Устройство для изготовления ПЭТ-тары из преформы

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для изготовления ёмкостей из материалов в пластическом состоянии, в частности для формирования полых изделий типа ПЭТ-тары путём раздува предварительно нагретых заготовок.
Уровень техники
ПЭТ (или ПЭТФ) - полное название полиэтилентерефталат - термопластик, наиболее распространённый из класса полиэфиров. Данный продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром); твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии. ПЭТ переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров является характеристическая вязкость, определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик. Полиэтилентерефталат используют для изготовления преформ различного вида, из которых затем выдуваются пластиковые контейнеры различного вида и назначения, в первую очередь, пластиковые бутылки (информация взята с сайта https://tara-pet.ru/info/chto-takoe-pet/, дата обращения 03.04.2020г.).
Процесс изготовления ПЭТ-тары включает два этапа. На первом этапе производственного цикла необходимо сформировать преформы. Преформа- предварительная заготовка для изготовления бутылок из полиэтилентерефталата (согласно информации, изложенной в пункте 3.3 в ГОСТ 32686-2014 Бутылки из полиэтилентерефталата для пищевых жидкостей. Общие технические условия). Вначале разогревают исходное сырье – полиэтилентерефталат, он поступает в виде гранул, которые под воздействием высокой температуры увеличиваются в объёме и соединяются в однородную массу. Затем горячую массу разливают в металлические формы. Далее преформы охлаждаются с помощью жидкой двуокиси углерода, возможно также охлаждение водой. На следующем этапе заготовки направляются в автомат для выдува, где под высоким давлением, до 30 атмосфер, осуществляется процесс формирования бутылки. Благодаря высокому давлению на весь процесс затрачивается минимум времени, а изделие получается нужной формы и размеров.
Под изготовлением ПЭТ-тары из преформы подразумевается второй этап изготовления, где производят необходимое количестве ПЭТ-тар (ёмкостей), при этом из каждой преформы получают одну ёмкость.
Известно устройство – установка для изготовления ёмкостей из пластмассы (патент РФ № 2139190, дата публикации 10.10.1999г.). Установка для изготовления ёмкостей из пластмассы содержит станину и смонтированные на ней двигатель поворотного типа, кинематический привод в виде двух одинаковых складывающихся узлов, параллельно расположенных относительно друг друга, неподвижные рамы, подвижные плиты с пресс-формами и узел выдува. Подвижные плиты с пресс-формами расположены на противоположных сторонах от двигателя поворотного типа. Двигатель расположен вертикально между рамами и смонтирован в подвешенном состоянии посредством подшипников скольжения на направляющих валах. Направляющие валы расположены в горизонтальной плоскости по обе стороны от двигателя. Установка снабжена узлом вытяжки, образующим с узлом выдува единый модуль в виде герметизирующего цилиндра, вытяжного пневмоцилиндра и выдувной головки. Выдувная головка смонтирована на корпусе вытяжного пневмоцилиндра. При подаче высокого давления происходит расхождение плит с половинами пресс-формы, что приводит к ухудшению качества готовой продукции. При этом происходит износ элементов, приводящих в движение подвижные плиты. Таким образом, снижается надёжность устройства и срок его службы.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надёжность.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для изготовления ПЭТ-тары (патент РФ № 2635600, дата публикации 20.09.2017г.). Устройство для изготовления ПЭТ-тары содержит накопитель с загрузочным элементом и блок нагрева, средство помещения разогретой заготовки в пресс-форму, приводы для сведения полуформ пресс-формы и узлы фиксации закрытого состояния пресс-формы. Узлы фиксации зарытого состояния пресс-формы включают в себя пневмоприводы. Пневмоприводы связаны с фиксаторами и П-образным профилем. Фиксаторы имеют длину, равную длине полуформы. П-образный профиль выполнен так, что внутренняя поверхность каждой из ветвей находится под углом к плоскости симметрии П-образного профиля. Средство помещения разогретой заготовки в пресс-форму включает в себя подвижный диск с отверстиями по периферии. Диаметр отверстий больше максимального диаметра заготовки. Над подвижным диском расположен неподвижный диск, частично закрывающий отверстия подвижного диска для удержания заготовок и имеющий вырез для обеспечения выпадения заготовки и поступления её в пресс-форму при совмещении отверстия подвижного диска с указанным вырезом. Узлы фиксации закрытого состояния пресс-формы снабжены кронштейнами с зигзагообразным профилем. Для каждого фиксатора предусмотрено два пневмопривода, цилиндры которых с помощью указанных кронштейнов закреплены к одной из полуформ. Штоки присоединены к фиксатору. Угол между внутренней поверхностью каждой из ветвей П-образного профиля и плоскостью симметрии П-образного профиля меньше величины угла трения для материалов полуформы и фиксатора в области их контакта. На каждой полуформе на расстоянии семь миллиметров от краёв выполнены продольные канавки прямоугольного сечения шириной семь миллиметров. В канавки входят ветви соответствующего фиксатора, контактируя со стенками канавок со стороны краёв полуформ.
Пресс-формы изготавливают из стали или алюминия. При выполнении пресс-форм из стали происходит увеличение вероятности прилипания готового изделия к внутренней поверхности пресс-формы, что негативно сказывается на качестве готового изделия и на надёжности работы устройства в целом. При выполнении полуформ из алюминия в условиях регулярной эксплуатации происходит быстрый износ полуформ в месте соприкосновения П-образного профиля со стенками канавок. Мягкий металл под воздействием эксплуатационных нагрузок стирается от частого взаимодействия с фиксатором, выполненным из более твёрдого металла, и происходит нарушение края канавки, что приводит к расхождению полуформ и нарушению конфигурации готового изделия. При этом происходит сокращение срока службы полуформ. Таким образом, можно сделать вывод недостаточной надёжности данной конструкции.
Недостатком прототипа является недостаточная надёжность.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение арсенала технических средств данного назначения.
Поставленный технический результат достигается за счёт того, что в устройстве для изготовления ПЭТ-тары из преформы, содержащем накопитель, блок нагрева, формующий узел, основание, два узла фиксации и источник сжатого воздуха, причём накопитель снабжён загрузочным элементом, блок нагрева снабжён стенкой, средствами удержания преформ, нагревательным элементом, источником горячего воздуха и подающим элементом, формующий узел содержит две рамные части, пресс-форму, две направляющие, держатель, два первых привода, третий привод, герметизирующую головку и четвёртый привод, каждая рамная часть содержит две пластины, пресс-форма содержит две полуформы и донный элемент, узел фиксации состоит из планки и двух вторых приводов, планка снабжена двумя выступами, при этом и каждый первый привод, и каждый второй привод, и третий привод снабжён корпусом и подвижным относительно этого корпуса штоком, четвёртый привод также снабжён корпусом и подвижным относительно этого корпуса удлинённым штоком, пластины выполнены из стали, полуформы выполнены из алюминиевого сплава, причём корпуса первых приводов, корпус третьего привода, корпус четвёртого привода, накопитель, загрузочный элемент, нагревательный элемент, средства удержания преформ, стенка, источник горячего воздуха, подающий элемент, держатель, направляющие и донный элемент конструктивно закреплены на основании, при этом загрузочный элемент выполнен и установлен с обеспечением возможности поочерёдной подачи каждой преформы из накопителя в соответствующее средство удержания преформы, каждое средство удержания преформы расположено с обеспечением размещения соответствующей ему преформы между нагревательным элементом и стенкой, каждое средство удержания преформы выполнено с обеспечением возможности последовательного перемещения удерживаемой им преформы от места попадания преформы из загрузочного элемента в это средство удержания преформы вокруг нагревательного элемента к месту выпадения этой преформы из этого средства удержания преформы в подающий элемент, а также каждое средство удержания преформы выполнено с обеспечением возможности поворота удерживаемой им преформы относительно нагревательного элемента в процессе указанного последовательного перемещения, источник горячего воздуха установлен с обеспечением подачи горячего воздуха в пространство между стенкой и преформами, подающий элемент выполнен и расположен с обеспечением поочерёдной подачи преформ из соответствующего каждой из них средства удержания преформы в держатель формующего узла, причём каждая рамная часть соединена со штоком одного соответствующего ему первого привода, при этом один первый привод и другой первый привод расположены с противоположных сторон от рамных частей по отношению друг к другу, в каждой пластине выполнена канавка, канавки одной рамной части обращены в противоположные стороны друг от друга, помимо этого, в каждой рамной части со стороны другой рамной части установлена одна полуформа, обе рамные части установлены на направляющих с обеспечением возможности движения по направляющим рамных частей до сведения полуформ с донным элементом с образованием пресс-формы с полостью для формирования ПЭТ-тары из преформы, с последующим разведением рамных частей с полуформами в противоположные стороны от донного элемента, кроме того, держатель установлен с обеспечением возможности удержания преформы внутри полости для формирования ПЭТ-тары из преформы с размещением горловины преформы вне указанной полости, шток третьего привода соединён с герметизирующей головкой, третий привод выполнен и установлен с обеспечением стыковки герметизирующей головки с горловиной преформы, находящейся в держателе, герметизирующая головка соединена с источником сжатого воздуха с обеспечением создания повышенного давления воздуха внутри преформы, четвёртый привод выполнен и установлен с обеспечением возможности введения удлинённого штока через горловину преформы и его движения в сторону донного элемента и обратно, причём корпуса вторых приводов одного узла фиксации закреплены на одной пластине, планка закреплена на штоках вторых приводов одного узла фиксации, при этом узлы фиксации расположены с противоположных сторон от пресс-формы во время её нахождения в сомкнутом состоянии, каждый узел фиксации выполнен с обеспечением введения, во время нахождения пресс-формы в сомкнутом состоянии, каждого выступа его планки в соответствующую этому выступу канавку, при том, что одна из этих канавок относится к одной рамной части, а другая канавка относится к другой рамной части, кроме того, эти канавки расположены, при нахождении полуформ в сомкнутом состоянии, с той же стороны от пресс-формы, что и данный узел фиксации, также каждый узел фиксации выполнен с обеспечением отведения выступов от этих канавок по завершении процесса формирования ПЭТ-тары, пресс-форма снабжена средством выпуска воздуха из полости для формирования ПЭТ-тары из преформы, пресс-форма снабжена средством отведения тепла, а выступы и канавки выполнены с обеспечением удержания полуформ в сомкнутом состоянии в течение, по крайней мере, части времени нахождения выступов в канавках, в частном случае планка с выступами выполнена с образованием П-образного поперечного сечения, в другом частном случае угол наклона обращённых друг к другу поверхностей выступов, а также угол наклона ближайших друг к другу поверхностей канавок, взаимодействующих с одной и той же планкой, выполнены с обеспечением возможности прижатия рамных частей друг к другу, в третьем частном случае средством выпуска воздуха выполнено в виде отверстий в донном элементе, в четвёртом частном случае средством выпуска воздуха выполнено в виде зазоров между полуформами, в пятом частном случае средством выпуска воздуха выполнено в виде зазоров между полуформами и донным элементом.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1-4), где на фиг.1 показан общий вид устройства для изготовления ПЭТ-тары из преформы (далее по тексту иногда именуемого – устройство для изготовления ПЭТ-тары или устройство), на фиг.2 показан формующий узел с узлами фиксации в закрытом состоянии, на фиг.3 показано взаимодействие выступов планки с канавками пластин в закрытом состоянии узлов фиксации, на фиг.4 показан вид формующего узла в открытом состоянии с открытыми узлами фиксации.
Раскрытие полезной модели
На фигурах обозначены: стенка 1, нагревательный элемент 2, загрузочный элемент 3, четвёртый привод 4, третий привод 5, накопитель 6, блок управления 7, второй привод 8, первый привод 9, рамная часть 10, направляющая 11, донный элемент 12, основание 13, герметизирующая головка 14, подающий элемент 15, источник горячего воздуха 16, канавка 17, пластина 18, планка 19, крепёжный элемент 20, полуформа 21, выступ 22, опорный элемент 23.
Основными элементами устройства для изготовления ПЭТ-тары из преформы являются основание 13, блок управления 7, накопитель 6, блок нагрева, формующий узел, два узла фиксации и источник сжатого воздуха.
Основание 13 представляет собой конструктивный элемент устройства для изготовления ПЭТ-тары из преформы, выполненный для обеспечения установки и крепления на нём составных элементов и узлов устройства для изготовления ПЭТ-тары из преформы, т.е. обеспечивает конструктивное единство. Основание 13 обеспечивает взаимное расположение составных элементов устройства, обеспечивающее перемещение преформы от одного узла (блока) к другому (покидание одного узла устройства, движение в пространстве и попадание в очередной узел устройства, при том что все эти этапы перемещения должны осуществляться в определённом абсолютном и относительном пространственном положении преформы). Основание 13 выполнено в виде изделия сложной конфигурации с развитой пространственной структурой, в том числе с различными выступающими элементами в виде рамных конструкций для крепления отдельных узлов и блоков. В частном случае основание 13 может служить корпусом для размещения внутри него составных элементом и узлов устройства, например, электроприводов, насосов, блока управления 7 и т.п.
Корпуса первых приводов 9, корпус третьего привода 5, корпус четвёртого привода 4, накопитель 6, загрузочный элемент 3, нагревательный элемент 2, средства удержания преформ, стенка 1, источник горячего воздуха 16, подающий элемент 15, держатель, направляющие 11 и донный элемент 12 конструктивно закреплены (конструктивное крепление) на основании 13 с обеспечением их правильного взаимодействия и работоспособности устройства в целом. Конструктивное крепление (далее указанного также как крепление) к основанию 13 различных блоков, узлов и отдельных элементов устройства (в том числе третьего привода 5, четвёртого привода 4, накопителя 6, блока управления 7, источника горячего воздуха 16) может быть осуществлено непосредственно или посредством различных промежуточных элементов. Возможно осуществление крепления одного узла, блока или элемента устройства к основанию 13 через другой его узел или блок. Под конструктивным креплением, в том числе, понимают удержание блока, узла или отдельного элемента под действием силы тяжести или силы трения, а также установка в распор. Таким образом, крепление к основанию 13 понимается в данном случае в широком смысле, как любое присоединение элементов устройства к основанию 13, так и любое другое присоединение, обеспечивающее конструктивное единство.
Блок управления 7 выполнен с обеспечением возможности контроля включения и выключения соответствующих блоков или элементов устройства, например, источника горячего воздуха 16, нагревательного элемента 2 и других элементов, а также контроля правильной очерёдности срабатывания тех или иных блоков и элементов. Блок управления 7 выполнен с обеспечением возможности осуществления корректного взаимодействия отдельных компонентов устройства в соответствии с заданными алгоритмами работы. Например, запуска первых приводов 9 на смыкание полуформ 21 при получении сигнала от оптического устройства о наличии преформы в держателе, или необходимости извлечения готового изделия при отведении герметизирующей головки 14 и полуформ 21 от готового изделия. Блок управления 7 электрически связан с каждым из соответствующих элементов устройства с обеспечением возможности получения от них и передачи им различных сигналов и команд. Блок управления 7 подсоединён к внешней питающей электрической сети.
Накопитель представляет собой устройство, аппарат, позволяющее накапливать, собирать что-либо, согласно второму значению определения, приведённого в Энциклопедическом словаре на сайте https://dic.academic.ru/dic.nsf/es/114983/накопитель, дата обращения 03.04.2020г. При этом согласно третьему значению указанного определения накопитель предназначен для накопления перед выдачей в другое место. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о применимости данного термина для средства, в котором накапливаются (хранятся) преформы для дальнейшей подачи преформ в другой блок. Данное средство обозначено на чертежах позицией 6. В частном случае накопитель 6 может быть выполнен наклонным, обеспечивающим движение преформ к выходу под действием силы тяжести. Накопитель 6 снабжён загрузочным элементом 3. В частном случае накопитель 6 может быть снабжён ограничителем (стопором), выполненным с обеспечением возможности прерывания процесса подачи (движения) преформ в загрузочный элемент 3. Указанный ограничитель может быть выполнен полностью механическим или управляемым, а, следовательно, взаимосвязанным с блоком управления 7.
Загрузочный элемент 3 выполнен и установлен с обеспечением возможности поочерёдной подачи каждой преформы из накопителя 6 в советующее средство удержания преформ блок нагрева.
Для формирования из преформы ёмкости, необходимо осуществить нагрев преформ до достижения показателей вязкости, достаточных для дальнейшего её формования. Эту операцию осуществляет блок нагрева. Блок нагрева выполнен с обеспечением возможности прогрева каждой преформы перед подачей её в формующий узел. Блок нагрева снабжён стенкой 1, нагревательным элементом 2, источником горячего воздуха 16, средствами удержания преформ и подающим элементом 15. Блок нагрева (относящиеся к нему стенка 1, нагревательный элемент 2, средства удержания преформы и источник горячего воздуха 16) установлен и закреплён на основании 13.
Стенка 1 расположена вокруг нагревательного элемента 2. Стенка 1 может быть выполнена замкнутой или иметь небольшие разрывы. В частном случае стенка 1 может быть выполнена цилиндрической с коническим или плоским продолжением в виде днища.
Средства удержания преформ выполнены с обеспечением удержания каждой преформы за счёт упора плечиков преформы в средство удержания преформ под собственным весом преформы. Плечики представляют собой кольцевой выступ под горловиной преформы или на ней, имеющий диаметр больший, чем диаметр основной, расположенной ниже плечиков и формуемой впоследствии, части преформы. Средства удержания преформ выполнены и размещены с обеспечением размещения преформ между нагревательным элементом 2 и стенкой 1. Средства удержания преформ выполнены с обеспечением размещения горловин преформ выше расположения нагревательных элементов 2 (вне зоны нагрева). Данное расположение преформ выполнено для обеспечения сохранения температуры горловины и недопущения её перегрева и дальнейшей деформации. В частном случае средства удержания преформ могут быть снабжены дополнительными элементами в месте контакта горловины со средством удержания преформ, имеющими малую теплопроводность, а также снижающими вероятность прилипания преформы к материалу средства удержания преформ.
Средства удержания преформ выполнены с обеспечением возможности последовательного перемещения каждой преформы от места попадания преформы из загрузочного элемента 3 в соответствующее средство удержания преформы, вокруг нагревательного элемента 2 к месту выпадения этой преформы из этого средства удержания преформ в подающий элемент 15. Расположение и крепление преформ в блоке нагрева выполнено с обеспечением возможности прогрева каждой преформы со всех боковых сторон. При этом средства удержания преформ выполнены с обеспечением возможности поворота каждой преформы относительно нагревательных элементов 2 в процессе указанного последовательного перемещения вследствие поворота каждой преформы вокруг своей оси.
В частном случае средства удержания преформ могут быть выполнены в виде двух дисков: подвижного и неподвижного. При этом в подвижном диске выполнены отверстия (размер которых больше размера плечиков преформы), частично перекрываемые неподвижным диском со стороны центра блока нагрева. Неподвижный диск способствует удержанию преформы в указанных отверстиях подвижного диска за счёт зацепления за него плечиков преформы. На неподвижном диске по краю, контактирующему с преформами, нанесены насечки. Указанные насечки обеспечивают повышение силы трения преформы о неподвижный диск при повороте подвижного диска вокруг оси блока нагрева и, таким образом, способствуют повороту каждой преформы вокруг своей оси. При этом в неподвижном диске в зоне выгрузки (над подающим элементом 15) выполнен вырез, соответствующий по размерам одному средству удержания преформ. В месте выреза, выполненном в неподвижном диске, установлен механизм освобождения преформы.
Механизм освобождения преформы выполнен в виде части сегмента неподвижного диска с механизмом его возвратно-поступательного движения к центру неподвижного диска и от центра. Часть сегмента неподвижного диска в крайнем дальнем положении от центра имитирует недостающий (вырезанный) кусок неподвижного диска. При повороте подвижного диска (например, посредством шагового привода) каждым соответствующим средством удержания преформ к вырезу, преформа продолжает удерживаться в средстве удержания преформ посредством механизма освобождения преформы. Далее срабатывает механизм возвратно-поступательного движения, и часть сегмента неподвижного диска отводят в сторону центра. Происходит освобождение просвета отверстия в подвижном диске и выпадение преформы в подающий элемент 15. После выпадения преформы механизм освобождения преформы возвращается в положение крайнее от центра.
В качестве нагревательного элемента 2 может быть использовано любое средство нагрева, обеспечивающее достижение эксплуатационных температур, необходимых для дальнейшего раздува преформ. В частном случае в качестве нагревательного элемента 2 может быть использован один или несколько источников инфракрасного излучения в виде трубчатых электронагревателей (ТЭНов). Нагревательный элемент 2 преимущественно располагают в центральной части сформированного стенкой 1 внутреннего объёма. Нагревательный элемент 2 выполнен с обеспечением возможности равномерного прогрева преформы по её высоте, например, посредством расположения трубчатых электронагревателей в несколько рядов, распределённых по высоте преформы.
Источник горячего воздуха 16 (например, фен) обеспечивает дополнительный нагрев, а также выравнивание температурного режима за счёт перемешивания воздуха внутри блока нагрева. Источник горячего воздуха 16, в частном случае, может быть частично расположен с внешней стороны стенки 1 и частично с внутренней стороны. Для этого в стенке 1 выполняют окно или отверстие. Источник горячего воздуха 16 может быть закреплён к стенке 1 или к основанию 13, посредством стойки или кронштейна Источник горячего воздуха 16 располагают с обеспечением возможности подачи горячего воздуха в пространство между стенкой 1 и преформами, в частном случае с обеспечением создания кругового потока воздуха между внутренней поверхностью стенки 1 и преформами.
Подающий элемент 15 выполнен с обеспечением поочерёдной подачи разогретой преформы из соответствующего каждой из них средства удержания преформы в держатель формующего узла. Для выпадения преформы из блока нагрева в подающий элемент 15 в блоке нагрева выполнены соответствующие элементы. В частном случае, при необходимости, в стенке 1 может быть выполнен вырез в зоне выгрузки над местом размещения подающего элемента 15. При освобождении соответствующего отверстия в подвижном диске от средства освобождения преформы происходит свободное падение преформы под действием силы тяжести в подающий элемент 15.
Формующий узел выполнен состоящим из двух рамных частей 10, держателя, двух направляющих 11, двух первых приводов 9, третьего привода 5, герметизирующей головки 14, четвёртого привода 4 и пресс-формы, состоящей, в частном случае, из двух полуформ 21 и донного элемента 12.
Рамная часть 10 выполнена в виде конструкции для размещения и удержания в ней соответствующей полуформы 21. Каждая рамная часть 10 содержит две пластины 18. В частном случае рамная часть 10 выполнена в виде двух пластин 18, соединённых между собой перекладинами и опорным элементом 23 с образованием места для размещения полуформы 21.
В устройстве установлено две рамные части 10. Обе рамные части 10 установлены на направляющих 11 с обеспечением возможности движения рамных частей 10 по направляющим 11 до сведения полуформ 21 с донным элементом 12 с образованием между ними полости для формирования ПЭТ-тары из преформы. В последующем рамные части 10 разводят в противоположные стороны от донного элемента 12. В частном случае для установки рамной части 10 на направляющие 11 в каждом опорном элементе 23 выполнены два соответствующие отверстия, в каждом из которых размещена соответствующая направляющая 11.
Направляющая 11 представляет собой металлический стержень или трубку. Материал направляющей 11 выбран из условия соблюдения стойкости к эксплуатационным нагрузкам. Размеры направляющей 11 выбраны с обеспечением возможности размещения в отверстии рамной части 10 и сведения полуформ 21 с достаточной степенью точности. Качество обработки поверхности направляющей 11 должно соответствовать беспрепятственному перемещению по ней рамных частей 10. В устройстве для изготовления ПЭТ-тары из преформы использовано две направляющих 11, установленных и закреплённых на основании 13 параллельно друг другу. При этом каждая направляющая 11 пропущена через соответствующее отверстие опорного элемента 23 одной рамной части 10 и соответствующее отверстие опорного элемента 23 другой рамной части 10.
В каждой пластине 18 выполнена канавка 17. Канавка 17 расположена вдоль того края пластины 18 одной рамной части, который обращён в сторону другой рамной части 10. В частном случае канавки 17 выполнены прямыми. При этом указанная канавка 17 выполнена со стороны пластины 18, обращённой в противоположную сторону от другой пластины 18 этой же рамной части 10. Т.е. канавки 17 одной рамной части 10 обращены в противоположные стороны друг от друга. Каждая рамная часть 10 обращена своим опорным элементом 23 вниз, т.е. в сторону основания 13. Пластины 18 выполнены из металла достаточной прочности и износостойкости, обеспечивающих стойкость ко всем эксплуатационным нагрузкам. В частном случае пластины 18 выполнены из стали.
Пресс-форма представляет собой форму для получения изделий различной конфигурации, в том числе ПЭТ-тары (бутылки, ёмкости), под действием давления, например сжатого воздуха (выдува) (согласно информации, описывающей процесс изготовления ПЭТ-тары в различных интернет источниках, в том числе https://prnc.ru/Pages/Glossariy/Vyduv_pet.htm, https://daplast.ru/library/ekstruzionno-vyiduvnoe-formovanie/, на сайте http://lonima.ru/help/chto-takoe-viduv/, на сайте https://klona.ua/blog/liteynoe-proizvodstvo/izgotovlenie-press-formi-dlya-viduva-pet-butilok-osobennosti-sroki-tsena, дата обращения ко всем перечисленным источникам информации 02.04.2020г.). Пресс-форма может быть выполнена из двух полуформ 21, содержащих в нижней части фрагменты формирования дна ёмкости, или из двух полуформ 21 и донного элемента 12. В одном частном случае две полуформы 21 при смыкании образуют полость необходимого объёма и конфигурации для формуемого изделия. В другом частном случае две полуформы 21 образуют указанную полость совместно с донным элементом 12, установленным в нижней части смыкания полуформ 21.
Полуформа 21 представляет собой часть разъёмной пресс-формы для получения изделий, в частном случае ёмкостей, различного объёма и конфигурации. Полуформы 21 выполнены из металла, в частном случае из алюминиевого сплава. Каждая полуформа 21 установлена в соответствующей ей рамной части 10. При этом каждая полуформа 21 размещена с той стороны соответствующей ей рамной части 10, которая обращена в сторону другой рамной части 10. Полуформы 21 установлены в рамных частях 10 с возможностью их замены на полуформы 21 другого необходимого объёма и конфигурации.
Донный элемент 12 выполнен с внутренней поверхностью в виде поверхности, соответствующей требуемой поверхности дна (его части) формируемой ёмкости. Донный элемент 12 может быть выполнен из стали. Преимущественно донный элемент 12 выполняют из алюминиевого сплава. Донный элемент 12 установлен и закреплён на основании 13 между направляющими 11, а также между рамными частями 10 с обеспечением образования им и двумя полуформами 21 объёма для формирования ёмкости из преформы при смыкании полуформ 21 с донным элементом 12.
Все элементы пресс-формы выполнены с обеспечением возможности точной стыковки между собой без зазоров и выступов, негативно влияющих на качество готовой продукции. В частном случае для возможности точной стыковки на одной из полуформ 21 могут быть выполнены выступающие фрагменты, имеющие ответную форму по отношению к соответствующему углублению в другой полуформе 21 и входящие в них. Донный элемент 12 и полуформы 21 могут быть снабжены юстирующими элементами, обеспечивающими точность сведения полуформ 21 с донным элементом 12 без зазоров и смещений. В частном случае, юстирующие элементы представляют собой выступающее кольцо по внешней поверхности донного элемента 12 и ответные по отношению к нему углубления в виде полуколец на каждой из полуформ 21.
Элементы пресс-формы могут иметь средство выпуска воздуха из полости для формирования ПЭТ-тары из преформы, вытесняемого увеличивающейся преформой при раздувании. Средство выпуска воздуха из полости для формирования ПЭТ-тары из преформы может быть выполнено как мелкие отверстия или мельчайшие зазоры между элементами пресс-формы. При этом указанное средство выпуска воздуха из полости для формирования ПЭТ-тары из преформы выполнено с обеспечением возможности сохранения заданной конфигурации ёмкости без видимых деформаций, т.е., например, имеют размеры, не допускающие вытеснение в них материала преформы.
Пресс-форма может быть снабжена средством отведения тепла. В частном случае для осуществления отведения тепла в полуформах 21 могут быть выполнены каналы для подачи охлаждающей жидкости. При этом данные каналы снабжены средствами подсоединения к подводящим и отводящим трубкам, например, в виде резьбы или какого-либо уплотнительного элемента.
Держатель представляет собой средство для удержания преформы внутри полости для формирования ПЭТ-тары из преформы с размещением горловины преформы вне указанной полости. Держатель установлен с обеспечением возможности попадания в него разогретой преформы из блока нагрева. В частном случае держатель выполнен в виде полосы с двумя выступающими частями на одном конце для удержания преформы за плечики. Держатель может быть закреплён на одном из составляющих элементов формующего узла или на промежуточных элементах основания 13.
Оптический элемент выполнен с обеспечением возможности распознавания наличия преформы в держателе. Оптический элемент в частном случае может быть выполнен как установленный с противоположных сторон от держателя излучатель и приёмник оптического луча. При попадании в держатель преформы происходит прерывание светового луча от излучателя. Приёмник подаёт сигнал блоку управления 7 об отсутствии светового луча, т.е. о наличии преформы в держателе. Таким образом, обеспечивают автоматический запуск формующего узла.
Первый привод 9, второй привод 8, третий привод 5 и четвёртый привод 4 представляют собой устройство, состоящее из источника энергии и передающих энергию (движение) механизмов для приведения в движение различных элементов, узлов и блоков. В частном случае в качестве первого привода 9, второго привода 8, третьего привода 5 и четвёртого привода 4 может быть использован пневматический или гидравлический привод возвратно-поступательного движения, включающий в себя корпус (цилиндр) с механизмом передачи движения, например, в виде подвижного относительно корпуса штока.
Первый привод 9 выполнен с обеспечением возможности возвратно-поступательного движения рамных частей 10 по направляющим 11. Каждая рамная часть 10 соединена с корпусом одного соответствующего ей первого привода 9. При этом один первый привод 9 присоединён к одной рамной части 10, другой первый привод 9 к другой рамной части 10. Один первый привод 9 и другой первый привод 9 расположены с противоположных сторон от рамных частей 10 по отношению друг к другу и закреплены в основании 13. Указанные первые приводы 9 установлены с обеспечением возможности одновременного противоположно направленного движения рамных частей 10, с обеспечением смыкания и размыкания установленных в них полуформ 21.
Третий привод 5 соединён своим штоком с герметизирующей головкой 14. Третий привод 5 выполнен и установлен с обеспечением стыковки герметизирующей головки 14 с горловиной преформы, установленной в держателе. Третий привод 5 выполнен с обеспечением возможности подведения к горловине преформы герметизирующей головки 14 и её удержания в данном положении на протяжении всего цикла формования ёмкости из данной преформы, а также последующего её отведения.
Герметизирующая головка 14 выполнена с обеспечением возможности плотного прилегания к горловине преформы. В частном случае герметизирующая головка 14 может быть выполнена конусообразной для обеспечения прижатия к горловинам различного диаметра и снабжена средствами уплотнения соединения, например, прорезиненными прокладками. Герметизирующая головка 14 соединена с источником сжатого воздуха с обеспечением создания повышенного давления воздуха внутри преформы. Соединение герметизирующей головки 14 с источником сжатого воздуха для раздувания преформы может быть выполнено, например, в виде штуцеров. Внутреннее отверстие герметизирующей головки 14 выполнено с обеспечением возможности прохождения через него удлинённого штока четвёртого привода 4. В частном случае внутреннее отверстие герметизирующей головки 14 может быть выполнено с обеспечением возможности наличия зазора между поверхностью герметизирующей головки 14 и удлинённым штоком для подачи в пресс-форму воздуха под давлением из источника сжатого воздуха.
Источник сжатого воздуха представляет сбой средство подачи воздуха под давлением. В качестве источника сжатого воздуха может быть применён как собственный компрессор, установленный на основании или возле него, так и магистральный источник сжатого воздуха (воздушная магистраль, шланг). Источник сжатого воздуха подсоединён к герметизирующей головке обеспечением создания повышенного давления воздуха внутри преформы.
Четвёртый привод 4 снабжён удлинённым штоком. Четвёртый привод 4 выполнен и установлен с обеспечением возможности введения удлинённого штока через горловину преформы и его движения в сторону донного элемента 12 и обратно. Четвёртый привод 4 размещён над третьим приводом 5. Четвёртый привод 4 выполнен с обеспечением возможности доведения удлинённого штока до части пресс-формы, соответствующей дну формируемой ёмкости, в частности до донного элемента 12. При этом указанный удлинённый шток выполнен с обеспечением возможности растяжения преформы в направлении от горловины к дну без её повреждения.
Узел фиксации выполнен с обеспечением возможности фиксации взаимного положения рамных частей 10 в сведённом состоянии и предотвращения их расхождения в противоположные стороны под действием давления воздуха, подаваемого в преформу. Узел фиксации состоит из планки 19 и двух вторых приводов 8. Узлов фиксации в устройстве использовано два. При этом указанные два узла фиксации установлены с противоположных сторон формующего узла в месте схождения соответствующих пластин 18 рамных частей 10 во время нахождения полуформ 21 в сомкнутом состоянии.
Второй привод 8 выполнен с обеспечением возможности поступательного движения планки 19 в сторону пластины 18, на которой он закреплён. Корпуса вторых приводов 8 одного узла фиксации закреплены на одной пластине 18. В частном случае узлы фиксации закреплены на одной рамной части 10. При этом один из них закреплён на одной пластине 18, а другой - на другой пластине 18 (причём обе эти пластины 18 входят в состав одной рамной части 10). В другом частном случае узлы фиксации закреплены на разных рамных частях 10. При этом один из них закреплён на одной пластине 18, а другой - на другой пластине 18 (причём эти пластины 18 входят в состав разных рамных частей 10 и расположены с противоположных сторон от пресс-формы). Крепление корпуса второго привода 8 может быть выполнено непосредственно или через вспомогательные элементы, в частном случае крепёжные элементы 20.
Крепёжный элемент 20 выполнен с обеспечением возможности крепления второго привода 8 к рамной части 10 на некотором расстоянии от соответствующей пластины 18, на которой он закреплён. В частном случае крепёжный элемент 20 может быть выполнен в виде зигзагообразно или Г-образно изогнутой детали одним концом закреплённой на одной из пластин 18 рамной части 10. На другом конце крепёжного элемента 20 закреплён (своим корпусом) второй привод 8. Высота крепёжного элемента 20 выполнена с обеспечением возможности свободного перемещения рамных частей 10 относительно друг друга при открытом положении узла фиксации. Крепёжный элемент 20 для каждого узла фиксации может быть выполнен один для обоих вторых приводов 8 или состоящим из частей, на каждой из которых закреплён советующих второй привод 8 этого узла фиксации.
Планка 19 представляет собой металлическую полосу с двумя выступами 22, расположенными вдоль длинных краёв. Выступы 22 выполнены прямыми (или соответствующими по конфигурации соответствующим им канавкам 17). В частном случае выступы 22 выполнены с образованием П-образного поперечного сечения планки 19. Ширина выступа 22 выполнена с обеспечением возможности вхождения этого выступа 22 в соответствующую ему канавку 17 пластины 18. Расстояние между выступами 22 одной планки 19 выполнено с обеспечением возможности совместного введения одного выступа 22 этой планки 19 в канавку 17 соответствующей пластины 18 одной рамной части 10, а другого выступа 22 этой планки 19 в канавку 17 пластины 18 другой рамной части 10 при сомкнутом (сведённом) состоянии пресс-формы. Планка 19 закреплена на штоках вторых приводов 8 одного узла фиксации, расположенных на расстоянии друг от друга. При этом чем больше расстояние между вторыми приводами 8, тем точнее задаётся расположение планки 19 относительно канавок 17. В частном случае углы наклона поверхностей выступов 22 одной планки 19, обращённых друг к другу, могут быть выполнены отличными от прямых, для повышения надёжности попадания их в канавки 17 и для обеспечения более плотного сведения полуформ 21 друг с другом. При этом угол наклона боковых поверхностей канавок 17, ближайших к сводящимся краям соответствующих им пластин 18, могут быть выполнены отличными от прямых и выполнены с обеспечением возможности сведения указанных краёв при попадании выступов 22 в канавки 17.
Каждый узел фиксации выполнен с обеспечением введения, во время нахождения пресс-формы в сомкнутом состоянии, каждого выступа 22 его планки 19 в соответствующую этому выступу 22 канавку 17. При том, что одна из этих канавок 17 выполнена в пластине 18 одной рамной части 10, а другая канавка 17 выполнена в пластине 18 другой рамной части 10. Кроме того, указанные канавки 17 расположены, при нахождении полуформ 21 в сомкнутом состоянии, с той же стороны от пресс-формы, что и данный узел фиксации. Два выступа 22 одной планки и соответствующие им две канавки 17 выполнены с обеспечением удержания полуформ 21 в сомкнутом состоянии с одной стороны формующего узла. Два выступа 22 другой планки и соответствующие им две канавки 17 выполнены с обеспечением удержания полуформ 21 в сомкнутом состоянии с другой стороны формующего узла. Узел фиксации выполнен с обеспечением отведения выступов 22 от этих канавок 17 по завершении процесса формирования ПЭТ-тары. При этом расстояние, на которое отводят планки 19 от пластин 18, выбрано с обеспечением беспрепятственного расхождения рамных частей 10 в противоположные стороны.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Устройство для изготовления ПЭТ-тары из преформы изготавливают путём установки и крепления на основании 13 формующего узла, узлов фиксации, блока нагрева, блока управления 7 и накопителя 6. Соединение узлов и блоков осуществляют описанным выше образом с обеспечением возможности их правильного взаимодействия. В рамные части 10 устанавливают полуформы 21 необходимого объёма и конфигурации. При необходимости устанавливают донный элемент 12 и закрепляют его на основании 13. Подключают средства отведения тепла, в частном случае к каналам в полуформах 21 подсоединяют средства подведения и отведения охлаждающей жидкости. Последовательность и скорость выполнения операций контролируется блоком управления 7 согласно заранее загруженных в блок управления 7 алгоритмов. При этом оператор, обслуживающий устройство для изготовления ПЭТ-тары из преформы, в любой момент может остановить, изменить и скорректировать работу устройства.
В накопитель 6 загружают преформы. Преформы поочерёдно под действием силы тяжести продвигаются к загрузочному элементу 3. Для обеспечения попадания в загрузочный элемент 3 одной преформы в накопителе 6 установлен ограничитель. Ограничитель при необходимости перекрывает доступ преформ к загрузочному элементу 3. Загрузочный элемент 3 обеспечивает попадание преформ в блок нагрева по одной. При этом каждая преформа занимает соответствующее место в блоке нагрева в отдельном средстве удержания преформ. Плечики преформ упираются в край неподвижного диска и края отверстия подвижного диска (в дополнительные элементы, имеющие малую теплопроводность, а также снижающие вероятность прилипания преформы к материалу средства удержания преформ). При повороте подвижного диска, посредством соответствующей приводной системы, происходит подведение под загрузочный элемент 3 очередного средства удержания преформ, в которое попадает следующая преформа. При этом при повороте подвижного диска, преформа поворачивается вокруг своей оси за счёт трения о край неподвижного диска с насечками. Излучение нагревательных элементов 2, установленных в центре блока нагрева, попадает на поверхность преформ и нагревает их. Источник горячего воздуха 16 подаёт нагретый воздух в пространство между стенкой 1 и висящими преформами, нагревая материал преформ с противоположной стороны от нагревательных элементов 2 и перемешивая воздух внутри блока нагрева. Преформы перемещают вокруг нагревательных элементов 2 от загрузочного элемента 3 до подающего элемента 15. После прохождения преформами цикла нагрева преформа оказывается в месте выгрузки. Здесь происходит совмещение отверстия в подвижном диске и выреза в неподвижном диске. При этом удержание преформы происходит за счёт расположения средства освобождения преформы в крайнем положении от центра, т.е. в виде продолжения края неподвижного диска. Далее происходит отведения средства освобождения преформы к центру. Таким образом, предотвращают перекос преформы при её выпадении и обеспечивают выпадение преформы в вертикальном положении для точного попадания в держатель. В результате наличия выреза у преформы исчезает точка опоры для плечиков. Под действием силы тяжести преформа попадает в подающий элемент 15. По подающему элементу 15 преформа поступает в держатель.
Излучаемый оптическим элементом луч попадает на преформу и отражается от неё, не попадая в приёмник оптического луча. Приёмник оптического луча подаёт блоку управления 7 сигнал о его отсутствии. Блок управления 7 выдаёт сигнал первым приводам 9 на сведение пресс-формы.
Первые приводы 9 продвигают рамные части 10 навстречу друг к другу до полного смыкания полуформ 21. При этом выступающее кольцо на донном элементе 12 входит в углубление в виде полукольца на каждой из полуформ 21, обеспечивая, тем самым, дополнительную точность позиционирования. Полуформы 21 и, в частном случае, донный элемент 12 формируют полость. В этой полости оказывается размещённой нижняя часть разогретой преформы, верхняя часть которой остаётся в холодной зоне вне указанной полости. После остановки первых приводов 9 в положении сомкнутых полуформ 21 блок управления 7 выдаёт соответствующий сигнал на запуск вторых приводов 8.
Вторые приводы 8 продвигают планку 19 в сторону пластин 18. Один из выступов 22 каждой планки 19 попадает в канавку 17 соответствующей пластины 18 одной рамной части 10, а другой выступ 22 попадает в канавку 17 соответствующей пластины 18 другой рамной части 10. Таким образом, узлы фиксации фиксируют взаимное расположение рамных частей 10 и удерживают полуформы 21 в сомкнутом состоянии. После фиксации полуформ 21 в сомкнутом состоянии происходит запуск третьего привода 5.
Третий привод 5 подводит герметизирующую головку 14 к горловине преформы и прижимает её для создания герметичного соединения. Далее четвёртый привод 4 вводит удлинённый шток в преформу через горловину. Удлинённый шток растягивает преформу в продольном направлении к донному элементу 12. Одновременно подают через герметизирующую головку 14 среднее по величине давление предварительного раздува из источника сжатого воздуха. Происходит предварительный раздув преформы в поперечном направлении. Удлинённый шток упирает дно преформы в донный элемент 12. Происходит подача высокого давления, которое прижимает материал разогретой преформы к поверхности пресс-формы и формирует ёмкость необходимого объёма и конфигурации.
Давление, действующее с внутренней стороны на пресс-форму, стремится раздвинуть полуформы 21 в противоположном друг от друга направлении. Выступы 22, удерживая пластины 18, а, следовательно, и рамные части 10, от расхождения друг от друга, препятствуют изменению конфигурации внутренней полости пресс-формы. В результате формируется ПЭТ-тара требуемого объёма и формы.
Средства выпуска воздуха из полости для формирования ПЭТ-тары обеспечивают выход вытесняемого раздуваемой преформой воздуха из пресс-формы. Таким образом, предотвращают формирование дефектов из-за наличия пузырьков воздуха и неплотного прилегания материала преформы к поверхности пресс-формы.
После формирования ёмкости сбрасывают давление. Далее реализуются два варианта действий. В первом случае, для ПЭТ-тар небольшого объёма, выводят удлинённый шток из готовой ёмкости. Отводят вторыми приводами 8 планки 19 от канавок 17 и освобождают рамные части 10 от узлов фиксации. Разводят рамные части 10 в противоположные друг от друга стороны посредством первых приводов 9. Затем отводят от горловины герметизирующую головку 14 и извлекают готовую ёмкость, например, путём выбивания толкателем или струёй воздуха. Во втором случае, для ПЭТ-тар большого объёма, сначала отводят от горловины герметизирующую головку 14, отводят вторыми приводами 8 планки 19 от канавок 17 и освобождают рамные части 10 от узлов фиксации. Разводят рамные части 10 в противоположные друг от друга стороны посредством первых приводов 9. Затем отводят удлинённый шток, который удерживал ёмкость. Далее извлекают готовую ёмкость, например, путём выбивания толкателем или струёй воздуха.
В результате выпадения разогретой преформы освобождается занимавшееся ею ранее средство удержания преформы. Происходит срабатывание средства освобождения преформы и выталкивание его в крайнее положение от центра, для замещения недостающей части неподвижного диска. Подвижный диск поворачивают далее по ходу движения. Освобождённое средство удержания преформы перемещается в позицию, в которой преформа имеет возможность попасть в него с помощью загрузочного элемента 3. Очередная преформа из накопителя 6 попадает через загрузочный элемент 3 в указанное (освобождённое) средство удержания преформ. Одновременно с указанным перемещением происходит сдвиг очередного средства удержания преформы к месту выгрузки и совмещение отверстия в подвижном диске и выреза в неподвижном диске. Очередная разогретая преформа после отведения средства освобождения преформ в сторону центра поступает через подающий элемент 15 в держатель. Оптический элемент считывает наличие преформы и происходит запуск формующего узла.
Процесс формирования ПЭТ-тары повторяют для следующей преформы. Первые приводы 9 смыкают полуформы 21 и донный элемент 12. Происходит совмещение выступающего кольца на донном элементе 12 и двух углублений в виде полуколец на двух полуформах 21. Донный элемент 12 и полуформы 21 формируют полость с размещённой в ней нижней частью разогретой преформы. Узлы фиксации фиксируют взаимное расположение рамных частей 10 и удерживают полуформы 21 в сомкнутом состоянии. Третий привод 5 подводит герметизирующую головку 14 к горловине преформы и прижимает её для создания герметичного соединения. Удлинённый шток растягивает преформу в продольном направлении к донному элементу 12. Одновременно подают среднее по величине давление и осуществляют предварительный раздув преформы в поперечном направлении. Удлинённый шток упирается в донный элемент 12. Происходит подача высокого давления и формирование ёмкости необходимого объёма и конфигурации. Далее происходит разблокировка узлов фиксации, разведение полуформ 21 в противоположные стороны, извлечение удлинённого штока и отведение третьего привода 5 с последующим извлечением готовой ПЭТ-тары.
За счёт использования в блоке нагрева нагревательных элементов 2, распределённых по высоте преформы, а также за, счёт использования источника горячего воздуха 16, обеспечивают нагрев преформы со всех сторон. Такой нагрев способствует однородности пластического состояния материала преформы что влияет на качество её раздува и, как следствие, на качество готовой ПЭТ-тары.
Исполнение устройства описанным образом обеспечивает повышение его надёжности по сравнению с прототипом. Вследствие выполнения канавок не в полуформах 21 (как в прототипе), а в пластинах 18 рамных частей 10 обеспечивается возможность использования различных материалов для их изготовления. В частности, для изготовления полуформ 21 возможно применение алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав обладает необходимыми показателями теплопроводности для предотвращения прилипания ПЭТ-тары, а также необходимыми показателями мягкости для изготовления полуформ 21 различных объёмов и конфигурации. Для пластин 18 рамных частей 10, возможно применение более твёрдого и износостойкого материала, такого как сталь. Использование стали повышает износостойкость канавок 17, взаимодействующих с выступами 22 для осуществления фиксации взаимного положения полуформ 21. Выполнение канавок 17 в пластинах 18, а не в полуформах 21 также способствует увеличению срока службы полуформ 21 и устройства в целом.
В процессе формовки пресс-форму охлаждают путём подачи охлаждающей жидкости через средства отведения тепла. Таким образом, уменьшается вероятность прилипания материала ПЭТ-тары к пресс-форме и, следовательно, количество бракованных готовых изделий. При этом уменьшается количество очистных работ с поверхностью пресс-формы, приводящих к её повреждению, что дополнительно увеличивает её надёжность и срок службы.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше образом обеспечивает расширение арсенала технических средств данного назначения.