Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Мышковец Виктор Николаевич Максименко Александр Васильевич Баевич Георгий Александрович Усов Петр Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, включающий оптико-механическое устройство, состоящее из корпуса с поворотным зеркалом и фокусирующей системы, выполненной в виде трубчатого корпуса, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра преформы, с установленным в нем оптическим узлом, содержащим положительную линзу или установленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную и коническую линзы, формирующие лазерный пучок соответственно круглого или кольцевого сечения, диаметр которого примерно равен наружному диаметру преформы, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы, формовочное устройство, состоящее из неподвижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, узел выдува преформы, включающий выдувную головку, механизм перемещения выдувной головки, электронную 103152014.10.30 систему управления, отличающаяся тем, что фокусирующая система снабжена размещенной на выходном конце трубчатого корпуса формующей головкой с осевым отверстием для прохождения лазерного луча, выполненной с возможностью перемещения в полости преформы, оптический узел смонтирован в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка, выходящего из оптического узла, находился внутри отверстия формующей головки. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для изготовления двух и более изделий оптико-механическое устройство снабжено смонтированными в его корпусе дополнительными поворотными зеркалами, выполненными в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения и оптически связанных с поворотным зеркалом дополнительными фокусирующими системами, оптически связанными с дополнительными поворотными зеркалами, и дополнительными выдувными головками, равными количеству дополнительно изготавливаемых изделий, а также механизмом перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы и выдувной головки. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве технологического лазера используют 2-лазер непрерывного действия, или полупроводниковые лазеры, или лазер на твердых кристаллах, выполненные с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы, и генерирующие излучение с длиной волны средней и/или дальней инфракрасной области оптического диапазона. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность формующей головки имеет сферическую форму. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубчатый корпус и формующая головка связаны между собой неразъемно или формующая головка навинчивается на трубчатый корпус. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм вертикального перемещения фокусирующей системы выполнен в виде винтовой пары с шаговым электроприводом,связанным с электронной системой управления. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм перемещения фокусирующей системы выполнен в виде связанного с электронной системой управления силового узла,содержащего неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с фокусирующей системой.(56) 1. Патент РФ 2454327, МПК 729 49/28, 2012. 2. Патент РФ на полезную модель 21757, МПК 72922/00, 2002. 3. Патент РБ на полезную модель 9676, МПК 29 49/02, 2013 (прототип). Полезная модель относится к оборудованию для изготовления полых изделий из полимерного материала, в частности тары, такой как банки, бутылки, из предварительно изготовленных пальцеобразных заготовок (преформ). Известна установка для изготовления полых изделий из полимерного материала, содержащая средство нагрева преформ, формовочное устройство, состоящее из неподвижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, механизм растяжения преформы, узел выдува преформ, включающий в себя выдувную головку и механизм перемещения выдувной головки, электронную систему управления 1. Известна также установка для изготовления полых изделий из полимерного материала, содержащая средство нагрева преформ, формовочное устройство, состоящее из непод 2 103152014.10.30 вижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, механизм растяжения преформы, узел выдува преформ, включающий в себя выдувную головку, механизм перемещения выдувной головки, а также электронную систему управления 2. Недостаток данных установок 1, 2 заключается в том, что нагрев и выдув преформы осуществляют раздельно. Нагрев осуществляют в камере нагревательной установки. Затем ставшую пластичной преформу извлекают из камеры нагревательной установки и размещают в формовочном устройстве агрегата раздувания, где осуществляют растяжение преформы в осевом направлении растягивающим стержнем и раздувание сжатым воздухом до требуемого профиля производимого изделия. При этом система нагрева преформ, состоящая из ряда нагревательных блоков, экранирующих и охлаждающих элементов, не обеспечивает в полной мере оптимальный температурный режим вдоль длины и между наружной и внутренней поверхностями преформы и тем самым не позволяет в определенных пределах регулировать механические свойства и разнотолщинность изделия, чтобы на выходе обеспечивалось наилучшее качество бутылки. Кроме этого, система нагрева перед началом эксплуатации должна предварительно прогреться, это занимает 10-15 мин. Все эти недостатки приводят к повышению энергозатрат, снижению качества изделия,увеличению времени производственного цикла при раздуве изделий, а также к усложнению производственного оборудования, оснастки, что увеличивает массогабаритные показатели оборудования. Наиболее близкой по технической сущности является установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, включающий оптико-механическое устройство, состоящее из корпуса с поворотным зеркалом и фокусирующей системы, выполненной в виде трубчатого корпуса, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра преформы, с установленным в нем оптическим узлом, содержащим положительную линзу или установленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную и коническую линзы, формирующие лазерный пучок соответственно круглого или кольцевого сечения, диаметр которого примерно равен наружному диаметру преформы, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы,формовочное устройство, состоящее из неподвижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, узел выдува преформы, включающий выдувную головку, механизм перемещения выдувной головки, электронную систему управления 3. Известной установкой сложно изготавливать изделия удлиненной формы, так как в ней не предусмотрено растягивание в осевом направлении ставшей пластичной преформы. Изготовление изделия удлиненной формы в известной установке связано с большими технологическими трудностями, так как необходимо существенное увеличение давления при выдувании изделия, требующее специального более энергоемкого оборудования, и не гарантирует формование качественного изделия. Все эти недостатки приводят к повышению энергозатрат, снижают качество изделия и технологические возможности, увеличивают время общего производственного цикла изготовления изделий, увеличивают массогабаритные показатели оборудования и оснастки. Технической задачей заявляемой полезной модели является усовершенствование установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, обеспечивающей снижение энергозатрат, повышение качества изделия, повышение производительности,расширение технологических возможностей, а также снижение массогабаритных показателей оборудования. Технический результат, достигаемый заявляемой установкой, заключается в возможности изготовления полых изделий удлиненной формы в формовочном устройстве при 103152014.10.30 сохранении качества изделий и сокращении времени изготовления, а также снижения энергозатрат и массогабаритных показателей оборудования. Технический результат достигается тем, что в установке для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащей технологический лазер, включающий оптико-механическое устройство, состоящее из корпуса с поворотным зеркалом и фокусирующей системы, выполненной в виде трубчатого корпуса, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра преформы, с установленным в нем оптическим узлом, содержащим положительную линзу или установленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную и коническую линзы, формирующие лазерный пучок соответственно круглого или кольцевого сечения, диаметр которого примерно равен наружному диаметру преформы, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы,формовочное устройство, состоящее из неподвижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, узел выдува преформы, включающий выдувную головку, механизм перемещения выдувной головки, электронную систему управления, согласно полезной модели, фокусирующая система снабжена размещенной на выходном конце трубчатого корпуса формующей головкой с осевым отверстием для прохождения лазерного луча, выполненной с возможностью перемещения в полости преформы, оптический узел смонтирован в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка, выходящего из оптического узла, находился внутри отверстия формующей головки. Кроме того, для изготовления двух и более изделий оптико-механическое устройство снабжено смонтированными в его корпусе дополнительными поворотными зеркалами,выполненными в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения и оптически связанных с поворотным зеркалом дополнительными фокусирующими системами, оптически связанными с дополнительными поворотными зеркалами, и дополнительными выдувными головками, равными количеству дополнительно изготавливаемых изделий, а также механизмом перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы и выдувной головки. Кроме того, в качестве технологического лазера используют 2-лазер непрерывного действия, или полупроводниковые лазеры, или лазер на твердых кристаллах, выполненные с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы, и генерирующие излучение с длиной волны средней и/или дальней инфракрасной области оптического диапазона. Кроме того, рабочая поверхность формующей головки имеет сферическую форму. Кроме того, трубчатый корпус и формующая головка связаны между собой неразъемно или формующая головка навинчивается на трубчатый корпус. Кроме того, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы выполнен в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной системой управления. Кроме того, механизм перемещения фокусирующей системы выполнен в виде связанного с электронной системой управления силового узла, содержащего неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с фокусирующей системой. Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники техническими решениями показывает, что установка содержит новые существенные признаки фокусирующая система, выполненная с возможностью осуществления функции формирования лазерного пучка круглого или кольцевого сечения и функции взаимодействия с внутренней поверхностью дна преформы, снабжена размещенной на выходном конце трубчатого корпуса формующей головкой, выполненной с осевым отверстием для прохождения лазерного луча и с возможностью перемещения в полости преформы и ее растягивания 103152014.10.30 оптический узел смонтирован в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка,выходящего из оптического узла, располагался внутри отверстия формующей головки. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой установки и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Снабжение фокусирующей системы, размещенной на выходном конце трубчатого корпуса, формующей головкой, выполненной с осевым отверстием для прохождения лазерного луча и с возможностью ввода в полость преформы и ее растягивания, уменьшает время изготовления полых изделий и расширяет технологические возможности. Размещение оптического узла в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка,выходящего из оптического узла, находился внутри отверстия формующей головки, а диаметр лазерного луча круглого или кольцевого сечения на поверхности преформы был примерно равен наружному диаметру преформы, обеспечивает равномерный нагрев преформы и повышает качество обработки изделия. Монтаж оптического узла в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка, выходящего из оптического узла, находился внутри отверстия формующей головки, а диаметр лазерного луча был примерно равен наружному диаметру преформы, обеспечивает равномерный нагрев преформы и повышает качество обработки изделия. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемой установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, отсутствуют. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых схематично представлены фиг. 1 - общий вид установки для изготовления полого изделия из полимерного материала в одноместном формовочном устройстве фиг. 2 - общий вид установки для изготовления полого изделия из полимерного материала в двухместном формовочном устройстве фиг. 3 - схема нагрева преформы лазерным излучением, сформированным в пучок круглого сечения, и схема растяжения нагретой преформы фокусирующей системой фиг. 4 - схема нагрева преформы лазерным излучением, сформированным в пучок кольцевого сечения, и схема растяжения нагретой преформы фокусирующей системой. Установка для изготовления полых изделий (фиг. 1) содержит технологический лазер 1, формовочное устройство 2, состоящее из неподвижной 3 и подвижной полуматриц 4 с механизмом 5 их смыкания, узел выдува преформ, включающий выдувную головку 6, механизм 7 перемещения выдувной головки 6. Технологический лазер 1 включает оптико-механическое устройство 8, состоящее из корпуса 9 с поворотным зеркалом 10 и фокусирующей системы 11, механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 11. Установка также включает электронную систему управления, состоящую из блоков управления и компьютера (на фигурах не указываются). Фокусирующая система 11 выполнена в виде трубчатого корпуса 13 с установленным в нем оптическим узлом 14, содержащим положительную линзу 15 (фиг. 3) или установленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную 16 и коническую 17 линзы(фиг. 4). Фокусирующая система 11 выполнена с возможностью осуществления функции формирования лазерного пучка круглого 18 или кольцевого 19 сечения и функции взаимодействия с внутренней поверхностью дна преформы. Для выполнения этих функций фокусирующая система 11 дополнительно снабжена размещенной на выходном конце трубчатого корпуса 13 формующей головкой 20 с осевым отверстием. Рабочая поверх 5 103152014.10.30 ность формующей головки 20 предназначена для взаимодействия с внутренней поверхностью дна преформы, а осевое отверстие для прохождения лазерного луча. Оптический узел 14 смонтирован в трубчатом корпусе 13 так, чтобы фокус лазерного пучка, выходящего из оптического узла 14, находился внутри отверстия формующей головки 20, а диаметр лазерного луча, круглого 18 или кольцевого 19 сечения на поверхности преформы был примерно равен наружному диаметру преформы. Для изготовления двух и более полых изделий (фиг. 2) оптико-механическое устройство 8 снабжено смонтированными в его корпусе 9 дополнительными поворотными зеркалами 21, выполненными в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения и оптически связанных с поворотным зеркалом 10, дополнительными фокусирующими системами 11, оптически связанными с дополнительными поворотными зеркалами 21, и дополнительными выдувными головками 6,равными количеству дополнительно изготавливаемых изделий, а также механизмом 12 перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы 11 и механизмом 7 перемещения каждой дополнительной выдувной головки 6. Технологический лазер 1 и механизм 12 перемещения каждой фокусирующей системы 11 связаны с электронной системой управления (на фигурах не указывается). В качестве технологического лазера 1 используют 2-лазер непрерывного действия,или полупроводниковые лазеры, или лазер на твердых кристаллах, генерирующие излучение с длиной волны средней и/или дальней инфракрасной области оптического диапазона. Технологический лазер 1 и система управления (на фигурах не указывается) выполнены с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы. Рабочая поверхность формующей головки 20 имеет сферическую форму. Трубчатый корпус 13 и формующая головка 20 связаны между собой неразъемно, или формующая головка 20 навинчивается на трубчатый корпус 13 (на фигурах не показано). Механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 11 выполнен в виде винтовой пары 22 с шаговым электроприводом 23, связанным с электронной системой управления (на фигурах не указывается). Механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 11 может быть выполнен в виде связанного с электронной системой управления силового узла (на фигурах показан), содержащего неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с фокусирующей системой 11. Механизм 7 перемещения выдувной головки 6 выполнен пневматическим, или гидравлическим, или рычажным, или кулачковым, или винтовым. Обрабатываемая преформа обозначена цифрой 24. Установка работает следующим образом. Холодная преформа 24 поступает в пространство между разобщенными полуматрицами 3 и 4 формовочного устройства 2. Затем полуматрицы 3 и 4 механизмом 5 смыкания соединяют между собой и зажимают горловину преформы 24. После смыкания полуматриц 3 и 4 механизм 7 перемещает выдувную головку 6. Полость преформы 24 герметизируют эластичными кольцами (не обозначены) выдувной головки 6. Включают технологический лазер 1 и направляют луч лазера поворотным зеркалом 10 в фокусирующую систему 11. В результате излучения лазером 1 инфракрасной энергии на этих длинах волн лазерное излучение активно поглощается телом преформы 24 и происходит нагрев преформы 24 по всей толщине ее стенок. Включают электропривод 23 механизма 12 и винтовой парой 22 перемещают фокусирующую систему 11 в начальную точку нагрева преформы 24. 103152014.10.30 Перемещение фокусирующей системы 11 может быть осуществлено механизмом, выполненным в виде связанного с электронной системой управления силового узла (на фигурах не показан), содержащего неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с фокусирующей системой 11. Подают воздух или масло в цилиндрический корпус, при этом шток выдвигается и перемещает фокусирующую систему 11 в осевом направлении. Перемещают фокусирующую систему 11 в осевом направлении в полости преформы 24. Задавая плотность мощности лазерного излучения, сфокусированного положительной линзой 15 в пучок круглого сечения 18 (фиг. 3) или положительной 16 и конической 17 линзами в пучок кольцевого сечения 19 (фиг. 4), диаметр которого примерно равен наружному диаметру преформы 24, нагревают участки преформы 24 до оптимальных температур. После нагрева преформы 24 лазерное излучение отключают и осуществляют растяжение преформы 24 до заданной конечной длины путем перемещения фокусирующей системы 11 в осевом направлении и воздействия формующей головки 20 на дно преформы 24(фиг. 4). Затем фокусирующую систему 11 возвращают в исходное положение. В герметично закрытую полость растянутой преформы 24 выдувная головка 6 подает сжатый воздух. В результате этого пластичная, нагретая преформа 24 раздувается до требуемого профиля производимого изделия. Затем все механизмы устройства возвращаются в исходное положение, а из раскрытой пресс-формы извлекают готовые изделия. При изготовлении, в одном или нескольких формовочных устройствах 2 двух и более изделий, излучение лазера 1 разделяют дополнительными поворотными зеркалами 21, выполненными в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения на несколько потоков лазерного, соответственно равных количеству обрабатываемых преформ 24, и направляют их в свои фокусирующие системы 11. Каждый сфокусированный пучок лазерного излучения и поток сжатого воздуха концентрируют на соответствующей обрабатываемой преформе 24 с помощью соответственно самостоятельных фокусирующих систем 11 и выдувных головок 6. Изготовление изделий осуществляют аналогично обработке одиночной преформы 24. Преимущество такого решения состоит в том, что нагрев, растяжение преформы 24 и формовка изделия проводятся в одной технологической установке. Применение заявляемой установки для изготовления полых изделий из полимерного материала позволяет снизить энергозатраты, уменьшить время изготовления изделий,расширяет технологические возможности, снижает массогабаритные показатели установки. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8