Термоформование полимеров

Фиг. 7 показывает поперечное сечение через другое устройство для перфорирования гладких закрытых поверхностей пенопластового открытопористого листа, термоформованного в изделие или в емкость. Установленная неподвижно форма 39 включает плиту основания 40 и пуансон 47, в котором расположено некоторое количество игольных поршней 51. Пуансон 47 имеет поперечное сечение, соответствующее формуемому изделию, с боковыми стенками 46 и дно 45. В неподвижной плите основания 40 размещены расположенные друг над другом и параллельно друг другу каналы 41, 42, 43 для охлаждающей среды, вакуума и для рабочей среды. Каналы 41 - 43 с одной стороны закрыты заглушками 48, которые снабжены уплотнениями.

На фиг. 7 схематически изображен пенопластовый лист 16, который прилегает к верхней стороне пуансона 47. Игольные порции 51 внутри пуансона 47 направлены перпендикулярно по отношению к боковым стенкам 46 и дну 45 изделия. Когда иглы 52 выдвигаются из игольных поршней 51 и перфорируют пенопластовый лист 16, то достигается то преимущество, что перфорация боковых стенок 46, как и перфорация дна 45, осуществляется перпендикулярно этим поверхностям. Благодаря этому перфорация, особенно в областях боковых стенок, может осуществляться на большую глубину, чем при мембранной пластине, согласно ранее упомянутой немецкой патентной заявке, так как при этой мембранной пластине все иглы могут выдвигаться в одном и том же перпендикулярном дну изделия направлении, так что расположенные наклонно относительно дна боковые стенки перфорируют со скосом по отношению к их поверхностям. Другое преимущество получается благодаря тому, что отверстия в боковых стенках имеют в основном круглую форму, в то время как при мембранной пластине они овальные или удлиненные, благодаря чему снижается стабильность боковых стенок. Тем самым снижается опасность повреждения поверхности наклонных боковых стенок изделия.

Применение  игольных поршней 51 позволяет осуществлять перфорацию на различную  глубину отверстий  в боковых стенках  и в дне изделия. Так, например, можно  перфорировать дно  на глубину 3 мм, а  боковые стенки - в диапазоне от 2,5 до 3 мм.

Канал 42 для создания вакуума  с помощью по меньшей мере двух вертикальных отверстий для создания вакуума 50 соединен с внутренней частью пуансона 47. На нижней стороне пуансона 47 находится распределительный канал 49, который через вертикальные отверстия 44 соединен с каналом 43 для рабочей среды. Под рабочей средой в общем понимается сжатый воздух. Игольные поршни 51 непосредственно соединены с распределительным каналом 49, так что при нагрузке распределительного канала 49 через канал 43 сжатым воздухом каждый из игольных поршней нагружается сжатым воздухом. Благодаря этому достигается, что иглы 52, как будет описано далее на основе фиг. 8 более подробно, выдвигаются и перфорируют дно и боковые стенки сформованных из пенопластовой полосы 16 изделий.

Как показано на фиг. 8, отдельный игольный поршень 51 состоит из Т-образной направляющей 54, иглы 52, пружины сжатия 53, цилиндра поршня 59 и находящегося в цилиндре поршня поршневого кольца 55. Т-образная направляющая 54 имеет наружную резьбу и с помощью этой наружной резьбы ввинчена в цилиндрическое полое пространство 60 внутри пуансона 47. Это полое пространство с помощью буртика 57 уплотняется по отношению к другому цилиндрическому полому пространству 61 с меньшим диаметром, которое непосредственно связано с распределительным каналом 49. Направляющая 54 изготовлена, например, из латуни, алюминия или другого металла, может быть, однако, изготовлена из пластмассы. Пружина сжатия 53 одним концом расположена на нижней стороне Т-образной направляющей, а другим концом прилегает к верхней стороне поршневого кольца 55. Поршневое кольцо 55 находится в нижней части полости 60 и уплотнено относительно боковых стенок полости 60 с помощью уплотнения 58, например уплотнительного кольца.

Верхний конец поршневого цилиндра 59 прилегает  к горизонтальной нижней стороне Т-образной направляющей 54, в  то время как нижний конец поршневого цилиндра опирается  на буртик полости 60 в пуансоне 47. Пружина  сжатия окружает иглу 52, которая своим  острием скользит внутри отверстия 56 направляющей 54. Конец  иглы закреплен в  поршневом кольце 55. Исходным материалом для игл 52 являются так называемые расходуемые  штифты из хромоникелевого  сплава согласно ДИН 1530Д или ДИН 9861. Эти расходуемые штифты режут на нужную длину и снабжают острием, угол раскрытия которого составляет от 10 до 60^o, в частности 30^o. Другие предпочтительные углы раскрытия для игл 52 составляют 23^o или 17^o.

Иглы  в общем случае никелированы. Пружина  сжатия 55 обеспечивает, чтобы при отключении подачи рабочей среды  к распределительному каналу 49 иглы 52 в  комплекте вдвигались в пуансон 47 или  в блок, который  образует пуансон. Так как при отключении подачи рабочей среды давление на нижней стороне поршневого кольца 55 отсутствует, то усилия пружины сжатия 53 достаточно, чтобы поршневое кольцо 55 прижать вниз до прилегания к буртику 57 и таким образом также прижать вниз расположенные или закрепленные в поршневом кольце 55 иглы 52 по фиг. 8 так, чтобы острие иглы оказалось внутри отверстия 56 направляющей 54.

Можно представить себе также вариант  выполнения, который  обходится без  пружины сжатия, причем поршневое кольцо 55 после отключения рабочей среды  подвергается пониженному  давлению и поэтому  оттягиваются обратно  вниз до прилегания к буртику 57 и таким образом игла 52 вдвигается. Для этого между каналом 43 давления, каналом для вакуумирования 42 и подсоединительным отверстием для создания вакуума 50 можно подключить переключаемый трехходовой клапан. Этот трехходовый клапан осуществляет переключение с канала создания давления на канал создания вакуума для возвращения игл в первоначальное положение.

Перфорация  термоформованного  изделия протекает  следующим образом.

Как только пенопластовый лист 16 будет наложен  на пуансон 47, пуансон  и не показанная здесь  матрица закрываются  и как через  пуансон, так и  через матрицу  на пенопластовом  листе 16 создается  вакуум. С помощью этого вакуума продукт, будь это изделие или емкость, формуется на 100%. Пуансон и матрица непрерывно охлаждаются или выдерживаются при определенной температуре, и по истечении заданного времени охлаждения через канал 43 для рабочей среды давления толчками подается воздух в распределительный канал 49 и таким образом все игольные поршни 51 в пуансоне 47 одновременно нагружаются сжатым воздухом. Этот сжатый воздух прижимает поршневое кольцо 55 против воздействия усилия пружины 53 в полость 60, так что острия игл 52 выступают от поверхности пуансона 47 и перфорируют дно 45 и боковые стенки 46 изделия. Пружина сжатия 53 при этом процессе находится в сжатом состоянии благодаря давлению сжатого воздуха. Затем трубопровод подачи сжатого воздуха освобождается от воздуха, и пуансон и матрица снова открываются. Поршневое кольцо 55 при удалении воздуха из трубопровода подачи сжатого воздуха освобождается от давления так, что пружина сжатия 53 может поджать поршневое кольцо 55 вниз до прилегания к буртику 57, благодаря чему острия игл 53 возвращаются обратно в отверстия 53 направляющих 54, и может начинаться следующий процесс перфорирования. 2 Фиг. 9 показывает разрез через другое устройство для перфорирования гладкой закрытой поверхности пенопластового листа, называемое далее "перфорационной установкой" Перфорационная установка 90 состоит из рамы основания 77, на которой закреплены вертикальные направляющие штанги 72, с возможностью перемещения вдоль которых установлена монтажная плита 75. На верхнем кольце направляющих штанг 72 смонтирована прижимная плита 70, которая может устанавливаться на различную высоту на направляющих штангах 72. Прижимная плита 70 может фиксироваться в своем положении с помощью крепежных гаек 92, которые прилегают в каждом случае к верхней и нижней стороне прижимной плиты 70. На монтажной плите 75 расположена форма 78, которая состоит из плиты основания 74 и перфорационных блоков 73.

Транспортируемый  от установки термического формования к установке  перфорирования 90 пенопластовый  лист с термоформованными  изделиями 71, как, например, изделия или емкости, прилегают по горизонтали  к нижней стороне  прижимной плиты 70, а монтажная плита 75 с перфорационными  блоками 73 может затем  настолько приподняться в направлении  прижимной плиты  или пенопластового листа, чтобы расположение в перфорационных блоках иглы могли  проникнуть во внутреннюю сторону изделий. Высота, на которой прижимная плита 70 фиксируется в своем положении на направляющих штангах 72, зависят от соответствующей глубины изделий. С различной глубиной изделий изменяется также в каждом случае положение по высоте прижимной плиты 70 на направляющих штангах 72. Благодаря этому можно в каждом случае сохранить неизменным ход монтажной плиты 75, если от партии к партии изменяется глубина изделия.

На раме основания 77 расположены  электропневматические  или электромеханические  приводные цилиндра 76, поршневые штоки 91 которых прилегают  к нижней стороне  монтажной плиты  и поднимают ее или по окончании  процесса перфорирования опускают в соответствии с заданным ходом.

Как видно  из фиг. 10, форма 78 состоит в основном из плиты основания 74, перфорационных блоков 73 и игольной плиты 79, которая размещена в камере с рабочей средой 85 между плитой основания и перфорационными блоками. Плита основания 74 имеет расположенные друг над другом цилиндрические отверстия 86, 88 с различным диаметром, которые посредством плеча 87 соединены друг с другом. В отверстия вставлены дистанционирующие держатели направляющих 82, которые с помощью крепежных винтов 83 соединены с перфорационными блоками 73. Крепежные винты проходят по центру через эти дистанционирующие держатели направляющих 82. Контур дистанционирующих держателей 82 для направляющих соответствует контуру цилиндрических отверстий 86, 88. Дистанционирующие держатели для направляющих 82 проходят через игольную плиту 79 и прилегают своими концевыми поверхностями к нижней стороне перфорационных блоков 73.

На фиг. 10 показан лишь один перфорационный блок 73, однако на плите основания 74 установлено некоторое количество перфорационных блоков в матричном узле, как это можно позаимствовать из фиг. 9, схематически представляющей установку перфорирования 90. Игольная плита 79 заполняет камеру с рабочей средой 85, которая во время процесса перфорирования нагружается рабочей средой, как, например, сжатым воздухом, не полностью, а имеется щель или зазор между верхней стороной игольной плиты и нижней стороной перфорационных блоков. Величина этого зазора определяет также, насколько выступают острия игл из поверхности перфорационных блоков 73. Иглы 89 своими нижними концами жестко закреплены в игольной плите 79 и образуют внутри отдельного перфорационного блока 73 игольную матрицу 80, которая состоит из прямоугольных или квадратных систем рядов игл. В отдельном перфорационном блоке 73 имеются глухие отверстия, например, четыре, которые образуют угловые точки прямоугольника или квадрата и в которые вставлены пружины сжатия 81. Конец каждой пружины сжатия 81 опирается на выемку в верхней стороне игольной плиты 79, а другой конец каждой пружины сжатия опирается на замыкающую поверхность соответствующего глухого отверстия. В состоянии покоя перфорационные блоки 73 с помощью пружин сжатия 81 поддерживаются на расстоянии от игольной плиты 79. Размеры дистанционирующих держателей для направляющей 82, которые выполнены в виде гильзы, обеспечивают, чтобы острия игл 89 вошли в контакт с поверхностью перфорационных блоков 73, а затем также, чтобы поддерживалось заданное расстояние между игольной плитой 79 и перфорационными блоками 73. Это расстояние соответствует глубине перфорации, на которую иглы втыкаются в изделия и составляет, например, 2,5-3 мм. Возможны также большие глубины перфорации при предпосылке, что будет исключено протыкание стенок изделия насквозь.

В плите  основания 74 имеется  канал 84 для рабочей  среды, который соединен с непоказанным здесь  источником давления, который представляет, например, сжатый воздух. Канал 84 через вертикальные отверстия соединен с камерой для  рабочей среды 85. В плите основания  находятся далее  не показанные непосредственно  каналы для рабочей  среды, выфрезерованные  на глубину 0,5 мм. Длина  и ширина этих каналов  зависит от размеров продуктов. Канал 84 соединен с остальными каналами для рабочей среды.

Процесс перфорации осуществляется следующим образом.

Как только пенопластовый лист с термоформованными  продуктами 71 войдет в контакт с  нижней стороной прижимной  плиты 70, монтажная  плита 75 приподнимается с помощью приводного цилиндра 76, так что  перфорационные блоки 73, которые вместе с  плитой основания 74 закреплены на монтажной  плите 75, приближаются к внутренним сторонам изделия. Когда перфорационные блоки 73 наконец прижмут изделия 71 к прижимной плите 70, следует толчок сжатого воздуха через канал 84 и через имеющиеся в плите основания 74 не показанные каналы на нижней стороне игольной плиты 79. Благодаря этому игольная плита 79 под воздействием усилия пружины сжатия 81 поднимается до упора к нижней стороне игольной плиты 79. При достаточно высоком давлении сжатого воздуха игольная плита 79 при свободном зависании движется к перфорационным блокам 73. Закрепленные в игольной плите 79 иглы 89 выступают затем из поверхности перфорационных блоков 73 и проникают во внутренние стенки изделия 71, причем глубина перфораций, как уже упоминалось выше, равна расстоянию между верхней стороной игольной плиты 79 и нижней стороной перфорационных блоков 73. Благодаря свободному зависанию игольной плиты происходит самоцентрирование игл. Это происходит также при подготовке перфорационных блоков 73 к изделиям 71, благодаря чему получается самоцентрирование перфорационных блоков в отформованных изделиях. При этом могут компенсироваться небольшие отклонения до 2 мм вследствие усадки пенопластового листа и изменений шага пенопластового листа. Шаг листа - это длина пенопластового листа, необходимая для такта глубокой вытяжки.

После того, как иглы 89 отперфорировали  изделия, монтажная  плита 75 и установленные  на ней перфорационные блоки 73 опускаются и отключается подача сжатого воздуха. Игольная плита 79 затем прижимается к плите основания 74 с помощью пружин сжатия 81, так что иглы 89 извлекаются из внутренне стороны изделий. Как только монтажная плита 75 или перфорационная установка 90 займут свое исходное положение, пенопластовый лист с перфорированными изделиями 71 транспортируется дальше, и можно начинать новый процесс перфорирования.