CN104260947A - 用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构，包括一对平行设置的导向导柱；驱动装置；可自由滑动地安装在所述一对导向导柱上的滑动轴承及安装座；安装在所述滑动轴承及安装座上的冲裁执行构件，用于对待冲裁物料进行横向成型冲裁；以及连杆机构，由一对对称布置的驱动连杆、一对对称布置的中间连杆和一对对称布置的摇杆构成。本发明结构紧凑，安装简便，连杆运行动作可靠，使用寿命长，完全满足泡罩包装机横向成型冲裁机构冲裁压力大，移动距离长，移动速度快的要求。

Description

用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构及操作方法

技术领域

本发明涉及用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构，尤其涉及深拉伸连续成型工况下，用于硬膜包装的泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构。本发明还涉及泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构的操作方法。

背景技术

泡罩包装机是以塑料薄膜或薄片形成泡罩,用热封合、粘合等方法将产品封合在泡罩与盖板之间的机器。

相比于软膜泡罩包装，硬片泡罩包装为了防止扎手，要求将包装的四周加工成圆角。目前，常规的圆角加工方式包括使用整套冲裁模具和带圆角横向压断方式两种。使用整套冲裁模具，即根据每套热成型模具的外形加工一套相应的冲裁模具，将产品从包装机上单个冲下。但是由于每套热成型模具均需加工一套配套冲裁模具，且冲裁需要压边造成包材浪费，这种方式的成本较高。带圆角横向压断方式采用直线压刀与圆角压刀拼接而成的组合压刀和压板相互作用的压溃式横切方式。包装基材置于组合压刀与压板之间，压板后方连接有横切油缸。压溃式横切需要执行构件能提供很大的压力，经试验以5吨为宜。因此需要采用气液增压装置来驱动油缸。但是由于通过压溃式横切方式所形成的包材切口边缘不够平滑，增压油缸易漏油且故障率较高，油缸移动速度缓慢等因素，使得包装机整体效率降低且横切质量无法得到保障。

为了进一步提高包材横切过程中切割圆角的质量，可以考虑采用冲裁方式代替原有压断方式对包装基材进行横向分切。但是由于硬片包装基材被切断之后，油缸末端负载瞬间消失，造成油缸快速推进直至撞缸，对整台设备造成冲击(原有采用压断方式过程中，压断的瞬间刀头仍旧和压板接触，负载没有消失)。因此现有的气液增压系统并不适用于冲裁方式，需要一种新型的增力机构来驱动冲裁模具完成分切并克服由于负载瞬间消失而对整台设备产生的冲击。而且，泡罩包装机包装盒经塑性加热成型后可能具有较大的深度尺寸，即深拉伸，为确保分切完成后包装盒能越过冲裁模具移动，冲裁模具必须有较大的上下移动距离。同时为满足包装效率，冲裁模具上下移动过程中应具备较快速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构及其操作方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构，包括：一对平行设置的导向导柱；驱动装置；滑动轴承及安装座，该滑动轴承及安装座可自由滑动地安装在所述一对导向导柱上；冲裁执行构件，该冲裁执行构件安装在所述滑动轴承及安装座上，用于对待冲裁物料进行横向成型冲裁；以及连杆机构，由一对对称布置的驱动连杆、一对对称布置的中间连杆和一对对称布置的摇杆构成，该连杆机构通过所述驱动装置驱动所述滑动轴承及安装座沿着所述导向导柱做直线往复运动；其中，所述驱动连杆的一端、所述中间连杆的一端和所述摇杆的一端分别通过第一连杆支轴枢转地铰接在一起，所述驱动连杆的另一端分别枢转地铰接到所述滑动轴承及安装座，所述中间连杆的另一端通过第二连杆支轴枢转地铰接到所述驱动装置，所述摇杆的另一端分别枢转地铰接固定到一底部安装板。

根据本发明的另一个方面，提供了一种多组连杆横向成型冲裁机构的操作方法，包括：由驱动装置驱动所述第二连杆支轴从初始位置朝向远离所述底部安装板的方向运动，通过所述连杆支轴推动所述摇杆和所述驱动连杆转动，并且，藉由所述驱动连杆的转动，抬升所述冲裁执行构件；当所述驱动连杆和所述摇杆均处于相对于底部安装板的竖直位置时，所述冲裁执行构件被抬升至冲裁位置；在该冲裁位置，对待冲裁物料进行横向成型冲裁；在完成横向成型冲裁后，由驱动装置驱动所述第二连杆支轴朝向靠近所述底部安装板的方向运动，藉由所述驱动连杆的转动，降低所述冲裁执行构件，使得所述冲裁执行构件移动足够距离；以及当所述第二连杆支轴完全撤回至所述初始位置时，等待下一次横向成型冲裁操作。

本发明采用冲裁方式配合末端增力多组连杆机构，实现对硬片包装的横向分切。本发明的多组连杆横向成型冲裁机构尤其适合于硬片泡罩包装机，可实现大升程和末端增力的效果。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)通过末端增力多组连杆机构驱动冲裁模具雄模，冲裁瞬间不会对设备造成冲击。

(2)通过多组连杆机构的末端增力效果，使得冲裁模具在横向分切位置时具有极大的冲切力，从而可以顺利完成硬膜的圆角冲裁，且切口边缘平滑无毛刺。

(3)通过多组连杆机构的大升程快速移动，确保了包装机热封工序结束后，具有较深型腔的包装盒能够快速、顺利的越过冲裁模具，从而提高了整个包装机的效率及适用性。

(4)可根据包装机宽度规格配置冲裁模具，具有良好的通用性，从而降低成本。

(5)整个机构结构紧凑，安装简便，连杆运行动作可靠，使用寿命长。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构的正视图。

图2是根据本发明的实施例的泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构的结构示意图。

图3是根据本发明的实施例的多组连杆机构的受力分析图。

图4是根据本发明的实施例的多组连杆机构的速度分析图。

图5是根据本发明的实施例的一实例，冲裁执行构件与驱动气缸推力之比的测试结果。

图6是根据本发明的实施例的一实例，冲裁执行构件与驱动气缸活塞杆速度之比的测试结果。

附图标号列表

1-1  雄模

1-2  雌模

2  导向导柱

3  滑动轴承及安装座

4，5  驱动连杆

6，7  中间连杆

8，9  摇杆

10-1，10-2，10-3，10-4  连杆支轴

11驱动装置(气缸)

12侧面固定板

13顶面安装板

14底部安装板

具体实施方式

在下文中，将结合附图对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构包括一对竖立的导向导柱2、可滑动地套设在该一对导向导柱2上的滑动轴承及安装座3、安装在所述滑动轴承及安装座上的一对用于对待冲裁物料进行横向成型冲裁的冲裁模具1(包括雄模1-1和雌模1-2)、由多组连杆构成的连杆机构以及驱动装置11。

该驱动装置11可以是任何可以驱动所述连杆机构做往复运动(在图1好图2的实施例中，上下方向的往复运动)的动力源。该驱动装置11的一个例子是驱动气缸。

连杆机构用于将驱动装置11的驱动力转化为对冲裁模具的驱动，使得冲裁模具可以对待冲裁物料进行横向成型冲裁。在一个实施例中，连杆机构由一对对称布置的驱动连杆4，5、一对对称布置的中间连杆6，7、一对对称布置的摇杆8，9以及相应的用于枢转地连接这些连杆的连杆支轴(例如，10-1、10-2、10-3、10-4)构成。

具体地，如图1和图2所示，连杆机构安装于两个侧面固定板12之间。摇杆8，9的下端与底部安装板14通过连杆支轴10-3可枢转地连接。驱动连杆4，5的上端通过固定在侧面固定板12上的连杆支轴10-1与冲裁执行构件(该冲裁执行构件由侧面固定板12及冲裁模具的雄模1-1共同构成，并且该冲裁模具的雄模1-1固定在侧面固定板12的上端)可枢转地连接。驱动连杆4，5用于控制冲裁执行构件的上下移动。摇杆8的上端、驱动连杆4的下端以及中间连杆6的左端之间，以及摇杆9的上端、驱动连杆5的下端以及中间连杆7的右端之间均通过连杆支轴10-2可枢转地连接。中间连杆6，7之间通过连杆支轴10-4可枢转地连接。此连杆支轴10-4可滑动地安装于侧面固定板12的垂直槽道内，并由驱动气缸11推动，成为原动件。

驱动气缸11的活塞杆与连杆支轴10-4连接，从而驱动连杆支轴10-4上下往复运动。连杆支轴10-4的上下运动带动中间连杆6，7转动，进而推动驱动连杆4，5上端的连杆支轴10-1在导向导柱2上滑动。由于驱动连杆4，5的上端通过连杆支轴10-1与冲裁执行构件可枢转地相连，因此，通过该连杆机构，将驱动气缸11的活塞杆的直线往复运动转化为冲裁执行构件(雄模)的往复冲裁运动。

相应于所述底部安装板14(摇杆8，9的下端与通过连杆支轴10-3可枢转地连接至该底部安装板14)，本发明的用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构还包括顶面安装板13。导向导柱2两端分别与顶面安装板13及底部安装板14固定。

位于上部的侧面固定板12的相对两端还分别安装有滑动轴承3，该滑动轴承3可自由滑动地套设于导向导柱2上，确保冲裁执行构件受多组连杆机构驱动时沿导向导柱2在顶面安装板13与底部安装板14之间做直线运动。并且，冲裁模具的雌模1-2与顶面安装板13固定，驱动气缸11与底部安装板14固定。

本发明的连杆机构的最大行程(即，所述滑动轴承及安装座在所述导向导柱上的最大行程)取决于驱动连杆4，5与摇杆8，9的长度及它们之间的最小夹角(即，自锁角)。该最小夹角主要由所述导向导柱2与滑动轴承及安装座3之间的摩擦系数决定，例如，过小的夹角会导致自锁。

本发明的连杆机构的末端增力倍数取决于驱动连杆4，5、中间连杆6，7与摇杆8，9的长度。理论上说，当所述连杆机构到达伸出极限时，驱动连杆4，5与摇杆8，9处于同一竖直直线上，此时，连杆机构在竖直方向的压力完全由驱动连杆4，5与摇杆8，9承担，而与驱动气缸11的推力无关。此时，增力倍数趋近于无限大。

优选地，所述驱动连杆4，5的上端安装有滑动轴承，并带有润滑点。所述连杆支轴10由表面硬度较高的材料的制成，以避免运动磨损。

优选地，本发明的冲裁模具的雌、雄模具的合模间隙根据待冲裁物料的不同材料及不同的厚度确定。所述导向导柱2与滑动轴承3之间为带预紧力接触(无间隙)，以确保合模精度。

下面，结合附图3讨论本发明的连杆机构的受力分析。图3是根据本发明的一个实施例的多组连杆机构的受力分析图。

对整个连杆机构来说，其末端增力效果取决于驱动连杆4，5、中间连杆6，7和对称摇杆8，9的长度。设中间连杆6，7的长度为L₂，驱动连杆4，5和对称摇杆8，9的长度均为L₁，冲裁执行构件的收缩长度为2x，驱动气缸11的推力为Fp，冲裁模具雄模1-1的冲切力为Fo。由于此连杆机构为对称结构，因此我们只考虑位于图1和2的左侧的各连杆的受力情况，其受力分析如图3所示。

节点A受到来自驱动连杆4、中间连杆6及摇杆8的作用力，由(连杆4、中间连杆6及摇杆8中各杆的力矩平衡可知，其作用力的方向分别沿杆指向节点A。对连杆4、中间连杆6及摇杆8中各杆的作用力进行分解，并根据受力平衡方程可得：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{4x}+F_{8x}=F_{6x}\\ F_{6x}+F_{8y}=F_{4y}\\ F_{4x}\·\mathrm{BD}=F_{4y}\·\mathrm{AB}\\ F_{8x}\·\mathrm{BC}=F_{8y}\·\mathrm{AB}\\ F_{6x}\·\mathrm{EF}=F_{6y}\·\mathrm{AE}\end{array}\right.$

其中，F_6y＝F_p/2，F_4y＝F_o/2，BD＝BC＝L₁-x，AC＝AD＝L₁，AF＝L₂。

代入上式得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{F_o}{2}\·\frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{BD}}+F_{8y}\·\frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{BD}}=\frac{F_p}{2}\·\frac{\mathrm{AE}}{\mathrm{EF}}\\ \frac{F_p}{2}+F_{8y}=\frac{F_o}{2}\end{array}\right.$

即

$F_o=F_p\·\frac{1}{2}\·(1+\frac{\mathrm{AE}\·\mathrm{BD}}{\mathrm{EF}\·\mathrm{AB}})$

$F_o=F_p\·\frac{1}{2}\·[1+\frac{(L_2-\sqrt{2x{L}_1-x^2})\·(L_1-x)}{\sqrt{2\·L_2\·\sqrt{2x{L}_1-x^2}-2x{L}_1+x^2}\·\sqrt{2x{L}_1-x^2}}]---\left(1\right)$

下面，结合附图4讨论本发明的连杆机构的速度分析。图4是根据本发明的一个实施例的多组连杆机构的速度分析图。

在本发明的连杆机构运行过程中，各点的位移情况如图4所示。假设驱动气缸11的活塞杆缩进距离为y，冲裁执行构件的收缩长度为2x。即F点的位移为y，D点的位移为2x。由于假设驱动连杆4，5和对称摇杆8，9的长度相同，由几何关系可知，连杆支轴10-2的收缩距离为x。即A点的位移为x。对水平方向上的尺寸建立方程式：

$\sqrt{L_1^2-{(L_1-x)}^2}+\sqrt{L_2^2-{(y-x)}^2}=L_2$

等式两边分别对时间t求导，得到：

$2x^{\′}\left(t\right)=y^{\′}\left(t\right)\·\left[\frac{4\·\sqrt{2L_2\·\sqrt{L_1^2-{(L_1-x)}^2}-2L_{1}x+x^2}}{\frac{2L_2(L_1-x)}{\sqrt{L_1^2-{(L_1-x)}^2}}-2L_1+2x+2\sqrt{2L_2\·\sqrt{L_1^2-{(L_1-x)}^2}-2L_{1}x+x^2}}\right]---\left(2\right)$

其中2x’(t)为冲裁执行构件速度，y’(t)为驱动气缸(11)活塞杆移动速度。

在图6中，示出了根据本发明的一个实施例的冲裁执行构件与驱动气缸活塞杆速度之比的测试结果。

实例1

下面，描述本发明的一个应用实例。在该实例中，本发明的上述用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构运用于泡罩包装机包材的横向分切工序中。

在本实例中，驱动气缸11直径为100mm，升降行程为175mm，升降速度约为0.175m/s，气压0.6MPa，产生推力4712N。驱动连杆4，5长度90mm，摇杆8，9长度为90mm，中间连杆6，7长度145mm。驱动连杆4，5以及摇杆8，9对称布置，间距290mm。冲模的升降行程为90mm，满足设备包装要求。此时，冲裁执行构件冲切力与驱动气缸(11)推力之比Fp/Fo如图5所示，冲裁执行构件与驱动气缸11的活塞杆速度之比2x’(t)/y’(t)如图6所示。从图中可以看出，冲裁执行构件的冲切力随连杆机构伸出距离的增加而增大，而其速度则随着伸出距离的增加而减小。

当冲裁模具的雄模1-1上升到距离伸出末端约1mm的冲裁位置时，即此时L₁＝90mm，L₂＝145mm，2x＝1mm。则冲裁模具冲切力Fo为驱动气缸11的推力Fp的12.9倍，即约为60785N，足以满足冲裁机构分切力的需求。而此时，冲裁模具雄模的速度2x’(t)仅为驱动气缸11活塞杆速度y’(t)的0.077倍，即约为0.013m/s。而在多组连杆机构完全收缩时，即2x＝90mm时，冲裁模具的雄模的速度2x’(t)为驱动气缸11活塞杆速度y’(t)的1.537倍，约为0.269m/s。

在以上实例中，速度与增力特性使得所发明的多组连杆大升程末端增力横向成型冲裁机构具有启动速度快，冲裁压力大，冲裁振动小等优点，完全满足泡罩包装机包装基材横向分切过程中对切割圆角质量，分切效率以及包装盒深拉伸的要求。

本发明的用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构的工作过程如下。

对于泡罩包装机，包装材料在经过加热成型、印刷及热封工序后，需要对包装外形进行纵向及横向切割。在横向(垂直于塑料膜移动方向)切断过程中，需要冲裁机构能够提供很大的冲切力。此时，在驱动气缸活塞杆的推动下，两中间连杆间的连杆支轴首先垂直向上运动，然后通过中间连杆使摇杆向竖直方向转动，并推动驱动连杆将冲裁执行构件(侧面固定板、冲裁模具雄模)抬升至顶端冲裁位置；当驱动气缸活塞杆处于伸出末端位置时，驱动连杆及摇均处于竖直位置。此时，多组连杆机构的末端增力效果向冲裁模具的雄模输出数倍于驱动气缸的推力，将硬片包装基材横向切断；在横向切断结束后，对于一种包装要求有较深的型腔，即深拉伸，为确保包装盒能越过冲裁模具的雄模移动，冲裁模具的雄模必须具有较大的上下移动距离。此时驱动气缸活塞杆向后收缩，带动对称摇杆向水平方向转动，从而使得冲裁执行构件能以较快速度向下移动足够距离，确保分切后的包装盒能顺利通过；待驱动气缸活塞杆完全收缩，冲裁模具雄模回到初始位置，等待下一次横向分切动作。这样，有效的提高了硬片泡罩包装机横向成型的冲裁质量，切口平滑无毛刺。且能根据不同包装规格调整冲裁模具尺寸，灵活性强。冲裁模具上下移动具备较快速度，很好地满足了包装效率的要求。

本发明结构紧凑，安装简便，连杆运行动作可靠，使用寿命长，完全满足泡罩包装机横向成型冲裁机构冲裁压力大，移动距离长，移动速度快的要求。

上述对于本发明的结构和方法的说明，仅仅是示例性而非限制性的。本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和实质的前提下，可以对上述结构和方法做出各种改进和改变，这些改进和改变仍应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于泡罩包装机的多组连杆横向成型冲裁机构，包括： 

一对平行设置的导向导柱； 

驱动装置； 

滑动轴承及安装座，该滑动轴承及安装座可自由滑动地安装在所述一对导向导柱上； 

冲裁执行构件，该冲裁执行构件安装在所述滑动轴承及安装座上，用于对待冲裁物料进行横向成型冲裁；以及 

连杆机构，由一对对称布置的驱动连杆、一对对称布置的中间连杆和一对对称布置的摇杆构成，该连杆机构通过所述驱动装置驱动所述滑动轴承及安装座沿着所述导向导柱做直线往复运动； 

其中，所述驱动连杆的一端、所述中间连杆的一端和所述摇杆的一端分别通过第一连杆支轴枢转地铰接在一起，所述驱动连杆的另一端分别枢转地铰接到所述滑动轴承及安装座，所述中间连杆的另一端通过第二连杆支轴枢转地铰接到所述驱动装置，所述摇杆的另一端分别枢转地铰接固定到一底部安装板。 

2.如权利要求1所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述冲裁执行构件包括冲裁模具的雄模和第一侧面固定板，该雄模固定于该第一侧面固定板的上端； 

该雄模将与一雌模配合，对所述待冲裁物料进行横向成型冲裁；并且 

所述第一侧面固定板的横向两端分别安装有套设于所述一对导向导柱上的固定板滑动轴承，使得该第一侧面固定板可沿着所述导向导柱做直线往复运动。 

3.如权利要求2所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述第二连杆支轴安装在形成于第二侧面固定板的垂直槽道内；在所述驱动装置的驱动下，所述第二连杆支轴沿着该垂直槽道做直线往复运动。 

4.如权利要求3所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述连杆机构位于所述第一侧面固定板和所述第二侧面固定板之间；并且 

所述一对导向导柱的两端分别与一顶面安装板及所述底部安装板固定安装。 

5.如权利要求4所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述雌模固定于所述顶面安装板，并且所述驱动装置固定于所述底部安装板。 

6.如权利要求1所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述驱动装置是带有活塞杆的气缸。 

7.如权利要求1所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述滑动轴承及安装座在所述导向导柱上的最大行程取决于所述驱动连杆与所述摇杆的长度及它们之间的最小夹角。 

8.如权利要求7所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述最小夹角由所述导向导柱与所述滑动轴承及安装座之间的摩擦系数决定。

9.如权利要求1所述的多组连杆横向成型冲裁机构，其中， 

所述连杆机构的末端增力倍数由所述驱动连杆、所述中间连杆与所述摇杆的长度确定；所述雄模的冲切力Fo如下式所定义： 

其中，驱动气缸(11)的推力为Fp，所述驱动连杆和所述摇杆的长度均为L₁，所述中间连杆的长度为L₂，所述执行构件的收缩长度为2x。 

10.一种如上述任一权利要求所述的多组连杆横向成型冲裁机构的操作方法，包括： 

由驱动装置驱动所述第二连杆支轴从初始位置朝向远离所述底部安装板的方向运动，通过所述连杆支轴推动所述摇杆和所述驱动连杆转动，并且，藉由所述驱动连杆的转动，抬升所述冲裁执行构件； 

当所述驱动连杆和所述摇杆均处于相对于底部安装板的竖直位置时，所述冲裁执行构件被抬升至冲裁位置；在该冲裁位置，对待冲裁物料进行横向成型冲裁； 

在完成横向成型冲裁后，由驱动装置驱动所述第二连杆支轴朝向靠近所述底部安装板的方向运动，藉由所述驱动连杆的转动，降低所述冲裁执行构件，使得所述冲裁执行构件移动足够距离；以及 

当所述第二连杆支轴完全撤回至所述初始位置时，等待下一次横向成型冲裁操作。