发明领域

本发明涉及用于双板材热成型的装置和方法，特别是涉及一种改进 的方法和装置，它不需要一个板材支承框架。

现有技术概述

在大件物品的成型中双板材热成型变得越来越普遍。已经进行了一 些应用，比如电冰箱橱柜和其他大器械橱柜，这一点可以例如参见美国 专利5374118。该说明书描述了一种工艺，其中两个挤压的板材在对置 的半模之间直接输送，然后它们被组合在一起，以形成一个橱柜的面 板。由于材料被连续地挤出，而模制过程是一个非连续过程，所以这种 方法产生了严重的材料处理问题和材料浪费问题。因此，在本领域中， 冷却可在模制前被立即加热的可塑性板材被认为是更适当的。

这种方法的一个例子被描述在PCT公开WO 96/25287中，它给出一 个典型的热成型工艺，其中一对板材由一个框架固定并隔开。该板材在 模子的外部被加热，携带板材的框架被插在两个半模之间，然后半模和 位于其间的支承着板材的框架被组合在一起。该工艺在一个产品周期中 包含许多耗时的步骤，这反过来给机器增加了附加的复杂性，如果该工 艺需要以自动化方式操作的话，将需要多余的工厂空间以及包括重要的 附加设备。

因此，本发明的一个目的是提供用于双板材热成型的装置和/或方 法，其旨在克服上述缺点或至少将给公众提供一个有用的选择。

本发明的概述

本发明的第一方面在于提出一种用于双板材热成型的装置，其包 括：

一对对置的半模，其在热成型过程中可在一个打开位置和一个关闭 位置之间移动，

与每个所述半模相关的板材支承装置，各板材支承装置与它们各自 的半模相连，并被构造成可围绕其周边保持一个热塑性板材，该板材支 承装置被构造成在所述半模位于其打开位置时彼此分离地保持各板材， 每个所述半模、其各自的支承装置以及由所述支承装置保持的板材一起 限定了一个加压容积，

与各个所述半模相关的装置，它能在各限定容积与其外部之间产生 一个受控的压差。

本发明的另一方面在于提出一种用于双板材热成型的方法，其包 括：

在一对半模的每一个上保持一个被加热的热塑性板材，以在所述板 材和所述半模之间提供一个密封的容积，同时控制在各板材以及各自半 模之间封闭的各空间之间的气压差，以防止任一所述板材下垂，

改变所述压差，以确保板材间的最窄间距发生在，并且仅发生将彼 此接触并在其间形成接缝的部分处，

彼此靠近地移动所述半模，同时增大压差效果，并且使各个所述板 材本身座靠一环形的熔接区域，以及

继续使所述半模彼此靠近，以将所述熔接区域会合在一起，并在所 述熔接区域之间形成一个接缝。

本发明的又一方面在于提供一种用于双板材热成型的装置，其中每 个半模包含一个板材支承装置，该装置可通过其边缘保持一板材，并在 加热期间支承所述板材，而且其中至少一个所述板材支承装置在热成型 时撤回。

对于本领域的技术人员而言，对于本发明，在不偏离所附权利要求 所限定的范围下，可以有许多结构上的改变以及广义上不同的实施例。 此处的披露以及描述纯粹是说明性的，而且未旨在任何意义上进行限 定。

附图的简要说明

图1是根据本发明的实施例的一个双板材热成型装置的横截面图， 其中板材和加热器位于适当的位置上，并且被固定的板材边缘保持分 离，

图2是图1所示热成型装置一部分的透视图，示出了板材支承装置、 一个邻接元件和一部分模腔，

图3是图1所示热成型装置一部分的横截面图，此时加热器被移走， 而且热成型过程进行了一部分，

图4是和图3相似的一个横截面图，其中热成型过程继续进行，

图5是和图4相似的一个横截面图，其中热成型操作基本完成，而且 两个板材被接合在一起，

图6是根据本发明另一个实施例的双板材热成型装置的一个横截面 图，其中接缝形成模具边缘包含在板材支承装置中，而且可以实现精加 工产品的模制中修整，

图7是图6所示装置一部分的横截面图，其中热成型操作进行了一部 分，

图8是和图7相似的一个横截面图，其中热成型操作继续进行，并且 板材刚刚接合，

图9是和图8相似的一个横截面图，其中热成型操作基本完成，

图10是和图9相似的一个横截面图，其中热成型操作已经完成，模 制中修整已经通过上板材支承装置和下半模之间的截切作用完成，

图11是根据本发明一实施例的通过一个板材支承装置的一个横截面 图，

图12是根据本发明另一实施例的通过双板材成型装置的一个横截面 图，

图13是通过图1的双板材成型装置及根据本发明另一方面的带有加 热装置的一个板材的一个横截面图，

图14是通过双板材成型装置的一个区域及相关的带有加热装置的板 材的一个横截面图，描述了用于板材传送中的夹具并包括一些以虚线示 出的隐蔽部分，

图15是适于容纳不同尺寸板材的加热装置的一实施例的透视图，

图16是适于容纳不同尺寸板材的加热装置的另一实施例的透视图。

详细说明

参照图1，以剖面图示出了用于双板材热成型的装置，它具有一个 下半模1和一个上半模2。所示出的该热成型装置具有一对保持在适当位 置上的热塑性板材5,6。每个板材5或6通过一个板材支承装置11支承在 其各自的半模1或2上，装置11可移动地连接到半模的本体10上。优选形 式的板材支承装置是一装配在一环形凹槽12中的环形支承元件11，它环 绕着该半模的模腔16。

该板材支承元件11沿其边缘51(例如通过使用一环形真空密封件 20)保持板材。其他环绕其边缘保持板材的方式也可以使用。例如，一 系列能被手动或自动操作的，例如通过电磁阀或气动装置自动操作的铰 接和向下锁定的夹具可以被使用。图11、12和14示出了用于固定这类板 材的装置并将进一步详细地描述。

该支承元件11在最好是基本上完全展开的位置示出，它例如可以 通过一系列销子和插孔或任何其他适当的装置限定，并能被压入凹槽12 中，以使该半模本体10可以被会合在一起，直到半模的相对接缝区域17 相邻接。一系列弹簧13设置在槽12中，它们位于支承元件11的底面13和 槽12的底部15之间，以提供逐级增加的对支承元件11压入的抵抗力。显 然，可以提供除弹簧以外的装置，比如精细控制的机械致动器、液压或 气动致动器或任何其他适当的设备，弹簧仅是其中最不复杂的一种选择 而已。

当半模本体10在热成型过程中会合在一起(例如通过支承元件11 的邻接)时，板材支承件11会自动地进入凹槽12中。为了产生类似于现 有夹具框架装置的板材分离，可以提供邻接元件19，其从支承元件11的 相对表面18延伸，以在其间提供一邻接部28。该邻接元件19还允许提供 合理的板材间通道，例如，用于插入辐射加热器9以加热热塑性板材5、 6。在插入加热器的情况下，例如可能需要附加的分离，这可以通过控 制型板分离或通过使一个或多个邻接元件19成比例地延长并被弹性地压 入一个具有其长度的量的方式获得。如可从图2中看到那样，这种邻 接，在通常的热成型操作中给定半模的精确位置并且完全刚性化的情况 下，仍然允许进入模腔内部的自由空间。另外，希望这样的邻接元件/ 装置仅在半模侧的下方提供，以便其端部能保持完全开放，而且板材 5、6可以轻易地插入半模之间，以被固定装置20托起并保持。

后面将参照附图13到16对板材装载和加热的优选方法进行描述。

现在参照图1至5，示出了一种通过图1的装置进行的热成型方法。 在图1中，示出了其间设有加热器9的板材。该加热器9例如可以包括一 个简单的电热加热器，并用于在加工前将热塑性板材5、6的温度升高到 一适当的热成型温度。该加热器9随后被撤回。

在加热期间，板材5、6将被软化到一定程度，此时它们不能再支承 自己的重量。一旦板材达到其玻璃态转变温度，这一点通常将变得特别 重要。对于ABS塑料板材，这将发生在90℃左右。为了减轻任何下垂结 果，各腔24、25中的压力可被适当控制，以支承板材，其中腔24、25由 各个板材5、6以及它们各自的半模1、2限定。

没有示出用于热成型的各个半模和它们模腔的详细结构，这其中包 括小的通道槽以及提供空气进入模腔16的气孔，它们用于在热成型过程 中控制模腔中的压力。这些孔可以用于支承板材，以防止下垂或凹陷。 为了在加热期间防止下垂，腔25中的压力将保持在外界压力之下，而腔 24中的压力将保持在外界压力之上。

在热成型技术中已知有多种类型的基于压力的板材支承系统。目前 应用的一个例子是在板材一侧使用一个光束传感器，以检测是否板材的 ″泡″干扰该光束。根据板材从上面或下面支承以及传感器设置在板材的 哪一侧，控制器控制支承腔中的压力，以将板材带入一个有利的状况。 在一个改进的形式中，在支承腔和周围空间之间加入一个受控制的泄 漏，以及施加一个最小的压力(正或负)应用时间，因此，根据系统的滞 后效应使″泡″连续地振荡通过光束的边界。

保持这种对板材下垂的控制，直到板材达到热成型温度。对于ABS 塑料，这通常高于140℃。考虑到比如成型形状的复杂性等可以指示一 个更高的成型温度。

板材的总加热时间将取决于材料、厚度和加热器功率。当使用2- 3mm厚的ABS板材，并且在给出高效产量并不牺牲板材质量的速率下加热 时，用于加热过程的典型总时间将为120秒，其中板材至少在总时间的 一半时间内受益于有效的支承。

现在参照图3，加热器9已被撤回，而且半模已被在一定程度上彼此 靠近。支承元件11的邻接元件19之间的邻接部28已经引起位于支承元件 11的表面14和模体10的凹槽12的表面15之间的弹簧13的压缩，因此每个 支承元件11已经被轻微地压缩。而且腔24和25中的压力现在已经被调 整，因此腔24中的正压渐减，而且也许甚至一个真空正被应用，并且该 真空和腔25已被增加。其结果是将软化的热塑性板材5、6拉开，它与模 子的关闭一起已经使每个热塑性板材的一部分52与它们各自半模的一个 接缝区域17接触。

现在参照图4，半模继续被会合在一起，邻接部28引起弹簧13的进 一步压缩以及支承元件11的进一步压入。同时腔25和24中的真空度被增 加，以继续将该热塑性板材拉进模腔16中，并因此开始形成最终的形 状，例如板材的部分53现在接触模腔的内表面。边51的固定现在变得不 很重要，然而仍建议该边被紧紧地固定。

现在参照图5，半模1和2已经被完全会合在一起，此时完全压缩弹 簧13，因此支承元件11现在被完全压入它们各自的腔12中。模腔16中真 空的继续应用使各个板材5、6被完全拉入腔中，从而与该腔的形状相符 合。半模1和2的接缝区域17已经完全邻接，从而在热塑性材料的两个板 材5、6之间形成一个接缝55。最好是该半模1和2已经被会合在一起，使 得它其更接近于接缝形成区域17中的两个板材的厚度，因此材料被强迫 离开接缝55，以便在热成型部分的内侧形成例如一个加强凸筋56。

因此热成型过程基本上完成了。现在该部件允许冷却，可以喷射泡 沫，该部件可以被移走并在适当的时候进行修整。由于还可以在修整之 前将该部件从模具中拉出，可以提供一个在模制中修整的装置，例如一 个刀子或切割刀片，或者例如将参照图6到10描述的一个剪切机被包含 在模具中，它如图12所示位于接缝区域17处。

在图12中，下半模的接缝区域设置一个分离元件109，其在给预压 弹簧111施加足够压力的时候能向后退入凹槽110。随着半模的继续关 闭，上、下半模的边112及113分别合作，以从该部分剪掉形成的边缘。 此举将参照图6至10在下面进一步描述。

现在参照图6，描述了另一个实施例，其实现了消除支承框架和允 许用设置在其间的单个加热器加热热塑性板材的相同目的，同时它又实 现了利用一个截切方法实现在模制中修整的目的，该方法在截切过程中 使用可压低的支承元件。需注意的是，在本实施例和图1到5所示的实施 例中，均可以仅提供一个可压低支承元件并实现相同的整体效果。例 如，在图6至10中，基本上不改变机器的操作就可以固定上板材的支承 元件41。

现在参照图6，这两个半模基本上不再相同。上半模4有一个可压入 一凹槽42的环形板材支承元件41，弹簧45设置在相对的面44和43之间， 以提供一个弹力以及抵抗这样的压入。一个板材8通过真空槽密封件48 保持，其通过管47抽真空，具体见图1至5的实施例。在图6所示的实施 例中，可压入元件41自身的内表面形成模腔的一部分。如上所述，图6 中的元件41能被一体形成并作为模体40的不可移动部分的一个完整部 分，而不显著影响热成型装置的性能。该板材支承元件41有一个从其下 表面突出的小的接缝形成区域49，它邻近保持着板材8的边缘80的真空 密封件48。该突出边的效果在后面的附图中描述。

下半模3具有一半模本体30，其中板材支承元件31保持在一个凹槽 32中。第一弹簧35设置在该凹槽32中，以在支承元件31的面34和主体30 的面33之间动作。另一弹簧36设置在凹槽32的底部，其仅在支承元件31 被充分压入凹槽时在面34和33之间动作。凹槽的深度以及支承元件31的 高度如此设定，以在支承元件31被充分压入从而使上表面的接缝形成区 域位于模具表面26的平面上时，其将接触到另一个弹簧36。该原因将参 照图7至10给出。板材7的边70通过真空密封件38固定，其通过管37抽真 空。由于很显然的原因，管37延伸到支承元件31的外部，一个半槽设置 在模体30中，以容许支承元件31的压低。

如前述实施例，弹簧的使用是基于简单化的一种选择。许多其他容 许板材支承元件压入的方法能被预见，比如精确的机械致动、气压支承 或液压支承。这些多种选择并不脱离本发明的范围。

使用时，一个加热器可以被插在热塑性板材之间，并用于将热塑性 板材加热到一个热成型温度，这一点与图1中所示的方式基本相同。更 进一步优选的装载和加热板材的方法将参照图13至16在下面描述。一旦 加热器被移开，半模3、4慢慢地彼此靠近，同时以前用于支承板材7、8 并防止下垂的腔22、23被抽真空，以通过如图7中板材的区域71和81处 所示方式分开板材。在此阶段，由于支承元件还没有邻接以引起各自的 弹簧35、45压缩，元件31或41都未开始压入其各自的腔中。

现在参照图8，表示热成型过程继续进行，半模3、4会合到这样一 种程度，以使板材支承元件31和41现在与其间接触的各个板材7、8的边 70、80邻接，并且现在接触支承元件31、41的接缝区域39、49。腔22、 23的继续抽真空已经导致各个板材的进一步成型，例如现在下热塑性板 材的部分72已接触模具表面26。

现在参照图9，表示通过继续移动半模进一步进行成型过程。上板 材支承元件41的表面44和其相应凹槽42的表面43之间的弹簧45现在被完 全地压缩。下板材支承元件31的表面34和其相应凹槽32的表面33之间的 弹簧45现在被压缩到这样一种程度，以使支承元件31接触到设置在凹槽 中的另一个弹簧36。然而，与上支承元件41不同，该下支承元件31仍然 有一些可利用的压低自由度。热成型的部分现在更完全地成形，下板72 现在完全地成型，并抵靠在模具表面26上，上板82几乎完全成型，在腔 23的小的剩余部分中继续保持真空，以完成该任务。一个接缝74开始形 成在支承元件31和41邻接部之间的一个区域中。

该过程的最后阶段描述在图10中。半模已经被进一步会合到一起。 上支承元件41已经完全被压入其相应的凹槽中。下支承元件31通过弹簧 35和弹簧36的进一步压缩被进一步压入其凹槽中，弹簧36位于支承元件 31的表面34和其相应凹槽32的表面33之间。弹簧35和36的弹力意味着大 的压力已经施加在接缝区域39和49之间的邻接部，以从接缝区域76排出 塑料材料，并在接缝区域的成型元件的内腔上形成一个凸筋75，该凸筋 将给该熔接处提供实际的加强。该继续运动已经将支承元件31的熔接区 域39压低到模体30的边27下方，因此支承元件41的熔接区域49重叠模体 30的边27，并在两者之间具有足够的接近容差，一个截切行为已经切掉 了接缝和支承区域77。

从装置和过程的说明及描述中，这一点是十分清楚的，即本发明提 供了一种方法，通过该方法板材可以与每个半模一起被支承，而不需使 用一个单独的支承框架，而且通过将半模会合到一起可以以一种简单的 操作进行热成型过程。另外在参照图6到10描述的系统中，还实现了一 种不需要附加刀具和零件的模制中修整操作，而且其完成了在最终元件 中的加强凸筋。

图11描述了将一个热塑性板材90固定到一个支承元件91上的另一种 布置。在此布置中，安装有一个夹紧肘板92，其可绕一个枢轴93转动。 这可以包括支承该肘板92离开一个从支承元件延伸的突出部94。该肘板 92包括一个夹紧臂95，其具有一个适于压在板材90表面上的夹紧面96。 一致动器98连接到夹紧肘板92上，以操纵它进行一旋转运动，通常至少 为90度。该致动器98可以包括一个电磁阀，其具有可控承载压力的优 点。一个弹性条密封件99设置在支承元件91的表面的凹槽100中。该弹 性条例如可以由硅树脂橡胶制成，并具有一个从支承元件表面102升高 的密封边101。在使用中，该夹紧面96将板材压在弹性条密封件99上。 最好设置许多这样的夹具，并且位于足够的空间以确保围绕板材整个边 缘的密封件99对板材的充分密封。对于一个3mm的ABS板材，一种典型的 设置是采用45mm宽度的肘板，其间隔为50mm。

参照图12，隔开的夹具可以在一些点处和邻接部103一起散布，而 且肘板107、108可以分别设置在上(105)和下(106)半模的交替位置上， 以使每个半模的肘板的运动不被其他半模的肘板妨碍。

现在参照图13至16，表示优选的装载和加热板材的方法和装置。图 13描述了施加到例如图1所述成型装置上的基本方法。设置一个可动的 加热器盒115，其能移动到上、下半模之间的一个位置。该加热器盒包 括上和下加热器支承件117、118，其分别支承每个装在半模119、120上 的板材。一个加热器121设置在板122,123之间。最好设置上和下加热 器，以使上、下板材的加热能根据板材厚度的影响而独立控制。该设置 容许板材在引入半模之前在加热器盒上预热。加热器盒既用作加热器又 用作板材承载件，因此加热板材所需的时间和将花费在板材输送上的时 间有效重叠。

在一种方法中，板材在该加热器盒中被预先加热到一个温度，它被 保证低于玻璃态转变温度(例如70℃)。该预热可以比在该板材已经保持 在适当位置时所进行的过程更缓慢地进行，这一点是优选使用的，由于 它保证一个均匀的热分布和渗透，便于以后的进一步加热。该加热器盒 携带着板材基本上移动到位于半模之间的位置上。直到此时，半模可能 已完成一个较早的热成型序列或周期。板材然后被转移到相应半模的板 材支承元件上。一旦转移到相应的半模上，所述的通过受控压力系统对 板材的支承被启动并保持。在从半模之间移去之前，该加热器进行进一 步的加热，以将板材升高到热成型温度。在使用3mm厚的ABS板材的典型 例子中，这种进一步的加热可能需60秒。该加热器然后被移去，而且开 始已经描述过的热成型过程。

实际的板材传送包括或者将半模会合到一起，以使各个半模接近它 们各自的板材，或者移动加热器盒(或其上板或其下板)，以与各自的半 模相接触。

在另一种方法中，各周期中使用半模的时间有额外的减少，但是 它使通过相同的加热器盒处理不同的板材变得更为复杂，该加热器盒本 身包含受控的上压力腔124和下压力腔125，每个压力腔包含一个周边板 材密封件126、127和支承装置，其足以保持板材在一个密封的位置上。 因此，在传送前，加热器能提供对上、下板材的支承，而且在该加热器 盒进入用于传送的模子之间的位置之前，板材可以被升高到热成型温 度。这减少了在各个周期中设置模具所需的时间，并容许在给定的生产 时间内增加循环次数。在传送过程中，有一个转换时间，其中板材的支 承从加热器盒的压力腔转换到半模的压力腔。

在板材尺寸设定方面，将板材保持在一密封状态下没有大的困难， 而且图13中所描述的周边吸附密封和支承是合适的。但是，有一些现象 表明，传导的热可以使板材的边缘比所希望的更软化，然后密封可能由 于板材边缘处的变形而丧失。

图14描述了一个基于夹紧肘板的支承和传送系统，其非常适合于上 述的加热或传送方法。这种设置大量地使用致动器控制的肘板130，这 和参照图11进行的描述相同。这些肘板130最好将板材不直接紧固到密 封元件131上，而是轻微地固定到其外侧。这允许肘板130分别在形成于 半模134和加热器盒135的支承元件中的腔132、133中工作，而不与板材 136或密封件131冲突。如果使用较高的热成型温度，可以设置辅助夹具 (未显示)，其在用于辅助固定的传送过程之前脱开，这将降低周边区域 的板材的完整性。对于各个半模的任何邻接可以设置另一个腔137。还 将认识到，这种夹紧设置可以被应用到图6的热成型方法中的半模的板 材支承元件上，因为它克服了可能与使用一个机械的板材夹紧装置相关 联的冲突问题。

如果迎合不同的板材尺寸而且板材被升高到完全的热成型温度，在 传送之前的板材加热具有很大的困难，这是由于它需要适应周边密封布 置。但是如果该方法被限制在传送之前仅加热到玻璃态转变温度以下， 那么可以给加热器盒提供支承，该支承适于不同的板材尺寸，但其不提 供一个周边密封。这种布置的例子如图15和16所示。

在图15中，加热器盒140包括许多吸附支承柱141，它们在整个加热 器盒中均匀隔开，以在其下表面的许多位置处支承一个板材，而不考虑 该板材的尺寸和形状。这些支承柱的数量和间隔将需要根据预定转变温 度下板材材料的强度特性设定。

在图16中，一个加热器盒145包括许多可自动移动的肘板夹具142， 它们能适合于沿壁144上的一系列轨道143自动地再定位，所述壁穿过加 热器盒向内延伸。肘板的运动可以通过线性致动的已知方式实现，而且 肘板可以基本上如图14所示布置。

在适于携带不同尺寸板材的加热器盒中，如果加热器是分段可控 的，以使得加热器中只有与已置于其上的板材直接相邻的区域被致动， 那么这将是非常有利的。这减少了能量的浪费，并且又确保被固定的板 材的自由边不受未直接位于板材下面的加热器元件的附加辐射加热。在 打算将加热器与多种多样的板材形状和尺寸一起使用时，该加热器可以 由许多任意区域形成，例如一个矩形区域的网格，它能被独立控制，该 区域的形状和结构可以专门适用于将要使用的板材范围。

在一种方式中，本发明消除了对可调整的或不同的固定夹具组件的 需要，这些夹具在传统的成型过程中是需要的，并且在整个成型过程中 是必需的。本发明容许模具被快速地改变并生产元件，从而在很宽的产 品范围内在真空形成过程中引入了相当的灵活性。

由于板材远离模具表面被周向支承，而且由于板材的接缝仅在熔合 之前立即接触模具的接缝区域，所以所述板材在接缝区域保持充分软 化，以提供良好的熔合性。本优点在本发明所披露的其中两个板材支承 装置都能缩回的实施例中非常明显。

对所述方案的一些变型将是很明显的，而且以上并未提到或描述所 有的变型。一个特殊的例子是在任一成型方法中固定板材支承元件中的 一个。这些变型都不脱离本发明的范围。

本发明的背景