BRPI0900233B1

BRPI0900233B1 - PRESS FOR THERMOFORMING PLASTIC PARTS

Info

Publication number: BRPI0900233B1
Application number: BRPI0900233-2A
Authority: BR
Inventors: Renildo Da Silva
Original assignee: Nts Industria E Comércio De Máquinas E Equipamentos Industriais Ltda
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2023-12-05
Also published as: BRPI0900233A2

Abstract

PRENSA PARA TERMOFORMAGEM DE PEÇAS PLÁSTICAS COM ACIONAMENTO APERFEIÇOADO. Composta por platô fixo (1) dotado de ferramental fixo (2) e m platô móvel (3) com ferramental móvel (4), que descrevem m percurso vertical ascendente e descente por ação de excêntrico (5) associados a eixo (6) movido por uma motorização central, apresentando roletes seguidores (7) que acompanham os movi entos rotativos dos excêntricos (5) e fazem com que toda a estrut ra móvel, platô móvel (3) e ferramental móvel (4), acoplada aos mesmos desloque-se verticalmentePRESS FOR THERMOFORMING PLASTIC PARTS WITH IMPROVED DRIVING. Composed of a fixed plateau (1) equipped with fixed tooling (2) and a movable plateau (3) with movable tooling (4), which describe an ascending and descending vertical path by the action of an eccentric (5) associated with an axis (6) moved by a central motorization, featuring follower rollers (7) that follow the rotary movements of the eccentrics (5) and cause the entire mobile structure, mobile plateau (3) and mobile tooling (4), coupled to them, to move vertically

Description

Technological invention sector

A presente invenção pertence, de maneira geral, ao setor tecnológico de máquinas e equipamentos para a fabricação de peças plásticas termoformadas, a partir de policloreto de vinila (PVC), polipropileno (PP), poliestireno ou qualquer resina adequada, como copos, pratos, potes, bandejas, ou qualquer outra peça que possa ser produzida pelo processo de termoformagem (seja com pressão positiva ou negativa) e se refere, mais especificamente, a uma prensa para termoformagem com uma nova concepção de acionamento, capaz de incrementar a vida útil do ferramental e das partes envolvidas, otimizar os ajustes e operação da máquina, aumentar a gama de recursos operacionais e a qualidade do produto final e o número de ciclos por minuto e, consequentemente, a produtividade da máquina.The present invention belongs, in general, to the technological sector of machines and equipment for the manufacture of thermoformed plastic parts, from polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), polystyrene or any suitable resin, such as cups, plates, pots, trays, or any other part that can be produced by the thermoforming process (whether with positive or negative pressure) and refers, more specifically, to a thermoforming press with a new drive design, capable of increasing the useful life of the tooling and the parties involved, optimize machine adjustments and operation, increase the range of operational resources and the quality of the final product and the number of cycles per minute and, consequently, the productivity of the machine.

Known state of the art

Termoformagem é o termo geral utilizado para denominar processos de produção de artigos a partir de uma folha plana, através de aplicação de pressão e temperatura. No processo de termoformagem uma chapa ou lâmina termoplástica amolecida pelo calor é forçada contra um molde por meio de pressão (positiva ou negativa), adquirindo o seu formato. Existem duas técnicas principais de termoformagem. No primeiro caso, a lâmina é forçada pelo vácuo contra o molde ou contra a caixa de molde, sendo então aquecida. No segundo caso, a lâmina presa por garras é colocada na posição de descida, pré-aquecida e forçada contra o molde, aplicando-se o vácuo.Thermoforming is the general term used to describe the processes of producing articles from a flat sheet, through the application of pressure and temperature. In the thermoforming process, a thermoplastic sheet or sheet softened by heat is forced against a mold using pressure (positive or negative), acquiring its shape. There are two main thermoforming techniques. In the first case, the blade is forced by vacuum against the mold or against the mold box, and is then heated. In the second case, the blade held by claws is placed in the lowering position, preheated and forced against the mold, applying vacuum.

As prensas para termoformagem são máquinas que movimentam a parte inferior do molde contra a parte superior, para conformação do produto. As prensas convencionais apresentam um mecanismo acionado por cames, composto basicamente de um came que se move continuamente à velocidade constante e um rolete seguidor que efetua, em conjunto com uma articulação, o movimento vertical cíclico da prensa.Thermoforming presses are machines that move the lower part of the mold against the upper part, to shape the product. Conventional presses feature a cam-driven mechanism, basically composed of a cam that moves continuously at a constant speed and a follower roller that performs, together with an articulation, the cyclical vertical movement of the press.

Estes equipamentos convencionais apresentam uma série de deficiências. O acionamento unilateral facilita a fadiga por torção, com maior intensidade na parte do eixo onde se localiza o came mais afastado do acionamento gerador de torque. A fadiga por flexão também é facilitada, uma vez que o eixo, elemento que sofre boa parte da pressão do corte, está apoiado somente em dois mancais laterais, deixando a parte que sofre pressão desprotegida, flexionando excessivamente o mesmo e diminuindo sua vida útil. Outro inconveniente aparece ao aumentar-se a velocidade angular, com o intuito de incrementar a produtividade da prensa. Este tipo de construção apresenta inércia elevada da parte móvel da prensa (platô móvel e ferramental móvel), deste modo, um choque mecânico proveniente do desacoplamento do rolete seguidor do came à pista do mesmo, fato que ocorre continuamente a cada ciclo que a maquina opera acima do previsto, dissipa grande quantidade de energia, em sua maioria térmica, ao passo que, a área da pista do came afetada pelo impacto, bem como a parte central (eixo) do rolete seguidor, estão sujeitos a uma diminuição da vida útil, ou até mesmo, dependendo das condições do impacto, a quebra imediata. Problemas estão relacionados também ao travamento do ferramental, por grande disparidade de temperatura entre o ferramental superior e inferior, matéria prima acumulada e/ou sobreposta no gume de corte fazendo com que a parte inferior do ferramental permaneça suspensa pela parte superior do mesmo. Pelo fato de se tratar de um movimento contínuo, a inércia inicial é relativamente grande em comparação ao acionamento dimensionado para realizar o movimento circular, dificultando, no caso de um travamento de ferramental, a parada imediata da prensa. Fato agravado principalmente pela geometria do came, que não permite a parada na descida do molde. Nestes casos, um dispositivo denominado gatilho desacopla a parte superior da parte inferior do ferramental, provocando assim a queda por gravidade do ferramental e platô móvel, impactando o rolete seguidor com a pista do came.This conventional equipment has a series of deficiencies. The unilateral drive facilitates torsional fatigue, with greater intensity in the part of the shaft where the cam is located furthest from the torque generating drive. Bending fatigue is also facilitated, since the shaft, the element that suffers much of the cutting pressure, is supported only by two side bearings, leaving the part that suffers pressure unprotected, flexing excessively and reducing its useful life. Another inconvenience appears when increasing the angular speed, with the aim of increasing the productivity of the press. This type of construction presents high inertia of the movable part of the press (movable plateau and movable tooling), thus, a mechanical shock arising from the decoupling of the cam follower roller from its track, a fact that occurs continuously with each cycle that the machine operates. higher than expected, dissipates a large amount of energy, mostly thermal, whilst the area of the cam track affected by the impact, as well as the central part (axis) of the follower roller, are subject to a reduction in useful life, or even, depending on the impact conditions, immediate breakage. Problems are also related to the blocking of the tooling, due to a large temperature disparity between the upper and lower tooling, raw material accumulated and/or overlapping on the cutting edge, causing the lower part of the tooling to remain suspended by the upper part of it. Because it is a continuous movement, the initial inertia is relatively large compared to the drive designed to carry out circular movement, making it difficult, in the case of a tool jam, to immediately stop the press. This is aggravated mainly by the geometry of the cam, which does not allow stopping while the mold is descending. In these cases, a device called a trigger decouples the upper part from the lower part of the tooling, thus causing the tooling and mobile plateau to fall due to gravity, impacting the follower roller with the cam track.

Estes equipamentos convencionais são destituídos de recurso de regulagem de altura de penetração do ferramental, sem a substituição de peças mecânicas, uma vez que se trata de uma geometria definida. Além disto, por se tratar de uma geometria definida, esta construção restringe operacionalmente o processo, já que a área a ser percorria com o molde fechado não varia, independente do produto a ser termoformado. Fator indesejável, uma vez que não otimiza a produtividade sob certos parâmetros. Evidencia-se, por exemplo, que lâminas mais finas requerem menores tempos de residência do produto, ao passo que lâminas mais espessas exigem um maior tempo de residência do produto, porém, este ajuste fica atrelado à geometria do came, sem a possibilidade de otimização do processo. Estas prensas facilitam o desgaste do ferramental por diversos fatores. O primeiro deles é relacionado com inicio de operação, o qual demanda um esforço de corte excessivo, diminuindo assim, não só a vida útil do ferramental, mas também a vida útil das partes móveis e de acionamento da prensa. O segundo fator parte do pressuposto que, durante a operação normal, podem aparecer vibrações, ora devido a folgas excessivas no acionamento engrenado por correntes, ora devido a defeitos de fabricação na pista do came, fato que sobreposto a uma velocidade alta, provoca vibrações no momento da penetração e corte do produto, restringindo, assim a vida útil do ferramental. Outra concepção de mecanismo de acionamento de prensas que deve ser citado são os mecanismos acionados por bielas, braços articulados; constituído por braços e alavancas em movimentos cíclicos e acionado, ora por motorização continua circular como um motor elétrico, ora por elementos de força lineares como pistões e cilindros. Por se tratar de um sistema fechado, apresenta inconvenientes característicos. Em um possível travamento do ferramental, o sistema fechado não se move sem desacoplar o ferramental inferior do superior. Fato este que pode vir a facilitar a fadiga por tração ou até, dependendo do esforço requerido para desacoplamento, o rompimento do braço de acionamento. Como este processo envolve muitas variáveis, desde a vida útil do ferramental, passando pela geometria da ferramenta de corte (acoplamento macho e fêmea), até uma diferença de temperatura elevada da parte inferior à parte superior do ferramental, torna-se relativamente difícil prever a força necessária para desacoplamento do ferramental em um possível caso de travamento do mesmo.This conventional equipment does not have the ability to adjust the tooling penetration height, without replacing mechanical parts, since it involves a defined geometry. Furthermore, as it is a defined geometry, this construction operationally restricts the process, as the area to be covered with the mold closed does not vary, regardless of the product to be thermoformed. Undesirable factor, as it does not optimize productivity under certain parameters. It is clear, for example, that thinner blades require shorter product residence times, while thicker blades require longer product residence times, however, this adjustment is linked to the cam geometry, without the possibility of optimization. of the process. These presses facilitate tool wear due to several factors. The first of them is related to the start of operation, which demands excessive cutting effort, thus reducing not only the useful life of the tooling, but also the useful life of the moving and driving parts of the press. The second factor assumes that, during normal operation, vibrations may appear, sometimes due to excessive play in the chain geared drive, sometimes due to manufacturing defects in the cam track, a fact that, when superimposed on a high speed, causes vibrations in the moment of penetration and cutting of the product, thus restricting the useful life of the tool. Another conception of press drive mechanism that should be mentioned are the mechanisms driven by connecting rods, articulated arms; consisting of arms and levers in cyclical movements and driven, sometimes by continuous circular motorization like an electric motor, sometimes by linear force elements such as pistons and cylinders. As it is a closed system, it presents characteristic drawbacks. In the event of a possible tool jam, the closed system does not move without decoupling the lower tooling from the upper one. This fact can lead to traction fatigue or even, depending on the effort required for decoupling, the breakage of the drive arm. As this process involves many variables, from the useful life of the tool, through the geometry of the cutting tool (male and female coupling), to a high temperature difference from the bottom to the top of the tool, it becomes relatively difficult to predict the force required to decouple the tooling in a possible case of it jamming.

Novelty and objectives of the invention

Considerando as deficiências e problemas inerentes ao estado da técnica deste setor tecnológico, a presente invenção objetiva: - Incrementar a vida útil do ferramental e das partes envolvidas no acionamento da prensa e das partes que sofrem pressão direta causada pelo esforço de corte. (Eixo transmissor, Cames, Articulações e roletes seguidores do came). - Facilitar o ajuste e operação, aumentando a gama de recursos operacionais da maquina. - Maximizar os recursos operacionais, aumentando a qualidade do produto final. - Aumentar o número de ciclos por minuto e por consequência a produtividade da linha.Considering the deficiencies and problems inherent to the state of the art in this technological sector, the present invention aims to: - Increase the useful life of the tooling and the parts involved in activating the press and the parts that suffer direct pressure caused by the cutting effort. (Transmission shaft, Cams, Joints and cam follower rollers). - Facilitate adjustment and operation, increasing the machine’s range of operational resources. - Maximize operational resources, increasing the quality of the final product. - Increase the number of cycles per minute and consequently the line's productivity.

A invenção proposta é acionada por motorização central rotativa e apresenta um misto da tecnologia de came e rolete seguidor com as facilidades operacionais e mecânicas de uma biela ou braços articulados. Não obstante, continua se tratando de um came, embora geometricamente mais desenvolvido, e rolete seguidor, mantendo-se como um sistema aberto. Apresenta um gatilho eletrônico por meio de um sensor posicionado ao longo do curso vertical do platô e ferramental móvel. Por possuir quatro mancais, um em cada lado de cada excêntrico, dissipa melhor a energia proveniente do momento de corte, diminuindo assim a fadiga por flexão no eixo principal. O acionamento centralizado facilita a diminuição do esforço cortante causado pelo momento torçor, diminuindo assim a carga de fadiga por torção. A invenção, revelada no presente relatório descritivo, minimiza as desvantagens inerentes ao estado da técnica, anteriormente citadas e descritas nos parágrafos anteriores. O sistema aberto sem a necessidade de gatilho proporciona uma melhor aproximação, em um possível caso de travamento do ferramental. Um sensor eletrônico efetua o comando para a parada da prensa logo após um espaço e uma altura predefinida, evitando assim a queda por gravidade da parte móvel do ferramental. O came excêntrico provoca uma menor solicitação mecânica das partes que seguem sua pista, nos momentos de subida e descida do ferramental móvel. Evitando, desta forma a queda por gravidade, provocada pela inércia do ferramental móvel.The proposed invention is driven by a central rotating motor and presents a mix of cam and roller follower technology with the operational and mechanical facilities of a connecting rod or articulated arms. However, it is still a cam, although geometrically more developed, and a follower roller, remaining an open system. It features an electronic trigger through a sensor positioned along the vertical course of the plateau and movable tooling. As it has four bearings, one on each side of each eccentric, it better dissipates the energy arising from the cutting moment, thus reducing bending fatigue on the main shaft. The centralized drive facilitates the reduction of the shear force caused by the torsional moment, thus reducing the torsional fatigue load. The invention, disclosed in this specification, minimizes the disadvantages inherent to the prior art, previously mentioned and described in the previous paragraphs. The open system without the need for a trigger provides a better approach in a possible case of tool jamming. An electronic sensor commands the press to stop after a predefined space and height, thus preventing the movable part of the tool from falling due to gravity. The eccentric cam causes less mechanical stress on the parts that follow its track, when the mobile tool is raised and lowered. This avoids falling due to gravity, caused by the inertia of the mobile tooling.

A concepção proposta facilita operacionalmente o processo, pois como se trata de uma geometria não definida não existe área a ser percorria com o molde fechado, assim todos os pré- requisitos para a formação do produto são determinados por tempos pré-programados e existe a possibilidade de ajuste a cada produto diferente. Deste modo, otimiza a performance da máquina de acordo com as variáveis requeridas para cada tipo de produto. Permite ajuste de parâmetros como o tempo de residência do produto (menor para laminas mais finas e maior para lâminas mais espessas). O ajuste não fica atrelado à geometria do excêntrico.The proposed design facilitates the process operationally, since as it is an undefined geometry there is no area to be covered with the mold closed, thus all prerequisites for the formation of the product are determined by pre-programmed times and there is the possibility adjustment to each different product. In this way, it optimizes the machine's performance according to the variables required for each type of product. Allows adjustment of parameters such as product residence time (shorter for thinner sheets and longer for thicker sheets). The adjustment is not linked to the eccentric geometry.

A invenção prevê uma mancalização duplicada, que auxilia na diminuição da flexão do eixo, bem como do chassi da prensa, fechando uma armação composta pelo eixo, excêntricos, mancais e estrutura fixa, aumentando o momento de inércia do sistema, facilitando a resistência à flexão do conjunto no momento do corte.The invention provides for a duplicate bearing, which helps to reduce flexion of the shaft, as well as the press chassis, closing a frame composed of the shaft, eccentrics, bearings and fixed structure, increasing the system's moment of inertia, facilitating resistance to flexion. of the set at the time of cutting.

A motorização é centralizada, o que diminui a torção, uma vez que à distância entre o acionamento e o ponto de aplicação do torque é diminuída e centralizada, obtendo a mesma torção para os dois excêntricos que efetuam o corte. A diminuição da torção tende, por sua vez, a aumentar a vida útil do eixo, uma vez que o esforço cortante (proveniente do momento torçor) é minimizado pelo acionamento estar mais próximo do ponto de carga (excêntricos). O inicio de processo é facilitado operacionalmente, uma vez que a invenção propicia a opção de não cortar o produto nos ciclos iniciais, operando o sistema em reversão, o que diminui a tensão excessiva nos elementos do acionamento (excêntrico, rolete seguidor, eixo, estrutura e platô superior), bem como no ferramental de corte, sob circunstâncias térmicas da lâmina que eleva a pressão de corte além do normal em regime de operação.The motorization is centralized, which reduces torsion, since the distance between the drive and the torque application point is reduced and centralized, obtaining the same twist for the two eccentrics that carry out the cutting. The reduction in torsion tends, in turn, to increase the useful life of the shaft, since the shear effort (coming from the torsional moment) is minimized by the drive being closer to the load point (eccentrics). The start of the process is operationally easier, since the invention provides the option of not cutting the product in the initial cycles, operating the system in reverse, which reduces excessive tension on the drive elements (eccentric, follower roller, shaft, structure and upper plateau), as well as in cutting tooling, under thermal conditions of the blade that increase the cutting pressure beyond normal operating conditions.

A utilização do acionamento por excêntrico, de confecção mecânica simplificada em comparação ao came, proporciona uma melhor resposta no sistema pista - rolete seguidor. Por estar parado no momento do corte, o ferramental não é afetado por vibrações provenientes da movimentação mecânica.The use of an eccentric drive, with a simplified mechanical design compared to a cam, provides a better response in the track - roller follower system. Because it is stationary when cutting, the tooling is not affected by vibrations arising from mechanical movement.

A altura de penetração do molde também é facilmente ajustada, sem necessidade de substituir peças mecânicas ou outros aparatos que venham a consumir tempo de ajuste.The mold penetration height is also easily adjusted, without the need to replace mechanical parts or other devices that may consume adjustment time.

Description of attached drawings

A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será explicada de forma clara, concisa e suficiente para permitir sua reprodução, tendo como base os desenhos anexos abaixo listados, que são apenas exemplificativos da concretização preferencial considerada melhor pelo inventor, não sendo objetivo dos desenhos limitar e invenção apenas a esta concretização em particular, pelo contrário é objetivo do presente relatório descritivo compreender toda e qualquer concretização que esteja dentro do escopo da invenção: Figura 1 desenho em corte da prensa, objeto da presente invenção, representada em uma primeira posição antes do acionamento. Figura 2 desenho em corte da prensa, objeto da presente invenção, representada em uma segunda posição após o acionamento. Figura 3 representa em escala ampliada um detalhe B referenciado na figura 1. Figura 4 representa em escala ampliada um detalhe B referenciado na figura 2. Figura 5 desenho em vista frontal da porção inferior da prensa. Figura 6 desenho em perspectiva da porção inferior da prensa. Figura 7 desenho em perspectiva da porção inferior da prensa, realizado a partir de um ponto de vista diverso ao da figura anterior.In order for the present invention to be fully understood and put into practice by any technician in this technological sector, it will be explained in a clear, concise and sufficient manner to allow its reproduction, based on the attached drawings listed below, which are merely exemplary. of the preferred embodiment considered best by the inventor, it is not the objective of the drawings to limit the invention only to this particular embodiment, on the contrary, it is the objective of this descriptive report to understand any and all embodiments that are within the scope of the invention: Figure 1 sectional drawing of the press, object of the present invention, represented in a first position before activation. Figure 2 sectional drawing of the press, object of the present invention, represented in a second position after activation. Figure 3 represents, on an enlarged scale, a detail B referenced in figure 1. Figure 4 represents, on an enlarged scale, a detail B referenced in figure 2. Figure 5 drawing in front view of the lower portion of the press. Figure 6 perspective drawing of the lower portion of the press. Figure 7 perspective drawing of the lower portion of the press, carried out from a different point of view to that of the previous figure.

Detailed description of the invention

A presente invenção, prensa para termoformagem de peças plásticas com acionamento aperfeiçoado é composta por platô fixo (1) dotado de ferramental fixo (2) e um platô móvel (3) com ferramental móvel (4), que descrevem um percurso vertical ascendente e descente por ação de excêntricos (5) associados a eixo (6) movido por uma motorização central, apresentando roletes seguidores (7) que acompanham os movimentos rotativos dos excêntricos (5) e fazem com que toda a estrutura móvel, platô móvel (3) e ferramental móvel (4), acoplada aos mesmos se desloque verticalmente. Cada excêntrico (5) está associado a mancais posicionados na parte externa do eixo (8a) e na parte interna do eixo (8b), apoiando bilateralmente cada excêntrico (5), sendo, ainda, provido de um gatilho eletrônico, que é um sensor posicionado ao longo do curso vertical do platô (3) e ferramental móvel (4), que efetua o comando para a parada da prensa logo após um espaço e uma altura predefinida. Operando em ciclo normal, o platô (3) é posicionado em 5 posição de formação, compreendendo-se como tal o curso máximo subtraindo a medida de penetração do ferramental (4), a qual pode ser ajustada predefinindo o ângulo de parada do excêntrico (5). Após a parada do mesmo, ocorrem os processos subsequentes para formação do produto termoformado, ao término dos quais o excêntrico 10 (5) é movido, penetrando o molde e cisalhando à borda do produto (9), reiniciando assim o ciclo da prensa. Tratou-se no presente relatório descritivo de uma invenção dotada de aplicação industrial e revestida de novidade e atividade inventiva, sendo, portanto, detentora de todos os requisitos 15 determinados pela lei da propriedade industrial para receber o privilégio pleiteado.The present invention, a press for thermoforming plastic parts with improved drive, is composed of a fixed plateau (1) equipped with fixed tooling (2) and a movable plateau (3) with movable tooling (4), which describe an upward and downward vertical path. by the action of eccentrics (5) associated with an axis (6) driven by a central motorization, featuring follower rollers (7) that follow the rotary movements of the eccentrics (5) and make the entire structure movable, movable plateau (3) and movable tooling (4), coupled to them, moves vertically. Each eccentric (5) is associated with bearings positioned on the external part of the shaft (8a) and on the internal part of the shaft (8b), bilaterally supporting each eccentric (5), and is also provided with an electronic trigger, which is a sensor positioned along the vertical course of the plateau (3) and movable tooling (4), which executes the command to stop the press immediately after a space and a predefined height. Operating in a normal cycle, the plateau (3) is positioned in 5 forming position, understanding as such the maximum stroke subtracting the penetration measurement of the tooling (4), which can be adjusted by pre-defining the eccentric stopping angle ( 5). After it stops, subsequent processes occur to form the thermoformed product, at the end of which the eccentric 10 (5) is moved, penetrating the mold and shearing the edge of the product (9), thus restarting the press cycle. This descriptive report deals with an invention endowed with industrial application and coated with novelty and inventive activity, therefore possessing all the requirements 15 determined by industrial property law to receive the privilege claimed.

Claims

1. Press for thermoforming plastic parts with improved drive composed of a fixed plateau (1) equipped with fixed tooling (2) and a movable plateau (3) with movable tooling (4) that describe an ascending and descending vertical path, the press characterized due to the fact that the route is carried out by the action of eccentrics (5) associated with an axis (6) driven by a central motorization, featuring follower rollers (7) that follow the rotary movements of the eccentrics (5) and make the entire structure mobile, mobile plateau (3) and mobile tooling (4), coupled to them move vertically, in which each eccentric (5) is associated with two bearings, one on each side of it.

2. Press for thermoforming plastic parts with improved drive, according to claim 1, further characterized by being provided with an electronic sensor, which is positioned along the vertical course of the plateau (3) and movable tooling (4), in that the electronic sensor makes the command to stop the press after a predefined space and height.