CN104379320B - 从坯件制造容器的方法，具有根据预吹制结束时的实际压力而变化的反馈 - Google Patents

从坯件制造容器的方法，具有根据预吹制结束时的实际压力而变化的反馈 Download PDF

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Abstract

在模具(8)中从塑料制成的坯件(3)通过拉伸吹制制造容器(2)的制造方法，所述制造方法包括的操作在于：‑将坯件(3)引入模具(8)中；－以预定的预吹制流量(DP)控制预吹制电动阀(17)开启；－测定坯件(3)内的压力(P)；－检测预吹制实际开始时刻(tA)；－计算预吹制结束时间(tF)，即：tF＝tA+Δt‑δ，其中：Δt是预吹制电动阀开启的预定持续时间，δ是预定的常数；－求出预吹制结束的实际压力(PF)；－比较该压力与理论压力(Pth)；－如果这些压力不重合，则控制预吹制流量(DP)的变化。

Description

从坯件制造容器的方法，具有根据预吹制 结束时的实际压力而变化的反馈
技术领域
本发明涉及通过吹制或拉伸吹制从塑料制成的坯件制造容器。“坯件”，是既指注塑的预形件，又指自预形件在第一吹制工序结束后获得的、用于接受至少一第二吹制工序的中间容器。
背景技术
通常，首先将坯件加热至高于材料的玻璃化转变温度的温度，然后，将如此被加热的预形件插入在模具中，再注射压力流体(尤其是空气这样的气体)，以获得成品容器。
注射本身包括多道连续工序。第一道工序，称为预吹制工序，在于在坯件中注射低压气体(称为预吹制气体，一般包括在5巴至16巴之间)。第二道工序，严格意义上称为吹制工序，在于在坯件中注入高压气体(称为吹制气体，一般大于25巴，通常包括在30巴至35巴之间)。
在工业生产的情况下，生产进度达到每小时每台机器数万只容器，其通常包括安装在一转盘的周边的一系列模具。坯件进入在模具中的时刻与成形容器从模具排出的时刻之间的周期时间为数秒钟。预吹制工序本身仅持续十分之几秒，一般约为二十分之一秒(约200毫秒)。
材料分布不良是容器上重复发现的缺陷。不是必需要注意容器的壁厚是恒定的，因为在某些情况下，可能需要加厚某些区域，特别是用于承受很大应力的区域(尤其是底部附近)。而是要注意使材料厚度符合容器的规格要求，例如根据容器的形状及其使用所限定的规格要求。
公知地(参见本申请人的文献WO2008/081107)，使实际吹制曲线的奇点与机器参数(尤其是预吹的流量或压力)相关联，根据奇点的分散情况校正参数。
借助于这种方法，在吹制机的控制方面已有相当大的进步，可使容器的质量最佳化。但是，应该承认奇点测定中的任何错误都可能导致参数选择的错误。因此，计算技术需要完善，以使机器的控制、特别是反馈链更可靠。
发明内容
为此，首先，本发明提出一种在模具中从塑料制成的坯件通过拉伸吹制制造容器的制造方法，所述制造方法包括的操作在于：
－将预先被加热的坯件引入模具中；
－控制预吹制电动阀的开启，以使模具的内部与具有预定的预吹制压力和预定的预吹制流量的气体源连通；
－测定坯件内的压力；
－检测称为预吹制实际开始时刻的时刻，在该时刻坯件中压力开始增大；
－存储该时刻；
－计算预吹制结束的时刻，即：
tF＝tA+Δt-δ,
其中：
Δt是预吹制电动阀开启的预定持续时间，
δ是预定的常数；
－利用所进行的压力测定，求出预吹制结束的实际压力；
－比较如此确定的预吹制结束的实际压力与预定的预吹制结束的理论压力；
－如果预吹制结束的实际压力与预吹制结束的理论压力不重合，则控制预吹制流量的变化。
以下特征还可单独地或组合地予以设定：
－常数δ对应于吹制电动阀的反应时间，吹制电动阀的开启使模具的内部与具有的吹制压力大于预吹制压力的气体源连通；
－如果预吹制结束的实际压力大于预吹制结束的理论压力，所述制造方法包括控制预吹制流量减少的操作；
－如果预吹制结束的实际压力小于预吹制结束的理论压力，所述制造方法包括控制预吹制流量增加的操作；
－利用在计算的预吹制结束的时刻以前的和以后的时刻存储在模具中的压力测定结果，通过内插法计算预吹制结束的实际压力。
其次，提出一种计算机程序产品，其用于安装在从塑料制成的坯件制造容器的制造机器的控制单元上，所述计算机程序产品具有实施上述方法的各种操作的指令。
附图说明
通过阅读下面参照附图所作的说明，本发明的其它目的和优点将得以显现，附图中：
－图1是示意性视图，示出容器制造机器，更确切地说，以剖面图示出模具，在其中容器(实线)从预形件(虚线)被吹制而成；
－图2是曲线图，该曲线上描绘出在预形件预吹制时预形件中压力的变化。
具体实施方式
图1局部地示出机器1，其用于从塑料制呈的坯件3制造容器2，所述塑料例如为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。根据一优选实施方式，坯件3是预形件，成品容器2是直接从坯件获得的，不经过中间容器。每个预形件3包括颈部4(其在容器2的成型过程中不经受变形)和终止于半球形底部6的圆柱形的主体5。
机器1配有安装在转盘周边的多个成形工位7，每个成形工位具有一个由两个半模组成的模具8，两个半模一起限定容器2的型腔的内腔9。
每个模具8用于接纳一个来自加热炉的预形件3，所述加热炉位于成形工位7的上游，在加热炉每个预形件3通过例如红外线灯的照射而达到高于玻璃化转变温度(对于PET，约为80℃)的温度T，再被传送到一成形工位7。
每个成形工位7还具有：
－拉伸杆10，其沿主轴线X(一般是回转轴线)相对于模具8可滑动地安装，
－控制拉伸杆10轴向移动的移动控制装置(未示出)，优选为电磁型的，
－喷管12，其盖着模具8的上端面，遮盖超出的颈部4，
－压力传感器13，其安装在喷管12上，用于至少在预吹制操作过程中对预形件3中的压力进行测定。
机器还具有：
－预吹制管路14和管路16，所述预吹制管路具有中压(包括在5巴至16巴之间)预吹制流体(这里是气体，优选是空气)源15，所述管路16(其可至少部分地形成在喷管12的侧壁中)使中压预吹制流体源15连接于每个喷管12，其间插置预吹制电动阀17，所述预吹制电动阀17上安装预吹制流量DP的调节器18，
－吹制管路19和管路21，所述吹制管路19包括高压(包括在25巴至40巴之间)吹制流体(这里是气体，优选是空气)源20，所述管路21(其可至少部分地形成在喷管12的侧壁中)使高压吹制流体源20连接于喷管12，其间插置吹制电动阀22，所述吹制电动阀22上安装吹制流量DS的调节器23，
－电子控制单元24，尤其为工业用可编程自动装置(API)的形式，其电连接至压力传感器13，通过相应的流量调节器18、23电连接至电磁阀17、22，以及必要时电连接至拉伸杆10的移动控制装置。
更确切地说，控制单元24包括：
－处理器25，
－模拟输入组件26，其连接至压力传感器13，用于收集测定结果，且使之转换成数字信号，供处理器25处理，
－存储器27，其连接至处理器25，用于存储传感器13产生的数据(转换后)，
－模拟输出组件28，其由处理器25控制，通过调节器18、23控制电磁阀17、22，以调节喷管12供给的空气流量DP、DS，必要时，调节拉伸杆10轴向移动的移动控制装置，
－传输接口29，其用于安装在管理其工作的程序控制单元24中。
对于喷管12的具体实施以及电磁阀17、22与流量调节器18、23的安装，可参照专利申请FR 2 872 082(Sidel)或其国际专利申请WO 2006/008380。
下面说明从被预热的预形件3成形容器2。
被加热至高于材料玻璃化转变温度的温度的预形件3(如果是PET的情况下，预形件被加热至一般包括在120℃至140℃之间的温度)，被颈部4朝上地插入到预先打开的模具8中，拉伸杆10处于收起位置，以允许预形件3的插入。
随着其上安装有成形工位7的转盘的旋转，在称为开始信号tD的时刻模具8在预形件3上合模，所述开始信号在图2的曲线图上构成时间轴(横坐标)的原点。从该时刻开始，控制单元24连续控制预形件3中压力P的测定，由传感器13测得的测定值被输入组件26收集、转换、然后存储在存储器27中。
“连续”意指，与预形件3中的压力显著变化所需的时间相比，进行压力测定的周期是短的。
为此，有利地选用高性能传感器13，允许以小于或等于5ms(毫秒)、优选小于或等于2ms的周期实施压力测定，理想的是能以1ms的周期进行测定。
在称为预吹制信号tP的预定时刻，控制单元24控制预吹制电动阀17的开启，以使预形件3的内部与预吹制空气源15连通。
实际上，预形件3中压力P开始增大的实际时刻迟后于预吹制信号tP，这种迟后对应电动阀17的反应时间。
一旦拉伸杆10到达中间位置(如图1中虚线所示)，拉伸开始，在所述中间位置，拉伸杆与预形件3的底部6相接触。
用A标示曲线的点，自该点压力开始增大，其对应于预吹制实际开始时刻tA。
随着预形件被弹性拉伸，预形件3中的压力从A点开始增大，引入到预形件3中的空气流量大于预形件3内部容积的增大，直至在时刻tB在B点达到局部高峰。局部高峰B是由于预形件3的塑性流动性阈值。
吹制曲线的斜率在B点为零，该斜率在B点从左(在左边斜率是正的)向右(在右边斜率是负的)反向。
在B点经过局部高峰，压力P由于预形件3的径向膨胀而减小，预形件的塑性流动性阈值被超过，因而预形件经受塑性变形。
如图2所示，从B点开始压力经受第一快速下降阶段，压力曲线的斜率大，继而经受第二缓慢下降阶段，曲线的斜率小。
因此，压力P在C点达到局部最低值，压力由C点重新增大，首先是低速地增大，然后是快速地增大。
经过一段时间——在此期间预吹制电动阀17保持开启——通过同时控制预吹制电动阀17的关闭和吹制电动阀22的开启，开始进行吹制，这导致预形件3中压力突然增大。这种增大通过压力曲线在图2右端从D点的突然弯曲示出，D点对应于预吹制的实际结束和吹制的开始。
我们不涉及吹制工序，这解释了图2所示的曲线在吹制工序的开端被中断。
预吹制对成品容器质量的影响的假设已被提出。在其能被证明之前，许多试验表明，对于给定的预形件和成品容器，压力曲线允许获得其特征(尤其是材料的分布)尽可能接近预定规格要求的容器。
该压力曲线通过被记录在存储器27中被存储在控制单元24中。
A点和B点的作用已经得到证明和利用，参见前述文献WO2008/081107。同样，已经如所希望地指出，前移控制吹制电动阀开启的时刻，使C点和D点靠拢。
但是，已经发现这种方法不一定得到在所获得的成品容器中材料的良好分布。相反，试验表明，在D点测得的压力对材料的分布具有影响。但是，D点既不是局部最低值，也不是局部最大值，D点的测定是难以处理的，可以导致错误压力的计算。
因此，不是试图测定曲线上的D点，而是提出一种测定和计算相结合的混合方式。实际上寻找一个F点，假设其与D点重合并由下式获得：
tF＝tA+Δt-δ,
其中：
tF是F点的时刻(图2曲线图上的横坐标)，其为预吹制结束的实际时刻，
Δt是预吹制电动阀17开启的预定持续时间(在控制单元24中进行程序控制)，
δ是吹制电动阀22的运行的预定常数。在这种情况下，δ是吹制电动阀22的反应时间(在控制单元24中进行程序控制)，即在控制电动阀22开启的控制时刻与电动阀22有效开启时刻之间流逝的时间。该反应时间可达数毫秒，例如约为5ms。
因此，F点提供D点的精确近似值，因为其在实际A点(对应于预吹制的有效起点)的基础上，加上开启预吹制电动阀17的程序控制持续时间，和减去吹制电动阀22的反应时间。该反应时间δ通常由电动阀22的制造商提供。该数据的误差存在，但很小(约为1毫秒)并对计算的可靠性影响不大。
必须指出，随着部件老化，反应时间δ随时间变化。由此造成时刻tF数值的变化。为了正确地计算该时刻，优选在机器程序控制中随时间调整反应时间δ的数值。反应时间δ的变化可由制造商提供，或者从对机器的直接测定得出。
一旦时刻tF计算出来，控制单元24借助于存储的压力P变化的曲线(图2)，得出相应的压力PF的数值。假设压力测定在时刻tF有效进行，只需从曲线得出相应的压力。假设在时刻tF没有进行任何压力测定，相应的压力可利用以前的和以后的测定结果通过内插法(线性或多项式)求出。
因此，控制单元24比较如此获得的压力PF与已经确定的使材料在容器中的分布合乎要求的理论值Pth，该理论值Pth通过被存在存储器27中而存储在控制单元24中。
如果PF和Pth重合，控制单元24不改变预吹制参数，施加于下一个周期的指令保持不变。
相反，PF和Pth不重合，控制单元控制预吹制流量DP的变化。
实际上，控制单元24验证实际压力PF是否处于围绕理论值Pth限定的允差区域中。当压力PF处于该允差区域中时，PF和Pth重合，机器参数被保留用于下一个周期。
相反，当PF处于允差区域之外时，PF和Pth是不同的，控制单元19反馈到预吹制流量DP上，以便在下一个周期使PF向理论值Pth靠拢。
预吹制流量DP按以下方式影响压力PF：
－预吹制流量DP的增加引起压力PF增大，
－预吹制流量DP的减少引起压力PF减小，
因此：
－如果PF大于Pth，控制单元24通过其输出组件28控制预吹制流量DP减少，
－如果PF小于Pth，相反地，控制单元24通过其输出组件28控制预吹制流量DP增加。
实际上，对压力曲线、A点的识别、时刻tF和PF的计算、PF与理论值Pth的比较、以及根据该比较的结果对预吹制流量DP的反馈的存储操作由控制单元24控制，所述控制单元24执行为此安装在处理器25中的计算机程序产品的指令。

Claims (5)

1.在模具(8)中从塑料制成的坯件(3)通过拉伸吹制制造容器(2)的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括的操作在于：
－将预先被加热的坯件(3)引入模具(8)中；
－控制预吹制电动阀(17)的开启，以使模具(8)的内部与具有预定的预吹制压力(PP)和预定的预吹制流量(DP)的气体源(15)连通；
－测定坯件(3)内的压力(P)；
－检测称为预吹制实际开始时刻的时刻(tA)，在该时刻坯件(3)中压力(P)开始增大；
－存储该时刻(tA)；
－计算预吹制结束的时刻(tF)，即：
tF＝tA+Δt-δ,
其中：
Δt是预吹制电动阀开启的预定持续时间，
δ是预定的常数；
－利用所进行的压力测定，求出预吹制结束的实际压力(PF)；
－比较如此确定的预吹制结束的实际压力与预定的预吹制结束的理论压力(Pth)；
－如果预吹制结束的实际压力(PF)与预吹制结束的理论压力(Pth)不重合，则控制预吹制流量(DP)的变化。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，常数δ对应于吹制电动阀(22)的反应时间，吹制电动阀的开启使模具(8)的内部与具有的吹制压力大于预吹制压力的气体源连通。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括,如果预吹制结束的实际压力(PF)大于预吹制结束的理论压力(Pth)，则控制预吹制流量(DP)减少的操作。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括，如果预吹制结束的实际压力(PF)小于预吹制结束的理论压力(Pth)，则控制预吹制流量(DP)增加的操作。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，利用在计算的预吹制结束的时刻(tF)以前的和以后的时刻存储的在模具(8)中的压力测定结果，通过内插法计算预吹制结束的实际压力(PF)。
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