ПРЕФОРМА

Полезная модель относится к производству тары с цельным корпусом для хранения и транспортировки жидкостей, а более конкретно к изготовлению пластиковых бутылок, преимущественно, путем формования их из пластических материалов.
Поточное производство пластиковой тары для жидкостей, преимущественно, осуществляют путем раздува в специальной раздувной форме так называемых предварительно отформованных заготовок (преформ), которые представляют собой, как правило, подобие емкости с окончательно отформованным венчиком и трубчатым корпусом с меньшими по сравнению с предусмотренной окончательной формой размерами.
Известны преформы для изготовления пластиковых бутылок, содержащие корпус и венчик с резьбовой частью и последовательно расположенные на венчике кольцевые выступы различной высоты и диаметра, см., описание к пат. JP, кл. B 65 D 1/09, №2005067002, опубликован 2005.03.17 и US, кл. B 65 D 1/02, №4950514, опубликован 1990.08.21. Преформы характеризуются специфической, а потому усложненной формой нижней части корпуса.
Известна преформа для изготовления емкостей для жидких продуктов, содержащая корпус и венчик с резьбовой частью и последовательно расположенными на венчике кольцевыми выступами, отличающаяся тем, что кольцевые выступы выполнены равно или разновысокими одного диаметра, см., описания полезной модели к пат. RU, кл. B 65 D 1/00, №50204, опубликовано 27.12.2005 г. Указанное известное техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог. Техническое решение согласно прототипу
характеризует безразмерный тип преформы, которая проста и технологична в производстве.
Недостатком прототипа является отсутствие конкретизации соотношений и значений основных массово-габаритных параметров преформы, что исключает ее применение в существующем технологическом процессе без проведения творческой адаптивной доработки.
Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, который выражается в оптимизации массово-габаритных характеристик преформы, целевой функцией которой является уменьшение разброса геометрии готовой пятилитровой тары и минимизации ее веса. При этом в конструкции бутылки максимально сохранены все положительные свойства прототипа, в том числе форма средней и нижней части корпуса.
В конечном итоге, указанный технический результат позволяет повысить эффективность производимой тары за счет увеличения соотношения ее полезного объема и массы.
Указанный положительный результат достигается тем, что преформа для изготовления емкостей для жидких продуктов, содержащая корпус и венчик с резьбовой частью и последовательно расположенными на венчике двумя кольцевыми выступами, отличается от прототипа тем, что в верхней части корпуса на его наружной поверхности выполнен конический участок равномерно расширяющийся от венчика к низу, резьбовая часть венчика содержит два полных витка винтовой линии, которая выполнена однозаходной с разрывами в виде чередующихся коротких и длинных участков, причем расстояние между серединой соседних короткого и длинного участков равно одной четвертой длины полного витка винтовой линии, каждый кольцевой выступ имеют участок образованный конической поверхностью, причем коническая поверхность верхнего кольцевого выступа выполнена равномерно расширяющийся к низу, а нижнего - к верху, отношение диаметра d венчика к
в
н
его высоте h удовлетворяет соотношению 1,0<d/h<1,1, отношение диаметра d венчика к наружному диаметру D корпуса удовлетворяет соотношению 0,71<d/D<0,82, а отношение высоты h венчика к габаритной высоте Н преформы удовлетворяет соотношению 0,15<h/H<0,16, диаметр D верхнего кольцевого выступа составляет около 37,6 мм, диаметр D нижнего кольцевого выступа составляет около 47,6 мм.
Оптимальным, с точки зрения достижения указанного положительного эффекта, является типоразмер преформы с диаметром d венчика около 30,5 мм, высотой h венчика около 29,5 мм, диаметром D корпуса около 39,0 мм и габаритной высотой Н около 191,0 мм.
Во всех исполнениях преформы целесообразно ее изготовление из полиэтилентерефталата или полиэтиленнафталата или их композиции.
Конический участок, выполненный в верхней части корпуса на его наружной поверхности и равномерно расширяющийся от венчика к низу, выполняет роль плавного перехода между недеформируемой в процессе выдувания корпуса зоной и зоной максимальной деформации.
Венчик и все составляющие его конструктивные элементы, в отличие от корпуса, имеют окончательные размеры, такие же как и в готовой емкости, поэтому форма и габариты венчика определяют не только типоразмер будущей емкости, но и выполняют функцию подсоединительных и установочных размеров при захвате и удержании преформы в оборудовании для выдувания корпуса. Форма винтовой линии определяет конструкцию колпачка емкости. Верхний кольцевой выступ предназначен для взаимодействия с защитным кольцом колпачка как средство упора, предназначенное для удерживания защитного кольца на венчике емкости, при этом коническая поверхность верхнего кольцевого выступа выполняет роль заходной фаски при установке защитного кольца на венчике. Нижний кольцевой выступ служит технологической опорой для установки преформы в оборудовании для
выдувания корпуса, при этом коническая поверхность нижнего кольцевого выступа выполняет роль центрирующего элемента.
Объем будущей емкости определяется габаритными размерами корпуса, Для удобства заполнения и опорожнения емкости ее объем под заполнение жидкостью должен соответствовать размерам венчика. Для обеспечения указанного соответствия основные массово-габаритные параметры преформы и должны соотносится между собой в указанных граничных интервалах. Назначение этих интервалов не вытекает со всей очевидностью из предназначения преформы при ее проектировании даже для специалиста, а является результатом творческой проработки по оптимизации конструкции исходя из целевой функции.
Величина диаметра d венчика преформы является основополагающей для основных массово-габаритных параметров будущей емкости поскольку от нее прямо зависит скорость заполнения и опорожнения. Конструктивное оформление венчика, в частности его резьбовой части, также зависит от диаметра d и определяет шаг винтовой линии. В свою очередь от величины шага винтовой линии зависит высота h венчика, чем больше диаметр d венчика, тем больше шаг винтовой линии и тем большая высота h венчика потребуется для размещения двух полных витков однозаходной винтовой линии. Таким образом при отношении d/h≥1,1 габаритная высота h венчика будет недостаточной для выполнения резьбовой части в виде двух полных витков однозаходной винтовой линии, а следовательно невозможно будет обеспечить нормальное расположение крышки на венчике будущей емкости. При отношении d/h≤1,0 высота h венчика будет избыточной для выполнения резьбовой части в виде двух полных витков однозаходной винтовой линии, а следовательно габариты и масса венчика и будущей емкости в целом будут необоснованно завышены.
Однопереходная технология раздува в специальной форме накладывает
определенные ограничения на степень вытяжки материала преформы, исходя из его пластических свойств. В стремлении обеспечить максимальную степень вытяжки материала производитель неизбежно сталкивается с недопустимыми утонениями стенки тары или разрывом и наоборот при неполной вытяжке стенка, а вместе с ней и готовая тара становятся переутяжеленной. Применительно к параметрам преформы степень вытяжки материала будет определяться соотношением диаметров и габаритных высот готовой тары и собственно преформы. Как уже отмечалось диаметр и высота готовой тары определяются диаметром d венчика и его высотой h, а следовательно с учетом предельно допустимой степени вытяжки материала этими же параметрами будут определяться и диаметр D и габаритная высота Н корпуса преформы. Таким образом, при отношение диаметра d венчика к наружному диаметру D корпуса d/D≥0,82, равно как и при отношение высоты h венчика к габаритной высоте Н преформы h/H≥0,16 будет происходить неравномерное утонение стенки готовой тары, разрывы, деформирование формы. При отношение диаметра d венчика к наружному диаметру D корпуса d/D≤0,71, равно как и при отношение высоты h венчика к габаритной высоте Н преформы h/H≤0,15 будет происходить неполная вытяжка материала, а стенки готовой тары будут нерационально утолщенными.
Таким образом при выходе за указанные граничные значения интервалов соотношений d/h, d/D и h/H происходит ухудшение основных массово-габаритных параметров будущей емкости, она становиться неэкономичной в процессе ее изготовления. Оптимальными являются соотношения параметров в указанных граничных интервалах, поскольку в этом случае преформа имеет вес близкий к оптимальному.
в
Для обеспечения надежного взаимодействия верхнего кольцевого выступа с защитным кольцом колпачка, его диаметр D должен гарантировано превышать наружный диаметр винтовой линии резьбовой части. Таким образом
в
в
в
величина диаметра D, составляющая около 37,6 мм естественным образом ограничивает номинальное значение диаметра d венчика. При значении величины диаметра D, существенно отличающейся, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от 37,6 мм, происходит гипертрофированное искажение геометрии будущей емкости заданного объема, в частности, венчик становиться либо несоизмеримо велик, либо наоборот неоправданно мал в сравнении с объемом емкости. Тем не менее, величина диаметра D 37,6 мм является математическим ожиданием этого размера и может варьироваться вокруг этого значения в пределах поля допуска, которое определяется технологией производства и в типовых условиях составляет ±0,4 мм.
н
в
н
в
н
в
в
н
в
н
Нижний кольцевой выступ является преимущественно технологическим элементом, размер которого непосредственно определяется диаметром верхнего кольцевого выступа. Диаметр D должен гарантировано превышать диаметр D для обеспечения надежного захвата преформы при ее установке в оборудовании для выдувания корпуса. При величине превышения диаметра D над диаметром D составляющей примерно 10 мм исключается вероятность смятия или среза нижнего кольцевого выступа при его обжатии механическим суппортом. При дальнейшем увеличении превышения D над D, существенного улучшения технологических преимуществ не достигается, а вот массово-габаритные характеристики будущей емкости ухудшаются. Так же как и величина D, величина диаметра D нижнего кольцевого выступа может варьироваться вокруг номинального значения, составляющего 47,6 мм в пределах поля допуска, которое так же составляет ±0,4 мм. Соответственно оптимальное значение диаметров D и D будет соответствовать их номинальной величине, поскольку обеспечивают гарантированные массово-габаритные характеристики и технологичность. Получение значений указанных размеров преформы в заданных интервалах обеспечивается конструкцией пресс-формы и технологией литья. При несоблюдении заданных интервалов
(допусков) преформа признается непригодной для использования по прямому назначению и отбраковывается.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фигуре 1 изображен общий вид преформы, совмещенный с продольным разрезом; на фиг.2 - увеличенное изображение сечения А-А на фиг.1; на фиг.3 - полная развертка винтовой линии резьбовой части венчика.
Преформа содержит корпус 1 и венчик 2. Корпус 1 в верхней части на наружной поверхности имеет конический участок 3 равномерно расширяющийся от венчика 2 к низу. Нижняя часть корпуса 1 имеет сферическую или близкую к ней форму, при этом толщина стенки в средней и нижней частях корпуса 1 является постоянной, если не принимать во внимание наличие технологических уклонов. Венчик 2 имеет последовательно расположенные на нем резьбовую часть 4, верхний кольцевой выступ 5 и нижний кольцевой выступ 6. Резьбовая часть 4 венчика 2 сдержит два полных витка винтовой линии которая выполнена однозаходной и имеет разрывы 7. Таким образом, винтовая линия состоит из чередующихся коротких 8 и длинных 9 участков. Расстояние между серединой соседних короткого 8 и длинного 9 участков равно по дуге одной четвертой длины полного витка винтовой линии, или 90° в угловом исчислении как это и обозначено на фигурах. Верхний кольцевой выступ 5 имеют участок образованный конической поверхностью 10, равномерно расширяющийся к низу, а нижний кольцевой выступ 6 имеют участок образованный конической поверхностью 11, равномерно расширяющийся к верху.
в
н
На фигурах обозначены диаметр d венчика 2 и его высота h, наружный диаметр D корпуса 1 и габаритная высота Н преформы, а также диаметр D верхнего кольцевого выступа 5 и диаметр D нижнего кольцевого выступа 6.
В общем случае реализации полезной модели отношение диаметра d венчика 2 к его высоте h удовлетворяет соотношению 1,0<d/h<1,1, отношение
диаметра d венчика 2 к наружному диаметру D корпуса 1 удовлетворяет соотношению 0,71<d/D<0,82, а отношение высоты h венчика 2 к габаритной высоте Н преформы удовлетворяет соотношению 0,15<h/H<0,16.
в
н
Во всех случаях реализации полезной модели диаметр D верхнего кольцевого выступа 5 составляет около 37,6 мм, диаметр D нижнего кольцевого выступа 6 составляет около 47,6 мм.
Преформа изготавливается методом прессования или литья из полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, или их смеси, а также полипропилена. Построения размерных цепочек и назначение конкретных допусков осуществляют в соответствии с технологией изготовления преформы. В конкретном случае реализации полезной модели преформа отпрессованная из полиэтилентерефталата представляет собой комбинацию размеров в которой диаметр d венчика 2 составляет около 30,5 мм, высота h составляет около 29,5 мм, диаметр D корпуса 1 составляет около 39,0 мм, габаритная высота Н преформы составляет около 191,0 мм. Вес преформа при этом составляет около 115 г. Объем под заполнение жидкостью емкости изготовленной из представленной преформы доведен до 5000 мл. Изготовление емкости из преформы осуществляют методом раздувания корпуса до необходимых размеров. Материал преформы, полностью соответствует нормам совместимости с пищевыми продуктами, что позволяет сохранить в течение длительного гарантийного срока вкусовые и питательные свойства напитков не прибегая к консервантам и стабилизирующим добавкам.
Производство преформы является безотходным высокотехнологичным процессом, а изготавливаемая из нее тара характеризуется повышенной эффективностью, стабильностью массово-габаритных параметров и пригодностью к рециклической утилизации. Таким образом, преформа для изготовления емкостей для жидких продуктов обладает рядом существенных преимуществ в сравнении с прототипом.