TWI402156B - 採用熱塑性材料製作管狀體的方法及其裝置 - Google Patents

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Description

採用熱塑性材料製作管狀體的方法及其裝置
本發明涉及利用熱塑性材料進行製作加工件的方法及其裝置，尤其是指利用熱塑性材料製作管狀體的方法及其裝置。
目前，在注塑行業加工的管狀物體，由於模具是固定的，其加工出來的管狀體的壁厚也是依據模具設定好的，不會改變。因此，為了加工不同壁厚的管狀物體，就需要製作不同的模具，很不經濟。
為了解決上述慣用技術的缺陷，本發明人經過不斷研發和試驗，終於開發出本發明的方法和裝置。
本發明的目的是提供一種採用熱塑性材料製作管狀物體的方法，通過該方法，例如一個風箱，可以製作出不同壁厚的管狀物體。
本發明的另一目的是提供一種採用熱塑性材料製作管狀物體的裝置，透過該裝置，可以沿管狀體長度方向調整其壁厚。
為了達成上述目的，本發明提供方法技術方案是提供一種採用熱塑性材料製作管狀物體的方法，其包括步驟如下：a注射步驟：透過一帶有柱塞的擠壓裝置將注射特定量的熱塑性材料由柱塞路徑透過一具有塑模主體的塑模，以便形成一管狀物體； b擠壓步驟：通過一撤回單元由一臨近塑模的初始位置沿著其運動方向遠離該塑模，以便在擠壓過程中，導引塑模中形成的管狀物體，該撤回單元經過的路徑距離決定了管狀物體的長度；擠壓步驟中，一控制單元用以根據預先設定的調整管狀物體沿著其長度方向的壁厚的程式控制塑模主體、柱塞和撤回單元的運動；該撤回單元的運動根據撤回單元路徑上的可隨意調整的速度曲線分佈圖進行；該柱塞的運動根據柱塞路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行；該塑模主體的運動根據撤回單元或柱塞路徑上的可隨意調整的位置曲線圖進行，因此塑模主體的運動進行持續的時間可以和撤回單元或柱塞的運動相同。
本發明的裝置技術方案是提供一種採用熱塑性材料製作管狀物體的裝置，其包括一塑模，一擠壓裝置，一撤回單元，一控制單元；該塑模，具有一個塑模型槽和一個塑模主體，在該塑模型槽和該塑模主體間形成一塑模流道，該塑模流道終止於一環形模口，該塑模主體可以相對該塑模型槽運動，以便變更該模口的橫截面；該擠壓裝置，具有一柱塞，該柱塞在其運動過程中擠壓出特定量的熱塑性材料經過該塑模流道通過該塑模，以便形成一個管狀物體； 該撤回單元，由一個臨近該塑模的初始位置沿其運動方向遠離該塑模，以便在擠壓過程中，導引該塑模中形成的管狀物體，該撤回單元的路徑距離決定了該管狀物體的長度；該控制單元，根據可預先設定地調整該管狀物體沿著其長度方向的壁厚的程式控制該塑模主體、該柱塞和該撤回單元的運動；上述該塑模主體、該柱塞、該撤回單元分別與一驅動裝置連接，在該驅動裝置作用下，使該塑模主體、該柱塞及該撤回單元運動；及該撤回單元的運動根據該撤回單元路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行；該柱塞的運動根據該柱塞路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行；該塑模主體的運動根據該撤回單元或該柱塞路徑上的可隨意調整的位置曲線圖進行，因此該塑模主體的運動進行持續的時間可以和該撤回單元或該柱塞的運動相同。
此處揭露之裝置，為了這些運動，提供控制裝置給該塑模主體、該柱塞及該撤回單元，其包含有一個電腦和路徑感應器，該電腦根據一個預定程式控制該三個驅動裝置。進行控制因此撤回單元的速度增加在其起始運轉且在其接下來的運轉皆可被控制。該模口的開口寬度被控制，以一種疊加在撤回單元一個不斷控制的速度特徵之上的振盪的方式使得其增加和減少，因此所形成的壁面的厚度可以被波浪式改變，以這種方式生產出的物體是管狀物體預成型件，例如一個風箱的預成型件。
本發明在於開發出此種類型的方法及裝置用以採用任何方式形成的熱塑性塑膠材料製作管狀物體，因此，可形成一個沿物體長度方向精確地可調整的壁面厚度。
關於本發明，撤回單元、柱塞及塑模主體的運動均被控制，因此根據撤回單元路徑之上的一個隨意可調整的速度曲線圖操作撤回單元，根據柱塞路徑之上的一個隨意可調整的速度曲線圖運轉柱塞及根據撤回單元或柱塞路徑之上的一個隨意可調整的速度曲線圖塑模主體運轉塑模主體，因此塑模主體的運轉與撤回單元或柱塞的運轉持續時間相同。
以這種方式，一方面柱塞的速度特徵和另一方面撤回單元的速度特徵可以相互獨立自由調整，同時塑模主體的運動可跟隨柱塞或撤回單元的運動以進行模口的變更。
因為柱塞和撤回單元的速度曲線圖可以被自由調整，削弱生產精度的影響因素，如塑化塑膠材料的後膨脹，或管狀物體的下垂，在設定步驟時已被最優先考慮過。以這種方式，管狀物體的壁的厚度及因此形成的成品管狀物體壁的厚度沿著它們的長度被調整並具有極高的精度。
本發明的方法使得撤回單元與柱塞同時開始動作但非同步運轉成為了可能，因此撤回單元的運轉持續時間與柱塞的運轉持續時間不同。結果，如前所述，可以最優先考慮減少工藝步驟的因素。基本上，然而，一個自動的柱塞和注塑模的自動同步運轉是同樣可能的。最後，調整該控制單元使得撤回單元的速度曲線圖可以自動調整適應柱塞運動的速度曲線圖，反之亦然，以便使得 撤回單元運動和柱塞運動的持續時間相同。其具有以下優點，隨著柱塞速度曲線圖的改變，不需要進一步手動調整撤回單元運動的曲線圖。而且，採用本發明方法製成的管狀物體是製作為一個吹塑模工藝的一個粗加工品，在該吹塑模工藝中，例如，可以由該粗加工品製作一個風箱。然而參考根據本發明方法採用熱塑性性材料製成的任何管狀物體，壁厚可以順沿其長度方向變更且可以實現高精度調整。
本發明未盡事宜，請參考本發明人的EP 0 535 254 B1專利。
為了實現本發明的技術方案，針對本發明所採用的技術，手段和效果茲舉一較佳實施例並結合圖式詳細說明如下：先進行本發明之裝置介紹：
第1圖所示的裝置的主要結構已由本發明人的EP 0 535 254 B1專利所揭示，以下僅就於木發明的基本構件進行說明：
第1圖中的裝置包含有一擠壓裝置2，一塑模4，一撤回單元6和一吹塑模8。
該擠壓裝置2，其與該塑模4之塑模流道16連通，包括一柱塞10，該柱塞10可以線性方式位移，經由該塑模4以噴射熱塑化材料。
該塑模4，包括一塑模型槽12，一個設於內部的且呈部分圓錐形的塑模主體14，及設置於兩者之間的一個塑模流道16，該塑模流道16終止於一個環形模口17；如雙箭頭所示，塑模主體14可以相對塑模型槽12直線運動，以便變更模口17的橫截面。
該撤回結構6，包括有一模體18，一個吹軸20，及一個模腔22，該模腔22設置於模體18和吹軸20之間，該模腔22與該塑模流道16連通；如雙箭頭所示，該撤回單元6在該塑模4的縱軸方向上以直線方式往復運動；該吹塑模8，具有兩個半具吹塑模24(圖示僅顯現了一個)，且同樣由一個雙箭頭所指示，該兩個半具吹塑模24可以沿著該塑模4和該撤回單元6的縱軸的橫向方嚮往復運動；為了移動柱塞10，塑模主體14和撤回單元6，分別設置有一個活塞圓筒式的液壓驅動裝置26、28、30與其連接，且其各自的加壓分別受控於一個控制閥32、34、36；一控制單元，參看第1圖和2圖，其包括路徑感應器38、40、42，一電腦44、及控制閥32、34、36；該路徑感應器38、40、42分別設置於柱塞10、塑模主體14和撤回單元6的適當位置處，分別感應其運動狀態，並將其感應訊號輸出給電腦44，該電腦44作為生產控制單元，該電腦44根據預先設定的調整管裝物體沿著其長度方向的壁厚的程式將控制訊號輸出到一控制器，該控制器為分別對柱塞10，塑模主體14和撤回單元6的運動進行控制的控制閥32、34、36，籍由該各控制閥32、34、36分別將控制訊號輸出到驅動裝置26、28、30，以達到控制柱塞10、塑模主體14及撤回單元6的運動狀態的目的。
上述為本發明的裝置的結構位置說明，下面就作業方法及其作業原理進行詳細闡述：a注射步驟：在開始生產管狀體K時，撤回單元6吹軸20位 於初始位置且靠近於塑模4，然後柱塞10通過驅動裝置26在噴射方向移動，由此，特定量的熱塑化材料被從一個熔化器中壓出經該塑模流道16穿過模口17並到達該模腔22，管狀物體K的頭部在撤回單元6的模腔22中通過注射工藝形成；b擠壓步驟：在頭部形成後，實施擠壓工藝，在該撤回單元6透過其驅動裝置30由初始位置移動並遠離塑模4，這樣，該撤回單元6引導該管狀物體K依附於其頭部，撤回單元6的路徑決定了管狀物體K的長度；在擠壓工藝中，驅動裝置28使得該塑模主體14相對該塑模型槽12移動，以便根據將要調整的管狀物體K的厚度變更模口17的橫截面，在擠壓工藝最後，該管狀體K的末端被塑模主體14收斂抵靠於塑模型槽12；為了控制柱塞10，塑模主體14和撤回單元6的運動，本實施例中提供一個控制單元其不僅為柱塞10，塑模主體14和撤回單元6的運動設有路徑感應器38、40、42，且設有一台電腦44(第2圖)作為生產控制單元。如圖2所示，路徑感應器38、40、42的輸出信號提供給電腦44，該電腦44具有一個控制器，該控制器為控制閥32、34、36，該控制閥32、34、36分別與驅動裝置26、28、30連接，且因而為驅動裝置26、28、30產生控制信號，以下進行詳細說明：柱塞10、塑模主體14和撤回單元6的運動參考值曲線儲存於電腦44中，例如第3圖至5圖所述；如第3圖所示，一個關於撤回單元6運動的撤回單元路徑上 的速度曲線圖PZ 參考曲線，該速度曲線圖PZ 代表了該撤回單元6在其路徑上的參考速度，該速度與該路徑採用百分數形式表示提供；如第4圖所示，一個速度曲線圖PS 的參考曲線為柱塞10在其路徑上的速度，速度和路徑同樣採用百分數形式提供；如第5圖所示，為根據撤回單元6的路徑或柱塞10的路徑，確定的塑模主體14一個位置曲線圖PD 形式的參考點曲線，為塑模主體14的運動預先設定位置(路徑)而不是速度；第3圖到5圖中的圖表，代表速度曲線圖PZ ,PS 和位置曲線圖PD 的實例，事實上，這些曲線圖(參考值曲線)都可以被隨意調整，以便能最優適應各應用中的撤回單元、柱塞和塑模主體的運動；最好分別對曲線圖PZ ,PS ，PD 多段調整，在已揭露的實施例中選擇101段，然而，也可以選擇不同的段數；柱塞10和撤回單元6的速度的實際值可透過路徑感應器38、42的信號檢測出，其可以透過路徑感應器38、42本身或透過電腦44執行，路徑感應器40的路徑信號可以直接作為塑模主體14的位置實際值使用；電腦44的控制器使用路徑感應器產生的實際值和存儲的速度曲線圖PZ,PS 和位置曲線圖PD 的參考值，可以決定控制信號，這樣可以控制控制閥從而控制柱塞10，塑模主體14和撤回單元6的驅動裝置26、28、30，因而撤回單元6、柱塞10及塑模主體可以根據各速度曲線圖PZ ,PS 或位置曲線圖PD 運動； 撤回單元6的速度曲線圖和柱塞10的速度曲線圖可以自由調整，從而互相獨立，因此撤回單元6和柱塞10的運動不需共同執行，他們運動的持續時間和開始與結束因此可以不一致，在該裝置用於生產風箱的實施例子中，例如該速度曲線圖PZ 和PS 選擇撤回單元6和柱塞10同時開始運動，但是在不同的時間結束；如前所述，然而，在撤回單元6和柱塞10的運動間的一個自動的同步是可能的，因此可以確定柱塞10的持續時間和撤回單元6的持續時間是可以相等的；到最後，電腦44可以被編程使得其可以在兩個操作狀態中被調整，在一個操作狀態中，該速度曲線圖PZ 和PS 可以互相獨立調整，在另一個操作狀態下，電腦44的程式自動使得該撤回單元的速度曲線圖PZ 適應柱塞的速度曲線圖，反之亦然，以便使得柱塞和撤回單元的運動持續時間相等。如果，例如，改變該柱塞速度曲線圖PS ，以便生產具有不同壁厚度的一個管狀物體K，該程式將自動改變撤回單元的速度曲線圖，以使撤回單元和柱塞的運動有相同的持續時間；因為塑模主體的位置曲線圖PD 根據撤回單元6的路徑或柱塞10的路徑確定，該塑模主體14如同一個“奴隸”，跟隨撤回單元或柱塞運動而運動；速度曲線圖PZ ,PS 和位置曲線圖PD 允許一個減少生產步驟的影響的最優先考量，例如塑膠材料的隨後膨脹或管狀管狀物體K的下垂；一個顯著的關鍵點在於頭部(模腔22)和管狀物體K的中間 部分之間的過度。由第3圖和第4圖的圖表可知，透過一個在擠壓工藝中的非常特殊的曲線特徵可以解決該困難；由管狀物體K製造的風箱的末端通常必須透過一個特殊切割工藝切斷，以獲得一個乾淨的風箱的尾部，本發明用於控制撤回單元6和柱塞10速度和塑模主體14的位置的方法可以精確減少將要切斷管狀物體K部分壁的厚度而不會減少影響切斷部分和管狀物體K保留部分間的過度的壁厚，可從第3圖到第5圖的圖表中發現正確選擇速度和位置曲線圖PZ ,PS 和PD 的實例，因此在切斷工藝中產生的不良數量可以顯著降低。
進一步參考第3圖到5圖中圖表所示的曲線僅作為被選擇生產一個特殊的風箱的可能曲線圖的實例，為了生產其他風箱，特別是生產其他的管狀物體，PZ ,PS ，PD 曲線圖的自由調整可以具有完全不同的曲線特性。
採用本發明方法和裝置製成的管狀物體作為製作一個吹塑模工藝的粗加工品，在該吹塑模工藝中，例如，可以由該粗加工品製作一個風箱，然而，根據本發明方法採用熱塑性材料可製成任何管狀體，其壁厚可沿著其長度方向變更且可以實現高精度調整。
2‧‧‧擠壓裝置
10‧‧‧柱塞
4‧‧‧塑模
12‧‧‧塑模型槽
14‧‧‧塑模主體
16‧‧‧塑模流道
17‧‧‧模口
6‧‧‧撤回單元
18‧‧‧模體
20‧‧‧吹軸
22‧‧‧模腔
8‧‧‧吹塑模
24‧‧‧半具吹塑模
26‧‧‧驅動裝置
28‧‧‧驅動裝置
30‧‧‧驅動裝置
32‧‧‧控制閥
34‧‧‧控制閥
36‧‧‧控制閥
38‧‧‧路徑感應器
40‧‧‧路徑感應器
42‧‧‧路徑感應器
K‧‧‧管狀物體
44‧‧‧電腦
PZ ‧‧‧速度曲線圖
PS ‧‧‧速度曲線圖
PD ‧‧‧位置曲線圖
第1圖 本發明製作管狀物體裝置的剖面示意圖。
第2圖 第1圖中所示裝置之控制單元的圖解示意圖。
第3圖 第1圖中撤回單元運動路徑之速度曲線圖。
第4圖 第1圖中柱塞運動路徑之速度曲線圖。
第5圖 第1圖中塑模主體運動路徑之位置曲線圖。
2‧‧‧擠壓裝置
10‧‧‧柱塞
4‧‧‧塑模
12‧‧‧塑模型槽
14‧‧‧塑模主體
16‧‧‧塑模流道
17‧‧‧模口
6‧‧‧撤回單元
18‧‧‧模體
20‧‧‧吹軸
22‧‧‧模腔
8‧‧‧吹塑模
24‧‧‧半具吹塑模
26‧‧‧驅動裝置
28‧‧‧驅動裝置
30‧‧‧驅動裝置
32‧‧‧控制閥
34‧‧‧控制閥
36‧‧‧控制閥
38‧‧‧路徑感應器
40‧‧‧路徑感應器
42‧‧‧路徑感應器
K‧‧‧管狀體

Claims (10)

  1. 一種利用一種裝置採用熱塑性材料製作管狀物體的方法，係包括：一塑模，具有一個塑模型槽和一個塑模主體，在該塑模型槽和該塑模主體間具有一塑模流道，該塑模流道終止於一個環形模口，該塑模主體可以相對該塑模型槽運動，以便變更該模口的橫截面；一擠壓裝置，具有一柱塞，該柱塞在其運動過程中擠壓出由該塑模流道通過該塑模所定的特定量之熱塑性材料，以便形成一個塑膠管狀物體；一撤回單元，由一個臨近該塑模的初始位置沿其運動方向遠離該塑模，以便在擠壓過程中，導引該塑模中形成的管狀物體，該撤回單元的路徑決定了該管狀物體的長度；及該撤回單元、該塑模主體及該柱塞分別設有一路徑感應器，各路徑感應器分別測定該撤回單元、該塑模主體及該柱塞的路徑信號，且各路徑感應器的路徑信號提供給一控制單元，該柱塞及該撤回單元的運動速度實際值、以及塑模主體的位置由各路徑感應器的路徑信號測定；該控制單元，根據一預先設定地調整該管狀物體沿著其長度方向的壁厚的程式控制該塑模主體、該柱塞及該撤回單元的運動； 該方法包括步驟：調整並儲存該撤回單元、該柱塞及該塑模主體的運動參考值曲線，其中：該撤回單元的運動參考值曲線係該撤回單元路徑上的可隨意調整的速度曲線圖；該柱塞的運動參考值曲線係該柱塞路徑上的可隨意調整的速度曲線圖；該撤回單元的速度曲線圖及該柱塞的速度曲線圖可以自由調整，從而互相獨立；該塑模主體的運動參考值曲線係該塑模主體或柱塞路徑上的位置曲線圖；基於產生的實際值和存儲的參考值決定該柱塞、該塑模主體及該撤回單元的控制信號；根據決定的控制信號分別控制該柱塞、該塑模主體及該撤回單元的驅動裝置；該撤回單元的運動係根據該撤回單元路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行，該柱塞的運動係根據該柱塞路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行；以及該塑模主體的運動係根據該撤回單元或該柱塞路徑上的可隨意調整的位置曲線圖進行，因此該塑模主體的運動進行持續的時間可以和撤回單元或柱塞的運動相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該撤回單元和該柱塞的運動速度曲線圖可以被調整，使得該撤回單元 的運動持續時間與該柱塞運動持續時間不一致。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該撤回單元和該柱塞的運動速度曲線圖可以被調整，使得該撤回單元的運動持續時間與該柱塞運動持續時間相一致。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中，該控制單元可以被調整，以使該撤回單元的速度曲線圖自動適應該柱塞運動的速度曲線圖，以便使得撤回單元和柱塞運動的持續時間一致。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，調整該撤回單元和該柱塞的運動速度曲線圖，使得該撤回單元和該柱塞同時開始運動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該撤回單元和該柱塞的運動速度曲線圖和該塑模主體運動位置曲線圖可以分別多段調整。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，在擠壓步驟開始前，在該撤回單元中，已注射成型一頭部，其中該管狀物體被該撤回單元在擠壓工藝中導引。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該管狀物體作為吹塑模工藝一個粗加工品。
  9. 一種利用熱塑性材料製作管狀體的裝置，其包括一塑模、一擠壓裝置、一撤回單元、一控制單元； 該塑模，具有一個塑模型槽和一個塑模主體，在該塑模型槽和該塑模主體間形成一環形模口，該塑模主體可以相對該塑模型槽運動，以便變更該模口的橫截面；該擠壓裝置，具有一柱塞，該柱塞在其運動過程中擠壓出由該塑模流道通過該塑模所定的特定量之熱塑性材料，以便形成一個塑膠管狀物體；該撤回單元，由一個臨近該塑模的初始位置沿其運動方向遠離該塑模，以便在擠壓過程中，導引該塑模中形成的管狀物體，該撤回單元的路徑距離決定了該管狀體的長度；該撤回單元、該塑模主體及該柱塞分別設有一路徑感應器，各路徑感應器分別測定該撤回單元、該塑模主體及該柱塞的路徑信號，且各路徑感應器的路徑信號提供給一控制單元，該柱塞及該撤回單元的運動速度實際值、以及塑模主體的位置由各路徑感應器的路徑信號測定；該控制單元，係利用一預定的程式控制該塑模主體、該柱塞及該撤回單元的運動，該控制單元適應於調整並儲存該撤回單元、該柱塞及該塑模主體的運動參考值曲線，如是：該撤回單元的運動參考值曲線係根據該撤回單元路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行；該柱塞的運動參考值曲線係根據該柱塞路徑上的可隨意調整的速度曲線圖進行； 該塑模主體係根據該撤回單元或該柱塞路徑上的可隨意調整的位置曲線圖移動，因此該塑模主體的運動進行持續的時間可以和該撤回單元或該柱塞的運動相同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該控制單元包含：一個具有控制器的電腦，該電腦接受來自上述各路徑感應器的感應訊號，依靠在該電腦中預先設定的該撤回單元和該柱塞運動速度曲線圖和該塑模主體運動位置曲線圖之參考值和接收到實際值之間的區別，產生控制該撤回單元，該柱塞和該塑模主體的驅動裝置的控制信號。
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