СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СФОРМОВАННОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПРЕСС-ФОРМЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И СФОРМОВАННОЕ ИЗДЕЛИЕ
METHOD TO EXTRACT MOULDED ARTICLE FROM MOULD, DEVICE TO THIS END AND MOULDED ARTICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу литьевого формования заготовок и устройству для его осуществления, обеспечивающим упрощение последующего повторного нагрева заготовок и их выдувного формования. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству, в которых используются усовершенствованные горловые кольца или горловые разъемные элементы пресс-формы для литьевого формования, обеспечивающие более раннее выталкивание или извлечение заготовки из пресс-формы для литьевого формования, уменьшая таким образом время, необходимое для изготовления заготовки. В частности, упомянутые способ и устройство применяются для термопластичных полимерных материалов, таких как полиэтилентерефталат.
Уровень техники
Специалистам в данной области техники хорошо известно, что заготовка представляет собой полую трубку круглого поперечного сечения, содержащую корпусной участок, закрытый концевой участок в основном полусферической формы и открытый конец. Вокруг открытого конца между концевым и корпусным участками расположено в основном круглое горлышко. Размеры и форма заготовки определяются назначением тары. Хотя размеры могут быть различными, заготовки изготовляют определенной формы для получения определенных форм тары с емкостью, как правило, составляющей от 250 мл до 4 л.
Для приема укупорочного элемента (т.е. крышки) горлышко содержит уплотняемую поверхность, расположенную рядом с открытым концом, манипуляционный кольцевой участок, расположенный рядом с корпусным участком и обеспечивающий упрощенное изготовление тары путем выдувного формования, и резьбовой участок, расположенный между уплотняемой поверхностью и манипуляционным кольцевым участком. Для обеспечения необходимого укупорочного соединения и уплотнения горлышко должно иметь достаточно точные размеры без искажений формы или деформаций.
Обычно на резьбовом участке выполнена винтовая резьба, однако он может содержать приливы, пружинные кольца или дополнительные приспособления для соединения с укупорочным элементом, таким как, например, стандартное корончатое горлышко.
Специалистам в данной области техники хорошо известен способ литьевого формования, который включает впрыск расплавленного термопластичного полимера или другой пластмассы при повышенной температуре через небольшое отверстие или сопло в пресс-форму для литьевого формования. Пресс-форма для литьевого формования представляет собой узел из различных элементов, образующий замкнутую и герметично закрытую полость, которая обеспечивает возможность формирования заготовки из расплавленного полимера без его утечки между элементами. Как только впрыскиваемый полимерный материал достаточно охлаждается и затвердевает, некоторые элементы пресс-формы для литьевого формования разделяют для выталкивания или извлечения заготовки.
При выдувном формовании тары печь выдувной формовочной машины нагревает и размягчает полимерный материал корпусной части заготовки, кроме горлышка. Удерживая заготовку за манипуляционный кольцевой участок горлышка, выдувная формовочная машина помещает нагретую заготовку в полость выдувного формования, где сжатый воздух затем раздувает и расширяет заготовку для придания ей формы полости выдувного формования, образуя тем самым тару. Форма горлышка тары, изготавливаемой выдувным формованием, в целом остается неизменной и сохраняет форму, полученную при начальном литьевом формовании заготовки.
Время, необходимое для литьевого формования заготовки, как правило, ограничено временем, необходимым для охлаждения и затвердевания впрыскиваемого полимерного материала и достаточным для извлечения детали из пресс-формы, не вызывая ее деформацию или искажение формы. Обычно необходимое время охлаждения определяется частью заготовки с более толстой стенкой. Пластмасса внутри этой части обычно требует большего времени для достаточного охлаждения и затвердевания, а горлышко часто содержит одну из частей с более толстой стенкой.
Для формирования открытого конца и полой заготовки с круглым поперечным сечением в узле пресс-формы для литьевого формования, как правило, используется стержень, который представляет собой по существу прямой стержень с продольной осью. Стержень окружен горловыми кольцами или горловыми разъемными элементами. Горловое кольцо - это пара полукруглых деталей, которые точно соответствуют размерам горлышка и способствуют снятию заготовки со стержня.
Во время извлечения заготовки устройство, расположенное внутри пресс-формы для литьевого формования, сначала вызывает одновременное движение элементов горлового кольца в направлении, параллельном продольной оси стержня. Элементы горлового кольца, упирающиеся в резьбовой и манипуляционный кольцевой участок горлышка, вызывают соскальзывание заготовки со стержня в продольном направлении.
Расплавленный термопластичный полимерный материал при своей повышенной температуре обычно претерпевает усадку по мере охлаждения и затвердевания. Соответственно заготовка при изготовлении обычно претерпевает усадку у стержня по мере охлаждения материала. Поскольку стержень ограничивает усадку, развиваются молекулярные силы, которые вызывают сцепление поверхности стержня с заготовкой. Силы, действующие на резьбовой и манипуляционный кольцевой участки горлышка во время извлечения, должны передаваться через стенку заготовки для преодоления фрикционного сопротивления, создаваемого сцеплением заготовки со стержнем. Иными словами, силы, прикладываемые к резьбовому и манипуляционному кольцевому участкам горлышка, сдвигают заготовку, преодолевая сопротивление ее сцепления со стержнем.
Весь полимерный материал затвердевает неравномерно. В общем случае материал, находящийся в непосредственном контакте с поверхностями пресс-формы, будет затвердевать быстрее, чем материал, непосредственно не контактирующий с ними. Если полимерный материал недостаточно затвердел по всему поперечному сечению стенки горлышка, то горлышко не будет обладать прочностью, достаточной для передачи усилий, и поэтому может деформироваться или претерпевать искажение формы во время извлечения, вследствие чего участок уплотняемой поверхности становится неровным и не способным обеспечивать надлежащее уплотнение с укупорочным элементом. Поэтому специалисты по формованию увеличивают время охлаждения, чтобы гарантировать затвердевание полимера, предотвращая тем самым искажение формы. В случае термопластичных полиэфирных полимерных материалов, время, необходимое для впрыска и охлаждения полимера и извлечения заготовки, составляет, как правило, примерно от 21 до 26 секунд.
Таким образом, в большинстве конструкций заготовок участком, ограничивающим наиболее ранний момент извлечения, является горлышко. На фиг.1 показано сечение узла 10 пресс-формы для заготовки, содержащего канал 12 охлаждения стержня, трубку 14 для охлаждения стержня, канал 16 охлаждения горлового кольца, горловое кольцо или горловые разъемные элементы 18 и 18b, стержень 20 с осью 21, блок 22 полости пресс-формы с поверхностью 23 полости и канал 24 охлаждения пресс-формы, который проходит вокруг блока 22 полости пресс-формы. На фиг.1 также показаны заготовка 26, литниковая вставка 28 пресс-формы и впрыскивающее сопло 30. Узел 10 пресс-формы для заготовки включает в себя различные элементы, которые образуют замкнутую и герметично закрытую полость, обеспечивающую возможность формирования заготовки 26 из впрыскивания расплавленного полимера без его существенной утечки между элементами. Как показано на фиг.1, заготовка 26 имеет форму, по существу идентичную форме замкнутой полости.
Канал 12 охлаждения стержня включает в себя впускной канал 32 охлаждения и выпускной канал 34 охлаждения. Элементы 18а и 18b горлового кольца установлены на толкателях 36а и 36b с возможностью скольжения по изнашиваемой накладке 38 посредством кулачков или направляющих призм (не показаны). Изнашиваемая накладка 38 прикреплена к съемнику 40. Держатель 41 стержня удерживает стержень 20. Заготовка 26 содержит открытый конец 50, закрытый конец 52, корпусной участок 54 и горлышко 44. Горлышко 44 содержит уплотняемую поверхность 45, резьбовой участок 46 и манипуляционный кольцевой участок 48. Элементы 18а и 18b горлового кольца представляют собой пару полукруглых деталей, размеры которых точно соответствуют размерам горлышка 44, и облегчают снятие заготовки 26 со стержня 20.
Во время извлечения или выталкивания заготовки 26 узел 10 пресс-формы для заготовки сначала разделяют вдоль линии 42 разъема, обеспечивая одновременное перемещение стержня 20, держателя 41 стержня, элементов 18а и 18b горлового кольца, заготовки 26 и других соответствующих элементов в направлении, параллельном оси 21. Таким образом, заготовка 26 вытягивается из блока 22 полости пресс-формы, литниковой вставки 28 пресс-формы и сопла 30, что приводит к отделению заготовки 26 от поверхности 23 полости. Затем для снятия заготовки 26 со стержня 20 съемник 40 вызывает одновременное перемещение толкателя 36а, 36b и элемента 18а, 18b горлового кольца в направлении, параллельном оси 21. В результате, элемент 18а горлового кольца и толкатель 36а перемещаются по изнашиваемой накладке 38 от оси 21 в первом, перпендикулярном ей направлении, и одновременно элемент 18b горлового кольца и толкатель 36b перемещаются по изнашиваемой накладке 38 от оси 21 во втором, перпендикулярном ей и противоположном первому направлении (то есть направлении, противоположном направлению перемещения элемента 18а горлового кольца и толкателя 36а), полностью извлекая заготовку 26 из узла 10 пресс-формы для заготовки.
Помимо вышеописанной проблемы искажения формы, другой недостаток известных конструкций пресс-форм заключается в том, что половины горлового кольца не обеспечивают герметичности у стержня, когда их собирают, а затем смыкают и зажимают пресс-форму. После размыкания пресс-формы и извлечения детали выдвинутые вперед съемником 40 половины 18а и 18b горлового кольца отделяются друг от друга. Перед началом следующего цикла формования извлекающий механизм можно переместить в обратном направлении, чтобы возвратить горловые кольца и съемник в их положения формования, показанные на фиг.1. Эта процедура возврата включает перемещение горловых колец друг к другу до их касания во время обратного хода съемника, так что за время полного возврата съемника (в положении, показанном на фиг.1) горловые кольца полностью смыкаются, а их взаимно разделяемые поверхности соприкасаются. Полное смыкание горловых колец можно осуществить в любой момент во время возврата съемника, когда горловые кольца не подвергаются риску касания стержня в каком-либо месте.
В конструкциях, где кольца должны касаться стержня в сомкнутом положении пресс-формы предпочтительно, чтобы они сначала смыкались сами, а затем касались стержня, как собранная пара. В известной конструкции Husky горловые кольца имеют «запорно-выпускную» цилиндрическую поверхность, параллельную продольной оси стержня и касающуюся поверхности стержня. Однако эта конструкция не оптимальна, поскольку если между этими двумя цилиндрическими поверхностями есть зазор, превышающий примерно 0,125 мм, то значительно увеличивается риск утечки через него пластмассы. Таким образом, конструкция такого типа требует точного изготовления этих поверхностей, чтобы гарантировать меньший зазор при сборке. К сожалению, при эксплуатации пресс-формы изнашиваются, в результате чего в подобной конструкции возникает утечка пластмассы. Другая известная конструкция Husky имеет сужающуюся или коническую запорно-выпускную поверхность, которая контактирует с соответствующей сопряженной конической поверхностью стержня. Эти две поверхности прижаты друг к другу во время формования, вызывая надежное уплотнение, которое предотвращает утечку пластмассы. Однако недостаток такой конструкции заключается в том, что при снятии заготовки со стержня по-прежнему возникают искажения ее формы из-за горловых колец.
На фиг.2 показано частичное сечение некоторых элементов, изображенных на фиг.1. Здесь показана заготовка 26, толщина стенки которой обозначена позицией 56, и стержень 20 с поверхностью 58. Блок 22 полости пресс-формы (не показанный на фиг.2) отделен от горлового кольца 18b вдоль линии 42 разъема.
На фиг.3 показано частичное сечение, аналогичное тому, что изображено на фиг.2. Горловое кольцо 18b изображено смещенным в направлении «А», параллельном оси 21, чтобы начать снятие заготовки 26 со стержня 20. Таким образом, горловое кольцо 18b (и 18а, не показанное на фиг.3) отделено от держателя 41 стержня вдоль линии 64 разъема. Кроме того, заготовка 26 частично отделена от поверхности 58 стержня. Линия 64 разъема оканчивается в примыкающей к горлышку 44 точке между уплотняемой поверхностью 45 и резьбовым участком 46 (фиг.2).
Нагретый расплавленный термопластичный полимерный материал обычно претерпевает усадку по мере охлаждения и затвердевания. При изготовлении заготовки 26 ее материал по мере охлаждения будет претерпевать усадку у стержня 20. Поскольку стержень 20 ограничивает усадку, развиваются молекулярные силы, которые вызывают сцепление поверхности 58 стержня с заготовкой 26. Усилия от горлового кольца 18b (и 18а, не показанного на фиг.3), воздействующие на резьбовой участок 46 и манипуллционный кольцевой участок 48 горлышка 44, во время извлечения должны передаваться через стенку заготовки 26 для преодоления фрикционного сопротивления, возникающего в результате сцепления заготовки 26 с поверхностью 58 стержня. Если полимерный материал недостаточно затвердел по всей толщине 56 стенки, то его прочности будет не достаточно для передачи усилий, необходимых для преодоления трения, возникающего при снятии заготовки со стержня 20. Это, в свою очередь, вызовет искажение 62 формы горлышка по мере движения горлового кольца 18b (и 18а, не показанного на фиг.3) в направлении «А». За счет искажения 62 формы уплотняемая поверхность 45 становиться неровной (не показано), вследствие чего укупорочный элемент (не показан), впоследствии соединяемый с горлышком 44, будет уплотнять ее недостаточно.
Чтобы полимер в пределах толщины 56 стенки был достаточно твердым и жестким для передачи усилий, прикладываемых горловым кольцом 18а, 18b, без искажения формы горлышка, возникающей во время извлечения, специалисты по формованию могут увеличивать время изготовления заготовки 26. Обычно время, необходимое для изготовления заготовки 26 из термопластичных полиэфирных материалов, составляет примерно от 21 до 26 секунд. Попытка решить эту проблему была предпринята в еще одной известной конструкции Husky, в которой предусматривалось введение небольшого участка горлового кольца (менее пятидесяти процентов) в контакт с внешним окружным участком верхней уплотняемой поверхности заготовки. Однако эта конструкция имела два недостатка. Во-первых, малая площадь контакта между горловым кольцом и верхней уплотняемой поверхностью по-прежнему требовала существенного времени охлаждения для предотвращения искажений формы из-за горловых колец. Во-вторых, эта конструкция имела цилиндрические поверхности сопряжения горловых колец, которые допускали утечку расплавленной пластмассы.
В документах US №№4521177, 6176700, 6220850 и 6413075 описаны конструкции узлов вставок для формования заготовок. В документах US №№5025022, 4125246, 4179254, 4632357, 4648834 и 5137442 описаны другие машины для литьевого формования, в которых используются различные снимающие устройства. Однако ни в одной из этих конструкций не преодолены вышеописанные недостатки.
Таким образом, существует потребность в способе и устройстве, обеспечивающих быстрое и эффективное охлаждение горлышка с последующим уменьшением времени цикла формования для снижения стоимости производства формованных пластмассовых заготовок.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа эффективного охлаждения сформованных пластмассовых заготовок и устройства для его осуществления.
Первым объектом настоящего изобретения являются устройство и/или этапы, обеспечивающие выталкивание сформованного пластмассового изделия со средства формования с помощью горлового кольцевого поднимающего средства. Горловое кольцевое поднимающее средство содержит первый участок, выполненный с возможностью контакта с боковым участком сформованного пластмассового изделия, и второй участок, выполненный с возможностью контакта с концом сформованного пластмассового изделия вдоль линии, по существу перпендикулярной направлению подъема. Второй участок выполнен без возможности контакта с внутренним окружным участком конца сформованного пластмассового изделия и образует газоотводящий канал между вторым участком и средством формования в сомкнутом положении пресс-формы.
Вторым объектом настоящего изобретения является машина для литьевого формования, имеющая полость пресс-формы, выполненную с возможностью приема расплавленного материала и придания ему формы сформованного изделия. Стержень пресс-формы выполнен с возможностью контакта со сформованным изделием и имеет соответствующую форму. Горловое кольцевое выталкивающее средство выполнено с возможностью выталкивания сформованного изделия со стержня пресс-формы путем приложения сжимающего усилия к концу сформованного изделия. Горловое кольцевое средство также выполнено с возможностью (а) захвата средства контакта с крышкой в области горлышка сформованного изделия и (б) контакта по существу с одной половиной внешнего окружного участка уплотняемого участка сформованного изделия на протяжении большей части хода размыкания. Горловое кольцевое выталкивающее средство содержит (I) поднимающую поверхность, расположенную по существу перпендикулярно направлению подъема, и (II) обращенную к стержню поверхность, расположенную по существу параллельно направлению подъема. Эта обращенная к стержню поверхность образует газоотводящий зазор между обращенной к стержню поверхностью и стержнем.
Третьим объектом настоящего изобретения является способ выталкивания сформованной пластмассовой заготовки со средства формования посредством горлового кольцевого средства, включающий этапы, на которых: (I) вводят резьбовой участок круглого горлышка сформованной пластмассовой заготовки в контакт с горловым кольцевым средством; (II) вводят по существу пятьдесят процентов концевого участка круглого горлышка сформованной пластмассовой заготовки в контакт с поднимающей поверхностью горлового кольца, расположенной по существу перпендикулярно направлению выталкивания; (III) образуют газоотводящий зазор между стержнем пресс-формы и обращенной к стержню поверхностью горлового кольцевого средства в сомкнутом положении пресс-формы; и (IV) прикладывают сжимающее усилие к концевому участку горлышка сформованной пластмассовой заготовки на протяжении большей части хода размыкания.
Четвертым объектом настоящего изобретения является сформованная пластмассовая заготовка, имеющая полый корпус с закрытым концом, открытым концом и продольной осью. Рядом с открытым концом расположен резьбовой горловой участок. На открытом конце расположена уплотняемая поверхность, по существу перпендикулярная продольной оси. Эта уплотняемая поверхность имеет основную уплотняемую поверхность и вспомогательную уплотняемую поверхность, которые смещены одна относительно другой в направлении, по существу параллельном продольной оси. Основная уплотняемая поверхность имеет выступ, проходящий в направлении продольной оси через открытый конец.
В соответствии с пятым объектом настоящего изобретения газоотводящий зазор между обращенной к стержню поверхностью поднимающего кольца и стержнем по существу параллелен продольной оси стержня.
В соответствии с шестым объектом настоящего изобретения газоотводящий зазор между обращенной к стержню поверхностью поднимающего кольца и стержнем расположен под острым углом относительно продольной оси стержня.
Краткое описание чертежей
Преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показано сечение известного узла пресс-формы для литьевого формования заготовки перед извлечением сформованной заготовки, содержащей горлышко и уплотняемую поверхность;
на фиг.2 - частичное сечение некоторых элементов узла, показанного на фиг.1, и горлышка заготовки перед движением горлового кольца для выталкивания заготовки;
на фиг.3 - частичное сечение элементов, показанных на фиг.2, с частично извлеченной заготовкой, имеющей типичное искажение формы горлышка;
на фиг.4 - сечение узла пресс-формы для литьевого формования заготовки согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, узел изображен перед извлечением сформованной заготовки;
на фиг.5 - частичное сечение некоторых элементов узла, показанного на фиг.4, и горлышка заготовки перед движением горлового кольца, запирающего стержень, для выталкивания заготовки;
на фиг.6 - частичное сечение элементов, показанных на фиг.5, с частично извлеченной заготовкой без типичного искажения формы горлышка;
на фиг.7 - частичное сечение элементов, аналогичное тому, что изображено фиг.5, и горловое кольцо, запирающее полость, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения;
на фиг.8 - частичное сечение элементов, аналогичное тому, что изображено на фиг.6, и горловое кольцо, запирающее полость, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения с частично извлеченной заготовкой без типичного искажения формы горлышка;
на фиг.9 - частичное сечение элементов, аналогичное тому, что изображено на фиг.5, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения со ступенькой, расположенной вдоль уплотняемой поверхности заготовки;
на фиг.10 - частичное сечение элементов, аналогичное тому, что изображено на фиг.9, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения с вентилируемой ступенькой, расположенной вдоль уплотняемой поверхности заготовки;
на фиг.11 - частичное сечение элементов, аналогичное тому, что изображено на фиг.9, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения с вентилируемой ступенькой, расположенной вдоль уплотняемой поверхности заготовки.
Осуществление изобретения
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, в которых горловое кольцо прикладывает сжимающее усилие к открытому круглому концу пластмассовой заготовки, полученной литьевым формованием, перед полным ее затвердеванием, тем самым уменьшая время цикла. Для предотвращения утечки пластмассы используются конические сопрягаемые поверхности горловых колец. Помимо литьевого формования пластмассовых заготовок настоящее изобретение также применимо, например, при формовании контейнеров, ведер, банок для краски, лотков для деталей и аналогичных изделий, либо других формуемых изделий, поперечные сечения которых могут быть некруглыми, и т.д.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения обеспечено перераспределение сил, действующих на горлышко во время извлечения заготовки. Благодаря измененной форме горловых колец или горловых разъемных элементов для их плотного прилегания не только к манипуляционному кольцевому и резьбовому участкам, но и к уплотняемой поверхности, силы распределяются по большей площади, тем самым снижается риск деформации и искажения формы горлышка во время извлечения заготовки. Таким образом, сила, действующая на уплотняемую поверхность, перемещает некоторое количество полимера в пределах шейки при сжатии. Следовательно, находясь в непосредственном контакте с элементами пресс-формы, сжимаемый материал с большей вероятностью затвердеет первым, вследствие чего он может лучше преодолевать сопротивление, возникающее из-за сцепления заготовки со стержнем. Соответственно горловые кольца измененной формы позволяют извлекать заготовку до того, как полностью завершится затвердевание полимера. В процессе опытов было достигнуто составляющее до пяти секунд уменьшение времени изготовления заготовки без риска искажений формы горлышка.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения используется устройство для извлечения заготовки из пресс-формы для литьевого формования, при этом заготовка имеет горлышко, содержащее манипуляционный кольцевой участок, резьбовой участок и уплотняемую поверхность. Устройство содержит горловое кольцо, которое плотно прилегает к части манипуляционного кольцевого участка, части резьбового участка и существенной части уплотняемой поверхности во время извлечения заготовки из пресс-формы для литьевого формования. Горловое кольцо снимает заготовку со стержня пресс-формы для литьевого формования. Оно формует горлышко, включающее в себя часть манипуляционного кольцевого участка, резьбовой участок и первую часть уплотняемой поверхности, во время процесса литьевого формования заготовки в пресс-форме для литьевого формования перед извлечением заготовки с помощью горлового кольца. Стержень формует вторую часть уплотняемой поверхности, когда горловое кольцо формует первую часть. Горловое кольцо также содержит конический сужающийся участок для контакта с поверхностью стержня и соединения половин горлового кольца друг с другом с обеспечением герметичного уплотнения.
Уплотняемая поверхность заготовки включает в себя круговую ступеньку, образующую первую часть, представляющую собой вспомогательную уплотняемую поверхность, образованную горловым кольцом, и вторую часть, представляющую собой основную уплотняемую поверхность, образованную стержнем. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения основная уплотняемая поверхность, образованная стержнем, и вспомогательная уплотняемая поверхность, образованная горловым кольцом, имеют разность высот, составляющую примерно от 0,025 до 0,125 мм. Горловое кольцо снимает заготовку, изготовленную из термопластичного полимера, такого как термопластичный сложный полиэфир.
Вышеописанная пресс-форма для литьевого формования заготовки содержит пару вставок горлового кольца, предназначенных для формирования горлышка заготовки и для выталкивания сформованной детали со стержня. Горловое кольцо частично охватывает верхнюю уплотняемую поверхность заготовки, таким образом часть этой поверхности используется для выталкивания. В этих вариантах осуществления изобретения вставки горлового кольца изолируют и уплотняют стержень пресс-формы на своей поверхности раздела, где образуется верхняя уплотняемая поверхность. В описанном ниже альтернативном варианте осуществления изобретения эта изолирующая поверхность раздела заменена газоотводящим каналом.
На фиг.4 показано сечение узла 100 пресс-формы для литьевого формования заготовки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения перед извлечением сформованной заготовки 26. Узел 100 содержит горловые кольца или горловые разъемные элементы 118а и 118b, стержень 120 с осью 21 и держатель 141 стержня. Элементы 118а и 118b горлового кольца, держатель 141 стержня и стержень 120 образуют вспомогательную линию 164 разъема, оканчивающуюся на уплотняемой поверхности 45 заготовки 26. Другие элементы узла 100 пресс-формы для заготовки аналогичны элементам описанного выше узла 10 пресс-формы для заготовки.
На фиг.4 показаны два отличительных признака, соответствующие настоящему изобретению. Во-первых, поднимающий участок 201 контактирует с по существу половиной внешнего окружного участка верхней уплотняемой поверхности для подъема заготовки со стержня после некоторого затвердевания внешней корки с целью уменьшения искажения формы из-за горлового кольца. Во-вторых, каждая из половин 118а, 118b горлового кольца имеет сужающуюся коническую поверхность 263, расположенную ниже поднимающего участка 201 и образующую с ним острый угол, для плотного контакта с внешней поверхностью стержня и предотвращения утечки.
На фиг.4 показано, что внешние конусы 263 на горловых кольцах 118а, 118b у линий 164 и 42 разъема заставляют горловые кольца оставаться сомкнутыми и прижатыми друг к другу, когда пресс-форма сомкнута и зажата. Таким образом, конические уплотняемые поверхности узла горлового кольца остаются прижатыми к сопрягаемой конической поверхности 164 стержня, показанной на фиг.5.
Для узла 100 пресс-формы выполняют последовательность действий, аналогичную той, которую выполняют для узла 10 пресс-формы. Расплавленная пластмасса впрыскивается в полость пресс-формы посредством впрыскивающего сопла 30 через литниковую вставку 28. Каналы охлаждения пресс-формы 100 для литьевого формования и канал охлаждения стержня 120 охлаждают расплавленную пластмассу и приводят к образованию заготовки 26 в пресс-форме 100 для литьевого формования.
На фиг.5-9 подробнее показаны усовершенствованные горловые кольца, которые обеспечивают более раннее извлечение заготовки заданной конструкции. Как показано на фиг.5, длина (высота) горлового кольца 118b увеличена, так что его формующая поверхность включает в себя поднимающий участок 201, который контактирует с соответствующей круглой верхней уплотняемой поверхностью (контактным участком) верхней поверхности заготовки (на открытом конце заготовки), когда горловое кольцо движется в направлении выталкивания по стрелке АА. Как показано на чертеже, поднимающий участок 201 контактирует с по существу половиной, а не со всей верхней уплотняемой поверхностью верхней поверхности заготовки. Очевидно, что конструкция может быть изменена так, что поднимающий участок 201 будет контактировать со всей верхней уплотняемой поверхностью.
Плоский поднимающий участок 201, представляющий собой часть формующей поверхности горлового кольца, используется в настоящем изобретении для обеспечения более раннего извлечения детали в цикле формования, чем в известных конструкциях. Как описано выше, введенный полимер посредством контакта с охлаждаемой формующей поверхностью охлаждается от внешней поверхности внутрь, следовательно, участок верхней уплотняемой поверхности, образуемый горловыми кольцами, будет охлаждаться аналогичным образом - от внешней поверхности внутрь. Образование твердой корки, которая может сопротивляться силам выталкивания, не деформируясь, определяет момент, когда можно начать процесс выталкивания. За счет наличия плоского участка 201 на горловом кольце оно может воздействовать на модифицированный участок заготовки при извлечении детали. Выталкивающая сила действует вдоль линии, параллельной осевой линии стержня и перпендикулярной поверхности плоского поднимающего участка 201. Это оптимальное условие. В известных конструкциях, которые не имеют этого выступающего плоского участка, любое выталкивающее движение от горлового кольца приводит к началу воздействия на радиус закругления верхней уплотняемой поверхности. Приложение силы к этой радиальной поверхности приводит к проталкиванию детали внутрь и может уменьшить диаметр горлышка детали и тем самым вызвать риск того, что сформовать деталь в пределах ее размерных технических характеристик не удастся. Следовательно, преимущество более раннего извлечения оказывается значительно более рискованным, и поэтому реализовать его с помощью такой конструкции маловероятно.
Половины 118а, 118b горлового кольца также имеют конические поверхности 263, которые образуют коническую уплотняемую поверхность для внешней поверхности стержня, когда горловые кольца сомкнуты, а стержень вставлен в пресс-форму. Эти конические поверхности образуют угол менее 90° относительно поднимающего участка 201. Сочетание конических поверхностей 263 и значительная часть поднимающего участка 201 обеспечивает конструкцию горлового кольца, которая допускает более раннее выталкивание заготовки с минимальной утечкой. Острый угол между конической поверхностью 263 и поднимающим участком 201 находится около центра (или изнутри от) верхней уплотняемой поверхности 45, что предотвращает утечку по линии 164 разъема, обеспечивая при этом непосредственное воздействие сжимающей подъемной силы на участок уже затвердевшей корки верхней уплотняемой поверхности.
Горловое кольцо также имеет цилиндрическую поверхность 206, которая контактирует с заготовкой вдоль линии, по существу параллельной направлению подъема. Кроме того, горловое кольцо также имеет резьбовой участок 208, который контактирует с резьбовым участком заготовки. На фиг.5 также показана заготовка 26 с толщиной 56 стенки и стержень 120, имеющий поверхность 58 стержня.
Блок 22 полости пресс-формы (не показанный на фиг.5) отделен от горлового кольца 118b вдоль линии 42 разъема. Как показано на чертеже, поднимающий участок 201 выполнен без возможности контакта с внутренним окружным участком верхней поверхности сформованной пластмассовой заготовки.
На фиг.6 показано частичное сечение, аналогичное тому, что изображено на фиг.5. Горловое кольцо 118b изображено выдвинутым в направлении по стрелке АА параллельно оси 21, чтобы начать снятие заготовки 26 со стержня 120. Горловое кольцо 118b (и 118а, не показанное на фиг.6) отделено от держателя 141 стержня вдоль вспомогательной линии 164 разъема. Кроме того, заготовка 26 частично отделена, что обозначено позицией 59, от поверхности 58 стержня.
Выгода от наличия поднимающего участка 201 ясно видна при снятии заготовки, как показано на фиг.6. Поднимающий участок 201 горлового кольца толкает непосредственно ту часть заготовки, которая является ближайшей к стержню, где усадка вызывает сопротивление заготовки снятию.
Выталкивающее усилие, прикладываемое поднимающим участком 201 к горлышку заготовки, представляет собой комбинацию сдвигающего усилия (идущего от уплотняемой поверхности, резьбового участка и опорной выступающей поверхности) и сжимающего усилия (идущего от верхней поверхности 201). Это последнее усилие прикладывается через участок затвердевшей корки заготовки на участке 201, и поэтому оказывается возможной передача ее действия, вызывающая снятие заготовки, как только этот участок корки достаточно затвердевает. Это затвердевание происходит быстрее в цикле формования, чем затвердевание сердцевины 18, поскольку верхняя уплотняемая поверхность находится в непосредственном контакте с соответствующими охлажденными элементами пресс-формы, стержнем 120 и горловым кольцом. В отличие от этого отвод тепла от сердцевины 18 должен происходить через окружающую пластмассу, чтобы оно достигло охлажденных формующих поверхностей. Следовательно, бездефектное снятие заготовки в цикле формования можно начинать раньше. Можно достичь экономии времени цикла от 2 до 5 секунд, в зависимости от формы конструкции заготовки.
Относительные размеры поднимающего участка 201 будут зависеть от размеров конкретной охлаждаемой заготовки, температуры формования заготовки, устройства для охлаждения пресс-формы и т.д. Кроме того, поверхность поднимающего участка 201 может быть плоской или иметь канавки, контактные площадки, либо другие выполненные в ней структуры, форма которых способствует охлаждению и/или подъему заготовки. Поднимающий участок 201 может быть выполнен из того же металла, что и горловое кольцо, из другого металла или из пластмассы, предназначенных для быстрого охлаждения и безопасного подъема уплотняемой поверхности заготовки.
Таким образом, силы извлечения или выталкивания заготовки 26 передаются от горлового кольца 118b (и 118а, не показанного на фиг.6) не только к резьбовому участку 46 и манипуляционному кольцевому участку 48 горлышка 44, но и к уплотняемой поверхности 45 горлышка 44. Теперь сила, прикладываемая к уплотняемой поверхности 45, сжимает некоторое количество полимера в пределах горлышка 44. Кроме того, находясь в непосредственном контакте с элементами пресс-формы, сжимаемый материал с большей вероятностью затвердеет первым, что способствует преодолению сопротивления, создаваемого за счет сцепления заготовки 26 со стержнем 120.
Обеспечение воздействия сил на уплотняемую поверхность 45 уменьшает потребность в передаче усилий извлечения через всю толщину 56 стенки, в которой некоторая часть полимера может затвердеть не полностью. Соответственно больше не требуется жесткость по всей толщине 56 стенки, чтобы преодолеть трение, создаваемое за счет сцепления заготовки 26 с поверхностью 58 стержня, и таким образом обеспечивается более раннее извлечение заготовки 26 из узла 100 пресс-формы без риска искажения формы и деформаций. Испытания показали, что общее время изготовления заготовки 26 можно сократить на величину до пяти секунд.
Выше было описано горловое кольцо, запирающее стержень, показанное на фиг.5. На фиг.7 показана альтернативная форма или альтернативный вариант выполнения горлового кольца, запирающего полость, согласно изобретению, где изображен альтернативный элемент 218b горлового кольца (альтернативный элемент 218а горлового кольца не показан), альтернативный стержень 220 и альтернативный держатель стержня (не показан) с альтернативной вспомогательной линией 264 разъема.
На фиг.8 показано частичное сечение, аналогичное тому, что изображено на фиг.7. Горловое кольцо 218b изображено выдвинутым в направлении «ААА» параллельно оси 21, чтобы начать снятие заготовки 26 со стержня 220. Горловое кольцо 218b (и 218а, не показанное на фиг.8) отделено от держателя вдоль вспомогательной линии 264 разъема. Вспомогательная линия 264 разъема оканчивается на уплотняемой поверхности 45 аналогично вспомогательной линии 164 разъема.
Силы извлечения или выталкивания заготовки 26, действующие от горлового кольца 218b (и 218а, не показанного на фиг.8) согласно конструкции горлового кольца, запирающего полость, прикладываются не только к резьбовому участку 46 и манипуляционному кольцевому участку 48 горлышка 44, но и к уплотняемой поверхности 45 горлышка 44 аналогично тому, как это происходит в конструкции, запирающей стержень.
На фиг.9 показано частичное сечение устройства согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в котором горлышко 144 заготовки 26 видоизменено и имеет ступеньку 65 на уплотняемой поверхности, соответствующую концу линии 164 разъема. Окружная ступенька на 65 уплотняемой поверхности образует немного измененный участок уплотняемой поверхности с двумя поверхностями - основной уплотняемой поверхностью 145а и вспомогательной уплотняемой поверхностью 145b, имеющими разность высот, составляющую приблизительно от 0,025 до 0,125 мм, предпочтительно - от 0,025 до 0,05 мм. Основная уплотняемая поверхность 145а первой вступает в контакт с укупорочным элементом (не показан) во время соединения этого укупорочного элемента.
На фиг.10 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором имеет место выход воздуха вдоль линии 164 разъема. Сравнивая фиг.10 с фиг.9, легко установить различия между ними. Линия 164 разъема изменена для образования газоотводящего канала 302 между стержнем 120 и вставками 318а и 318b горлового кольца в сомкнутом положении пресс-формы. В частности, между цилиндрической поверхностью (обращенной к стержню поверхностью) 200 горлового кольца и цилиндрической поверхностью 301 стержня имеется зазор примерно от 0,02 до 0,1 мм, допускающий выход воздуха, содержащегося в полости сомкнутой пресс-формы, во время заполнения формуемым материалом.
Газоотводящий канал предпочтительно проходит через локальные канавки 304, выполненные посредством механической обработки в конической запирающей поверхности стержня, для образования непрерывного газоотводящего канала, сообщенного с пространством между корпусом стержня 120 и внутренней поверхностью запорного кольца 141. Образование газоотводящего канала в этом месте увеличивает скорость заполнения горлового участка формуемого изделия и способствует формированию бездефектной уплотняемой поверхности. Быстрое заполнение впрыскиваемым материалом во время фазы впрыска цикла формования приводит к сжатию воздуха внутри пространства сомкнутой полости. Если этот воздух не может быть быстро выпущен, он быстро сжимается и перегревается, вследствие чего может произойти пригорание передних краев материала. Во-вторых, если выпуск упомянутого воздуха невозможен, завершить формообразование формуемой детали не удастся, поскольку объем воздуха может помешать материалу достичь места назначения перед тем, как он остынет.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.10, газоотводящий канал 302 расположен по существу параллельно продольной оси заготовки или по существу перпендикулярно уплотняемым поверхностям 145а и 145b. Таким образом, ступенька 65 также по существу параллельна этой продольной оси. Ступенька 65 обеспечивает лучшее уплотнение, когда на горлышко готового изделия навинчивают крышку. Острый край ступеньки деформирует немного податливую нижнюю поверхность крышки и обеспечивает лучшее уплотнение, непроницаемое для жидкости и воздуха. В некоторых случаях малое количество расплавленной пластмассы будет попадать в вентиляционный канал 302, образуя малый выступ 303 на основной уплотняемой поверхности 145а рядом со ступенькой 65. Этот выступ также будет способствовать более эффективному уплотнению с помощью крышки.
На фиг.11 показан второй альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления изобретения форма линии 164 разъема изменена для образования газоотводящего канала 402 между стержнем 120 и вставками 318а и 318b горлового кольца. В частности, между имеющей форму усеченного конуса поверхностью 300 горлового кольца и имеющей форму усеченного конуса поверхностью 401 стержня имеется зазор примерно от 0,02 до 0,1 мм, допускающий выход воздуха, содержащегося в полости сомкнутой пресс-формы, во время заполнения формуемым материалом. Газоотводящий канал предпочтительно проходит через локальные канавки 404, выполненные посредством механической обработки в конической запирающей поверхности стержня, для образования непрерывного газоотводящего канала между корпусом стержня 120 и внутренней поверхностью запорного кольца 141. Конечно, эти локальные канавки могут включать в себя одну или несколько канавок, выполненных посредством механической обработки в горловом кольце и/или держателе стержня. Результатом будут те же выгоды, что и описанные ранее. В этом альтернативном варианте осуществления изобретения газоотводящий канал 402 расположен под острым углом (например, 15°) относительно продольной оси заготовки и плоскости уплотняемой поверхности 145b и под тупым углом относительно уплотняемой поверхности 145а. В предпочтительном варианте осуществления изобретения газоотводящий канал 402 расположен в осевом направлении под углом к продольной оси формуемого изделия. Также газоотводящий канал 402 может быть выполнен под углом к продольной оси формуемого изделия и направлен в противоположном направлении.
Во время работы расплавленную пластмассу впрыскивают в пресс-форму, и между стержнем и стенкой полости образуется заготовка. Затем для выталкивания заготовки со стержня горловое кольцо поднимают в направлении по стрелке АА. Как видно на фиг.5-8, поднимающий участок 201 контактирует с верхней уплотняемой поверхностью и поднимает заготовку со стержня. Внутренность заготовки предпочтительно еще не затвердела, хотя корка верхней поверхности заготовки предпочтительно является в этот момент твердой.
Данные варианты осуществления изобретения имеют преимущество, заключающееся в наличии нескольких вставок (горловых колец), которые осуществляют боковое воздействие и остаются сомкнутыми (подобно сплошному кольцу) для выталкивания (снятия) детали со стержня путем нажима на его конец (уплотняемую поверхность). Далее во время хода выталкивания горловые кольца расходятся в стороны, освобождая внутренние выступающие элементы (резьбу и опорный край) незадолго до окончания хода выталкивания. Это боковое воздействие вызывается кулачками, действующими на ролики, установленные на концы толкателей (не показаны), где установлены горловые кольца. Таким образом, данный вариант осуществления изобретения обеспечивает нажим на конец детали на протяжении большей части (50-90%) хода выталкивания.
Сразу же после отделения от стержня заготовку можно переместить в место охлаждения после формования или ее можно извлечь в транспортный контейнер. Поскольку заготовка снята со стержня с помощью силы, действующей главным образом на верхнюю уплотняемую поверхность, а не на резьбу, полное затвердевание внутренности заготовки необязательно, а это обеспечивает ее более раннее снятие и сокращение времени цикла от 2 секунд до 5 секунд.
Признаки, соответствующие предпочтительным вариантам осуществления изобретения, включают в себя:
- форму формующей поверхности горлового кольца пресс-формы для заготовки, включающую в себя часть поверхности, формующей заготовку;
- форму горлового кольца пресс-формы для заготовки, обеспечивающую приложение силы, осуществляющей снимающее воздействие, к поверхности заготовки, которая перпендикулярна направлению упомянутой силы, осуществляющей снимающее воздействие;
- конструкцию горлового кольца с поверхностью для нажима на сформованную деталь в плоскости, перпендикулярной оси выталкивания, включающую в себя газоотводящий канал между горловым кольцом и стержнем.
Таким образом, описанные способ и устройство обеспечивают эффективное выталкивание сформованных пластмассовых заготовок со стержня, позволяют уменьшить время цикла и снизить затраты.
Хотя данное изобретение сокращает время изготовления заготовок для получения тары методом выдувного формования, обычно имеющих круглые формы поперечных сечений, перпендикулярных их оси, специалистам в данной области техники понятно, что изобретение с тем же успехом применимо к другим формуемым изделиям, поперечные сечения которых могут быть некруглыми, таким как ведра, банки для краски, лотки для деталей и другие аналогичные изделия, требующие общей формы и характеристик конструкции пресс-формы, аналогичных рассмотренной пресс-форме для литьевого формования заготовки.
Все отдельные элементы, показанные в общих чертах или в виде узлов на прилагаемых чертежах, хорошо известны в области литьевого формования, а их конструкции и работа могут быть изменены для эксплуатации или лучшего способа осуществления изобретения.
Хотя данное изобретение описано применительно к вариантам осуществления изобретения, которые в настоящее время считаются предпочтительными, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается описанными вариантами. Наоборот, изобретение следует считать охватывающим различные изменения и эквивалентные конструкции, находящиеся в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. В соответствии с интерпретацией в самом широком смысле объем формулы изобретения следует считать охватывающим все такие изменения и эквивалентные конструкции и функции.