами. Для снижения потребления энергии, создания менее дорогостоящего способа изготовления пресс-формы и обеспечения возможности получения пресс-формы, которая была бы долговечной и могла бы выдерживать более высокие температуры, представляется желательным создание конструкций с более гладкой поверхностью. Кроме того, представляется желательным обеспечить возможность повышения качества контроля над процессом формования.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Одной из целей предлагаемого изобретения является создание улучшенной пресс-формы для формования продукта из волокнистой массы.
Объем предлагаемого изобретения определен в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения, а варианты его осуществления раскрыты в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения, в описании и на прилагаемых графических материалах.
Согласно первому аспекту предлагаемого изобретения предусмотрено создание приспособления или рабочей детали для использования в процессе формования продукта из волокнистой массы. Предлагаемое приспособление или рабочая деталь содержит самоподдерживающуюся стенку, имеющую обращенную к продукту рабочую поверхность, предназначенную для контактирования с продуктом, и обращенную в противоположном направлении тыльную поверхность на другой стороне стенки приспособления. Стенка приспособления содержит поры, которые созданы совокупностью каналов, простирающихся сквозь стенку приспособления от рабочей поверхности до тыльной поверхности. Эти каналы могут быть прямыми, или же искривленными, но с не более чем одной точкой перегиба.
В контексте настоящей заявки под признаком «волокнистая масса» следует понимать материалы, содержащие волокна, например, целлюлозные волокна, минеральные волокна и крахмал, а также комбинации таких материалов. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения волокнистая масса имеет жидкий наполнитель, в качестве которого может быть использована вода.
В контексте настоящей заявки под признаком «самоподдерживающийся» следует понимать свойство стенки приспособления быть достаточно жесткой и иметь достаточно высокую температуру плавления, так чтобы не было нужды в дополнительной опорной конструкции для поддержания формы стенки в процессе работы.
Упомянутая рабочая поверхность, предназначенная для контактирования с продуктом, может представлять собой формующую поверхность захватного приспособления для захвата волокнистой массы, контактную поверхность переносящего приспособления, или же формующую поверхность пуансона или матрицы пресс-формы.
Искривленный канал может быть искривлен в одной плоскости, или же в большем числе плоскостей.
Приспособление или рабочая деталь согласно предлагаемому изобретению выполнена с возможностью осуществлять эффективный захват, перенос или выпаривание используемой волокнистой массы, или же формование продукта с потреблением для создания разрежения меньше энергии, чем аналогичные известные приспособления.
Рабочая поверхность предлагаемого приспособления или рабочей детали, предназначенная для контактирования с продуктом, может иметь плоскую часть и выпуклую часть.
Выпуклая часть рабочей поверхности может быть выпуклой в одной плоскости, или же в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Стенка приспособления может иметь толщину, которая в ее выпуклой части меньше, чем в ее плоской части, предпочтительно на 30-70%, более предпочтительно - на 40-60%.
Выпуклая часть рабочей поверхности может иметь  пористость, чем ее плоская часть.
Благодаря такому решению там, где нужно, обеспечено разрежение.
Упомянутая рабочая поверхность, предназначенная для контактирования с продуктом, может иметь плоскую часть и вогнутую часть.
Плоская часть рабочей поверхности может иметь  пористость, чем ее вогнутая часть.
Вогнутая часть рабочей поверхности может быть вогнутой в одной плоскости, или же в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Предназначенная для контактирования с продуктом рабочая поверхность может иметь пару по существу плоских частей, расположенных друг относительно друга под углом от 45 до 135°, при этом та из этих двух плоских частей, которая при выполнении предлагаемым приспособлением или рабочей деталью главной рабочей операции принимает относительно горизонтальной плоскости наибольший угол, обладает большей пористостью, чем другая плоская часть.
В контексте настоящей заявки под «главной рабочей операцией» понимается та рабочая операция, которая является главной с точки зрения воздействия предлагаемого приспособления или рабочей детали на продукт, подлежащий формованию. Таким образом, захватным приспособлением его главная рабочая операция выполняется в положении, когда волокнистая масса захвачена этим приспособлением под действием разрежения. В случае переносящего приспособления главная рабочая операция выполняется в то время, когда волокнистая масса переносится от захватного приспособления к переносящему приспособлению. В случае пуансона или матрицы пресс-формы главная рабочая операция - это операция прессования.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь площадь отверстия на рабочей поверхности меньшую, чем на тыльной поверхности.
Благодаря такому решению снижен риск засорения.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь поперечное сечение, которое сужается по направлению к рабочей поверхности.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь центральную ось, проходящую под углом от 40 до 90 градусов к рабочей поверхности.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь искривленную центральную ось.
Рабочая поверхность может иметь первую и вторую части, расположенные рядом, при этом в первой части центральные оси каналов в месте их выхода на рабочую поверхность могут проходить относительно рабочей поверхности под  углом, чем центральные оси каналов во второй части рабочей поверхности.
Пористость приспособления или рабочей детали, то есть относительный объем пустот в ней может составлять по меньшей мере 20%, предпочтительно - по меньшей мере 40%, по меньшей мере 60%, или же по меньшей мере 80% от общего объема, занимаемого приспособлением или рабочей деталью.
Под пористостью понимается именно относительный объем пустот, то есть, в него не включен объем нагревательных элементов, опорных элементов и т.п.
При таком решении достигается лучшее распределение разрежения по рабочей поверхности, что, в свою очередь, позволяет снизить мощность разрежения.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь длину, которая больше, чем толщина стенки вблизи соответствующего канала.
Выходящие на рабочую поверхность отверстия по меньшей мере некоторых из каналов могут иметь поперечное сечение, наибольшая ширина которого от 0,1 мм до 2 мм.
По меньшей мере некоторые из каналов могут иметь по меньшей мере одно ответвление, расположенное между рабочей поверхностью и тыльной поверхностью.
Стенки приспособления имеют толщину от 0,2 мм до 20 мм, предпочтительно - от 0,3 мм до 15 мм, или же от 0,5 мм до 10 мм.
Стенка приспособления может быть выполнена в виде однородного массива материала, в котором объем, не занятый каналами, составляет меньше 95%, предпочтительно - меньше 99%, или же меньше 99,9%.
Предлагаемое приспособление или рабочая деталь может быть выполнена из такого материала и с такой толщиной стенки, которые придают приспособлению или рабочей детали способность быть самоподдерживающимся в процессе работы.
Тыльная поверхность приспособления по меньшей мере на 50%, предпочтительно - по меньшей мере на 70%, или же на 90% образует камеру, то есть некоторое замкнутое пространство, обеспечивающее возможность поддерживать в нем давление, отличающееся от давления наружного воздуха.
Предлагаемое приспособление или рабочая деталь может составлять часть приспособления, выбранного из следующей группы:
захватное приспособление для захвата порции волокнистой массы из резервуара,
переносящее приспособление для приема порции волокнистой массы от другого приспособления,
пресс-форма для прессования порции волокнистой массы с целью получения формованного продукта.
Предлагаемое приспособление или рабочая деталь может содержать по меньшей мере две стенки, которые соединены между собой, предпочтительно - подвижно соединены между собой.
Согласно второму аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание системы для формования продукта из волокнистой массы, содержащей по меньшей мере одно приспособление или рабочую деталь, описанную выше, средство для приведения волокнистой массы в контакт с рабочей поверхностью и средство для создания разрежения и(или) создания давления, которое выше давления наружного воздуха, на тыльной поверхности.
Кроме того, предлагаемая система может дополнительно содержать нагревательный элемент, который расположен на тыльной поверхности стенки приспособления и выполнен с возможностью передавать тепло стенке приспособления.
Этот нагревательный элемент может быть расположен в некотором нагревательном отсеке, который находится на расстоянии от стенки приспособления.
Упомянутый нагревательный отсек может быть выполнен как одно целое со стенкой приспособления.
Упомянутый нагревательный отсек может быть выполнен как отдельный узел, контактирующий со стенкой приспособления через посредство по меньшей мере одного дистанцирующего элемента.
Такой отдельный узел может быть выполнен из материала, отличающегося от материала стенки приспособления. Упомянутый дистанцирующий элемент может быть выполнен как одно целое со стенкой приспособления, или же с нагревательным отсеком. Представляется предпочтительным такое решение, при котором дистанцирующий элемент (или дистанцирующие элементы) расположен так, чтобы не блокировать ни один канал. Это легче обеспечить, если дистанцирующие элементы образованы на тыльной поверхности стенки приспособления.
В альтернативном варианте нагревательный элемент может быть встроен в стенку приспособления.
Например, нагревательный элемент может быть размещен в выемке на тыльной поверхности стенки приспособления.
Согласно третьему аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание способа изготовления приспособления или рабочей детали для формования продукта из волокнистой массы, в котором обеспечивают наличие частиц материала, из которого должно быть изготовлено приспособление или рабочая деталь, после чего путем распыления упомянутых частиц создают совокупность слоев на контролируемой поверхности и применяют источник энергии в местах расположения каждого из слоев, созданных из распыленных из частиц, на контролируемой поверхности, соответствующей поперечным сечениям изготовляемого приспособления или рабочей детали, с обеспечением сплавления порошковых частиц. Этот способ может дополнительно включать операцию формования стенки приспособления, имеющей поры, созданные совокупностью каналов, простирающихся сквозь стенку от ее рабочей поверхности до ее тыльной поверхности, при этом упомянутые каналы являются прямыми, или же изогнутыми, но с не более, чем одной точкой перегиба.
Согласно четвертому аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание способа формования продукта из волокнистой массы, в котором обеспечивают наличие пресс-формы, которая описана выше, подвергают заднюю поверхность пресс-формы действию разрежения и приводят волокнистую массу в контакт с рабочей поверхностью пресс-формы.
Этот способ может дополнительно содержать операцию использования пресс-формы для забора волокнистой массы из резервуара.
Этот способ может дополнительно содержать операцию использования пресс-формы для прессования волокнистой массы для образования продукта с удалением из волокнистой массы по меньшей мере части растворителя.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
На фиг. 1а, фиг. 1b, фиг. 1с и фиг. 1d схематично изображен способ формования продукта из волокнистой массы.
На фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d и фиг. 2е схематично изображены фрагменты стенки пресс-формы, имеющие разные конструктивные решения каналов.
На фиг. 3 схематично изображена стенка пресс-формы.
На фиг. 4 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно первому варианту осуществления.
На фиг. 5 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно второму варианту осуществления.
На фиг. 6 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно третьему варианту осуществления.
Подробное описание предлагаемого изобретения
На фиг. 1а схематично изображено захватное приспособление 10, которое частично погружено в резервуар 1, в котором содержится волокнистая масса 2. Упомянутое захватное приспособление установлено на держателе 11, который вместе с захватным приспособлением образует камеру разрежения 12, которая соединена с регулятором давления Р1. Регулятор давления может быть выполнен с возможностью избирательно генерировать разрежение или по меньшей мере частичный вакуум, то есть, давление воздуха ниже давления наружного воздуха и(или) давление воздуха выше давления наружного воздуха.
Когда захватное приспособление погружено в волокнистую массу 2, регулятор давления Р1 может создавать разрежение, заставляющее волокна 2 волокнистой массы притягиваться к рабочей поверхности захватного приспособления 10.
На фиг. 1b схематично изображено захватное приспособление 10 в процессе переноса волокон 3 волокнистой массы на переносящее приспособление 20. Это переносящее приспособление может быть соединено со вторым регулятором давления Р2, который выполнен с возможностью создавать разрежение, или же повышенное давление воздуха. Переносящее приспособление тоже может быть установлено на держателе 21 с образованием камеры разрежения 22, которая соединена с упомянутым вторым регулятором давления.
В процессе переноса волокон 3 волокнистой массы от захватного приспособления к переносящему приспособлению первым регулятором давления Р1 может быть создано давление воздуха, превышающее давление наружного воздуха, чтобы заставить волокна волокнистой массы отстать от захватного приспособления.
В качестве альтернативы или в дополнение, вторым регулятором давления Р2 может создаваться разрежение, чтобы заставить волокна волокнистой массы прилипать к переносящему приспособлению 20.
На фиг. 1с схематично изображено сушильное устройство, содержащее нагревательный элемент 5 и источник энергии Е. Это сушильное устройство может быть использовано для удаления из волокнистой массы 3 достаточного количества воды с целью подготовки ее к дальнейшей обработке и(или) для завершения формования продукта 3'.
На фиг. 1d схематично изображено устройство прессования, содержащее пуансон 30 и матрицу 40. Пуансон или матрица, или же и пуансон, и матрица могут быть установлены на держателе 31 или 41, соответственно, и могут быть соединены с камерой разрежения 32 или 42, соответственно. Упомянутые камеры разрежения могут быть соединены с регуляторами давления Р3 или Р4 соответственно.
Пуансон или матрица, или же и пуансон, и матрица могут быть снабжены нагревательным элементом 33 или 43, соответственно, получать энергию от источника энергии Е1 или Е2, соответственно, и, факультативно, быть управляемы от контроллера С. Нагревание может быть обеспечено с помощью электрических нагревательных элементов, горячего воздуха, горячей жидкости, или индукции.
Пуансон, матрица и связанные с ними держатели могут быть выполнены подвижными друг относительно друга с переходом между открытым положением, в котором в пресс-форму может быть введен частично сформованный из волокнистой массы продукт, и положением прессования, в котором пуансон и матрица прижаты друг к другу, зажимая продукт 3'' между рабочими поверхностями пуансона 30 и матрицы 40.
При нахождении пресс-формы в положении прессования к пуансону или к матрице, или же и к пуансону, и к матрице может подводиться тепло от нагревательных элементов 33 или 43 соответственно.
В процессе осуществления стадии прессования один из регуляторов давления Р3 или Р4, или же оба эти регуляторы давления могут создавать разрежение, способствуя выведению из продукта 3'' водяного пара.
В альтернативном варианте один из упомянутых регуляторов давления может создавать разрежение, в то время как другой регулятор давления создает давление выше давления наружного воздуха.
Факультативно через пресс-форму в процессе прессования может пропускаться горячий воздух или горячий пар (см. фиг. 1d).
Следует заметить, что стадия прессования может быть повторена два или большее число раз, например, для постепенного формования всего продукта 3'' или его частей и(или) для придания продукту дополнительных признаков, таких как нанесение покрытия, узоров и т.п.
Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, стадии способа выполняют в порядке, соответствующем фиг. 1а, фиг. 1b и фиг. 1d.
Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, захватное приспособление 10 может переносить волокна волокнистой массы на сушильное устройство. Такой перенос может сопровождаться работой первого регулятора давления Р1, создающего давление воздуха выше давления наружного воздуха. Следовательно, в этом варианте осуществления стадии способа выполняют только те, которые изображены на фиг. 1а и фиг. 1с.
Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, захватное приспособление 10 может быть использовано также как приспособление прессования. Следовательно, в этом варианте осуществления предлагаемого изобретения выполняют только те стадии способа, которые изображены на фиг. 1а и фиг. 1d.
На фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d и фиг. 2е схематично изображены фрагменты стенки пресс-формы, имеющие разные конструктивные решения каналов. Все стенки пресс-формы имеют рабочую поверхность Fp и тыльную поверхность Fb. Рабочая поверхность - это та поверхность стенки пресс-формы, которая предназначена для контактирования с продуктом, а тыльная поверхность - это поверхность с противоположной стороны стенки пресс-формы. Обычно эта тыльная сторона участвует в образовании камеры разрежения.
Толщина стенок пресс-формы может составлять от 0,25 мм до 10 мм, предпочтительно - от 0,5 мм до 5 мм. Толщина стенки может быть разной в разных частях приспособления. Кроме того, разную толщину могут иметь приспособления, выполняющие разные функции.
Упомянутые каналы соединяют рабочую поверхность Fp с тыльной поверхностью Fb. Площадь отверстия, которым канал открывается на рабочую поверхность Fp, может быть, но не обязательно, меньше, чем площадь отверстия, которым канал открывается на тыльную поверхность Fb. Таким образом, канал может иметь площадь поперечного сечения, уменьшающуюся от тыльной поверхности к рабочей поверхности.
Каждый из каналов имеет центральную ось, которая может быть прямой, или же кривой линией, которая проходит через центры тяжести каждого поперечного сечения, взятого параллельно рабочей поверхности Fp.
На фиг. 2а схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы для волокнистой массы, имеющий два канала одинакового размера и формы. Каждый из этих каналов имеет первый участок, на котором поперечное сечение постоянно, и второй участок, имеющий поперечное сечение, сужающееся к рабочей поверхности Fp.
На фиг. 2b схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы для волокнистой массы, имеющий два канала одинакового размера и формы, которые на всем протяжении являются сужающимся от тыльной поверхности Fb к рабочей поверхности Fp.
На фиг. 2а и фиг. 2b каналы и их центральные оси простираются перпендикулярно к рабочей поверхности Fp.
На фиг. 2с схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы для волокнистой массы, имеющий каналы, центральные оси которых простираются по отношению к рабочей поверхности Fp под углом, отличающимся от прямого. Величина этого угла может находиться интервале от 20° до 90°, предпочтительно - от 30° до 90° или же от 60° до 90°.
В варианте, изображенном на фиг. 2с, каналы могут иметь поперечное сечение постоянной площади, или же они могут быть выполнены сужающимися к рабочей поверхности Fp.
Стенка пресс-формы может иметь каналы, простирающиеся под разными углами в пределах указанных выше интервалов.
На фиг. 2d схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы для волокнистой массы, имеющий криволинейные каналы. Такие криволинейные каналы могут быть искривлены в одной плоскости, как показано на фиг. 2d, или же они могут быть искривлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
В варианте, изображенном на фиг. 2d, каналы могут иметь поперечное сечение постоянной площади, или же они могут быть выполнены сужающимися к рабочей поверхности Fp.
На фиг. 2е схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы для волокнистой массы, имеющий криволинейные каналы с одной точкой перегиба. Такие криволинейные каналы могут быть искривлены в одной плоскости, как показано на фиг. 2е, или же они могут быть искривлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
В варианте, изображенном на фиг. 2е каналы могут иметь поперечное сечение постоянной площади, или же они могут быть выполнены сужающимися к рабочей поверхности Fp.
Следует заметить, что одна пресс-форма может иметь каналы, выполненные согласно одному или нескольким из проиллюстрированных на фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d и фиг. 2е. В частности, пресс-форма может содержать по меньшей мере одну стенку, содержащую каналы, выполненные по любому одному из вариантов, проиллюстрированных на фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d и фиг. 2е, и другую стенку, содержащую каналы, выполненные по другому из указанных выше вариантов.
В вариантах, изображенных на фиг. 2d и фиг. 2е, радиус закругления каналов может быть больше половины () толщины стенки, предпочтительно - больше трех четвертей () толщины стенки, или же больше целой толщины стенки в месте расположения канала.
Следует заметить, что площадь поперечного сечения каналов может быть переменной по длине канала. Канал может иметь по меньшей мере участок, поперечное сечение которого имеет форму круга, эллипса, или многоугольника, такого как квадрат, треугольник, пятиугольник, шестиугольник, семиугольник, восьмиугольник, девятиугольник, десятиугольник, одиннадцатиугольник, двенадцатиугольник и т.д. с внутренними углами между смежными сторонами от 60° до 180°.
На фиг. 3 схематично изображена стенка пресс-формы, у которой рабочая поверхность обращена кверху / вправо, а тыльная поверхность обращена книзу / влево.
Стенка пресс-формы, изображенная на фиг. 3, может иметь горизонтальные участки Ph, то есть, участки, которые во время главной рабочей фазы пресс-формы имеют отклонение от горизонтали ±45°, предпочтительно - ±30°, или же ±15°. Упомянутые горизонтальные участки стенки пресс-формы могут быть плоскими или по существу плоскими. Такие по существу плоские участки стенки пресс-формы могут быть искривлены, например, до такой степени, что отклонение от плоскости составляет менее 10%, предпочтительно - менее 5% по любому направлению на плоскости.
Стенка пресс-формы может иметь также выпуклые участки Рсх, то есть, участки, имеющие выпуклую рабочую поверхность Fp.
Следует заметить, что выпуклые участки стенки пресс-формы могут быть выпуклыми в одной плоскости, либо в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Кроме того, стенка пресс-формы может иметь вертикальные участки Pv, то есть, участки, которые во время главной рабочей фазы пресс-формы имеют отклонение от вертикали ±45°, предпочтительно - ±30° или же ±15°. Такие вертикальные участки стенки пресс-формы могут быть плоскими, или же по существу плоскими. Упомянутые по существу плоские участки стенки пресс-формы могут быть искривлены, например, до такой степени, что отклонение от плоскости составляет менее 10%, предпочтительно - менее 5% по любому направлению на плоскости.
Кроме того, стенка пресс-формы может иметь также вогнутые участки Pcv, то есть, участки, имеющие вогнутую рабочую поверхность Fp.
В контексте настоящей заявки под термином «пористость» следует понимать отношение площади отверстий, которыми открываются каналы, к общей площади стенки (включающей также отверстия, которыми открываются каналы) заданного фрагмента стенки.
Отверстия, которыми открываются каналы на рабочей поверхности Fp, могут иметь главный диаметр от 0,25 мм до 2 мм. Отверстия, которыми открываются каналы на тыльной поверхности Fb, могут иметь главный диаметр от 0,3 мм до 4 мм.
2
2
2
2
2
2
Таким образом, отверстия, которыми открываются каналы на рабочей поверхности Fp, могут иметь площадь от 0,045 мм до 3,2 мм, предпочтительно - от 0,045 мм до 2 мм, или же от 0,050 мм до 1 мм.
2
2
2
2
2
2
Таким образом, отверстия, которыми открываются каналы на тыльной поверхности Fb, могут иметь площадь от 0,45 мм до 13 мм, предпочтительно - от 0,1 мм до 5 мм, или же от 0,3 мм до 2 мм.
Следовательно, отношение площади отверстия, которым канал открываются на тыльной поверхности Fb, к площади отверстия, которым он открываются на рабочей поверхности Fp, может составлять от 1,1 до 6, предпочтительно - от 1,2 до 5 или же от 1,4 до 4.
Выпуклые участки Рсх стенки пресс-формы могут иметь наибольшую пористость. Представляется предпочтительным такое решение, при котором выпуклые участки Рсх стенки пресс-формы имеют пористость от 10% до 90%, еще более предпочтительно - от 20% до 60%.
Вертикальные участки Pv стенки пресс-формы могут иметь меньшую пористость, чем выпуклые участки Рсх стенки пресс-формы. Представляется предпочтительным такое решение, при котором вертикальные участки Pv стенки пресс-формы имеют пористость от 15% до 80%, предпочтительно - от 25% до 60%.
Горизонтальные участки Ph стенки пресс-формы могут иметь меньшую пористость, чем вертикальные участки Pv стенки пресс-формы. Представляется предпочтительным такое решение, при котором горизонтальные участки Ph стенки пресс-формы имеют пористость от 20% до 75%, предпочтительно - от 30% до 55%.
Вогнутые участки Pcv стенки пресс-формы могут иметь меньшую пористость, чем горизонтальные участки Ph стенки пресс-формы. Представляется предпочтительным такое решение, при котором вогнутые участки Pcv стенки пресс-формы имеют пористость от 1% до 70%, предпочтительно - от 35% до 50%.
Пресс-форма, описанная выше, может быть изготовлена с помощью аддитивных технологий, например, с помощью 3D-печати. Такой аддитивный производственный процесс может включать избирательное спекание порошкообразного материала, состоящего из частиц, средний размер которых составляет от 1 мкм до 50 мкм, предпочтительно - от 5 мкм до 30 мкм. В процессе этого спекания порошкообразный материал полностью расплавляется за счет подводимой к нему энергии с помощью лазерного или электронного луча.
В качестве материала, из которого изготовляется пресс-форма, может быть использован металл или металлический сплав. В качестве неисчерпывающих примеров такого материала могут быть названы титан и его сплавы, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, бронза, латунь, сплавы кобальта и хрома, нержавеющая сталь.
Согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения, в качестве такого материала может быть использован полимерный материал, в частности пластмасса.
Таким способом формования может быть изготовлена пористая пресс-форма, имеющая четко сформированные каналы, соединяющие рабочую поверхность Fp с тыльной поверхностью Fb, при этом материал между каналами является однородным и свободным от пустот по меньшей мере на 95%, предпочтительно - на 99% или же на 99,9%.
Следует заметить, со ссылками на фиг. 1а, фиг. 1b, фиг. 1с и фиг. 1d, что согласно предлагаемому изобретению могут быть сформованы одно или больше из следующих приспособлений: захватное приспособление 10, переносящее приспособление 20, пуансон 30, матрица 40.
Кроме того, следует заметить, что, например, захватное приспособление 10 и(или) переносящее приспособление 20 может быть изготовлено с более тонкими стенками и(или) выполнено из материала с более низкой температурой плавления, чем пуансон 30 и матрица 40.
Приспособление может изготовляться как цельное тело, или же оно может состоять по меньшей мере из двух частей, которые соединены пайкой, сваркой, приклеиванием, или же сплавлением.
Кроме того, приспособление может быть выполнено в виде пары деталей, соединенных друг с другом с помощью шарнирного механизма. Изготовленное таким образом приспособление может обеспечить возможность формования даже более сложных продуктов.
На фиг. 4 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно первому варианту осуществления предлагаемого изобретения. Вариант,изображенный на фиг. 4, предполагает выпуклую форму, но должно быть понятно, что эта же конструкция может быть использована и для вогнутой формы.
Пресс-форма имеет стенку 101, в которой выполнены выемки 1015, в которых размещены нагревательные элементы 33. В стенке 101 пресс-формы выполнены каналы 102, которые могут иметь любую форму согласно вариантам, описанным выше со ссылками на фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d, фиг. 2е и фиг. 3.
Упомянутые выемки 1015 и, следовательно, нагревательные элементы 33 могут быть образованы протяженными проводниками для резистивного нагревания, или же каналами для проведения нагретой жидкости или газа. В альтернативном варианте эти выемки могут вмещать магнитные тела, выполненные с возможностью их индукционного нагревания. Такие магнитные тела могут быть выполнены в виде изолированных островков, или же в виде одного или большего числа протяженных стержней.
Эти выемки и нагревательные элементы могут заполнять тыльную поверхность целиком или частично. Выемки и, следовательно, нагревательные элементы могут отстоять друг от друга на расстояние, которое будет сочтено необходимым.
(
),
(
)
Выемки 1015 могут внедряться в стенку пресс-формы со стороны ее тыльной поверхности. В качестве неограничивающих примеров глубины, на которую они могут внедряться в стенку пресс-формы, можно назвать приблизительно три четверти (), половину или четверть толщины стенки пресс-формы в соответствующей части стенки.
Выемки 1015 открыты со стороны тыльной поверхности стенки пресс-формы, и нагревательные элементы 33 могут быть введены в них по завершении изготовления стенки. Кроме того, при таком решении обеспечена возможность замены нагревательных элементов 33, если в том возникает необходимость.
В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения тыльная поверхность Fb обращена в сторону камеры разрежения 32, в которой может быть создано разрежение путем отсасывания воздуха в направлении, показанном на фиг. 4 стрелкой.
На фиг. 5 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно второму варианту осуществления. Вариант, изображенный на фиг. 5, предполагает выпуклую форму, но должно быть понятно, что эта же конструкция может быть использована и для вогнутой формы.
Пресс-форма содержит наружный слой 1011 и нагревательный слой 1013, между которыми имеется зазор 1021. Предусмотрены распорные детали 1012, простирающиеся между нагревательным слоем 1013 и наружным слоем 1011 через зазор 1021.
В наружном слое 1011 выполнены каналы 102, которые соединяют его рабочую поверхность Fp с его тыльной поверхностью Fb. Эти каналы могут иметь любую форму согласно вариантам, рассмотренным выше со ссылками на фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d, фиг. 2е и фиг. 3.
Тыльная поверхность Fb2 нагревательного слоя 1013 может иметь выемки 1015, в которых могут быть расположены нагревательные элементы 33 согласно любому из решений, описанных выше в связи с вариантом, рассмотренным со ссылками на фиг. 4.
Тыльная поверхность Fb2 нагревательного слоя 1013 может быть обращена к камере разрежения 32.
В нагревательном слое 1013 предусмотрены коллекторные каналы 1022, соединяющие зазор 1021 с тыльной поверхностью Fb2 нагревательного слоя 1013. Поперечное сечение этих коллекторных каналов 1022 больше, чем у каналов 102, выполненных в наружном слое 1011, и количество их меньше. Например, ширина большинства коллекторных каналов 1022 может быть больше, чем у каналов 102, в количество раз от 10 до 1000.
Количество же коллекторных каналов 1022 может составлять от одной десятой до одной десятитысячной от количества каналов 102. Общее проходное сечение коллекторных каналов 1022 может быть равно общему проходному сечению, или же быть больше общего проходного сечения каналов 102. Например, общее проходное сечение коллекторных каналов 1022 может составлять порядка 100-300% от общего проходного сечения каналов 102.
Наружный слой 1011, нагревательный слой 1013 и распорные детали 1012 могут быть выполнены как одно целое.
На фиг. 6 схематично изображен фрагмент стенки пресс-формы согласно третьему варианту осуществления предлагаемого изобретения. Этот вариант похож на вариант, изображенный на фиг. 5, тем, что стенка пресс-формы имеет наружный слой 1011, выполненный как одно целое с распорными деталями 1012. Каналы 102 могут иметь любую форму согласно вариантам, рассмотренным выше со ссылками на фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с, фиг. 2d, фиг. 2е, фиг. 3 и фиг. 5.
Согласно варианту, изображенному на фиг. 6, нагревательный слой 1013' и факультативно распорные детали 1012 выполнены как одно целое и из материала, отличающегося от материала, из которого выполнен наружный слой 1011. Нагревательные элементы 33 могут быть расположены в нагревательном слое 1013' аналогично тому, как это имеет место в варианте, изображенном на фиг. 5.
Согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения нагревательные элементы 33 могут быть встроены в нагревательный слой 1013', будучи охваченными им со всех сторон.
В любом случае коллекторные каналы 1022 могут пронизывать нагревательный слой 1013' согласно тем же решениям, которые описаны при рассмотрении варианта, изображенного на фиг. 5.
Нагревательный слой 1013' может представлять собой тело, выполненное из металлического материала.
На тыльной стороне нагревательного слоя 1013' может быть предусмотрен изолирующий слой 1014. Этот изолирующий слой 1014 может находиться в контакте с нагревательным слоем 1013', или же он может находиться на некотором расстоянием от него, например, для обеспечения возможности распределения разрежения от входного канала 1024, пронизывающего изолирующий слой 1014, к коллекторным каналам 1022.
Изолирующий слой 1014 может быть выполнен из жесткого изолирующего материала, такого как керамика.
Изолирующий слой 1014 может быть помещен в оболочку, например, чтобы защищать его от повреждений.
Изолирующим слоем могут быть снабжены оба прессовых приспособления (например, пуансон и матрица). В таком случае, когда части пресс-формы сведены вместе в формующем положении, изолирующие слои могут по существу окружать эти прессовые приспособления, благодаря чему сокращаются потери энергии. В зоне смыкания прессовых приспособлений может быть предусмотрен зазор, например, для выпускания пара. В качестве альтернативы или в дополнение, в одном из изолирующих слоев или в обоих изолирующих слоях могут быть предусмотрены сквозные отверстия для выпускания пара.
В вариантах, в которых вблизи тыльной поверхности пресс-формы расположено дополнительное тело, например, в случае наличия нагревательных элементов 1013 и 1013', некоторую часть давления, прилагаемого к рабочей поверхности по направлению к упомянутому дополнительному телу, могут передавать распорные детали.
На дополнительное тело может передаваться обычно меньше 95% давления, прилагаемого к рабочей поверхности, предпочтительно - менее 90%, или же меньше 80%, или же меньше 70%, или же меньше 50%, или же меньше 30%, или же меньше 10%. Непереданная часть давления может быть поглощена пресс-формой за счет ее собственной жесткости.
Давление, действующее на поверхности пресс-формы, в зависимости от его приложения на стадии прессования может быть порядка по меньшей мере 100 кПа, по меньшей мере 25 кПа, по меньшей мере 450 кПа, по меньшей мере 800 кПа, или же по меньшей мере 1 МПа.
Рабочая поверхность и(или) тыльная поверхность могут быть подвергнуты обработке, например, они могут быть отшлифованы или отполированы, или же анодированы, или же снабжены покрытием. Такая обработка может быть осуществлена, например, для снижения риска коррозии материала, из которого изготовлена пресс-форма. Обработка поверхности или нанесение на нее покрытия могут, в качестве альтернативы или в дополнение, обеспечить антиадгезионные свойства, например, поверхность может стать более гидрофобной, чем материал, из которого изготовлена пресс-форма. Еще одна польза от обработки поверхности или нанесения на нее покрытия состоит в возможности повышения твердости поверхности, превышающей твердость материала, из которого изготовлена пресс-форма.