CN105643910B - 利用柔性模具真空成形物体的方法及真空成形物体的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用柔性模具真空成形物体的方法以及用于真空成形物体的设备。真空成形物体的方法包括加热塑料片材。在加热塑料片材之后，真空装置被施加以将所述片材拉动紧贴柔性模具的外表面，使得塑料片材具有与所述柔性模具的外表面的起伏形状适形的成形形状。刚性型芯从所述柔性模具内的型腔撤离。然后，通过沿单个方向向所述柔性模具施加力，所述柔性模具从所述塑料片材撤离，由此导致所述柔性模具弯曲经过所述根切。用于真空成形塑料片材的设备包括柔性模具。

Description

利用柔性模具真空成形物体的方法及真空成形物体的设备
技术领域
本发明总地包括真空成形物体的方法以及用于真空成形物体的设备。
背景技术
真空成形是一种工艺，通过该工艺，塑料片材被加热并然后通过施加真空以将所述塑料片抽吸紧贴到物体的表面上来形成为硬模的形状。硬模然后必须被撤离。迄今为止，适于在一体的刚性硬模上真空成形的物体被局限于不具有根切的那些，这是因为根切阻止硬模从成形的片材撤离而不损坏成形的片材。可替代地是，将需要具有滑动硬模部分的复杂昂贵硬模以允许片材的移除。
发明内容
真空成形物体的方法包括加热塑料片材。在加热塑料片材之后，真空装置被施加以使塑料片材与柔性模具的外表面的起伏形状适形，使得塑料片材具有包括根切的成形形状。通常，这种根切将导致硬模具锁定条件。物体的真空成形以实现这种成形形状因此不是一个选项。但是，在本文中公开的方法下，刚性型芯从柔性模具的型腔撤离。柔性模具然后通过在单个方向上向柔性模具施加力而从塑料片材撤离，由此导致柔性模具弯曲经过根切。由于模具是柔性的，因此塑料片材被成形以复制包括根切的物体。从而，先前需要更昂贵工艺(如具有滑动件的复杂模具组件)或者注模成形的具有根切的物体能够替代地真空成形。
用于从塑料片材形成物体的设备包括模具，该模具具有限定型腔的内表面，并具有外表面，该外表面具有起伏形状。刚性型芯被构造成配合在型腔内。真空源被定位以将塑料片材真空成形到模具的外表面，以形成具有成形形状的包括根切的物体，其与模具的起伏形状适形。成形形状包括根切。模具是柔性的，通过在刚性型芯从型腔撤离之后在单个方向上施加力而允许模具经过根切而从塑料片材撤离。
根据本发明一方面，提供一种真空成形物体的方法，包括：
加热塑料片材；
在所述加热塑料片材之后，施加真空装置以使所述塑料片材与柔性模具的外表面的起伏形状适形，使得塑料片材具有包括根切的成形形状；
将刚性型芯从所述柔性模具的型腔撤离；以及
在所述刚性型芯撤离之后，通过在单个方向上向所述模具施加力而将所述柔性模具从所述塑料片材撤离，由此导致所述柔性模具经过所述根切的弯曲。
优选地，其中，所述物体基于要被复制的模型件，其中，所述模型件具有起伏形状，并且所述方法进一步包括：
通过以下步骤形成阴模：
将所述模型件放置在容器中；
将用于阴模的模具材料浇注到所述容器内；以及
从所述容器移除所述模型件；
将刚性型芯在所述容器中悬挂在阴模之上，使得在所述阴模和所述刚性型芯之间存在间隙；
将用于柔性模具的模具材料浇注到所述间隙中以形成具有起伏形状的柔性模具；以及
将柔性模具从所述阴模分离。
优选地，其中，所述加热塑料片材是在加热炉中进行，且所述方法还包括：
在所述加热塑料片材之前，将所述塑料片材夹紧到加热炉托盘，所述加热炉托盘被构造成至少部分配合在所述加热炉内；以及
将夹紧所述塑料片材的加热炉托盘移动到加热炉内；以及
在所述加热塑料片材之后，将夹紧塑料片材的加热炉托盘从加热炉移除。
优选地，所述方法还包括：
在加热所述塑料片材之后并在所述施加真空装置以将塑料片材拉动紧贴所述柔性模具的外表面之前，升高其中具有刚性型芯的所述柔性模具以与所述塑料片材形成接触。
优选地，所述方法还包括：
在所述加热塑料片材之后并在所述撤离刚性型芯之前，冷却所述塑料片材。
优选地，所述方法还包括：
从所述成形形状的周边裁剪所述片材的过多的材料。
优选地，其中，所述根切相对于其上安装所述刚性型芯的底座的表面形成第一角度，其中，力被施加到所述柔性模具以从所述塑料片材经过根切撤离所述柔性模具所沿的单个方向相对于所述底座的表面成第二角度，且其中由于第一角度，所述柔性模具必须弯曲以便经过所述根切。
根据本发明又一方面，提供一种真空成形物体的方法，包括：
将塑料片材夹紧到加热炉托盘；
将塑料片材夹紧到其的加热炉托盘移动到加热炉中；
在所述加热炉中加热所述塑料片材；
将塑料片材夹紧到其的加热炉托盘从加热炉移除；
施加真空装置以使塑料片材与柔性模具的外表面的起伏形状适形，使得塑料片材具有包括根切的成形形状；
在所述施加真空装置之后，冷却所述塑料片材；
在所述冷却塑料片材之后，将刚性型芯从所述柔性模具中的型腔撤离；以及
在所述撤离刚性型芯之后，通过在单个方向上向所述柔性模具施加力将所述柔性模具从所述塑料片材撤离，由此导致所述柔性模具弯曲经过所述根切。
优选地，所述方法还包括：
在所述加热塑料片材之后且在所述施加真空装置以将塑料片材拉动紧贴所述柔性模具的外表面之前，升高其中具有刚性型芯的柔性模具以与所述塑料片材形成接触。
优选地，其中，所述物体基于要被复制的模型件，其中所述模型件具有起伏形状，且所述方法还包括：
通过以下步骤形成阴模：
将模型件放置到容器中；
将用于阴模的模具材料浇注到容器中；以及
从所述容器移除所述模型件；
将刚性型芯在所述容器中悬挂在所述阴模之上，使得在所述阴模和所述刚性型芯之间存在间隙；
将用于柔性模具的模具材料浇注到所述间隙中，以形成具有起伏形状的柔性模具；以及
将所述柔性模具与所述阴模分离。
优选地，所述方法还包括：
从所述成形形状的周边裁剪所述片材的过多材料。
优选地，其中，所述根切相对于其上安装有所述刚性型芯的底座的表面形成第一角度；其中所述第一角度大于相对于所述底座的表面的第二角度，且其中，所述第二角度是力施加到所述柔性模具以将所述柔性模具经过根切从所述塑料片材撤离所沿的单个方向的角度。
根据本发明又一方面，提供一种用于由塑料片材成形物体的设备，包括：
模具，该模具具有限定型腔的内表面，并具有外表面，其中所述外表面具有起伏形状；
刚性型芯，被构造成配合在所述型腔内；
真空源，所述真空源定位成将所述塑料片材真空成形到所述模具的外表面，以形成具有成形形状的物体，该成形形状与所述模具的包括根切的起伏形状适形；以及
其中，所述模具是柔性的，允许在所述刚性型芯从所述型腔撤离之后通过在单个方向上施加力而将所述模具经过所述根切从所述塑料片材撤离。
优选地，所述设备还包括：
底座，其上固定刚性型芯；
其中所述底座具有一系列开口，所述一系列开口围绕所述刚性型芯延伸，且其中所述真空源与所述一系列开口流体连通。
优选地，其中，所述底座具有表面，其中，所述根切相对于所述底座的表面形成第一角度，该第一角度大于相对于所述底座的表面的第二角度，且其中所述第二角度是力施加到模具以使模具经过所述根切从所述塑料片材撤离所沿的单个方向的角度。
优选地，其中，所述模具是硅树脂的。
本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从用于实现本教导的最佳模式的下面的详细描述并结合附图考虑时变得容易理解。
附图说明
图1是要被复制的物品的透视图形式的示意图，该物品是要被复制的皮卡车的按比例模型；
图2是复制图1的按比例模型的真空成形塑料片材的透视图形式的示意图；
图3是图2的真空成形塑料片材的另一透视图形式的示意图；
图4是被支撑在刚性型芯(以虚线示出)上和支撑在底座上的柔性模具的侧视图形式的示意图；
图5是图4的支撑在底座上的刚性型芯的透视图形式的示意图；
图6是将图1的物品容纳在模制材料内的容器的透视图形式的示意图；
图7是图6的容器的平面图形式的示意图，其中底座将型芯悬挂在图6中形成的阴模之上；
图8是沿着图7中线8-8截取的悬挂在图6内形成的阴模之上的刚性型芯的示意性横截面图，且模具材料浇注到间隙中以形成图4的柔性模具；
图9是夹紧到加热炉托盘上的塑料片材以及所述托盘插入其中以及从其去除的加热炉的透视图形式的示意图。
图10是定位在图4的模具组件和底座之上的塑料片材的透视图形式的示意图，且真空源连接到底座；
图11是真空成形到图4的柔性模具的塑料片材的横截面图形式的示意图，且示出了冷却风扇；
图12是从柔性模具撤离的刚性型芯的横截面图形式的示意图；
图13是弯曲以移动经过真空成形的片材中的根切的柔性模具的横截面图形式的示意图；
图14是真空成形物体的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记贯穿视图表示相同的部件，图1示出要通过本文中描述并且在图14的流程图中图示的方法100复制的物品10。所述物品10是皮卡车的按比例模型。应理解的是物品10仅仅是能够通过方法100复制的物品的一个示例性实施方式，且方法100可以被应用于复制其他物品。更具体地说，方法100尤其可用于复制具有根切的物品，该根切形成硬模闭锁条件，其使得使用一体刚性硬模的传统真空成形工艺不可用。如在此使用的，“根切”是所成形的物体的外表面的一部分相对于其上安装用于该物体的模具的底座的角度使得通过仅在单个方向上向模具施加力不可能将模具从所成形的物体移除。例如，图1的物品10具有轮胎以及车轮组件13上方的轮舱12、前保险杠14和后保险杠16，所有这些导致成形于物品10的柔性模具20上方的真空成形的塑料片材18中的根切，如图11中所示。由塑料片材18成形的物体10A由于保险杠14、16的突出部而分别在复制的前和后保险杠14A、16A处具有根切22A、22B。由于在轮舱12A之上的车体部分17的突出部，在图2中的物体10A中所示的复制的轮舱12A处存在更深的根切22C。如图2和3所示，物体10A仅由单片塑料片材18形成，并具有起伏外表面23A和限定空腔23C的相对的起伏内表面23B。
如图4所示，柔性模具20以在此更加详细描述的方式安装到底座24。底座24具有平坦的底座表面26。由柔性模具20的突出部分28A形成的成形片材18(图3中所示)的根切22A相对于底座表面26形成第一角度A1。由于根切22A与底座表面26平行，因此当以顺时针方式(图4中的左向右)从底座表面26测量时第一角度A1是0度，或者当以逆时针方式(图4中右向左)从底座表面26测量时为180度。柔性模具22的突出部分28B在成形片材18(图3中所示)中导致根切22B，该根切具有类似的角度A2。被施加以从图13中的物体10A内形成的空腔23C去除模具20的力F垂直于底座表面26，如图4和13中所示的向下方向。由此，力F相对于底座表面26形成第二角度A3，该第二角度A3为90度，如图4中所示。在具有单个一体非柔性(即，刚性)模具的传统真空成形工艺中，这种模具经过根切22A、22B、22C的撤离是不可能的。
方法100使得能够使用柔性模具20，该柔性模具是柔性材料的，如硅树脂的。如图12中最佳示出的，柔性模具20具有限定型腔32的内表面30，并具有外表面34。柔性模具20如在此所描述的成形为使得外表面34具有起伏形状，该起伏形状与物体10A的成形形状互补并匹配。换言之，柔性模具20的外表面34与物体10A(图3中所示)的内表面23B接触并共同延伸。外表面34也基本上与物品10的外表面的起伏形状35相同。
图5示出安装到底座24上的刚性型芯36。刚性型芯36配合在柔性模具20的型腔32内，如图11和12显现的。刚性型芯36在图4中用虚线示出，并且在图5和11中最佳示出。图5示出底座24，该底座24具有一系列开口40，仅其中一些在图5中标注。每个开口40完全延伸通过底座24的厚度，从表面26到达相对的表面42。开口40围绕底座24上的刚性型芯36延伸。如图11中所示，壳体44形成从真空源(V)48延伸到开口的歧管46。于是，真空源48可以通过开口40在表面26处施加真空。
图6-8示出图4的柔性模具20是如何制造的。方法100可以包括根据步骤102-114制造柔性模具20，或者方法可以开始于根据步骤102-114制造的预制柔性模具20。首先，步骤102包括形成阴模50，该阴模然后用于形成柔性模具20，所述柔性模具20是阳模。步骤102包括子步骤104，将物品10放置在容器52内。在子步骤106中，用于阴模50的模具材料54然后被浇注或以其他方式放置到容器52中物品10的周围。图6示出浇注在物品10上以形成阴模50的模具材料54。粘土51可以放置在物品之下，在车轮12之间从前保险杠14到后保险杠16，以防止模具材料54在浇注到容器52内时流动到物品10之下。模具材料54可以是两部分硅树脂材料。一旦模具材料54凝固，盖53(图8中示出)放置在图6中的敞开容器52的顶部上，并且容器52相对于其在步骤102-106过程中的位置倒置，如图7和8所示。如图6所示，容器52的先前在容器52底部上的部分55然后被移除，以展示模具50，如图7所示。在子步骤108，物品10和其下方的任何粘土51从容器52被去除，留下具有物品10的形状的空间56，如图7中部分所示。现在完成了阴模50。
接着，方法100进行到在步骤110中将刚性型芯36悬挂到容器52中的阴模50上方，使得在阴模50和刚性型芯36之间存在间隙58。图8示出已经填充有用于柔性模具20的模具材料60的间隙58，根据随后的步骤112，将用于柔性模具20的模具材料60浇注到间隙58内。模具材料60可以是硅树脂。由于如相对于图6描述的围绕物品10形成阴模50，因此所形成的柔性模具20具有外表面34(图4中最佳示出)，其具有起伏形状，该起伏形状与物品10的外表面23A的起伏形状相同。
接着，在步骤114中，通过将底座24和刚性型芯36从容器52撤离并将模具20弯曲到阴模50之外，将柔性模具20与阴模50分离。接着，在步骤116中，柔性模具20再次放置到刚性型芯36上，该刚性型芯36被支撑在底座24上，如图4和11最佳示出的。更具体地说，刚性型芯36放置在柔性模具20的型腔32内。
塑料片材18然后被准备用于真空成形。塑料片材可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PTEG)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、热塑性塑料或适用于真空成形的其他聚合物材料。在步骤118中，塑料片材18被夹紧到加热炉托盘60。图9示出具有夹钳62的加热炉托盘60，该夹钳62能够上紧，以固定塑料片材18。可选的，加热炉托盘60可以夹置在上框架和下框架之间，其中每一个可以是类似于加热炉托盘60的矩形。夹钳62然后可以将框架夹到一起，以将加热炉托盘和片材18固定在框架之间。可以使用任何适当的布置，以将片材18相对于加热炉托盘60固定。具有夹紧到其上的塑料片材18的加热炉托盘60然后在步骤120中至少部分移动到加热炉64的入口66内，如由方向箭头B所示。塑料片材18然后在步骤122中在加热炉64内被加热。在加热炉64内预定时间量之后，加热炉托盘60和塑料片材18在步骤124中从加热炉64移除，如箭头C所示。预定时间量可以被选择成确保塑料片材18达到真空成形所需的预定温度。计时器和/或温度传感器可以用于监视片材18的加热。加热炉托盘60进出加热炉62的运动可以手动进行或可以自动进行。如果该运动是自动的，则机器臂(未示出)可以支撑和移动加热炉托盘60。本领域技术人员将轻易理解到机器臂移动加热炉托盘60进出加热炉64的能力。
在塑料片材18充分加热的情况下，在步骤126中，通过向上朝片材18移动其上安装有刚性型芯36和柔性模具20的底座24(如图10中方向箭头D所示)，柔性模具20然后被升高以与塑料片材18接触。托盘60被手动或通过机器臂保持就位。可替代的是，底座24可以保持静止，且托盘60可以朝向柔性模具20移动以将塑料片材18设置成与柔性模具20接触。图11示出与柔性模具20接触的塑料片材18。在步骤128中，底座24持续向片材18移动，直到片材18围绕柔性模具20拉动，并且真空源48被施加。真空源48通过壳体44和一系列开口40与塑料片材18流体连通。于是，真空源48有助于将塑料片材18拉动紧贴柔性模具20的整个外表面34上，以使得塑料片材18与外表面34的起伏形状适形。塑料片材18然后在步骤130中被冷却，以允许塑料片材18的成形形状成为永久的。冷却可以用空气源进行，如图11中所示的风扇70，或者塑料片材18可以通过等待预定时间量直到塑料片材18达到预定温度(如环境温度)而被动冷却，所述预定温度如可以通过温度传感器确定。塑料片材18的成形形状在图12中示出。
接着，在步骤132中，刚性型芯36从柔性模具20的型腔32撤离，如图12中由方向箭头E所示。由于根切22A、22B、22C(图2中所示)，在刚性型芯36移除过程中，柔性模具20将趋于被塑料片材18保持。在刚性型芯36被移除的情况下，在步骤134，柔性模具20可以更容易向里相对于塑料片材18的内部空腔23C的内表面23B向弯曲，在该步骤中，柔性模具20从塑料片材18撤离。在步骤134中从塑料片材18撤离柔性模具20是通过向柔性模具20施加力F而实现的，该力F需要仅在一个方向上施加，如图13中所示。力F在所示实施方式中为90度，但是在其他实施方式中可以处于相对于底座表面26的不同的角度，取决于要被复制的特定物品的柔性模具的根切的角度。由于模具20是柔性的，它弯曲经过塑料片材18的根切22A、22B、22C。图13中的箭头G1和G2图示了在力F沿着所示方向施加时当模具20弯曲经过根切22A、22B时突出部分28A、28B的向内运动的方向。
在步骤136中，塑料片材18的过多的材料然后可以从塑料片材18的成形形状的周边P裁剪掉。周边P在图3中示出。过多的材料在图13中由部分74图示。现在完成了物体10A。柔性模具20可以再次使用，以根据方法100的步骤116-136真空成形另外的物体10A。柔性模具20比通常注模成形工艺中需要的将用于形成具有根切的物品的刚性模具更便宜。
尽管已经详细描述了实现本教导的多个方面的最佳模式，但是与这些教导相关的领域的技术人员将意识到在所附权利要求书的范围内的用于实践本教导的各种替代方面。

Claims (10)

1.一种真空成形物体的方法，包括：
加热塑料片材；
在所述加热塑料片材之后，施加真空装置以使所述塑料片材与柔性模具的外表面的起伏形状适形，使得塑料片材具有包括根切的成形形状；
将刚性型芯从所述柔性模具的型腔撤离，在该过程中，柔性模具被所述根切所保持；以及
在所述刚性型芯撤离之后，通过仅在取决于所述根切的单个方向上向所述柔性模具施加力而将所述柔性模具从所述塑料片材撤离，由此导致所述柔性模具经过所述根切的弯曲。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述物体基于要被复制的模型件，其中，所述模型件具有起伏形状，并且所述方法进一步包括：
通过以下步骤形成阴模：
将所述模型件放置在容器中；
将用于阴模的模具材料浇注到所述容器内；以及
从所述容器移除所述模型件；
将刚性型芯在所述容器中悬挂在阴模之上，使得在所述阴模和所述刚性型芯之间存在间隙；
将用于柔性模具的模具材料浇注到所述间隙中以形成具有起伏形状的柔性模具；以及
将柔性模具从所述阴模分离。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热塑料片材是在加热炉中进行，且所述方法还包括：
在加热所述塑料片材之前，将所述塑料片材夹紧到加热炉托盘，所述加热炉托盘被构造成至少部分配合在所述加热炉内；以及
将夹紧所述塑料片材的加热炉托盘移动到加热炉内；以及
在所述加热塑料片材之后，将夹紧塑料片材的加热炉托盘从加热炉移除。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
在所述加热塑料片材之后并在所述施加真空装置以将塑料片材拉动紧贴所述柔性模具的外表面之前，升高其中具有刚性型芯的所述柔性模具以与所述塑料片材形成接触。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述加热塑料片材之后并在所述撤离刚性型芯之前，冷却所述塑料片材。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
从所述成形形状的周边裁剪所述片材的过多的材料。
7.一种用于由塑料片材成形物体的设备，包括：
模具，该模具具有限定型腔的内表面，并具有外表面，其中所述外表面具有起伏形状；
刚性型芯，被构造成配合在所述型腔内；
真空源，所述真空源定位成将所述塑料片材真空成形到所述模具的外表面，以形成具有成形形状的物体，该成形形状与所述模具的包括根切的起伏形状适形；以及
其中，所述模具是柔性的，允许在将刚性型芯从所述模具的型腔撤离的过程中所述模具被所述根切所保持，以及允许在所述刚性型芯从所述型腔撤离之后通过仅在取决于所述根切的单个方向上施加力而将所述模具经过所述根切从所述塑料片材撤离，由此导致所述模具经过所述根切的弯曲。
8.如权利要求7所述的设备，还包括：
底座，其上固定刚性型芯；
其中所述底座具有一系列开口，所述一系列开口围绕所述刚性型芯延伸，且其中所述真空源与所述一系列开口流体连通。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述底座具有表面，其中，所述根切相对于所述底座的表面形成第一角度，该第一角度大于相对于所述底座的表面的第二角度，且其中所述第二角度是力施加到模具以使模具经过所述根切从所述塑料片材撤离所沿的单个方向的角度。
10.如权利要求7所述的设备，其中，所述模具是硅树脂的。
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