CN102858509B - 旋转模塑方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法和设备，更特别地涉及一种用于在旋转模塑熔炉中制造多层容器的方法和设备。本发明的设备使用了一系列箱体以在模具上装填待熔融的材料，所述箱体由计算机化控制面板来控制。

Description

旋转模塑方法及设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法和设备，更特别地涉及一种用于在旋转模塑熔炉中制造多层容器的方法和设备。

背景技术

旋转模塑是一种用于由热塑性材料制造中空制品（例如容器）的方法。以液体、粉末或颗粒的形式呈现的热塑性材料的粒子，设置于中空模具中并且模具在热环境中旋转，直到热塑性材料熔融在模具的全部内表面。

有几种类型的机器，从小而简洁的，到具有复杂的控制电力系统的大的旋转直径的机器。机器的选择是基于某些参数来考虑，例如部件的尺寸，产量和投资计划。

同样，也有不同的旋转模塑系统；已知的最简单是固定的或静止的，模具运载进出；其他的具有中心旋转单元或环岛的系统，具有在不同的工作站（装载、加热、冷却、加载/卸载）间移动的三个、四个或更多的臂，。对于大尺寸的部件，使用旋转的类似打环装置的机器。

传统的旋转模塑方法用于明火，因为模具的加热不均匀，具有产品壁厚不均匀的缺点。相反，在熔炉中的旋转模塑方法可以获得高质量制品，具有均匀的壁厚。然而，当制造多层制品时，熔炉的使用是不切实际的，因为一旦第一层形成，将接下来的待熔融的材料装填通常意味着将模具从熔炉中取出。或者，为了避免将模具从熔炉中取出，将熔炉门打开，然后，或者采用被称为“投件箱”的箱体或盒子，或者采用任何喷雾装置，装填热塑性材料。一般来说，供料阶段，尤其是使用“投件箱”的供料阶段，通常手动执行，甚至在某些情况下，有必要推迟加热，因为在“投件箱”中的材料可能在注入模具之前已经塑化。上述意味着在所有过程推迟，从熔炉中损失热量并因此产生更大的能量消耗。当在一个单独的周期中生产多个具有多层的制品时，供料阶段更进一步被限制。

在现有技术中有一些设备，用于向旋转模塑熔炉装填材料。美国Potoczky的专利US4687531，描述了一种设备，用于通过在模具中旋转并加热制造具有均匀壁的层状结构，模具位于水平位置，现有技术的设备为了达到此目的，使用通过材料喷灌机来装填材料的装置，其中，借由压缩空气分离材料，由于在其边缘使用插入模具的臂，该臂可以在水平轴上移动，其中的部件材料出口具有90度的移动，模具位于熔炉中加热到所需温度。该设备具有这种缺陷：在放置材料时，其中有部分空间没有完成材料的供应，进一步，其需要技术人员具有操作臂的技能以均匀的方式放置材料，然而此发明的设备使用了模具，该模具可能立即重新利用于向下一个模具装填同样的材料，这在多于一个模具的生产线上是有利的，进一步，为了达到现有技术的设备中两层或多层的成层，必须为其他材料设置另一个臂，同时，不建议采用相同的臂；最后，该臂没有冷却装置，这减慢了为两层或多层的成层装填不同的材料。

Szatkowski的美国专利US3744951描述了一种生产容器的系统，该系统设置有带有环岛形状的容器的熔炉，具有不同的工作站，在工作站中，模具通过每个成层阶段，一个工作站具有用于装填材料的臂，该臂被装填到模具中用于分散粉末材料并继而去除以继续旋转模塑；尽管进入和退出模具的臂也具有喷灌机手段造成的同样缺点，因此，需使用许多支撑元件。此外，为了移动臂，这些臂需要和整个基底装置一起移动，这样就有相应的能量消耗。进一步，为了成层两层或更多层的容器，需要将每个模具移动到臂的位置，这使得一个时间单元内生产较小数量的容器。当采用迂回路线时，可能只能供料给单个容器，为了实现两层或多层，必须具有两个或更多个材料臂，因为臂只可使用单一材料，这增加了产品的成本。此设备的缺点是其维修较高，一次只可装填一种材料。每个装填的清理只能在产品生产线停止的时候进行。

公开号WO2008/133535示出了一个熔炉，其中装填不同形状的模具，并围绕模具的水平轴旋转以生产部件。该设备设置有一个门，门上有窗，穿过窗可以装填管件，所述管件通过压力将材料的粉末分离到内部。一旦材料接触被加热的模具，就会形成所需的部件，然而，此熔炉一次只能制造一个部件，并且没有提及材料的沉积，并且由于旋转，这种材料同样分布至模具。所述材料不仅沉积在模具中，也通过旋转被吹至分布至模具。这种设备的缺点在于，为了获得两层或多层，每种材料必须具有一个臂，同样，臂不能在生产产品时清洁，并且需要两个管件来装填材料，同时增加了产品成本。

进一步可选的，美国专利US4632654描述了一种用于旋转模塑的熔炉的使用，其附接至一个冷却室，其中模具被从熔炉中取出并放入冷却室，一旦加载了第二层材料，模具再次被引入熔炉并继而进入冷却室，等等。此系统十分复杂，因为需要将模具从一个室搬入到另一个室的装置，从而生产的时间大大延长。

直到现在，还不存在这样的方法：通过自动化周期在熔炉中制造多层制品，具有高效、高产量且没有能量损失的特点；其中使用了用于将材料装填进入模具的箱体，同样的箱体将在同样的生产周期中使用，以向模具提供第一层的形成材料。这种同样的箱体，一旦被清理，将被用于提供下一材料层等等，直到获得所需要的层数为止。

发明内容

本发明的方法和设备可以用于生产热塑性树脂材料制成的容器和其他中空制品，可以在热影响下形成薄膜。这种材料例如聚乙烯或其他聚烯烃等等，例如聚苯乙烯、PVC或工程塑料。

根据本发明，热塑性材料直接放置于具有模塑室的一个或多个熔炉中的模具中。本发明提出的供料系统具有多个箱体，可通过在熔炉的壁上形成的门装填，并且不需要将模具从模塑室去除。箱体具有冷却系统，防止热塑性材料粘附到箱体的表面，并且，其在执行下一次装载至模具之前经历一个清理阶段，这样避免层被先前装载的材料污染。

此外，本发明提出一个高效自动供料系统，理想的方法是在同一个生产周期中包含多个模具。所述系统是基于两个模具同时供料，通过将包含热塑性材料的两个箱体引入熔炉，然后将另外两个模具定位并将待熔融的材料装填入另外两个箱体等等，直到所有模具装载有热塑性材料。其后，模塑室中模具执行旋转运动以形成第一层。然后，供给形成第二层的材料，借助之前所述的供料方法，旋转模具以形成第二层，如此等等。值得一提的是，熔炉在整个生产周期中具有大致恒定的温度，这对于经济和能源方面是一个优势。

本发明相对于现有技术构成一个改进，因为其可以在具有模塑室的熔炉中生产多层产品，通过一种高效的方法，不推迟热塑性材料的装填阶段，没有能源损失，并在短期内获得高质量产品和大量产品，并且其使用一系列箱体用于将待熔融的材料装填至模具，不需要使用喷射或注射装置来提供热塑性材料。

附图说明

图1是本发明的旋转模塑设备的立体图。

图2是本发明的旋转模塑设备的侧视图。

图3是熔炉的立体图，也示出了用于装填待熔融材料的门。

图4是其中一个支撑模具的盘子的平面图。

图5a和图5b是其中一个箱体的立体图，用于将待熔融的材料运进熔炉，所述箱体连接至旋转臂；图5a示出了箱体在含有待熔融材料的情况，图5b示出了箱体倒出其内容物的情况。

图6是其中一个箱体的俯视立体图，图中可以看出顶面被省略。

图7是其中一个携带热塑性材料的箱体的俯视平面视图，省略了顶层。

图8是箱体冷却系统的立体图。

具体实施方式

图1示出了本发明所述系统的立体图，主要包括具有模塑室的熔炉1和临近熔炉的热塑性材料进给系统。

熔炉1为热绝缘结构，优选地，具有钢板面板。在优选的实施方式中，熔炉具有八边形，因为这种设置可以获得更好的加热效率。然而，腔也可以采用任何其他多边形，例如，六边形或者甚至是圆柱形、球形、管形室，或者采用任何其他平行六面体的形状。

熔炉1具有加热装置（图中未示出），将模塑室的温度升到足够高以将热塑性材料层压。优选的加热装置选自具有甲烷或液化丙烷气的燃烧器、数字燃烧器、电弧等。

从图3中可以看出，熔炉1具有用于开启/关闭熔炉（图中未示出）的门，此外，在熔炉的至少一个侧面形成的一个或多个门8、9优选具有用于关闭和打开门的舱口，以避免热量损失；所述门允许待层压的材料进入熔炉室。在优选的实施方式中，所述熔炉具有位于同样高度的两个侧门8，和用于制造更大尺寸的容器的中间门9。优选地，门8和9位于相对于熔炉室的长度的中间高度。

所述熔炉1具有紧固模具的装置，通常已知的是支架（spider）。在优选的实施方式中，所述支架包括两个盘子，前部盘3和后部盘3’（参见图1和2）。可以采用其他支撑单元来替代这些板，例如，具有多个臂的框架。盘3和3’在其中部由位于X轴的轴13联接，参见图2。盘相对放置，这样可以使外表面能够接纳并保持模具2。

旋转轴13与另一轴30成直角联接，另一轴30将旋转运动传输给位于Y轴的支架。轴30由图1的虚线示出。轴30可使支架旋转180度，以将模具2从前部盘3运送到后部盘，和将模具2从后部盘3’运送到前部盘。根据上述设置，每个模具2能够通过门8、9接收待熔融的材料。

在优选实施方式中，模具2的数量是8个，其中4个位于一个盘上，其余4个位于另一个盘上。然而，当采用小的模具时，盘可以支撑更多数量的模具。同样，采用更大直径的模具，将支撑更小数量的模具。技术人员根据生产需要，甚至可以选择在支架的每一侧设置一个模具。在本例中，可以通过中心门9装填待熔融的材料。

装填入模具2的热塑性材料来自于一个或多个供料箱体4。每个供料箱体均为接受和容纳待熔融材料的托盘。所述箱体4在其后部边缘与臂5连接，臂5与齿轮减速器6联接，该齿轮6将180度的旋转运动传送至臂，以旋转箱体4从而将待熔融材料倾倒入模具。每个臂5还联接至第二齿轮减速器16，第二齿轮减速器16将臂4的运动向前传送，以通过其中一个门8或9将箱体4装入和退回，以与其余的臂4再次呈直线。

在优选实施方式中，箱体4的数量与模具2数量相对应，这种方式使得每个箱体4将其内容物倾倒入特定的模具中。八个箱体4位于同样的高度，并相互对齐，参见图1。此外，所述箱体分为两组，每组四个，这样四个箱体4临近侧门9，另外四个箱体则临近另一个侧门8。这种排列允许通过门9装填第一组箱体4，而通过门8装填第二组箱体4。理想地，装填箱体4是同时进行的。

具有各自箱体4的臂5，还可以通过第三齿轮减速器获得水平位移。此位移允许将每个箱体4设置在门的水平上，每个箱体都可以按要求在整个过程中向模具卸载其内容物。

显然，本领域技术人员了解，移动箱体4并不局限于使用齿轮减速器，也可以使用液压、机械、气动、手动等装置。

接下来描述本发明的箱体4。优选地，每个供料箱体4具有圆形壁，参见图5a和5b，可以利于将材料倾倒入模具，并避免材料粘附在箱体4上的浪费。

供料箱体4必须被冷却以避免粘附颗粒，因为热箱体可以轻易粘附之前卸下的塑性材料。本发明提出了一种借助于水或者另一种冷却液体的冷却系统，其中来自于液体冷却设备的冷却液体，流经每个箱体，将在下述图6和图7中进行解释。优选地，冷却液体是水，优点是可以循环利用、价格低廉并且具有高比热容。

箱体4是双层底结构，这种方式可以形成室，水可以通过它循环（参见图6）。箱体具有冷水进入口20和热水排出口21。开口20、21优选在箱体的一个边缘形成，更优选地，在前部边缘形成。箱体4具有在腔内形成的纵向分隔件21，所述分隔件22从箱体4的前部边缘突出，并且在后部边缘结束。所述分隔件22允许水通过进入口20进入，沿着类似于U型（参见图7）的路线前进，然后从排出口21流出。

值得注意的是，水可能在箱体室中通过其他装置流动，例如，借由内部管道、盘管或任何其他使水流动的元件，以达到冷却，然而，优选使用竖向分隔件22，因为其简易且高效。

由图8所示，进入箱体4的水来自冷却器23，冷却器23将冷水运送到第一冷水分配器24，所述第一分配器24连接有软管25，所述软管25通过进入口20将冷水向箱体4输送。所述热水通过第二软管26从排出口21排出，第二软管26将水输送到第二分配器27，所述第二分配器27将水输送回冷却设备23。

软管25、26优选地由耐高温材料制成，因为其一直连接至箱体，而且在向模具卸载阶段被引至熔炉。同样地，软管25、26必须由柔性材料制成，以使它们配合箱体4的转动和活动。

优选地，箱体由不锈钢制成，并覆盖有不粘材料或任何其他不熔融材料、镀铬铸铁、碳钢、铝或任何其他耐高温材料。

本发明的优选实施方式中，考虑每个盘3、3’上各有四个模具3，模具的位置如图4所示，故其中两个位于水平轴，剩下两个位于垂直轴。支架有两个位置来为模具供料，所述位置是由轴13传送的转动来确定的。在第一位置，两个模具同时供料，例如，此两个模具位于水平轴，通过两个箱体4装填。继而，盘旋转90度来为剩下的两个模具供料。此后，支架通过轴30旋转180度，将后部盘3’的模具定位到门前方。对于剩下的模具，装载操作重复对第一盘3的操作。这个过程重复进行以形成产品需要的每个层。

本发明的重要优点是，当箱体4是冷的时，没有粘附在箱体壁上的浪费材料，避免了后面层的污染。然而，为了清除前面卸载产生的颗粒，压缩空气清理系统是必须的。当箱体从熔炉移除时，压缩空气被施加至箱体。箱体的清理系统优选地位于供料系统的底部，在箱体的下方。还包括一个文丘里管系统，优选为类风扇系统，以包含箱体的大部分。作为替代，可以使用任何具有空气流动的设备。当需要清理箱体时，同样向下旋转以接纳压缩空气。在优选方式中，箱体的废弃材料容纳在容器中。

热塑性材料的称重配料系统已在优选实施方式中示出，是已知的。其包括一个或多个真空吸尘器10，每个真空吸尘器10连接至一个料斗11和一个测重天平12，该测重天平12具有电子水平指示器。向箱体4的卸载是由开口系统执行的。所述真空吸尘器10从料仓（图中未示出）吸收塑料材料并将其传送到料斗11。所述测重天平12根据其设定好的重量通过电子装置向料斗11发送一个信号以停止供料。

在优选实施方式中，为了生产三层产品，将使用三个料斗、三个真空吸尘器以及三个天平。系统如此安排，以使在生产第一层的时候，单个天平12为所有箱体供给待用的第一材料。对于第二层，使用第二料斗，以此类推。

可选地，为箱体供料，可以通过气动或者液压装置等手动完成。

本发明的系统具有熔炉控制面板40和供料控制面板41，两者都是计算机化系统。控制面板通过坐标工作。供料系统和熔炉控制系统保持同步以供料。

本发明的系统，还具有用于供料器的支撑装置和用于臂及箱体的支撑件。

对本领域的普通技术人员显而易见的是，模具在熔炉内的运动可以以不同的方式执行，例如，以迂回方式。

本发明的优选实施方式的方法包括下述基本步骤：

1.以设定好的数量将待熔融的材料装载到料斗11和测重天平12上。

2.将来自一个料斗11的材料装入箱体4。

3.将一个盘3中的模具2置于朝向门的位置。

4.打开门8。

5.通过一个门8向熔炉传送第一组箱体中的一个箱体，同时通过另一个门8传送第二组箱体中的另一个箱体。

6.同时旋转这两个箱体4以将其内容物向临近门8的模具2倾倒。

7.旋转处于X轴的前部盘3以将两个空的模具2置于朝向门8的位置。

8.用盘3上的空的模具重复步骤5和6。

9.通过轴30旋转处于Y轴的盘（3、3’），以将后部盘3’置于朝向门8的位置。

10.重复步骤3至8以装载后部盘3’的模具2。

11.在模塑室中旋转模具直到完成第一层的成层。

12.重复步骤2至11以完成后续热塑性材料薄膜的成层。

13.打开熔炉卸除模具并将完成的部件从模具中取出。

应当增加使用压缩空气清理箱体4的清理步骤，可以在箱体从炉中移除时执行，也可以在放置来自于料斗的材料之前执行。

从上述的说明中可以确定，塑料制品的制造周期是完全自动化的。在此公开的方法的另一个优点是，该方法是多功能的，因为使用同一个机器可以同时获得不同形状和尺寸、甚至不同厚度的制品。

该方法制造的产品具有在熔炉中旋转模塑产品的所有优点，因为可保持壁厚的同质性，获得高质量的产品。所述产品具有改进的品质和更低的造价。

与需要将模具从炉膛中取出进行新的装载的方法相比，或者与打开熔炉进行手动装填待熔融的材料装载的其它方法相比，此方法的另一个优点是具有更低的能量损耗，因为每次打开熔炉都意味着热能的损失。因而，这种方法更低廉并且有利于保护环境。

采用在此公开的设备和方法，可以节约多达50%的以传统方法制造所需求时间。通过坐标实现熔炉和自动方法装填的同步，最终可以节省生产的时间。

在优选实施方式中，此方法所获得的产品是一个三层容器，其中外层是聚乙烯基底的固体材料、中间层是聚乙烯基底的发泡剂、内层是聚乙烯基底的抗菌材料。

显然，可以对本申请中的设备的组件进行修改，例如，采用更多数量的门以同时为熔炉中所有模具供料，然而，这样系统变得更复杂。相反，使用坐标轴系统可以仅用两个门实现多个模具的供料，而不需要打开主门。此外，使用用于更大尺寸模具的中间门的事实，也是在此公开的设备的多功能性的证据。

Claims (27)

1.一种旋转模塑设备，包括具有模塑室的熔炉和供料系统，其中，所述熔炉具有用于容纳模具的装置、加热装置和向模具传送旋转运动的装置，所述容纳模具的装置内部设置有热塑性材料，所述设备的特征在于：

a)熔炉具有形成在其一个壁上的一个或多个门，每个门均设计为允许向熔炉引入至少一个箱体，一个或多个箱体具有装载热塑性材料的结构，位于熔炉的外部并临近于门，每个箱体都连接至臂，所述臂具有下述装置：

i)用于将箱体向前或向后移动的装置，以通过其中一个门装填或卸除所述箱体；

ii)旋转臂的装置以旋转箱体并将其内容物向熔炉中的模具倾倒；

b)每个箱体都是双层底结构，以在其两壁之间形成室，来自于冷却器的液体通过该室可以循环，冷液体通过在箱体上形成的进入口进入，通过箱体的室循环，而热液体通过排出口排出。

2.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述箱体具有圆形壁。

3.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，热塑性材料的称重配料是由测重天平完成的。

4.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述箱体的可旋转臂是由齿轮减速器的运动旋转的。

5.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述箱体具有纵向分隔件，允许水流从进入口进入沿类似U型的路径流动。

6.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，每个门都具有打开和关闭装置。

7.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，用于旋转箱体的装置可以执行180度的旋转。

8.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，每个箱体具有纵向分隔件，所述分隔件允许冷却液体沿U型路径流动。

9.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，用于将箱体向熔炉装填和卸除的装置包括一个或多个齿轮减速器。

10.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，门的数量是两个。

11.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，门的数量是三个。

12.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，具有中央门，该中央门用于制造更大尺寸的容器。

13.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述门位于同样的高度。

14.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述门位于相对于熔炉室长度的中间高度。

15.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述箱体通过计算机化的控制面板控制。

16.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，所述设备具有用于供料器的支撑装置和用于臂和箱体的支撑件。

17.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，还包括用于清理箱体的装置。

18.如权利要求17所述的旋转模塑设备，其中，所述清理装置包括一个或多个输送压缩空气的装置。

19.如权利要求1所述的旋转模塑设备，其中，该设备的冷却系统借助于水或者其他冷却液体。

20.如权利要求19所述的旋转模塑设备，其中，所述冷却系统使用一个或多个用于将冷却液体向箱体流通的软管。

21.如权利要求20所述的旋转模塑设备，其中，所述软管将来自于冷却设备的冷却液体传送到每个箱体。

22.如权利要求21所述的旋转模塑设备，其中，所述冷却设备连接至第一分配器，所述第一分配器将冷却液体向软管输送。

23.如权利要求22所述的旋转模塑设备，其中，所述液体来自于箱体并通过第二分配器，所述第二分配器将热液体向冷却设备输送。

24.一种通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法，包括下述步骤：

a)以设定好的数量将待熔融的材料装载到料斗和测重天平上；

b)由其中一个料斗为箱体装载材料；

c)将一个盘上的模具朝向门放置；

d)打开门；

e)通过门向熔炉传送第一组箱体中的一个箱体，并同时通过另一个门传送第二组箱体中的另一个箱体；

f)同时旋转两个箱体以将其内容物向临近门的模具倾倒；

g)旋转处于X轴的前部盘以将两个空的模具朝向门定位；

h)用盘上的空的模具重复阶段e)和f)；

i)通过轴旋转处于Y轴的盘，以将后部盘朝向门定位；

j)重复步骤c)至h)以装载后部盘的模具；

k)在模塑室中旋转模具直到完成第一层的成层；

l)重复步骤b)至k)以完成后续其它热塑性材料层的成层；

m)打开熔炉以卸除模具并将完成的部件从模具中取出。

25.如权利要求24所述的通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法，其中，使用压缩空气清理箱体的步骤，设置在箱体从熔炉中移除的时候，或设置在放置来自料斗的材料之前。

26.如权利要求24所述的通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法，其中，所述方法自动执行。

27.如权利要求24所述的通过旋转模塑方法制造塑料制品的方法，其中，所述方法通过计算机控制面板执行。