用于压缩成形塑料容器的装置和方法 【发明背景】
本发明涉及塑料制品压缩成形的装置和方法。更具体地，本发明特别适用于成形制作坯料，用于通过吹塑法制作塑料瓶、罐、容器或类似的制品。
先前技术
制作吹塑成形的容器的坯料，特别是由PET制成的，通常是通过注射、压缩或挤压成形法制作的。
采用压缩成形法生产坯料，与注射成形相比，具有以下优点：
-低的成形温度和压力，因此最终的瓶中残余乙醛量较低。乙醛也参与令人讨烦的苹果味的生成，例如，矿泉水瓶长时间贮存在热的仓库中产生的；
-由于聚合物链的破坏，塑料几乎不降解；
-由于低的成形压力，机械应力很小，从而压机较小；
-消除最终坯料上的注射点缺陷，注射点缺陷将导致在后续的吹塑操作中瓶的爆炸；
-容易用工厂的其余部分维修成形站，工厂基本上包括连续运转地机器；
-消除贮存区域；
-用更均匀的数量和在更均匀的温度下填充不同的模腔。
通常，在压缩成形过程中，将预定数量的塑料，以流体或糊状形式沉积在模具的空腔中。接着，闭合模具，根据需要压制塑料而使塑料成形。与注射成形不同，在闭合模具之后，例如，模腔不与塑炼螺杆连通，不与外部环境连通，而是仍然保持孤立，没有塑料或空气的交换。通常，这意味着模腔中填充的数量略小于最大理论数量。这与冷却时模腔内塑料体积的收缩一起，造成难以获得特别精确尺寸公差的成形件。
这就造成难以压缩成形诸如随后通过吹塑法加工的坯料的物体，而这些物体必须具有相当精确的尺寸公差和形状。实际上，填充误差、气泡和其它几何不规则性也导致吹塑阶段的爆炸。并且，坯料颈部和螺纹区的塑料收缩，可以导致不可接受的外观问题以及拧瓶盖时的问题。
根据瑞士专利CH664526(Maegerle)，当使用在塑料冷却阶段成形柱塞仍保持在压力下的压机压缩成形包装牙膏的塑料管时，所述问题得到解决。以这种方式，柱塞继续其冲程，补偿塑料的热收缩，此时塑料持续地压向模腔壁，使最终产品具有较好的尺寸精确度。
另一方面，考虑压缩过程中通过增大柱塞的压力造成的材料收缩量，则难以在冷却之后取出物体。这导致相当广泛的一个问题，其中当压缩成形诸如吹制容器的坯料的物体时，为了在冷却之后从坯料中抽出成形坯料内腔的柱塞，必须使用相当大的力。
对于制作较小的塑料物体，如瓶盖，多种压缩成形操作是公知的，但是这些方法不能立即应用于制作大的或深的塑料容器，而这些塑料容器一般需要高的产量。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种解决上述问题的压缩成形塑料制品的装置和方法，特别是考虑在成形循环结束时取出成形的工件所需的力以及从成形站取下工件所需的力。
根据本发明的第一方面，这些目的的达到是通过一种压缩成形塑料容器的装置，容器具有通过开口与外部相通的内腔，根据权利要求1，其特征在于，模具包括成形至少一部分所述容器内腔的柱塞以及成形部分容器外表面的阴模。为了成形工件，通过所述柱塞在开口中或在模具的闭合方向滑动，所述柱塞和阴模到达配合位置。组件的特征还在于，用于完成所述成形空腔外表面的至少两个运动完成零件。组件还包括滑块，所述滑块沿模具的打开或闭合方向滑动，并具有气缸室和圆柱体，所述圆柱体能在气缸室内沿模具的打开或闭合方向滑动，并通过对所述完成零件施加作用力而将模具保持在闭合位置；并且柱塞可以沿模具的打开或闭合方向在圆柱体内相对所述圆柱体和所述滑块滑动其长度的至少一部分。
根据本发明的另一个方面，这些目的的达到是通过利用所述装置成形塑料容器的方法，根据权利要求9，包括如下步骤：
用一定量的流体塑料填充阴模的空腔；
将具有圆柱体或柱塞的滑块朝所述阴模进给；
在所述阴模和所述圆柱体之间闭合完成零件；
闭合模具并通过在阴模内进给柱塞将容器压缩成形；
在柱塞上施加适当的连续压缩力，以便进一步将柱塞下降到塑料中，这取决于体积的收缩，从而补偿冷却过程中的热收缩；
从阴模的空腔中分离柱塞，使其沿所述模具打开和/或闭合方向滑动第一冲程，同时所述圆柱体和所述完成零件保持在模具闭合位置。
使用具有滑动柱塞的成形单元，其中所述柱塞相对于压缩圆柱体和滑动滑块至少在模具打开和闭合方向滑动，从而可以使用并且更加方便地使用气体弹簧系统，以便操纵压缩圆柱体。实际上，与使用，例如，液压或气动系统的系统操纵压缩圆柱体相比，气体弹簧系统比较简单，价格不贵，并具有较快的响应时间，同时可以施加高的压缩力。并且，所述气体弹簧可以用于卸出成形的工件，特别是，与没有本质上集成在滑动滑块的柱塞相比，从甚至深的成形物体中以较快速度脱出柱塞。
根据上述方法，使用滑块致动器将柱塞从成形的物体中脱出，而这在模具打开阶段需要最大的力。滑块致动器也用于在柱塞脱出过程中保持模具其它部分的闭合。以这种方式，可以避免无用地过度增大脱出致动器。最后，模具及其运动零件，例如，唇和唇的杆，受力最佳并且耐磨性更好。
附图简述
结合附图，并参考本发明特殊内容的更详细描述，其中的特殊内容是非限制性的实例，本发明的其它优点将变得更加清楚。在附图中：
图1到8表示根据本发明在成形操作的某些阶段过程中，压缩成形塑料物体的装置的优选实施例的垂直剖面示意图；
图10表示图9中所示细节的透视图；
图11表示沿图10所示细节的B-B平面的剖视图。
【具体实施方式】
在下面的描述中，术语“连续运行的压机”和“连续运行的成形单元”，用于指在不同空腔之间的时间差内在几个成形空腔中进行成形循环的装置，例如，在打开成形模腔将要填充的同时，另一个单元闭合压缩，并且打开第三单元拆卸成形的工件。术语“顺序压机”和“顺序成形单元”是指同时执行成形循环并且没有不同成形模腔之间的时间差的成形装置，例如，填充所述模腔，闭合模腔进行压缩，或者打开模腔取出成形的工件。
图1表示模具1，其适于压缩塑料物体模具的模具1包括阴模14，阴模具有模腔2，以流体形式或适于成形的稠度放置塑料，例如PET、PP、PS、PE、PVC、PEN、PBT等。
根据本发明，阴模固定在成形单元4的底部模具夹持板3上。与图1到8中所示的一个单元相似或相同的几个单元4，装在绕垂直轴转动的支架上，用于形成旋转的转盘，根据本发明优选的实施例，将适于通过随后的吹塑法操作变形成瓶子、罐或其它类型容器的坯料压缩成形，其中瓶子用于装矿泉水、饮料或果汁，罐的用途，例如，用于贮存罐头食品。
模具1还包括本质上圆柱形柱塞5，柱塞5是细长形状，适于形成坯料P的内腔6的形状；以及两个完成件7、8，这在图9到11中更清楚地表示其细节，并且下面称为“唇”。这些唇用于成形公知类型的坯料嘴或颈部，特别是容器螺纹端的外侧，用于将瓶盖的任何撕扯密封环固定在其上面的、称为“环”的圆突起或称为“密封环”的圆突起。为了从模具中脱出坯料，唇7、8通过垂直表面方式的模具分割面彼此可以分离，并通过水平运动，或垂直柱塞到阴模的插入冲程的任何横向运动打开和闭合在一起。下面将所述冲程方向称为“模具打开和/或闭合方向”，意味着主要的模具打开/闭合方向，或指模具较大零件的接近方向。
本发明的范围还覆盖除唇7、8以外的完成装置，这些装置具有等价的功能，并通过至少垂直模具打开/闭合方向的运动与成形的物体P分开。
根据附图所示的本发明优选实施例，唇7、8通过绕垂直杆12转动打开和彼此接触，如图11，形成类似剪刀类型的机构。
唇7、8的形状适于在闭合时形成孔13，使柱塞5通过滑动从其中穿过。
当模具闭合时，如图3到图6，两个唇彼此接触并靠在阴模14上，柱塞5插入孔13中。
优选地，起到唇的枢轴作用的垂直杆12，放在部分单元4中，朝向转盘内部，同时形成孔13的部分唇处于相对于杆12更加靠外的位置上。这种布置使得填充装置以及拆卸成形的坯料的装置容易达到模具1的中心，并且与顺序工作相比，特别适于包括连续工作的很多成形单元4的成形站。
理想地，柱塞5固定在用于移动柱塞的杆15上，或者由杆15加工而成。
唇7、8轴向装在杆12上，通过根据模具的打开或闭合方向使杆12滑动，可以升高和降低唇7、8。
优选地，在成形过程中，中空的圆柱件，或中空活塞16，下面称为“中空加压器”，如图1所示，垂直滑动并压缩唇7、8向阴模14闭合，防止模具1由于内部成形压力而打开。为了达到这一目的，中空加压器16和阴模14顶端，理想地分别具有类似截头圆锥34和36形状的套，或者根据倾斜平面原理工作的任何机构，分别与闭合唇7、8的截头圆锥35和35A的形状配合，从而中空加压器16和阴模14施加的压缩力使唇保持闭合。
另外，唇可以多于两个，并与压缩圆柱16保持闭合，或与其它不必要是中空的适当加压装置闭合，通过至少在唇上施加压缩和闭合力，使模具1保持闭合。
滑动滑块22包括支撑，适于至少根据模具的打开和闭合方向滑动。在附图所示的例子中，所述滑块位于阴模14和底部模具夹持板3上方，并且可以在优选的垂直冲程上、下运动，例如，由凸轮型机构(未图示)带动。同时，如例子中所示，底部模具夹持板3处于固定高度上，并且仅能由成形转盘带动绕垂直轴线转动。
根据本发明的第一方面，柱塞5和柱塞夹持杆15可以沿模具打开和/或闭合方向相对于中空加压器或圆柱16以及相对于滑块22滑动。
柱塞5的杆15在中空加压器16的圆柱内空腔中滑动，杆15的运动与中空加压器16的运动是独立的，这将在下面详细描述。
优选地，唇7、8的水平打开和闭合是由凸轮型装置17控制的，这更好地表示在图1、9、10和11中。两个轮18、19，每个都绕集成在唇7、8上的销转动，分别沿两条槽20和21滑动，两条槽形成凸轮的滑动形状。
优选地，杆12、15和中空加压器16的滑动套是由单一的滑块22加工的，如图1所示。优选地，控制唇打开的凸轮型两条槽20、21，是由板25加工的，例如由钢制成的板，如图11所示，刚性地固定在滑块22上。
唇的杆12与滑块22之间的滑动，是由凸轮800和气缸室23控制的，气缸室23也是由滑块22加工的。
凸轮型机构包括推杆或随动件，例如跟随凸轮800形状运动的、固定在唇的杆12上的轮子类型，凸轮800相对于转盘的支架是固定的。
气缸室23充满固定数量的压缩气体，例如空气或氮气，保持在40bar的指示压力下，用于起到类似气体弹簧的作用，始终向上推唇的杆12。凸轮800形状的工作原理将在下面解释。
类似地，推动柱塞的杆15与滑块22之间的滑动，由凸轮900的运行以及气缸室24控制，气缸室24也是由滑块22加工的，并充满固定数量的压缩气体，例如空气或氮气，保持在40bar的指示压力下。优选地，操纵柱塞5的杆15具有较大直径部分26，如图6所示，在此部分之上和之下有两个片段27、28，杆的直径分别为Dsup和Dinf。较大直径部分26以垂直杆15轴线的两个平环形表面29和30连接上片段27和下片段28。优选地，Dsup大于Dinf，从而室24中加压气体对表面29和30的作用力一直向上朝气缸室24的顶端或凸轮900推动杆15。
气缸室24的壁以及在内部滑动的中空加压器或圆柱16的形成，是用于在适当密封的协助下形成气密封滑动。在中空加压器16内腔与在内部滑动的柱塞夹持杆15之间也形成类似的气密封滑动。这将通过气缸室24内部的加压气体的渗露造成的损失减小到最低程度，并且中空加压器16和气缸室24的组件就像第二气体弹簧，一直向下朝第二气缸室24的底部推动中空加压器。
使用气体弹簧23、24提供了不同的优点，包括，例如：
-制作很多气体弹簧的可能性，每个压缩单元4有两个，与钢弹簧相比，例如，具有更小的刚度公差，并且疲劳几乎不造成衰减。
-与阀门操纵的液压缸系统相比，制造弹簧简单并且成本低。
-用非常简单的装置操纵的可能性，较快的响应时间，较高的压力和压缩力，例如，在40bar在直径160mm的气缸上产生大于8×104N的作用力。
优选地，顶表面或台肩29和室24的顶壁31的制造，使它们机械地彼此紧靠，从而在压缩和模具闭合阶段利用滑块22的作用力推动柱塞5。
推动柱塞的杆15伸出滑块22顶部，滑块22顶部具有外接触表面37，例如，是由滑动套38加工成的，当杆15下降时，杆15上加工的相应接触表面39与接触表面37机械接触。
滑块22和柱塞夹持杆15的制造，使得在模具1打开时，滑动通过接触表面37、39推动柱塞5和柱塞夹持杆15。
图1和8表示将成形单元4成形的坯料卸下的部分外部装置的示意图。拆卸装置具有星轮32，星轮32周围具有同心导向33。
下面将描述成形单元4的操作。
图1表示在阴模14的模腔2中刚装入预定量的熔化塑料时，例如PET，成形循环的运动。
唇7、8处于最大水平打开位置，并位于星轮32和拆卸导向33上方稍微靠上，柱塞5的操纵杆15也升高，使其底端位于星轮32和拆卸导向33上方。
滑块22所处的高度，使其表面29机械地靠在室24的顶壁31上。
室24中的空气压力使中空加压器16压向室24的底部，并且在此位置最大程度地伸出所述室的外部。
图2表示成形循环的随后运动，在使唇的杆12相对凸轮板25滑动之后，唇7、8闭合，并在气体弹簧23和凸轮800的作用下接触中空加压器16。压机的滑块22相对于模具夹持板3下降，室24内的气体压力继续保持柱塞的杆15的台肩29与室的顶壁31接触，中空加压器16处于伸出室24外部的最大冲程位置。因此，柱塞的杆15和中空加压器16刚性地跟随滑块22的向下运动。
图3表示模具1闭合时的运动，模具1的成形空腔与外部环境隔离，唇7、8与阴模14的顶边缘接触，并且被中空加压器16压缩。而且，通过唇上截头圆锥35、35A形状的表面与中空加压器16和阴模14上截头圆锥34、36形状的相应表面的配合，防止唇7、8的水平打开。唇7、8在图4、5和6中仍保持在此状态。
再看图3，优选地，模具在柱塞5开始浸入流体塑料之间闭合，用以防止模具仍然打开时出现的飞溅或类似的问题。
到目前为止，滑块22、中空加压器或圆柱16、柱塞的杆15以及唇7、8，已经彼此独立地下降。
图4表示，当中空加压器16相对模具14底部保持不动并继续压向唇、阻挡它们时的下一个运动。滑块22继续下降，由于台肩29接触室24的顶壁31，推动柱塞的杆15向下运动。柱塞5已经浸入流体塑料中，使其占据整个成形空腔，并且通过适当的通气孔排出所有内部的空气。
通气孔，以及柱塞5与闭合唇的孔13之间的滑动间隙，其尺寸和大小适于使空气通过，但陷住流体塑料。
当空气完全排出时，使柱塞5进一步下降的阻力明显增大。当柱塞5浸入流体塑料时滑块22的下降，以及相应的柱塞5的下降，由逻辑单元和适当的传感器或机械的、气动的或其它类型的等价控制装置控制。这用于对柱塞5提供从不大于最大作用力的推动力，一旦超出，则立即停止或减慢柱塞5的下降，继续对熔化塑料施加所述最大作用力。这相当于用限制在最大值的压力压缩模具中的塑料。所述最大推力值的选择，是为了使空气完全从闭合的模腔中逸出，同时防止熔化的塑料从通气孔中挤出。
在下一个运动中，在图4所示与图5所示的之间，柱塞5继续对塑料施加适当的压缩力，使柱塞5以较慢的速率进一步下降到塑料中。这个速率取决于冷却时塑料体积的收缩，将塑料推向模腔壁补偿冷却时热收缩的目标值。
这种下降，在图1所示类型的坯料中，可以显示出3到7mm，这也取决于坯料的尺寸。在下降过程中，柱塞的杆15继续被滑块22向下推动，因为顶部台肩29仍然接触滑块的室24的壁31。中空加压器16继续进入室24中，压向靠在阴模14上的唇。在图4和5中，由中空加压器16的底部台肩、其侧面以及室24的侧壁形成的室40，与外部大气相通。
这个阶段，例如，在预定时间后，或者当模具中塑料的估计温度充分低时结束。
使用足够精确的不同模具零件的尺寸公差以及模具中所装塑料的数量，如图5所示，当柱塞5下降停止并且从模具上卸下成形的塑料物体时，即可以得到具有所需形状和尺寸公差的工件。
下面的图6到8是打开模具和拆卸成形的物体的操作。
当塑料在模具中充分冷却时，柱塞5不再向模具中下降。此时，从坯料P内抽出柱塞5：中空加压器16继续向下压唇7、8并且向下压阴模14，滑块22升起，柱塞的杆15相对于坯料P暂时保持不对并阻塞。当管状套38的接触表面37靠在柱塞的杆15的接触表面39时，滑块22以较大的力升起杆15，将柱塞5从坯料P从内空腔6中脱出，如图6所示，坯料P被唇7、8牢固地夹持。优选地，从坯料的空腔6中第一次升高柱塞5在几个毫米后停止，用以进行第一次有限冲程，这将在下面解释。
通过滑块22和接触37的驱动力，将柱塞5从坯料中初始分离，使得可以区分杆15的片段27、28的直径Dsup和Dinf，用于使室24中较小的气体推力作用在柱塞夹持杆15上。所述推力使它们不会过大地对凸轮900施加作用力，但有时仅仅利用静力作用不足以将柱塞5与坯料P分离。所述拆卸力，例如，甚至是400daN。
接着，唇7、8跟随滑块22和柱塞的杆15的向上运动而升起，从而坯料P、柱塞5和唇7、8之间没有滑动。
为了达到这一点，柱塞的杆15继续靠在管状套38上，中空加压器16继续压向室24的底壁，唇的杆12被向上推并通过室23中的加压气体靠在中空加压器16。如果此推动不足以升起唇，凸轮800起到安全作用。凸轮900防止柱塞夹持杆15升得太快和太大，阻碍气缸室24中的加压气体产生的、对杆的向上推动。
这三个滑动件12、15、16一起与滑块22升起，坯料完全从阴模14中脱出。
当坯料P位于适当/预定高度时，如图7所示，唇的杆12停止向上运动，以便准备用拆卸装置抓取，拆卸装置包括拆卸星32和拆卸导向33。理想地，唇7、8在下面的过程中不改变所述高度的位置。
接着，如图7所示，唇的杆12和凸轮板25彼此相互稍微滑动，用于稍微打开唇7、8。
已经从坯料的空腔6中分离的柱塞5，仍然几乎完全在所述空腔内。当两个唇7、8打开时，柱塞5约束坯料P的水平运动，用于从两个唇上分离螺纹和环区，而不是仅从一个唇上。此时唇的打开受到限制，使其仍然夹持坯料的环，不使坯料落下。
凸轮900与室24中的气体对柱塞夹持杆15的向上推动相反，使接触29保持与室24的顶后壁分离。
图8表示拆卸坯料的下一个运动：模具圆盘的转动带动由唇7、8夹持在与图7几乎相同高度的坯料P，这在拆卸装置32、33的作用范围内。
在凸轮900的控制下以及在气缸室24中气体的向上推力帮助下，柱塞5在足够快的运动下与坯料P分离。接着，唇7、8完全打开，释放坯料，坯料被星拆卸装置32、33抓取，由成形单元4拆卸并转移到成形转盘后面的输送或处理站。
在图7和8所示的内容中，气缸室24的高度H不足以使柱塞5与坯料P完全分离，仅能使柱塞夹持杆的表面29靠在室24的顶后壁上。因此，需要通过滑块22将图7所示的位置升高到图8所示的位置，帮助柱塞5脱出。
在成形循环结束时，如图8所示，成形单元4的不同运动零件，处于与图1所示的相同位置，准备执行新的压缩循环。
执行柱塞5与坯料内空腔6的分离作为第一拆卸操作，特别是当唇7、8仍然由中空加压器16牢固地闭合时，防止柱塞5与唇内壁的粘合。因此，唇/柱塞5之间的配合可以实现非常小的直径公差。
将柱塞5的完全分离推迟到成形循环几乎结束，使坯料可以与唇7、8分离，防止它们粘合，并且可以从连续工作的、具有很多成形单元4的旋转成形机上卸下坯料。
从图7所示阶段，将唇7、8定位在坯料P将被诸如星轮32的拆卸装置抓取的高度，方便并加速了成形坯料的拆卸。例如，与图10中通过在预定的卸载和拆卸位置打开唇7、8，使成形的坯料落下的系统相比，这是一个较好的方案。并且这个方案使坯料在较高的温度下以及当塑料没有完全硬化时与模具分离。
将柱塞5固定在可以相对于中空加压器16和滑块22滑动的柱塞夹持杆15上，使得当利用图8所示的拆卸星32或其它拆卸装置拆卸坯料P时，使柱塞首先快速从坯料P中脱出。制造柱塞5和柱塞夹持杆15时使其重量和惯性适当减小，至少是在部分冲程，可以仅仅使柱塞夹持杆5而不是整个滑块22容易地快速升起。
另外，这使得可以利用简单的气体弹簧24操纵中空加压器或圆柱16，或者使用钢弹簧或其它类似的弹性元件的系统，而不必依靠于液压缸或气缸以及相关的供应和控制电路。很明显，这使得实现大量的压缩单元4明显简化和节约成本，并且仍可以在大的压缩力下操纵中空加压器16。
上述内容经过几个变化，但仍保持在本发明的范围内。
例如，坯料P的内空腔6或其它中空的物体，可以用多个柱塞5成形，这意味着一个柱塞5包括几个运动零件，而不是单独一个柱塞5。利用固定在底部模具夹持板3上而不是固定在滑块22上的固定装置，在进一步下降柱塞5的过程中，唇7、8被阻塞并保持闭合。同样地，控制唇7、8打开和闭合的凸轮部分20、21以及升起唇的杆的气缸室23，可以固定在与滑块22不同的支架上，例如，固定在底部模具夹持板3上，而不是滑块22上或其它部分上。随着垂直于模具主打开方向的运动而打开的、用于拆卸侧凹部分的唇7、8或其它零件，可以多少大于两个，或者或以由一个或多个零件形成，使其可以，例如，通过平行于螺纹的轴线转动拧开螺纹而拆卸有螺纹的成形部分。最后，机械操纵部分可以被电气的、液压的或其它类型的控制取代。