CN104870163A - 包括延迟的围模操作的容器制造方法 - Google Patents

Abstract

一种在模具(1)中由坯件(3)制造容器(2)的制造方法，所述模具(1)配备有壁部(4)、以及相对于壁部(4)在收起位置与展开位置之间可动的模具底部(8)，所述制造方法包括：将坯件(3)引入模具的阶段；包括向坯件(3)注入处于所谓预吹制压力的加压流体的预吹制阶段；在预吹制阶段后进行的、包括向坯件(3)注入处于高于预吹制压力的所谓吹制压力下的加压流体的吹制阶段；包括使模具底部(8)从其收起位置向其展开位置移动、在坯件(3)中压力达到吹制压力后开始的围模阶段。

Description

包括延迟的围模操作的容器制造方法

技术领域

本发明涉及通过吹制塑料坯件的容器制造，所述塑料例如是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

背景技术

容器制造的传统技术是吹制(可选地同时进行拉伸)。该技术在于将预先加热至高于材料的玻璃转化温度(在PET的情况下约为80℃)的温度的坯件(即经过预成型操作的预型件或中间容器)引入配备有限定容器型腔的壁部的模具中，并通过颈部将例如是气体(一般是空气)的加压流体注入到坯件中，以使材料贴靠在模具的壁部上。

通常，流体的注入通过两个步骤进行，即在(一般约为5巴至7巴的)低压下进行的第一步骤(称为预吹制)，随后是在(一般约为20巴至30巴的)高压下进行的第二步骤(称为吹制)。

对于需要容器承受较大热应力的热充填应用，已知形成过拉伸底部，该过拉伸底部或者用于吸收容器在热充填时的变形，或者用于更好地耐受热应力。

为了获得这种过拉伸底部，通常采用配备有最初是收起的、在成型过程中展开以在底部处推压材料的可动模具底部的模制单元，该模制单元如美国专利US 6 277 321(SCHMALBACH－LUBECA)中所述的。

通常被称为“围模(boxage)”的这种技术实施起来相当棘手。实际上，必须在将材料拉伸超过其最终形状以加快底部定型的意愿与避免材料在获得其最终形状前固化的需要之间找到某种折衷。尽管在前述专利文献中对该问题进行了清楚的描述，但该文献仍未明确可解决所述问题的办法，而是仅建议优选限制预吹制阶段与模具底部上升之间的时间间隔。

实际上，进行围模的方式直接影响容器底部的质量和性能。

对允许获得符合技术要求的容器的假定的机器参数选择有用的底部定型的理论建模，一般基于模具底部匀速上升的假设(线性模型)。

然而，该线性模型并没有正确说明实际情况。实际上，考虑到容器中的压力变化，在围模时容器阻碍模具底部上升的阻力也是变化的，因而导致模具底部的移动速度的变化。

在这些情况下，可以看到，不仅模具底部不能在理论模型所预测的时刻完成其行程，而且在模具之间(因而容器之间)还出现差异，使得难以获得相同的且符合相同技术要求的容器。

另外，注意到，考虑到模具底部的较低的初始位置，存在当模具底部上升时径向过拉伸到超过最终容器底部的极限的材料会被卡夹(必要时压轧)的风险。

上述原因合理地促使相对于吹制提前进行围模，即在向坯件中注入高压流体前使模具底部上升。此外，这也是前述专利文献US 6277321所主张的，但该文献未对此进行充分阐释。

迄今为止，由于尚无在成型过程中直接观察坯件的观察部件，因而对成品容器的质量的控制以及对机器中通过编程控制的参数(尤其是吹制的压力和流量、控制模具底部移动的时刻)的确认(或改变)由具有足够资格和经验的操作人员进行，以便可视并人工地评估容器的质量。

然而，人为控制尽管是必不可少的，但仍是过于冗长且主观的，而不允许可靠、快速、尤其是可扩充为全部机器使用的编程控制。迄今为止，仍由行家进行调整，因而通常仍需要使生产线停止运转以避免不合格容器积聚。

发明内容

本发明旨在完善使用围模的容器制造技术，尤其以助于生产自动化并提高容器的质量和稳定性。

为此，本发明提出一种在模具中由塑料坯件制造容器的制造方法，所述模具配备有限定容器型腔的壁部、以及相对于壁部在收起位置和展开位置之间可动的模具底部，其中在所述收起位置，模具底部相对于型腔收退而延伸，在所述展开位置，模具底部封闭型腔，所述制造方法包括：

－将坯件引入模具的阶段；

－预吹制阶段，该预吹制阶段包括向坯件注入处于所谓预吹制压力的加压流体；

－吹制阶段，该吹制阶段在预吹制阶段后进行，包括向坯件注入处于所谓吹制压力下的加压流体，其中吹制压力高于预吹制压力；

－围模阶段，该围模阶段包括使模具底部从其收起位置向其展开位置移动，该围模阶段在吹制阶段期间在坯件中的压力达到吹制压力后开始。

这样，模具底部的移动变得不受容器中的压力影响，这是因为容器中的压力基本恒定。在恒定移动命令下，模具底部的移动速度因而是恒定的，同样，模具底部达到其行程终点的时刻是恒定的。因此，无需复查通过复杂性的非线性模型对围模的建模，便有利于所述方法的自动化。

可以单独地或组合地考虑以下多个附加特征：

－设置在时刻t_B1控制围模电动阀打开的操作，使得：

t_B1+Δt_B≥t_S3

其中：

Δt_B是围模电动阀的响应时间，

t_S3是坯件中的压力自此达到吹制压力的时刻；

－模具底部在时刻t_B3到达其展开位置，使得：

t_B3≤t_D2

其中，t_D2是在使坯件与大气连通后所述坯件自此至少部分降压的时刻；

－降压阶段包括扫气步骤，在扫气步骤期间内，同时打开除气电动阀和扫气电动阀，以通过开有孔口的拉伸杆将处于吹制压力下的流体注入到容器中；

－降压阶段包括在时刻t_D1控制除气电动阀打开以使坯件与大气连通的操作，使得：

t_D1+Δt_D≥t_B3

其中，Δt_D是除气电动阀的响应时间；

－在降压阶段前具有在时刻t_S4关闭吹制电动阀的操作、以及在时刻t_BA1打开扫气电动阀的操作，使得：

t_S3<t_BA2<t_S5<t_D2

其中：

t_BA2＝t_BA1+Δt_BA

t_S5＝t_S4+Δt_S

t_D2＝t_D1+Δt_D

Δt_BA是扫气电动阀的响应时间，

Δt_S是吹制电动阀的响应时间；

－除气阶段包括扫气步骤，在扫气步骤期间内，同时打开除气电动阀和扫气电动阀；

－降压阶段包括除气步骤，在除气步骤期间内，除气电动阀保持打开，而扫气电动阀关闭；

－围模阶段以模具底部从其高位向其低位退回而结束，该退回始于除气步骤结束时；

－模具底部的退回与除气步骤同时开始，或在除气步骤开始后开始。

附图说明

根据下面参照附图所作的说明，本发明的其它目的和优点将得到体现，附图中：

－图1是示出了在其中进行容器成型的模具的剖面图，示出了处于预吹制操作开始时刻的情况；

－图2是类似于图1的视图，示出了处于预吹制操作结束时的情况；

－图3是类似于图1的视图，示出处于围模操作结束时的情况；

－图4是曲线图，在该图中，与模具底部位置平行地绘出：在坯件、和随后由坯件形成的容器中压力的变化曲线；以及控制预吹制操作、吹制操作、围模操作、扫气操作、除气操作的时序图。

具体实施方式

图1至图3示出了用于通过拉伸吹制利用塑料坯件3(实际上，坯件一般是通过注塑获得的预型件)制造容器2的模具1。

模具1具有壁部4，该壁部限定围绕模具的主轴线6分布的内腔5，主轴线6在待成型容器是回转对称形时形成模具1的对称轴线。

腔5部分地限定用于容器2的侧壁或主体的型腔。壁部4在下部具有开口7，该开口限定用于模具底部8的通道，该模具底部被安装成相对于壁部4在图1和图2所示的低位与图3所示的高位之间可动，其中在所述低位，模具底部8向下与开口7分开，在所述高位，模具底部8封闭开口7。模具底部8具有上表面9，该上表面限定用于容器2的底部的型腔。在高位，模具底部8闭合腔5，因而完整形成容器2的型腔，在吹制时，材料贴靠在所述型腔上。将模具底部的低位与高位间的距离称为模具底部的“行程”，该行程在图4中以C表示。

坯件3、和随后由坯件形成的容器2，通过坯件3(或相应地容器2)的环箍11置于模具1的上表面10上，所述环箍限定坯件3(或相应地容器2)的颈部12，该颈部保持在模具1外。

在环箍11的下方，坯件3(随后容器2)具有主体13和底部14，所述主体大体沿轴向方向延伸，底部14起初为半球形(图1)，然后一旦抵靠模具底部8成型(图3)，便从主体13的下端部大体沿径向方向延伸。

为了由坯件3制造容器2，进行如下操作。

模具1处于图1所示的构造、且底部8位于其低位，将预先加热到高于材料的玻璃转化温度(在PET的情况下，约为80℃)的温度的坯件3引入模具。

因此，将可动的拉伸杆15通过颈部12沿轴向方向插入到坯件3中；一旦杆15到达坯件3的底部14，便通过向坯件3中注入处于(小于15巴，例如约为5巴至7巴的)预吹制压力P1的流体(尤其是空气)开始预吹制。根据一优选实施方式，杆15是空心的，并开有通向腔5的孔。

拉伸速度和空气流量使得在整个预吹制过程中，杆15与坯件3的底部14保持接触。

当杆15到达模具底部8并在此贴靠成型中的容器的底部14时(图2)，模具底部8始终位于其低位。

预吹制压力P1不足以使材料紧贴在模具1的壁部4上，因此需要向成型中的容器2注入高于预吹制压力P1的吹制压力P2(实际上，吹制压力P2大于或等于15巴，例如约为20巴至30巴)。

因此，在坯件3中出现压力的急剧升高，直至该压力等于吹制压力P2。在保持如此成型的容器2中的吹制压力P2一段预定时间后，通过两个步骤对容器进行降压。

第一步骤在于通过扫气电动阀保持向容器2注入处于吹制压力P2的流体(吹制电动阀关闭)，而同时使容器与大气(即自由空气)连通。

所谓扫气的这个步骤允许使流体在容器2中流通以使容器材料固化，同时使材料与壁部4保持接触以进行热定型。容器2中的压力经历第一次快速下降，直至稳定在处于预吹制压力P1与吹制压力P2之间的中间值P3。

所谓除气的第二步骤在于停止通过扫气电动阀的流体注入，同时保持容器2与大气连通。因此，容器2中的压力经历第二次快速下降，直至达到大气压。

被称为围模的使模具底部8上升的操作在吹制操作期间内开始，以使底部14的材料轻微的过拉伸，该过拉伸有利于分子的定向(因而有利于刚度)，并有利于在模具底部8的上表面9上的定型。

图4示出了曲线，这些曲线随由t表示的时间：

－在上方表示模具底部8的轴向位置(或由H表示的高度)；

－在中间表示成型过程中坯件3(或容器2)中的压力，其中压力由P表示；

－在下方表示用于控制预吹制阶段(预吹制)、吹制阶段(吹制)、扫气阶段(扫气)、围模阶段——即控制模具底部8的移动阶段(FDM)、和除气阶段(除气)的电动阀的时序图。

使这些曲线在其公共的时间轴上同步，竖直虚线允许使这些曲线与某些被选定的时刻相对应。

在被称为“预吹制开始信号”的时刻t_P1，发出打开预吹制电动阀的指令。由于预吹制电动阀受响应时间Δt_P的影响，因而容器2中的压力P从被称为“预吹制实际开始”的时刻t_P2起增大，使得：

t_P2＝t_P1+Δt_P

同样，在被称为“吹制开始信号”的时刻t_S1，发出打开吹制电动阀的指令。由于吹制电动阀受响应时间Δt_S的影响，因而容器2中的压力P在被称为“吹制实际开始”的时刻t_S2发生改变(骤增)，使得：

t_S2＝t_S1+Δt_S

坯件中的压力P从时刻t_S2(在该时刻，压力P约等于预吹制压力P1的值)起快速升高，直至达到吹制压力P2的值，该吹制压力对应于在整个成型期间内容器中压力的最大值。t_S3表示压力P达到吹制压力P2的值的时刻，即压力P的值自此停止增大的时刻。

在被称为“围模开始信号”的时间t_B1，发出打开围模电动阀以控制模具底部8移动的指令。由于围模电动阀受响应时间Δt_B的影响，在被称为“围模实际开始”的时刻t_B2，模具底部8开始从其低位移动，使得：

t_B2＝t_B1+Δt_B

正如已指出的，如图4所示，在吹制期间，在坯件3中的压力P达到最大值、即达到吹制压力P2后开始围模。换句话说，希望使围模实际开始的时刻t_B2晚于坯件3中的压力P达到其最大值的时刻t_S3，即：

t_B2≥t_S3

在坯件3中的压力P达到其最大值的时刻t_S3后发出围模开始信号t_B1的指令不一定令人满意，尽管这是可以考虑的。

实际上，为了进行微调，优选考虑围模电动阀的响应时间Δt_B，该响应时间是不可调、但已知且固定的数据(撇开响应时间Δt_B的偏差——其是可以进行补偿的)。

因此，考虑到前述内容，为了在时刻t_S3后开始围模，只需调节围模开始信号t_B1，使得：

t_B1+Δt_B≥t_S3

t_D2表示坯件3的降压阶段的开始时刻，在降压阶段时，使坯件与大气连通。该时刻t_D2开始扫气步骤，在扫气步骤中，经由扫气电动阀注入处于吹制压力下的流体并使容器与自由空气相通确保了流体在容器2中的流通，这有利于容器不论在其主体13还是在其底部14上的冷却和定型。如图4所示，此前，吹制在时刻t_S4已通过吹制电动阀的关闭而停止。

t_S4表示控制吹制电动阀关闭的时刻，t_S5表示在发出关闭吹制电动阀的指令后该吹制电动阀的实际关闭时刻：

t_S5＝t_S4+Δt_S

此外，t_D1表示控制除气电动阀打开以使容器与大气连通的时刻。由于除气电动阀受响应时间Δt_D的影响，因而控制除气电动阀，使得由t_D2表示的容器中降压开始的时刻晚于时刻t_S5：

t_D2>t_S5

当进行扫气时，在时刻t_BA1进行对(受响应时间Δt_BA的影响的)扫气电动阀的控制，使得在时刻t_BA2(其中，t_BA2＝t_BA1+Δt_BA)实际打开扫气电动阀，该时刻t_BA2显然晚于时刻t_S3，但早于时刻t_S5，以便在降压开始前，保持容器中的压力：

t_S3<t_BA2

t_BA2<t_S5

从而：

t_S3<t_BA2<t_S5<t_D2

一旦开始降压，容器2中的压力快速下降，直至稳定在中间值P3。t_D3表示容器2中的压力P自此达到中间压力P3(该中间压力被称为扫气压力，取决于吹制压力P2的值和吹制电动阀与除气电动阀的流量)的时刻。

在由t_BA3表示的时刻控制扫气电动阀关闭。考虑到扫气电动阀的响应时间Δt_BA，因而处于吹制压力P2下的流体在由t_BA4表示的时刻停止注入到容器2中，从而：

t_BA3+Δt_BA＝t_BA4

从该时刻t_BA4起，开始除气步骤，在该除气步骤中，容器2中的压力P经历再次的下降，达到大气压并稳定于大气压。

此外，t_B3表示模具底部到达其展开位置(即行程终点)的时刻。根据图4所示的优选实施方式，该时刻t_B3早于除气阶段的开始时刻t_D2：

t_B3≤t_D2

换句话说，围模阶段最迟在吹制阶段结束时完成(即在时刻t_D2的除气步骤开始之前)。考虑到除气电动阀的响应时间Δt_D，控制除气电动阀打开的时刻t_D1被选择成：

t_D2＝t_D1+Δt_D≥t_B3

围模阶段以模具底部8从其高位向其低位退回结束。在由t_B4表示的时刻发出退回的指令，从由t_B5表示的时刻起实际开始所述退回，从而：

t_B4+Δt_B＝t_B5

优选地，退回最早在扫气步骤结束时开始，可选地，在除气期间开始。换句话说，如果t_BA5表示容器中的压力自此等于大气压的时刻，则：

t_B5≥t_BA5

由于容器2中的压力P在围模开始前就达到其最大值(即吹制压力P2)，则在容器2中的施加于模具底部8上的、抵抗围模时所述模具底部8上升的作用力在围模期间不会增大。因此，不需要增大施加在模具底部8上的作用力来使模具底部继续移动。

另外，容器中的压力急剧增大的阶段已经完成，则坯件2的材料基本到达模具底部8(材料通过杆15在模具底部的上表面9上保持定中)，且与材料在围模阶段期间内的可能滑移有关的形状的不确定性得到限制。因此，所生产的容器的质量的稳定性更高。

当进行围模以使模具底部8在吹制结束前到达其高位时，模具底部8的移动速度在整个围模期间内基本恒定。这种线性通过图4中的模具底部的移动曲线的在时刻t_B2与时刻t_B3之间的部分体现。这使得对模具底部8的移动、因而对容器2的底部14的定型具有良好的可预见性。

刚刚说明的方法并不适用于所有模具；该方法特别适用于这样的模具(所述模具例如是附图所示的模具)：该模具中不存在材料在模具壁部与位于低位的模具底部之间被卡夹的问题，或因围模行程相较于所述形状所需行程较小而产生的问题。

Claims (9)

1.一种在模具(1)中由塑料坯件(3)制造容器(2)的制造方法，所述模具(1)配备有限定容器(2)的型腔(5)的壁部(4)、以及相对于壁部能在收起位置与展开位置之间活动的模具底部(8)，其中在所述收起位置，模具底部相对于型腔(5)收退而延伸，在所述展开位置，模具底部封闭型腔(5)，所述制造方法包括：

－将塑料坯件(3)引入模具的阶段；

－预吹制阶段，该预吹制阶段包括向塑料坯件(3)注入处于所谓预吹制压力下的加压流体；

－吹制阶段，该吹制阶段接着预吹制阶段进行，吹制阶段包括向塑料坯件(3)注入处于所谓吹制压力下的加压流体，其中吹制压力高于预吹制压力；

－围模阶段，该围模阶段包括使模具底部(8)从其收起位置向其展开位置移动；

所述制造方法的特征在于，所述围模阶段(3)在吹制阶段期间、在塑料坯件(3)中的压力达到吹制压力后开始。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括在时刻t_B1控制围模电动阀打开以使模具底部(8)移动的操作，使得：

t_B1+Δt_B≥t_S3

其中：

Δt_B是围模电动阀的响应时间，

t_S3是塑料坯件(3)中的压力自此达到吹制压力的时刻。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，进行围模阶段，以使模具底部(8)在时刻t_B3到达其展开位置，使得：

t_B3≤t_D2

其中，t_D2是在使塑料坯件与大气连通后所述塑料坯件(3)至少部分降压的降压阶段开始的时刻。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，降压阶段包括在时刻t_D1控制除气电动阀打开以使塑料坯件(3)与大气连通的操作，使得：

t_D1+Δt_D≥t_B3

其中，Δt_D是除气电动阀的响应时间。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，降压阶段包括扫气步骤，在该扫气步骤期间内，同时打开除气电动阀和扫气电动阀，以通过开有孔口的拉伸杆将处于吹制压力下的流体注入到容器中。

6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，在降压阶段前具有在时刻t_S4关闭吹制电动阀的操作、以及在时刻t_BA1打开扫气电动阀的操作，使得：

t_S3<t_BA2<t_S5<t_D2

其中：

t_BA2＝t_BA1+Δt_BA

t_S5＝t_S4+Δt_S

t_D2＝t_D1+Δt_D

Δt_BA是扫气电动阀的响应时间，

Δt_S是吹制电动阀的响应时间。

7.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，降压阶段包括除气步骤，在除气步骤期间内，除气电动阀保持打开，而扫气电动阀关闭。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，围模阶段在模具底部(8)从其高位向其低位退回时结束，该退回始于除气步骤结束时。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，模具底部(8)的退回与除气步骤同时开始，或在除气步骤开始后开始。