CN102143832A - 压缩成形方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种压缩成形方法和设备，即使产品较大或期望产品的侧壁足够薄，也可以压缩成形所需的杯状产品，而不需要过大的压缩压力。以在压缩成形底壁和侧壁的除前端部外的主部之后经过延迟再进行侧壁的前端部的压缩成形的方式，分开地进行底壁和侧壁的除前端部外的主部的压缩成形及侧壁的前端部的压缩成形。

Description

压缩成形方法和设备
技术领域
本发明涉及一种压缩成形方法和设备，其压缩处于软化或熔融状态的合成树脂材料以形成具有底壁和从底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的如容器等杯状产品。
背景技术
具有底壁和从底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的如食品和饮料用容器等杯状产品是通过压缩成形如聚丙烯或聚乙烯等适当的合成树脂而形成的。如下述专利文件1和2所公开的那样，该压缩成形使用的压缩成形设备包括成形型模部件(molding die means)和模具开闭部件，成形型模部件具有由单个成形型模构件构成的阳模部件和由单个成形型模构件构成的阴模构件。当成形型模部件处于打开状态时，将软化或熔融状态的合成树脂材料供给到阳模部件或阴模部件，然后通过模具开闭部件将压缩压力施加到成形型模部件，由此使合成树脂材料形成为杯状产品。
引用文献列表
专利文献
专利文件1：日本特开昭62-90210号公报
专利文件2：国际公开No.2008/032841小册子
发明内容
发明要解决的问题
然而，传统的通过压缩成形来形成杯状产品的压缩成形方法和设备具有如下待解决的问题。特别地，如果想要的产品较大或期望产品的侧壁足够薄，特别地压缩流动的合成树脂材料早早地在侧壁的部位冷却。结果，损害了合成树脂的流动性，并且合成树脂材料不能令人满意地充分流动到侧壁的前端。因此，具有发生成形不良的趋势。为了避免或抑制这种趋势，需要使压缩压力极其大。不可避免地，压缩成形设备的重量重且价格昂贵，压缩成形的成本也高。
鉴于上述事实，完成了本发明。本发明的主要技术问题是提供一种新的改进的压缩成形方法和设备，即使产品较大或期望产品的侧壁足够薄，该压缩成形方法和设备也能通过压缩成形而形成所需的杯状产品，而不需要过大的压缩压力。
用于解决问题的方案
本发明的发明人进行了深入研究和实验并且发现，上述主要问题可通过以如下方式分开地进行杯状产品的底壁和侧壁的除前端部外的主部的压缩成形及侧壁的前端部的压缩成形来解决：在压缩成形底壁和侧壁的除前端部外的主部之后经过延迟再进行侧壁的前端部的压缩成形。
根据本发明的第一方面，提供如下方法作为解决上述主要技术问题的压缩成形方法：一种压缩成形方法，其用于通过压缩处于软化或熔融状态的合成树脂材料而形成具有底壁和从所述底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的杯状产品，所述压缩成形方法包括：
第一压缩成形步骤，该第一压缩成形步骤压缩成形所述底壁和所述侧壁的除前端部外的主部；以及
第二压缩成形步骤，该第二压缩成形步骤压缩成形所述侧壁的前端部，
其中，在所述第一压缩成形步骤开始之后经过延迟，再开始所述第二压缩成形步骤，
在所述第一压缩成形步骤中，所述合成树脂材料流动超过所述侧壁的主部，并且
在所述第二压缩成形步骤中，对流动超过所述侧壁的主部的合成树脂材料进行压缩成形。
根据本发明的第二方面，提供如下设备作为解决上述主要技术问题的压缩成形设备：一种压缩成形设备，其用于通过压缩处于软化或熔融状态的合成树脂材料而形成具有底壁和从所述底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的杯状产品，所述压缩成形设备包括：
成形型模部件，其包括阳模部件和阴模部件；以及
模具开闭部件，其用于开闭所述成形型模部件，
其中，所述阳模部件或所述阴模部件具有第一成形型模构件和第二成形型模构件，该第一成形型模构件用于限定所述底壁和所述侧壁的除前端部外的主部，该第二成形型模构件用于限定所述侧壁的前端部。
在上述压缩成形方法中，优选地，所述第二压缩成形步骤中的压缩压力比所述第一压缩成形步骤中的压缩压力小。在上述压缩成形设备中，阴模部件优选具有第一成形型模构件和第二成形型模构件，阳模部件优选由单个成形型模构件构成。在压缩形成设备的优选实施方式中，所述模具开闭部件包括第一加压部件和第二加压部件，其中，所述第一加压部件用于将压缩压力施加到所述第一成形型模构件，所述第二加压部件用于在由所述第一加压部件施加压缩压力之后经过延迟再将压缩压力施加到所述第二成形型模构件。优选地，由所述第二加压部件产生的压缩压力比由所述第一加压部件产生的压缩压力小。在压缩形成设备的另一优选实施方式中，所述模具开闭部件经由可动基台被连接到所述阳模部件或所述阴模部件，所述第一成形型模构件经由压缩弹簧部件连接到所述可动基台，所述第二成形型模构件被固定到所述可动基台。杯状产品的典型示例是容器，且侧壁的前端部包括环状凸缘。
发明的效果
如从后述的实验例可明确理解的那样，根据本发明的压缩成形方法和设备，即使产品较大或期望产品的侧壁足够薄，也可以压缩成形所需的杯状产品，而不需要过大的压缩压力。
附图说明
图1是示出由本发明的压缩成形方法和设备压缩成形的容器的典型示例的截面图。
图2是示出根据本发明构造的压缩成形设备的优选实施方式的主要构成元件在模具打开状态下的截面图。
图3是示出图2所示的压缩成形设备的主要构成元件在已经进行第一压缩成形步骤后的状态的截面图。
图4是示出图2所示的压缩成形设备的主要构成元件在已经进行第二压缩成形步骤后的状态的截面图。
图5是示出根据本发明构造的压缩成形设备的另一优选实施方式的主要构成元件在模具打开状态下的截面图。
图6是示出图5所示的压缩成形设备的主要构成元件在已经进行第一压缩成形步骤后的状态的截面图。
图7是示出图5所示的压缩成形设备的主要构成元件在已经进行第二压缩成形步骤后的状态的截面图。
图8是示出实验例1的结果的图。
图9是示出实验例1的容器的尺寸的图。
图10是示出实验例2和比较实验例1的条件和结果的图。
图11是示出实验例3和比较实验例2的条件和结果的图。
图12是示出实验例4和比较实验例3的结果的图。
具体实施方式
现在将参照附图更详细地说明根据本发明构造的压缩成形方法和设备的优选实施方式。
图1示出了作为由本发明的压缩成形方法和设备压缩成形的杯状产品的典型示例的容器。整体表示为附图标记2的容器由底壁4和侧壁6构成。底壁4在仰视图中为圆形，底壁4具有向上突出的中央部8和大致平坦的环状外周部10。从底壁4的周缘向上延伸出的侧壁6整体为近似的倒置的截顶圆锥筒状(truncated conical tubular shape)。面向下的环状肩部12形成在侧壁6的前端部、即上端部，位于环状肩部12下方的主部(main portion)14的直径在向上的方向上逐渐增大。在环状肩部12的上方，是在大致铅直的方向上向上突出的短圆筒部16和在大致水平方向上从短圆筒部16的上端径向向外延伸的环状凸缘18。
图2示出了根据本发明构造的被设计成压缩成形上述容器2的压缩成形设备的优选实施方式的主要构成元件。(在图2和后面将说明的图3至图7中，为了图示的方便，一定程度地示意性地示出将压缩成形的容器和用于该容器的成形模腔(molding cavity)，图2至图7中的容器2的形状与图1中的容器2的形状略有不同。)图示的压缩成形设备包括阳模部件20和阴模部件22。阳模部件20由单个成形型模(molding die)构件24构成。如从后述说明可明确理解的那样，固定到静止基台25上的成形型模构件24限定容器2的底壁4的内表面、侧壁6的主部14、环状肩部12的内表面、短圆筒部16的内表面和环状凸缘18的上表面。
进一步参照图2，阴模部件22由第一成形型模构件26和第二成形型模构件28构成。第一成形型模构件26被固定到可动基台30的下表面。可以由液压缸机构构成的第一加压部件31被连接到可动基台30。成形模腔32形成在第一成形型模构件26的下表面的中央部。如从后述说明可明确理解的那样，成形模腔32限定容器2的底壁4的外表面和侧壁6的主部14的外表面。在第一成形型模构件26的下表面存在围绕成形模腔32的平坦环状面34，该环状面34限定侧壁6的环状肩部12的外表面。
第二成形型模构件28整体为圆筒状，并且被固定到环形圆板状的可动辅助基台36的内周面。面向下的环状肩面38形成在第二成形型模构件28的内周面。如从后述说明可明确理解的那样，环状肩面38限定上述容器2的环状凸缘18的下表面，环状肩面38的上方的圆筒状的内周面限定容器2的短圆筒部16的外周面，环状肩面38的下方的圆筒状的内周面的上端部限定容器2的环状凸缘18的外周面。
第二加压部件40附设到可动辅助基台36。如从后述说明可明确理解的那样，第二加压部件40与上述第一加压部件31一起构成模具开闭部件。在示出的实施方式中，第二加压部件40由以180度的角度间隔布置在可动辅助基台36的上表面上的两个液压缸机构42构成。液压缸机构42均由缸体44和活塞46构成。缸体44的下表面被固定到可动辅助基台36的上表面。活塞46的杆48贯通缸体44的上端壁向上延伸出，杆48的伸出端经由圆形连结板50连结到基台30。缸体44的活塞头侧和活塞杆侧经由未示出的适当的连通路径被选择性地连接到液压-气动转换器(hydraulic-pneumatic converter)52的压力油出口和压力油容器。
将说明由上述压缩成形设备压缩成形容器2的压缩成形处理。如图2所示，在阴模部件22向上与阳模部件20分开的模具打开状态下，软化或熔融状态的合成树脂材料54被供给到阳模部件20的成形型模构件24的上表面。合成树脂材料54可以是如聚丙烯或聚乙烯等适当的合成树脂。在图2所示的模具打开状态下，构成第二加压部件40的两个液压缸机构42的每一个液压缸机构中的缸体44的活塞杆侧被连接到液压-气动转换器52的压力油出口，活塞46相对于缸体42位于最下降位置。
于是，通过第一加压部件31的作用使可动基台30下降到图3所示的位置(第一压缩成形步骤)。通过这样做，阴模部件22的第一成形型模构件26位于相对于阳模部件20的成形型模构件24所需的闭合位置。在该过程中，合成树脂材料54在限定在成形型模构件24和第一成形型模构件26之间的成形空间中压缩流动，由此成形容器2的底壁4和侧壁6的主部14。另一方面，阴模部件22的第二成形型模构件28尚未下降到相对于阳模部件20的成形型模构件24的预定的闭合位置，在成形型模构件24和第二成形型模构件28之间存在较大的空间。即使流动用成形空间的宽度(即，容器2的侧壁6的主部14的厚度)比较小，或者即使合成树脂材料54冷却到较低的温度并且其流动性降低，流入限定在成形型模构件24和第一成形型模构件26之间的成形空间的合成树脂54也能令人满意地流动，而不需要过大的压缩压力。这是因为，如从将说明的实验例可明确理解的那样，流动空间的前端开口到成形型模构件24和第二成形型模构件28之间的仍未闭合的较大空间。因此，合成树脂材料54的一部分流到成形型模构件24和第二成形型模构件28之间的超过容器2的侧壁6的主部14的仍未闭合的较大空间。
在执行上述第一压缩成形步骤之后延迟预定时间(例如，0.2～0.4秒)，使构成第二加压部件40的两个液压缸机构42的每一个液压缸机构的缸体44的活塞杆侧连接到压力油容器，而使缸体44的活塞头侧连接到压力油出口(第二压缩成形步骤)。通过这样做，如图4所示，缸体44相对于固定到可动基台30的活塞46下降，由此，阴模部件22的第二成形型模构件28位于相对于阳模部件20的成形型模构件24的预定的闭合位置。因此，容器2的侧壁6的除主部14之外的部分、即由短圆筒部16和环状凸缘18构成的部分在成形型模构件24和第二成形型模构件28之间被压缩成形。由第二加压部件40施加的压缩压力可以比由第一加压部件32施加的压缩压力小很多。
以上述方式，完成第一压缩成形步骤和第二压缩成形步骤，以压缩成形容器2。当经过所需的冷却时间并且容器2被冷却到所需的温度以下时，升高可动基台30，以使阴模部件22向上从阳模部件20离开，形成模具打开状态，于是移出压缩成形的容器2。在构成第二加压部件40的两个液压缸机构42的每一个液压缸机构中，缸体44的活塞头侧被连接到压力油容器，而缸体44的活塞杆侧被连接到压力油出口，由此使液压缸机构42返回到图2所示的状态。
图5示出了根据本发明构造的被设计成压缩成形上述容器2的压缩成形设备的另一优选实施方式的主要构成元件。在图5所示的实施方式中，阴模部件122的第一成形型模构件126经由由多个压缩弹簧构件125构成的压缩弹簧部件连结到可动基台130。可动辅助基台136经由配置在第一成形型模构件126的外侧的多个连结柱构件127固定到可动基台130，阴模部件122的第二成形型模构件128固定到可动辅助基台136。在图5示出的实施方式中，未布置第二加压部件。除上述特征之外，图5所示的实施方式与图2所示的实施方式大致相同。
将说明由图5所示的压缩成形设备压缩成形容器2的压缩成形处理。如图5所示，在阴模部件122向上与阳模部件120分开的模具打开状态下，软化或熔融状态的合成树脂材料54被供给到阳模部件120的成形型模构件124的上表面。
于是，通过第一加压部件131的作用使可动基台130下降到图6所示的位置(第一压缩成形步骤)。通过这样做，阴模部件122的第一成形型模构件126位于相对于阳模部件120的成形型模构件124所需的闭合位置。在该过程中，合成树脂材料54在限定在成形型模构件124和第一成形型模构件126之间的成形空间中压缩流动，由此成形容器2的底壁4和侧壁6的主部14。另一方面，阴模部件122的第二成形型模构件128尚未下降到相对于阳模部件120的成形型模构件124的预定的闭合位置，在成形型模构件124和第二成形型模构件128之间存在较大的空间。流入限定在成形型模构件124和第一成形型模构件126之间的成形空间的合成树脂54令人满意地流动，而不需要过大的压缩压力。因此，合成树脂材料54的一部分流到成形型模构件124和第二成形型模构件128之间的超出容器2的侧壁6的主部14的仍未闭合的较大空间。
在执行上述第一压缩成形步骤之后延迟预定时间(例如，0.2～0.4秒)，或者在执行上述第一压缩成形步骤之后，通过第一加压部件131的作用使可动基台130下降到图7所示的位置(第二压缩成形步骤)。此时，如图7所示，阴模部件122的第一成形型模构件126不下降，使得压缩弹簧构件125随着可动基台130的下降逐渐压缩。另一方面，阴模部件122的第二成形型模构件128随着可动基台130的下降而下降，并且位于相对于阳模部件120的成形型模构件124的预定的闭合位置。因此，容器2的侧壁6的除主部14之外的部分、即由短圆筒部16和环状凸缘18构成的部分在成形型模构件124和第二成形型模构件128之间被压缩成形。因为第一加压部件131的加压压力的一部分被压缩弹簧构件125的压缩消耗掉，所以在第二压缩成形步骤中第二成形型模构件128的下降压力比第一压缩成形步骤中第一成形型模构件126的下降压力小。
以上述方式，完成第一压缩成形步骤和第二压缩成形步骤，以压缩成形容器2。当经过所需的冷却时间并且容器2被冷却到所需的温度以下时，升高可动基台130，以使阴模部件122向上从阳模部件120离开，形成模具打开状态。(此时，压缩弹簧构件125弹性地复原到初始状态，第一成形型模构件126相对于可动基台130下降。)在该状态下，移出压缩成形的容器2。
以上，参照附图详细说明了根据本发明构造的压缩成形方法和设备的优选实施方式。然而，毋庸赘言，本发明不限于这些优选实施方式，在不背离本发明的范围的前提下可以进行各种改变和变型。在示出的实施方式中，例如，阴模部件由两个构件、即第一成形型模构件和第二成形型模构件构成。替代该构造或除该构造之外，阳模部件可以由两个构件、即第一成形型模构件和第二成形型模构件构成。
实验例1
使用如图2至图4所示的压缩成形设备压缩成形形状如图1所示的容器。合成树脂材料(220～230℃的聚丙烯)的供给量(即、单位区域的重量)为4.7g。在压缩成形过程中，阳模部件的成形型模构件的温度以及阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件的温度被设定为60℃。测量压缩成形过程中阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件的变位和压缩压力的变化，结果在图8中示出。压缩成形容器的各部分的尺寸在图9中示出。
实验例2
使用如图2至图4所示的压缩成形设备压缩成形如图1所示的容器。对合成树脂材料(220～230℃的聚丙烯)的供给量和由第一加压部件施加的第一压缩压力进行各种改变，以试试是否能够成功地压缩成形形状如图1所示的容器。在压缩成形过程中，阳模部件的成形型模构件的温度以及阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件的温度被设定为60℃和被设定为25℃。在图10中示出了在这些温度下均能压缩成形形状如图1所示的容器且环状凸缘无所谓的缩痕和欠注(sink mark and short shot)的条件。
比较实验例1
除了使用阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件一体地形成且省略可动辅助基台和第二加压部件的压缩成形设备之外，通过与实验例2同样的工序，试试是否能够成功压缩成形形状如图1所示的容器。在压缩成形过程中，阳模部件的成形型模构件的温度以及阴模部件的一体形成的第一成形型模构件和第二成形型模构件的温度被设定为60℃和被设定为25℃。在图10中示出了在这些温度下均能压缩成形形状如图1所示的容器的条件。
实验例3
使用如图2至图4所示的压缩成形设备在图11所示的两种条件下压缩成形形状如图1所示的容器。合成树脂材料是220～230℃的聚丙烯。在多个部位测量压缩成形的容器的壁厚，结果在图11中示出。
比较实验例2
除了使用阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件一体地形成且省略可动辅助基台和第二加压部件的压缩成形设备之外、以与实验例3同样的方式在图11所示的两种条件下压缩成形形状如图1所示的容器。在多个部位测量压缩成形的容器的壁厚，结果在图11中示出。
实验例4
使用如图2至图4所示的压缩成形设备，改变合成树脂材料(220～230℃的聚丙烯)的供给量和由第一加压部件施加的第一压缩压力，探讨能否成功地压缩成形形状如图1所示的容器且环状凸缘无所谓的缩痕和欠注。在压缩成形过程中，阳模部件的成形型模构件的温度以及阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件的温度被设定为25℃。结果在图12中示出。
比较实验例3
探讨除了使用阴模部件的第一成形型模构件和第二成形型模构件一体地形成且省略可动辅助基台和第二加压部件的压缩成形设备之外、以与实验例4同样的方式能否成功地压缩成形形状如图1所示的容器。结果在图12中示出。
通过对实验例和比较实验例的研究可以理解，根据本发明构造的压缩成形方法和设备，可以减小容器的底壁和侧壁的厚度以减小容器的重量(实验例2和比较实验例1，实验例3和比较实验例2)，可以减小成形过程中的压缩压力(实验例4和比较实验例3)。
附图标记说明
2：容器
4：容器的底壁
6：容器的侧壁
20：阳模部件
22：阴模部件
26：阴模部件中的第一成形型模构件
28：阴模部件中的第二成形型模构件
32：第一加压部件
40：第二加压部件
120：阳模部件
122：阴模部件
126：阴模部件中的第一成形型模构件
128：阴模部件中的第二成形型模构件
125：压缩弹簧构件(压缩弹簧部件)

Claims (9)

1.一种压缩成形方法，其用于通过压缩处于软化或熔融状态的合成树脂材料而形成具有底壁和从所述底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的杯状产品，所述压缩成形方法包括：
第一压缩成形步骤，该第一压缩成形步骤压缩成形所述底壁和所述侧壁的除前端部外的主部；以及
第二压缩成形步骤，该第二压缩成形步骤压缩成形所述侧壁的前端部，
其中，在所述第一压缩成形步骤开始之后经过延迟，再开始所述第二压缩成形步骤，
在所述第一压缩成形步骤中，所述合成树脂材料流动超过所述侧壁的主部，并且
在所述第二压缩成形步骤中，对流动超过所述侧壁的主部的合成树脂材料进行压缩成形。
2.根据权利要求1所述的压缩成形方法，其特征在于，所述第二压缩成形步骤中的压缩压力比所述第一压缩成形步骤中的压缩压力小。
3.根据权利要求1或2所述的压缩成形方法，其特征在于，所述杯状产品是容器，所述侧壁的前端部包括环状凸缘。
4.一种压缩成形设备，其用于通过压缩处于软化或熔融状态的合成树脂材料而形成具有底壁和从所述底壁的周缘延伸出的筒状侧壁的杯状产品，所述压缩成形设备包括：
成形型模部件，其包括阳模部件和阴模部件；以及
模具开闭部件，其用于开闭所述成形型模部件，
其中，所述阳模部件或所述阴模部件具有第一成形型模构件和第二成形型模构件，该第一成形型模构件用于限定所述底壁和所述侧壁的除前端部外的主部，该第二成形型模构件用于限定所述侧壁的前端部。
5.根据权利要求4所述的压缩成形设备，其特征在于，所述阴模部件具有所述第一成形型模构件和所述第二成形型模构件，所述阳模部件由单个成形型模构件构成。
6.根据权利要求4或5所述的压缩成形设备，其特征在于，所述模具开闭部件包括第一加压部件和第二加压部件，其中，所述第一加压部件用于将压缩压力施加到所述第一成形型模构件，所述第二加压部件用于在由所述第一加压部件施加压缩压力之后经过延迟再将压缩压力施加到所述第二成形型模构件。
7.根据权利要求4或5所述的压缩成形设备，其特征在于，由所述第二加压部件产生的压缩压力比由所述第一加压部件产生的压缩压力小。
8.根据权利要求4或5所述的压缩成形设备，其特征在于，所述模具开闭部件经由可动基台被连接到所述阳模部件或所述阴模部件，所述第一成形型模构件经由压缩弹簧部件连接到所述可动基台，所述第二成形型模构件被固定到所述可动基台。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的压缩成形设备，其特征在于，所述杯状产品是容器，所述侧壁的前端部包括环状凸缘。
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