TWI271300B - Method and apparatus for thermoforming hollow bodies in plastic material - Google Patents

Description

1271300 九、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明關係以熱成形之塑膠材料空心體之製造，特別 對於任何形狀和大小之熱成形體所用之方法和裝置，由熱 塑性塑膠材料板片開始，被適當支撐並加熱至可塑溫度， 然後以真空使其黏附於模穴，或於模具之成形表面而成形 〇 (二） 先前技術 熱成形是一種廣用於許多場合之公知技術，熱成形裝 置或系統例如載於EP 0 8 1 3 9 5 0和EP 0 997 25 8。 一般而言，習用之熱成形包括將塑膠材料板片置於一 適用之支撐框架上，具有鉗夾機構以鎖定塑膠板片於模具 之上或下之位置；加熱於材料板片至適當之可塑溫度，保 持於實質上爲平直狀態，或吹氣支撐板片之控制下垂之形 成，並防止非所希望之拉伸。 再者，在板片之真空成形當中，不論所用模具具有甚 深模穴或具有高度加深之凹穴者，過份和失控之拉伸可能 發生於板片之某些區域，易於弱化所模製之物件，並使其 不適合其特定用途。 因此，用習知之成形技術，必須選用特別的措施，將 使生產程度和裝置高度複雜，造成加工時間較長而生產成 本較高等負面效應。 爲防止所模製物件出現過度拉伸並弱化之區域’具有 不合某些規定之限制厚度，例如在燃料桶之製造中，通常 1271300 所用措施包括使用厚度較大的塑膠板片，使其因無可避免 之拉伸不致落於被認危險之厚度値之下。 然而，較大厚度之塑膠板片之使用必須消耗較多的材 料，以致所完成產品之生產成本較高。 另一原因是廢料，伴生於習常之熱成形技術，包括各 個模製成之物件由於需要使用比模具尺寸爲大之材料板片 而產生之過量料頭，是支撐和鎖定板片於容納模具之真空 箱之窗口所必需。 用習知熱成形方法之料頭和過量消耗材料等問題，甚 至比任何使用特別昂貴之層化材料尤爲嚴重。 所以，用習知方法和習常之熱成形裝置，爲求避免因 材料拉伸所造成相關厚度減薄之問題，必須使用有相當厚 度之塑膠材料板片，比產生模塑物件在理論上所必需者有 較大的尺寸；而且，控制在所模塑物件中材料之拉伸和厚 度，對於具有複雜或特別幾何形狀之物件，顯然極度困難 〇 (三）發明內容 本發明之主要目的是提供一種熱成形方法，藉使能夠 簡化生產程序，同時降低材料之耗用和廢棄。 本發明之其他目的是提供一種以塑膠材料在模具內熱 成形空心體之方法和裝置’能夠達成上述優點，其係利用 一種支撐板片與模具結成一體之系統，使在熱成形當中能 夠預使塑膠板片成形而在特定區域有較大量之材料，同時 使得充份控制厚度和拉伸程度。 -6 - 1271300 本發明之此等目的和優點達成於利用如申請專利範圍 第1項之熱成形方法，相應利用如申請專利範圍第8項之 熱成形裝置。 尤其，根據本發明，提供一種用於在模中熱成形物體 之生產方法，據以加熱於可熱成形之塑膠板片以至於塑化 溫度，使其隨即黏附於模具之陽凸及/或陰陷之成形表面， 包含各步驟： -加熱於材料板片至塑化溫度，保持同一板片於懸掛 狀態，沿其周緣鉗夾； -預先成形已加熱之材料板片使局部符合模具之成形 表面，在預定位置中使板片上至少部分周緣作相對運動， 形成材料到達於預定位置； -使已加熱並預先成形之板片與模具達到對正之狀況 ，使該已預先成形之板片熱成形而黏附於模具之成形表面 〇 以此方式可以在模內不同區域獲得受控制而有差異之 拉伸；而且能夠以各種複雜形狀之模具，利用減少厚度之 塑膠板片，減少材料耗量或成本至達最小。 根據本發明之其他特點，用於以塑膠材料熱成形物體 之裝置已被提供’其係根據熱成形模具和用於支撐塑膠板 片之各種形狀和幾何形式之特別鉗夾框架製成，鉗夾與模 製單元成爲一體之形狀，能夠達成前述各優點。 尤其，裝置包含： -一熱成形模具，具有對應於待熱成形物體形狀之成 1 1271300 形表面； -一用於保持塑膠板片之活動框架，該框架周邊圍繞 模具而延伸；和 -用於夾緊板片周緣，沿保持框架各邊之至少一部分 而設置之鉗夾機構； -裝置亦包含用於支持板片保持框架之機構，該支持 機構被安排符合移動保持框架於相對於模具之舉起位置和 降下位置之間； -其中用於塑膠板片之保持框架至少包含一第一和一 第二框部，可相對移動；和 -控制機構，運轉時連接至該活動框架部位，選擇性 改變框架之配置和幾何形狀與大小，配合模具形狀。 根據本發明方法和裝置之其他特點定義於所附申請專 利範圍。 根據本發明之方法和裝置之種種優點，以及若干較佳 具體例將由附圖作更明確之佐證： (四）實施方式 參照第1圖至第6圖，對於根據本發明裝置以及熱成 形方法各主要步驟之第一具體例作一說明。 在實例中所示，裝置整體以10指示，含有一實質平直 之模具1 1，具有成形穴丨2，由一深穴所構成，其係由一傾 斜表面1 3或另一成形表面接合至模具1丨之一邊i丨，。如所 示情形’模具1 1爲具有模穴1 2之陰模型式；然而模具之 成形表面也可與所示者不同，成爲陽模型式，局部或全部 1271300 凸起。 裝置也含一第一板片保持框架1 4，具有可變之幾何形 狀，用於沿邊緣夾緊可熱成形之塑膠板片。 在所示情形中，用於夾緊塑膠板片1 5之板片保持框架 1 5爲正方形，以框架1 4各邊設於模具1 1周邊外側，然而 顯然框架14之形狀也可與所示者不同而符合模具之幾何 形狀。 板片保持框架1 4轉而由第二框架1 6支持，垂直移動 於模具相對於邊緣之舉起位置與降下位置之間，如第2圖 實例所示，並對應於所附圖式中之第3圖和第6圖。 框架1 6與用於夾緊板片1 5之框架1 4之昇降活動可以 獲自任何控制機構，例如用液壓或氣壓缸，或用適合此項 目的之機械系統。 在第1圖至第6圖所示實施例中，利用兩個伸縮系統 1 7於模具1 1之相對兩側，各個系統1 7含有兩支鉸接桿i 8 、1 9，樞結模具1 1之基底至於框架1 6 ;各系統1 7各桿間 之鉸接點用螺絲套管和螺絲單元2 0連結，由可逆電馬_ 2 1操作。以轉動各螺絲於同一方向或於相反方向，作用於 桿1 8和1 9，即可使兩框架1 4和1 6相對於模具1 1而昇降 〇 如前所述，用於夾緊塑膠板片1 5之保持框架1 6，_ 有可變之幾何形狀，其設計是讓板片1 5之預先成形和材料 之增加，在加熱之後和其設置於熱成形模具內之前，可g 一或多次預先選定模具之成形區域。 -9- 1271300 依據第1圖至第6圖之實施例，用於夾緊板片之框架 1 4可自其適應於模具本身之平直形態開始作幾何變形，框 架1 4之起始形狀證明有利於支撐板片1 5於加熱步驟當中 ，或在板片1 5從適當的夾緊機構並沿加工線所作傳輸至與 模具1 1在結構上和功能上結成一體之轉移當中。 在實施例中表示框架1 4實際上是方形，其外廓和幾何 形狀可藉兩個框架部位間之相對運動而修改；兩部位可以 互相接近或移動。 更準確而言，框架14含有一第一固定之框架部位i4A ，設定於支撐框架1 6 ;和至少一個第二活動框架部位1 4B ;被支撐以供滑動而移向固定之框架部位1 4 A或自其間移 開；液壓或氣壓致動器22被設定於框架1 6側邊並於框架 1 4活動部位1 4b以使於受控制情形下選擇改變後者之II {可 形態和形狀。 框架1 4也備有鉗夾機構2 3，用於沿其周緣或其一部 夾緊並保持塑膠板片。 用於夾緊塑膠板片1 5之鉗夾機構23可被成形於任何 方式並設於框架各部位Μ A和1 4B側邊，沿二或多處相對 側邊之部分或全部邊緣，保持板片1 5於預先設定之各點。 鉗夾機構2 3可爲任何適當形式，例如爲機械、氣動$ 真空或其間之結合。 在第1圖之情形中，用於夾緊塑膠板片1 5之框架i 4 已表不爲平直框架之形狀，含有—個如望遠鏡之、滑g力十牛 1 4 A和1 4 B，保持其平直之配置並亦依幾何學改變形狀。 -10- 1271300 顯然不論在否本發明範圍之內，用於夾緊塑膠板片之框架 1 4之結構及/或配置均爲可能，例如框架1 4可以含有不同 數量之相對活動段，能夠在縱向滑動，及/或相互滾動，並 有角度取向，不排除依據模具特性、形狀和熱成形需要， 有維持框架各段於平直或不同之空間配置。 第3圖至第6圖表示根據所考慮實施例熱成形方法之 主要步驟。 如第3圖所示，一塑膠材料板片1 5，例如來自一加工 線’沿其間已經預熱至第一溫度，在此特定情形中對正模 具1 1 ’沿其周邊用鉗夾機構2 3或相當者保持板片1 5，由 可幾何形態之框架1 4支持。於此狀況，兩個框架部位1 4 A 和1 4B互相分開移動，維持板片1 5於原來平直狀況，其間 用加熱機構2 4使升至適當之塑化溫度；兩框架1 4和1 6亦 在其上昇位置而於模具11之上。 在加熱步驟當中，如第4圖所示，塑膠板片15因重力 逐漸趨向成形，向下面向下垂，在第4圖以15A表示。 如果已加熱的板片1 5在此等狀況中被立即降下抵向 模具Π，並接受真空，顯然下垂部1 5 A將首先到達與模具 右方部位接觸，發生拉伸和失控的原地變形而對應於模穴 1 2之邊緣或各內角，在該處的板片1 5之厚度將傾向於發 生最大的拉伸和薄化，比較所模製物件之其他部分爲甚。

反之’根據本發明，如第5圖所示，在加熱和下垂部 1 5 A成形之後’材料的增加步驟由於材料板片之適當預先 成形發生於模具的預置點或區域，如第5圖中之標記1 5 B -11- 1271300 所示。此可以獲自於移動板片1 5各周緣並使相互接近，使 彼等更密合、上升、降低及/或作角度移動。在第1圖至第 6圖所示實施例之情形中，此可以藉由作用於可變幾何形 狀之框架1 4，帶動活動框架部位1 5 B接近於固定的框架部 位1 5 A而完成。 材料板片1 5之預先成形，藉由直線及/或角度的運動 ，及/或轉動可變幾何形狀之框架1 4各部分，予塑料較大 的裕度以確定與模穴1 2或成形表面接觸，在框架1 4和i 6 之下降運動當不致發生任何實質上之變形，如第6圖實施 例所示。然後已預先成形之板片1 5擱於模上，局部貼接至 其成形表面，不發生實質上之拉伸。 到此時’可以接受真空完成板片之熱成形於已知之方 式，使其完全黏附於模具的成形表面。 在真空成形當中，其爲明顯使材料板片1 0在模具角落 或在若干關鍵性部分少有拉伸現象；如此之拉伸現象可以 藉由微分在保持框架各部分之間的運動；和藉由此特定个青 形中控制在加熱步驟當中下垂部之形成兩者而加以控制。 第7圖至第14圖表示根據本發明裝置之第二實施例和 其他特性，特別適合具有複雜的三維外廓的模具。在各圖 中標記編號與先前實施例所用相似或相當部件所已用者丰目 同；再者，第7圖至第14圖各圖之裝置之操作方法實際上 與前述裝置所用者相同，所不同者在於第二例用於夾緊中反 片1 5之保持框架1 4爲幾何形狀可變於三維方式以使材料 之增加常能符合模具之外廓和形狀。 12- 1271300 在此又再，模具1 1與用於升高支撐框架1 6和改變幾 何形狀之框架1 4之系統1 7整合。框架1 4又在相對兩側設 有一第一固定部位14C ; 一第二活動部位14D，於25與固 定部位1 4 C鉸接而向上作角度轉動於反時針方向如第1 〇 圖所示；且又含有一第三框架部位14E，在25’與中間框架 部位1 4 D作角度轉動於與前一種相反之方向。 在第7圖之情況中，用於夾緊塑膠板片1 5邊緣之框架 1 4設有真空操作之鉗夾機構，環繞作用於板片整個周邊。 在此項連結中，框架1 4含有一圓環形真空框架2 6， 具有兩個向上開的孔隙27，由中間隔板28分開，兩孔隙 用管路2 9連通，用多個吸入孔3 0對正孔隙2 7之縱向，管 路2 9也用可撓軟管或任何其他方式連接至真空源或吸氣 源。 在接近各孔隙2 7之底部，於與吸入孔3 0稍有間隔之 位置，設置一厚度稍窄於同一孔隙之長方形塊3 3，使與孔 隙之底壁形成一狹窄之流道3 2，與孔3 0溝通，促成強大 的吸氣效應，如此解決已證明非常有利於促成一種雙氣壓 力，用於沿整個周緣保持板片。 各圖中之第7圖更淸楚表示本裝置之另一優點，能夠 達成本發明之利益。 如在該圖中所能見，模具1 1有一水滴形狀，或更槪括 而言，一完全不規則之形狀。 在此種模具之情形中，若用習用型式之熱成形裝置， 將需使用方形或長方形之材料板片1 5，換言之，所具有之 -13- 1271300 开夕狀和大小與模具形狀不同而且遠較爲大，如此將增加較 大量的廢料而損失値錢的材料。 根據本發明之另一項特點，模具1 1和用於夾緊塑膠板 片15的框架14，與支撐並升起框架本身之機構一倂構成 一個整體單元，在其中用於夾緊材料板片之框架1 4設於周 邊’緊接鄰近，貼合於模具之形狀。 同樣，可用形狀相當之材料板片1 5，使實質上節省材 料。 從第10圖至第13圖各圖再表示根據本發明熱成形方 法之各個基本步驟。在塑膠板片1 5已對正於模具1 1之後 ’用可變幾何形狀之框架1 4之機構沿邊緣以真空予以保持 ’加熱步驟於如第1 〇圖所示控制方式進行至形成下垂部 1 5 A。 在第1 1圖之下垂部1 5 A形成之後，改變框架1 4之幾 何形狀而進行預先成形和增加的步驟，如第1 2圖所示，操 作壓力缸22，用活節桿系統控制兩個框架部位1 4D和1 4E 向上轉動，其爲被傾斜於實際上符合模具表面1 3之斜度； 框架部位1 4E保持與模具1 1之邊緣平行之情形而同時進行 回轉於與先前相反之方向。 在預先成形和增加步驟完成時，如第1 2圖中所標示 1 5 B，此預先成形之塑膠板片被覆於模具1 1，如第1 3圖， 在隨後之真空成形步驟中發揮材料之最大增加功效。 亦如第1 〇圖至第1 4圖實施例之情形，可變幾何形狀 之框架1 4可以包含若干個框架部位，各個框架部位能夠互 -14- 1271300 相滑動及/或轉動於預先設定之樞軸，或不同之運動，獲得 儘可能與模具圖形相似之預先成形和增加步驟。 第10圖至第14圖表示一種真空操作之夾緊裝置，用 於以可變幾何形狀之框架鉗夾板片1 5，證明其比機械式$ 遠較有利，在其中能夠使塑膠板片1 5，沿著周緣，一面令皮 氣壓保持而另一面完全自由。 此種解決方法證明有利於使塑膠板片被撿起和移動， 在受控制方式中’沿預熱和加入路線，以真空予以支撐， 因而對簡化生產程序有所貢獻。 % 在前述各實施例中，板片1 5在模具1 1上之增加，是 得自於先以重力形成一向下懸垂部於模具1 i上之位置。 . 在本發明範圍內，其他解決方法也有可能：例如，模 具和塑膠板片1 5之位置可將所表示者翻轉，考慮對正材料 板片1 5置於模具1 1下面之位置。 再者’在加熱步驟當中，材料板片1 5以適當的氣壓支 撐’下垂部可被向上形成或完全消失，關係在於熱成形的 要求和模具特性或所產生物件之特性。 — 在真空成形之前和在增加步驟之後，可用適當的成形 塞進行中間的預先成形相。 圖式中之第1 4圖表示模具之其他特點，根據本發明所 形成整體裝置之一部分。 如所表示，模具1 1有一升起邊緣1 Γ，在真空成形當 中抵向板片材料1 5，成爲改善密封之形狀。事實上，可以 · 看出在模具之升起邊緣1 Γ之外面，後者有一較低之步階， · -15- 1271300 使框架1 4能夠相對於模具邊緣1 Γ降低或偏移進入〜向下 之位置。 真空密封可藉沿模具之升起邊緣1 1 1設一孔穴3 1，其 係可以利用多個縱向對正孔隙之吸入孔3 2，或任何其他方 式，連接至真空或空氣吸入源。 因此可以瞭解，參考圖式所示和所已說明者，已經給 予根據本發明之方法和熱成形裝置純爲舉例說明之〜般特 點；在不離所附申請專利範圍之範疇中，可能對方法和裝 置本身做出修改或變更。 (五）圖式簡單說明 第1圖爲頂視圖，表示含有實質爲平直成形模具之裝 置之第一具體例； 第2圖表示第1圖沿2-2線之裝置側視圖； 第3圖表示在加熱步驟當中，第1圖沿線3 - 3之剖面 圖； 第4圖表示與第3圖相似之圖面，表示在加熱步驟結 束時有下垂形成； 第5圖表示與前示各圖相似之圖面，表示預定成形& 步驟； 第6圖再表示與前示各圖相似之圖面，表示在模具內 之熱成形； 第7圖表示第二具體例之頂視圖，使用實質上爲三因 次之成形模具； 第8圖表示用於夾緊第7圖材料板片之保持框架一部 -16- 1271300 分之放大圖； 第9圖表示第8圖沿線9 - 9之剖面圖； 第1 〇圖表示第7圖沿線1 0 -1 0，在加熱步驟當中之剖 面圖； 第11圖表示在下垂形成當中，與第10圖相似之圖面 第12圖表示在預先成形步驟當中與前示各圖相似之 剖面圖； 第1 3圖再表示與前示各圖相似，在熱成形步驟中之剖 面圖； 第1 4圖表示第1 3圖模具右側之放大細部圖。 主要元件符號說明 10 整 體 Π-ϋ 裝 置 11 模 具 11' 模 具 邊 緣 12 模 穴 成 形表面 13 斜 向 表 面 14 抓 持 框 架 1 4 A 框 架 部 位 1 4B 框 架 部 位 1 4C 框 架 部 位 1 4D 框 架 部 位 1 4E 框 架 部 位 1 4F 框 架 部 位 -17- 1271300 15 板片 1 5 A 下垂部 16 支持框架 17 伸縮系統 18 活節桿 19 活節桿 20 螺旋單元 2 1 電馬達 22 致動器 23 鉗夾機構 24 加熱機構 2 5,2 5’ 参父接部 26 環形真空框架 27 孔隙 28 隔板 29 管路 30 吸氣孑L 3 1 長方形桿 32 窄流道

Claims (1)

1271300 十、申請專利範圍： 1 . 一種製造熱成形物體之方法，根據此方法可熱成形塑料 之板片（1 5 )加熱至塑化溫度，隨後使黏附於模具（1 1 )之成 形表面，所含步驟爲： -加熱於板片材料（1 5)至塑化溫度，沿其周緣抓持 ，維持懸吊狀態； -藉由板片（1 5)至少部分周緣作相對運動，至少部 分符合模具（1 1)之成形狀，促成已加熱之塑料板片（1 5 ) 預先成形而增加材料； -帶動已加熱且已預先成形之板片（15)達於與模具 (1 1)對正之狀態，以真空使該已預先成形之板片（15)黏附 於模具（11 )之成形表面而成形。 2 ·如申請專利範圍第1項製造熱成形物體之方法，其中於 加熱步驟當中，進行塑膠板片材料（15)之增加步驟，促 使於受控制方式中形成下垂部（1 5 A)。 3 ·如申請專利範圍第2項製造熱成形物體之方法，其中於 加熱步驟當中因重力形成一向下面對之下垂部（1 5 A)。 4 ·如申請專利範圍第2項製造熱成形物體之方法，其中在 加熱步驟當中以氣壓支撐材料板片形成向上面對之下垂 部（15A)。 5 .如申請專利範圍第1項製造熱成形物體之方法，其中於 增加步驟之後用成形塞使板片材料（1 5)預先成形。 6 ·如申請專利範圍第1項製造熱成形物體之方法，其中沿 周緣抓持板片材料（1 5)是用可改變幾何形狀之鉗夾框架 -19- 1271300 (1 4 )，其包含活節及/或縱向滑動各框架部位（1 4 A、1 4 B ;14C、14D、14E)，和用鉗夾框架（14)在框架各部位（14A 、14B; 14C、14D、14E)之間相對運動而促成板片材料 (1 5 )之增加。 7 .如申請專利範圍第1項製造熱成形物體之方法，其中以 結合滑動及/或轉動等活動用於拉近、提起及/或放下塑 膠板片（15)之邊緣，進行已加熱板片材料（15)之增加步驟 〇 8 . —種從塑料板片（1 5)製作熱成形物體用之裝置，包含： -一熱成形模具（11)，具有板片成形表面（12); -一活動的板片鉗夾框架（1 4)，用於抓持板片（1 5) ，該鉗夾框架（1 4)向周邊延伸而圍繞模具（1 1 )，和 -各鉗夾機構（23、26)，用於沿鉗夾框架（14)之至少 一部分夾緊板片（1 5 )之周緣； -該裝置亦含有用於支持鉗夾框架（1 4)的支撐機構 (16)，該支撐機構（16)被定位並適應移動鉗夾框架（14)於 相對於模具（Η )而提升和下降之位置之間； •且在其中之鉗夾框架（14)具有一種幾何學上可變 之形狀，至少備有一第一和一第二框架部位（1 4 A、1 4B ;1 4 C、1 4 D、1 4 E)，相對互相活動； -控制機構活動連接該活動的框架部位（1 4 B、1 4 D) ，選擇改變其位置以符合模具（1 1)之成形表面（1 2)。 9 .如申請專利範圍第8項之裝置，其中可變幾何形狀之鉗 夾框架（14)包含用於沿至少一部分周緣夾緊塑膠板片（15) 1271300 之鉗夾機構（23、26)。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之裝置，其中用於夾緊塑膠板片 (15)之鉗夾機構（23)爲機械式。 1 1 .如申請專利範圍第9項之裝置，其中用於夾緊塑膠板片 (15)之鉗夾機構（2 6)是真空操作式。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之裝置，其中用於抓持塑膠板片 (15)之可變幾何形狀之框架（14)包含設置於同一平面之 可滑動及/或樞設連接之各框架部位（1 4 A、1 4 B ; 1 4 C、 14D、14E)。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該真空操作式鉗夾 機構至少含有一沿鉗夾框架（1 4)前側面於頂上開口之孔 隙（2 7)，該孔隙（2 7)以多個空氣吸入孔（30)連接至一管路 (29卜 1 4 ·如申請專利範圍第8項之裝置，其中可變幾何形狀之鉗 夾框架（1 4)具有備有可連接至一空氣吸入源之縱向孔隙 (27)之周緣。 1 5 .如申請專利範圍第8項之裝置，其中可變幾何形狀之鉗 夾框架符合模具（1 1)周緣之幾何圖形。 1 6 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中可變幾何形狀之鉗 夾框架（1 4)含有一第一和一第二頂上開口之吸入孔隙， 平行延伸於沿相對側面，且在其中一寬度小於各孔隙（2 7) 之桿（3 1)設於稍與各孔隙隔開而在底壁之上，該桿（31) 與底壁共同界定一狹窄之空間通道而與該等空氣吸入孔 (30)連通。 -21-