CN101624100A - 立体包装机及其封合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立体包装机及其封合系统，封合系统的封合上模内置的加热管采用错位布局的方式，有效的补偿了加热管排布不均、导致板面发热不均匀的现象；本发明的立体包装机，封合包装的次品率大大降低，产品包装质量得到大幅度的提高，提升了包装合格率，同时避免了在生产中对膜材不必要的浪费，节约了生产成本。

Description

立体包装机及其封合系统

【技术领域】

本发明涉及一种用于包装材料自动成型及封装的成型模、封合模具，以及能将各类产品进行自动包装、喷码、分切的机械设备。

【背景技术】

现有技术中，药品、保健品、食品、化妆品、农产品等各行业的产品都需进行产品封装，包装机可对装填各种产品的盒式、杯式、碗式容器进行热封、包装、计数。而成型机可以将各种塑胶膜材，如PE、PP、PS、ABS等进行吸塑成型为各种饮料杯、方便碗(盒)、托盘、果脯盖托、工业、农业产品包装、及各类塑料包装容器，为包装机提供上述产品包装容器。在对产品的包装生产中，上述过程相对独立，生产效率较低，不适于连续、自动化的生产。

在现有技术的吸塑成型机或封合包装机中，由于加热板和封合上模由内置的加热棒加热，由于加热棒的排列，导致工作表面各区域与发热元件的距离不一，使工作表面各检测点的温度相差较大，导致对膜材预热不均匀，造成成型、封合不良。如图6所示，现有技术的加热板采用整板预热方式，加热板合模后对在加热板中间的膜材进行了加热，而在后面的膜材没有进行加热，就在前一步径的加热膜材与后一步径的加热膜材之间出现了一道皱折，其实这道皱折就是整板加热板的边沿造成的。在封合的过程中不能百分之百保证这道皱折就能被包含在封合区内，这个区域的皱折正好处于包装容器与上膜封合的封合沿上时，在封合时上膜封压在皱折上，造成封口不良或漏封，严重影响生产质量。在封合时由于没有封到膜材的边缘，上膜材和下膜材没有封压在一起，在产品分切后的废边料就很散乱，造成收集困难。

【发明内容】

本发明的目的就是为了克服以上现有技术中的不足之处，提供一种包装质量高、次品率大大降低用于包装容器的封合系统及其立体包装机。

为实现上述目的，本发明提供一种立体包装机封合系统，包括封合下模、封合上模；硅胶垫；所述硅胶垫置于所述封合下模模腔上，所述封合上模内置加热管，用于对被封合膜材进行加热软化；所述封合上模内的加热管采用错位布局，即一长一短，一短一长反复排列的布局方式；加热管孔与孔之间的中心距优选30mm-42mm之间。加热管中心距与工作表面的距离优选15-25mm之间。

上述的封合系统，所述硅胶垫表面设有斜纹，硅胶垫硬度优选邵氏55°-80°。所述封合上模边缘设有小凸台。

同时，本发明提出一种立体包装机，包括吸塑成型系统、封合系统，二者依次相联接；所述吸塑成型系统包括加热板、成型上模、成型下模、冲头；所述成型上模与成型下模上下相对设置，输入端与所述加热板输出端相接，所述冲头设置于所述成型上模模腔内；所述封合系统包括封合下模、封合上模、硅胶垫；所述硅胶垫置于所述封合下模模腔上，所述封合上模内置加热管，用于对被封合膜材进行加热软化；所述加热板内的加热管、封合上模内的加热管采用错位布局，即一长一短，一短一长反复排列的布局方式。

上述加热管孔与孔之间的中心距优选30mm-42mm之间。加热管中心距与工作表面的距离优选15-25mm之间。

上述的立体包装机，所述加热板设置有多个加热凸台，所述加热凸台的面积比成型下模模腔面积略大，使加热板由整板加热改为区域加热；成型腔面积为N×M，则加热凸台的面积为(N+X)×(M+Y)，X、Y优选1mm-3mm。

上述的立体包装机，吸塑成型系统的成型下模模腔设有加强筋和斜度，加强筋优选为梯形和/或圆弧形，根据成型下模模腔的深度而而定，越深斜度越大，反之越小。斜度优选5°至15°。所述加热凸台之间设置有金属板，表面略低于加热凸台。用于硬模的所述冲头的大小是成型下腔的0.6-0.8倍，且冲头呈倒梯形形状，即上小下大；用于软模的所述冲头大小是成型下腔的0.8-0.95倍，冲头形状为方形。封合系统的硅胶垫表面设有斜纹，硅胶垫硬度优选邵氏55°-80°。所述封合上模边缘设有小凸台。

由于采用了以上的方案，带来了如下的有益效果：

1.对封合上模或加热板内置的加热管采用错位布局的方式，有效的补偿了加热管排布不均、导致板面发热不均匀的现象，板面各区各点与发热元件的传热距离基本相同；实际测试证明，加热板和封合上模工作表面各检测点温度基本达到一致；使加热板、封合上模对膜材的加热均匀，提高了成型、封合的良品率。加热管中心距靠近工作表面，距离一般在15-25mm之间，使传热更快。

2.在封合上模边缘处设计小凸台，在封合时就能将膜材的边缘封压，使边缘处的上膜材和下膜材封压在一起，有效的避免了废边料散乱的现象，使废边料收集顺利进行。

3.封合下模设置的硅胶垫，起缓冲和封合作用，避免封合不牢，有助于减少封口不劳、漏封的现象，还可让封口边更美观。

4.在加热板上设计加热凸台，加热凸台的面积比成型下模模腔面积略大，将加热板的整板加热改为区域加热，即便在加热后下膜材一样会有出现皱折，然而比之加热板整板加热工艺，用加热凸台区域加热工艺所出现的皱折，分布在成型包装容器的封合沿的机率大大降低，皱折不会出现在与上膜接触封合的封合沿上，避免因此而造成封合时封在皱折上导致封口不良或漏封。

而且加热凸台的面积比成型腔面积略大，主要针对吸塑成型区域的下膜材进行加热软化，成型区域之间的非成型区域的膜材保持稍高于成型区域的硬度、强度，避免成型时的非成型区域变形，影响包装容器的质量，有利于保证吸塑成型的工艺质量。加热凸台比成型腔大1-3mm，封合边又比加热凸台大5mm左右，在成型后皱折就在成型容器的周围，因为封合边比加热凸台大5mm左右，所以在封合时就能百分之百保证把皱折全部封合在封合区域里面，就避免了封合不牢或漏封。

加热凸台之间加设略低于加热凸台的金属板，使各部分受热不至于过于悬殊，避免成型的包装容器与包装容器之间的膜材因温差过大而变形突起，保证产品质量。

通过综合以上的技术改进，本发明的立体包装机，吸塑成型的包装容器质量大大提高，封合包装的次品率大大降低，产品包装质量得到大幅度的提高，提升了包装合格率，同时避免了在生产中对膜材不必要的浪费，节约了生产成本。

【附图说明】

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是立体包装机整机结构图，图2是立体包装机模具升降结构图，

图3是立体包装机废边料缠绕收集系统示意图，

图4是立体包装机步径距离示意图，图5是立体包装机电控系统图，

图6是立体包装机硬模整板加热成型加热板图

图7是立体包装机硬模区域加热成型加热板图，

图8是立体包装机硬模成型下模模腔图，图9是立体包装机硬模排样图，

图10是立体包装机硬模加金属板图，

图11、图12是立体包装机硬模成型上模腔冲头图，

图13是立体包装机硬模成型上模腔冲头排样图，

图14是立体包装机硬模成型上模腔图，

图15是立体包装机硬模封合下模图，图16、17、18是立体包装机硬模封合上模图，

图19是立体包装机硬模硅胶垫图，图20是立体包装机硬模横切刀安装图，

图21是立体包装机硬模横切刀结构示意图，图22是立体包装机加强筋示意图一，

图23是立体包装机加强筋示意图二，图24是立体包装机加热管布局方式图，

图25是在线印刷系统结构示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，本发明的立体包装机包括牵引系统1、吸塑成型系统2、在线印刷系统3、封合系统4、喷码系统5、切刀系统6、废边料缠绕收集系统7、出料系统8、PLC控制系统和机架11。

牵引系统分为薄膜牵引系统、可膨胀式上卷系统两个部分，薄膜牵引系统是伺服驱动系统，主要由一台伺服电机作为驱动执行器件，通过齿轮啮合和链轮传动，带动链条及蘑菇夹运动。在牵引过程中，成型用的下膜材薄膜12两边缘夹在蘑菇夹中向前作周期性步径运动；可膨胀式上卷系统主要由过纸轴和一个膨胀式机构组成，膨胀式机构由一个弹性钢片撑住纸卷卷心，起到张紧纸卷的作用。上纸卷通过过纸轴进入封合区，与成型薄膜封合在一起，由薄膜牵引系统一起牵引向前运动。

吸塑成型系统2、封合系统4是本发明的主要改进部分，以下结合附图进行详细描述：

包装容器的吸塑成型系统包括预热用的加热板21、成型模22，成型模包含一成型上模221和一成型下模222，如图8是一种硬模成型下模模腔图，图9是立体包装机硬模排样图，图14是一种硬模成型上模腔图。其成型过程为：合模后，通过压缩空气使膜材压附在加热板上进行三明治预热，通过气缸驱动加热板上模向下运动、加热板下模向上运动把膜材夹在中间来完成预热，加热板上下模在靠近工作面处都装有一定功率的加热管，温度一般在90°至130°之间。当这一过程完成后，膜材向前走一个步径，成型上模模腔吹气，下模模腔通过真空泵24吸气，并且成型上模模腔中的冲头向下沉，下沉的深度比成型下模模腔浅，膜材被吸附在成型下模模腔内表面成型。图11、图12是硬模成型上模腔冲头图，图13是硬模成型上模腔冲头排样图。在成型下模模腔内壁有冷却循环系统，对下模模腔进行冷却，主要是使膜材在成型下模模腔里快速冷却成型。冲头下沉把预热的膜材冲变形，成型下模模腔吸气便于辅助成型(冲头主要是针对硬膜，如果软膜成型腔较浅可以不用冲头)。在成型上模模腔设有正压孔用于吹气，成型下模模腔设有负压孔用于吸气，并且在成型上模模腔支架上设有冷却系统，用来降低表面温度。如图2所示，在整个成型过程中，上模221不动，下模222由一个气缸升降机构23完成上下往复运动，上模中的冲头在下模上升后向下沉。

在封合工序中，热封合由封合上模和封合下模完成，图15是立体包装机硬模封合下模图，图16、17、18是立体包装机硬模封合上模图。成型后的下膜材成为容器状，待包装产品被置于其中后，被牵引至封合模，上膜材40盖在上面后，封合上模41通过气缸42向下运动，封合下模通过气缸升降机构向上运动进行封合，同时下模抽真空，主要使要封合的包装容器与下模紧贴。如图17所示，封合上模靠近工作面处装有一定功率的加热管210，温度一般在100°-180°之间。在封合上模支架上有冷却系统，用于降低表面温度。加热板中心线和成型腔中心线之间的距离要保证一个步径(一个包装产品长度的两倍)，封合上模中心线和成型腔中心线之间的距离要保证N个步径(N为整数)，如图4所示，只有这样才能保证封合时成型后的膜材刚好在封合下模模腔中。在生产中预热、成型、封合可以同时进行，也可以先预热成型，再封合，这些动作可以根据实际情况通过PLC更改。

改进一：成型下模模腔设计加强筋和斜度

如图所示，在用硬膜材进行吸塑成型的工艺，由于硬膜成型后的盒子为硬盒，在盒子四壁和盒底都比较软。经过多次改进设计，在成型下腔设计加强筋25，如图8、图22、图23所示，形状采用梯形或圆弧形，增加了成型后盒子的硬度。

成型下模腔的内腔壁设计成一定的斜度，使膜材在成型过程中拉伸均匀，并且使拔模更顺利。拔模斜度根据成型下模模腔深度而定，一般在5°至15°之间，成型模腔深度浅，斜度就小；成型腔深度深，斜度就大。

改进二：整板加热改为区域加热

吸塑成型系统的加热板整板预热造成每一步径加热区域与下一步径加热区域之间的出现皱折，在封合时经常封压在皱折上，造成封口不良或漏封，严重影响生产质量。技术人员通过实验，如图7所示，将整板加热改为区域加热，即在加热板上设计加热凸台26，凸台的面积大小、排列方式与成型模腔相配合，凸台加热后一样会有皱折出现，然而这种加热凸台出现的皱折，分布在成型包装容器的封合沿的机率大大降低，皱折基本出现在不与上膜接触封合的封合区内部，在封合时完全被包围在封合区内，避免了封合时封在皱折上导致封口不良或漏封。加热凸台的面积比成型腔面积略大：成型腔面积为N×M，则加热凸台的面积为(N+X)×(M+Y)，X、Y一般在1mm-3mm之间。

改进三：加热板和封合上模中的加热管采用错位布局

在未采用错位布局前，经过检测，加热板和封合上模工作表面各检测点的温度相差太大，对膜材预热不均匀，造成成型不良。经过多次试验，如图24所示，加热管采用错位布局的方式，长管211、短管212采用一长一短，一短一长反复排列的布局方式，孔与孔之间的中心距一般在30mm-42mm，有效的补偿了加热管发热不均匀的现象，加热板和封合上模工作表面各检测点温度基本达到一致。

为了使传热更快，加热管装在离加热板和封合上模工作表面较近的地方。一般加热管孔中心与工作表面的距离在15mm-25mm之间。

改进四：封合上模边缘设计边缘小凸台

未设计边缘凸台前，在封合时没有封到膜材的边缘，上膜材和下膜材没有封压在一起，在产品分切后的废边料就很散乱，造成收集困难。经过改进，如图23所示，在封合上模边缘处设计边缘凸台43，在封合时就能将膜材的边缘封压，使上膜材和下膜材封压在一起，有效的避免了废边料散乱的现象，使废边料收集顺利进行。

改进五：区域加热板两个加热凸台间加一块铝合金板，或其他导热快的金属板，优选铝合金是因为比较轻，易加工。在未加这块铝合金板之前，凸台与凸台周围的区域温度不均匀，且在预热时，只有凸台部分对下膜材进行预热，而凸台与凸台之间则没有，加热空白区域与加热区域的温度悬殊，在成型后造成硬盒与硬盒之间处有膜材向上突起的现象，严重影响产品质量。如图10所示，现在两加热凸台之间加一块铝合金板27，使各部分加热趋于平衡，但为了避免加板之后造成与整板加热出现同样的问题，所以此板要略低于加热凸台。

改进六：封合下腔硅胶垫花纹和硬度改良

图19是硬模硅胶垫结构示意图，现有技术的腔硅胶表面平整，没有相互交错的斜纹，封合后包装边沿就是一个空白，封合后的产品封口处不美观，且时常有封口不劳的现象。设计花纹后是空白处更好看，也算合理利用有限的空间，使产品看上去更饱满一点。另外腔硅胶的硬度是一个关键的参数，硬度过高过低都会影响封合质量，经过技术人员反复琢磨，最后确定在邵氏55°-80°之间，有效地解决了封口不牢的现象。

改进七：成型上模腔冲头大小和形状的改进

如图11、图12、图13为上模模腔冲头形状、排列示意图。改进后，硬模冲头的大小是成型下腔体积的0.6-0.8倍，且冲头呈倒梯形形状，即上小下大；软模的冲头大小是成型下腔体积的0.8-0.95倍，冲头形状为方形。

如图25所示，在线印刷系统3包括印刷辊31、墨液槽32、网纹辊33、刀片34、印版35、转鼓36等。刀片安装在距离网纹辊表面的刀座上，网纹辊旋转粘上墨液槽中的油墨，通过刀片将幽默刮均匀之后，将油墨印在印版上，印版固定在转鼓上，上膜盖材通过牵引致印刷系统，印刷辊将其压在转鼓上进行印刷。印刷信号是采集链条走的距离，由控制箱送出信号。在线印刷采用的是柔版印刷，对少量产品改版方便，适合同一产品生产多种规格(每种规格的包装图案不用)。此系统可以根据生产需要使用。

喷码系统5主要由喷头、控制箱和支架组成。喷头固定在支架上，支架固定在机架上。喷码的信号是采集链条走的距离，由控制箱送出控制信号，保证字迹刚好正确地喷在产品上。

切刀系统6分为横切刀系统61和纵切刀系统62。横切刀系统分为硬膜横切刀和软膜横切刀，如图20、图21所示，硬膜横切刀中心线处611为全星，两边缘处612为半星，软膜横切刀是一长条锯齿形刀片，它们都是通过刀座固定在机架上，在其正下方有一个贴板，贴板通过连杆与气缸或液压缸连接在一起，当产品进入横切刀系统时，气缸或者液压缸64充气或者油掖，将贴板向上顶，与横切刀刀片碰撞，完成横切。纵切刀系统硬膜和软膜都是采用上切刀与下切刀分切，通过链条带动同步带运动，同步带再带动上刀轴和下刀轴同步旋转运动来进行分切。生产硬膜时，在纵切刀处装有一个吸尘器63，用来吸收废边。

如图3所示，废边料缠绕收集系统由两台三相异步电机驱动，带动收集盘转动，废边料通过收集盘的转动缠绕在收集盘中的轴上。

出料系统由一台三相异步电机和传送带组成，传送带由电机带动，产品在上面有序的输出。

控制系统如图5所示，采用PLC作为主控电路，采用触摸式操作面板，中文化操作界面，图符提示，使操作更简单，并且具有设备运行过程中的指导性提示文字显示和多文字方式故障信息显示。

机架采用不锈钢和铝合金材料制造，符合卫生要求的开放式结构设计，便于服务机体内的所有部件。机架由几个支撑脚水平支撑在地面上。

Claims (10)

1.一种立体包装机封合系统，包括封合下模、封合上模、硅胶垫；所述硅胶垫置于所述封合下模模腔上，所述封合上模内置加热管，用于对被封合的膜材进行加热软化；其特征是：所述封合上模内的加热管采用错位布局，即一长一短，一短一长反复排列的布局方式。

2.如权利要求1所述的立体包装机封合系统，其特征是：所述封合上模边缘设有小凸台。

3.如权利要求1或2所述的立体包装机封合系统，其特征是：所述加热管的管孔与管孔之间的中心距为30mm-42mm，加热管中心距与工作表面的距离为15-25mm。

4.如权利要求1或2所述的立体包装机封合系统，其特征是：所述硅胶垫表面设有斜纹。

5.一种立体包装机，包括吸塑成型系统、封合系统，二者依次相衔接；所述吸塑成型系统包括加热板、成型上模、成型下模、冲头；所述成型上模与成型下模上下相对设置，输入端与所述加热板输出端相接，所述冲头设置于所述成型上模模腔内；所述封合系统包括封合下模、封合上模、硅胶垫；所述硅胶垫置于所述封合下模模腔上，所述封合上模内置加热管，用于对被封合膜材进行加热软化；其特征是：所述封合上模内的加热管采用错位布局，即一长一短，一短一长反复排列的布局方式。

6.如权利要求5所述的立体包装机，其特征是：所述加热板内设加热管，该加热管采用错位布局，即一长一短，一短一长反复排列的布局方式。

7.如权利要求5或6所述的立体包装机，其特征是：所述加热板设置有多个加热凸台，所述加热凸台的面积比成型下模模腔面积略大，使加热板由整板加热改为区域加热。

8.如权利要求5或6所述的立体包装机，其特征是：所述封合上模边缘设有小凸台。

9.如权利要求5或6所述的立体包装机，其特征是：所述硅胶垫表面设有斜纹。

10.如权利要求7所述的立体包装机，其特征是：所述加热凸台之间设置有金属板，该金属板表面略低于加热凸台。

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