專利名稱：吸塑成型系統、封合系統及其立體包裝機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于包裝材料自動成型及封裝的成型模、封合模具，以及能將各類產品進行自動包裝、噴碼、分切的機械設備。
背景技術：
現有技術中，藥品、保健品、食品、化妝品、農產品等各行業的產品都需進行產品封裝，包裝機可對裝填各種產品的盒式、杯式、碗式容器進行熱封、包裝、計數。而成型機可以將各種塑膠膜材，如PE、PP、PS、ABS等進行吸塑成型為各種飲料杯、方便碗(盒)、托盤、果脯蓋托、工業、農業產品包裝、及各類塑料包裝容器，為包裝機提供上述產品包裝容器。在對產品的包裝生產中，上述過程相對獨立，生產效率較低，不適于連續、自動化的生產。
在現有技術的吸塑成型機或封合包裝機中，由于加熱板和封合上模由內置的加熱棒加熱，由于加熱棒的排列，導致工作表面各區域與發熱元件的距離不一，使工作表面各檢測點的溫度相差較大，導致對膜材預熱不均勻，造成成型、封合不良。如圖6所示，現有技術的加熱板采用整板預熱方式，加熱板合模后對在加熱板中間的膜材進行了加熱，而在后面的膜材沒有進行加熱，就在前一步徑的加熱膜材與后一步徑的加熱膜材之間出現了一道皺折，其實這道皺折就是整板加熱板的邊沿造成的。在封合的過程中不能百分之百保證這道皺折就能被包含在封合區內，這個區域的皺折正好處于包裝容器與上膜封合的封合沿上時，在封合時上膜封壓在皺折上，造成封口不良或漏封，嚴重影響生產質量。在封合時由于沒有封到膜材的邊緣，上膜材和下膜材沒有封壓在一起，在產品分切后的廢邊料就很散亂，造成收集困難。
發明內容本發明的目的就是為了克服以上現有技術中的不足之處，提供一種包裝質量高、次品率大大降低的包裝容器吸塑成型系統、封合系統及其立體包裝機。
為實現上述目的，本發明提出一種吸塑成型系統，包括加熱板、成型上模、成型下模、沖頭；所述成型上模與成型下模上下相對設置，輸入端與所述加熱板輸出端相接，所述沖頭設置于所述成型上模模腔內；所述加熱板設置有多個加熱凸臺，所述加熱凸臺的面積比成型下模模腔面積略大，使加熱板由整板加熱改為區域加熱。
上述成型下模模腔面積為N×M，則加熱凸臺的面積為(N+X)×(M+Y)，X、Y優選1mm-3mm。
上述的吸塑成型系統，所述成型下模模腔設有加強筋和斜度，加強筋優選為梯形和/或圓弧形，根據成型下模模腔的深度而而定，越深斜度越大，反之越小。斜度優選5°至15°。所述加熱板中的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式；加熱管孔與孔之間的中心距優選30mm-42mm。加熱管中心距與工作表面的距離優選15-25mm之間。所述加熱凸臺之間設置有金屬板，表面略低于加熱凸臺。用于硬模的所述沖頭的體積是成型下模模腔的0.6-0.8倍，且沖頭呈倒梯形形狀，即上小下大；用于軟模的所述沖頭體積是成型下模模腔的0.8-0.95倍，沖頭形狀為方形。
同時本發明提供一種包裝機封合系統，包括封合下模、封合上模；硅膠墊；所述硅膠墊置于所述封合下模模腔上，所述封合上模內置加熱管，用于對被封合膜材進行加熱軟化；所述封合上模內的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式；加熱管孔與孔之間的中心距優選30mm-42mm之間。加熱管中心距與工作表面的距離優選15-25mm之間。
上述的封合系統，所述硅膠墊表面設有斜紋，硅膠墊硬度優選邵氏55°-80°。所述封合上模邊緣設有小凸臺。
本發明提出一種立體包裝機，包括吸塑成型系統、封合系統，二者依次相聯接；所述吸塑成型系統包括加熱板、成型上模、成型下模、沖頭；所述成型上模與成型下模上下相對設置，輸入端與所述加熱板輸出端相接，所述沖頭設置于所述成型上模模腔內；所述封合系統包括封合下模、封合上模、硅膠墊；所述硅膠墊置于所述封合下模模腔上，所述封合上模內置加熱管，用于對被封合膜材進行加熱軟化；所述加熱板內的加熱管、封合上模內的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式。
上述加熱管孔與孔之間的中心距優選30mm-42mm之間。加熱管中心距與工作表面的距離優選15-25mm之間。
上述的立體包裝機，所述加熱板設置有多個加熱凸臺，所述加熱凸臺的面積比成型下模模腔面積略大，使加熱板由整板加熱改為區域加熱；成型腔面積為N×M，則加熱凸臺的面積為(N+X)×(M+Y)，X、Y優選1mm-3mm。
上述的立體包裝機，吸塑成型系統的成型下模模腔設有加強筋和斜度，加強筋優選為梯形和/或圓弧形，根據成型下模模腔的深度而而定，越深斜度越大，反之越小。斜度優選5°至15°。所述加熱凸臺之間設置有金屬板，表面略低于加熱凸臺。用于硬模的所述沖頭的大小是成型下腔的0.6-0.8倍，且沖頭呈倒梯形形狀，即上小下大；用于軟模的所述沖頭大小是成型下腔的0.8-0.95倍，沖頭形狀為方形。封合系統的硅膠墊表面設有斜紋，硅膠墊硬度優選邵氏55°-80°。所述封合上模邊緣設有小凸臺。
由于采用了以上的方案，帶來了如下的有益效果
1、在加熱板上設計加熱凸臺，加熱凸臺的面積比成型下模模腔面積略大，將加熱板的整板加熱改為區域加熱，即便在加熱后下膜材一樣會有出現皺折，然而比之加熱板整板加熱工藝，用加熱凸臺區域加熱工藝所出現的皺折，分布在成型包裝容器的封合沿的機率大大降低，皺折不會出現在與上膜接觸封合的封合沿上，避免因此而造成封合時封在皺折上導致封口不良或漏封。
而且加熱凸臺的面積比成型腔面積略大，主要針對吸塑成型區域的下膜材進行加熱軟化，成型區域之間的非成型區域的膜材保持稍高于成型區域的硬度、強度，避免成型時的非成型區域變形，影響包裝容器的質量，有利于保證吸塑成型的工藝質量。加熱凸臺比成型腔大1-3mm，封合邊又比加熱凸臺大5mm左右，在成型后皺折就在成型容器的周圍，因為封合邊比加熱凸臺大5mm左右，所以在封合時就能百分之百保證把皺折全部封合在封合區域里面，就避免了封合不牢或漏封。
加熱凸臺之間加設略低于加熱凸臺的鋁合金板，使各部分受熱不至于過于懸殊，避免成型的包裝容器與包裝容器之間的膜材因溫差過大而變形突起，保證產品質量。
2、對加熱板及封合上模內置的加熱管采用錯位布局的方式，有效的補償了加熱管排布不均、導致板面發熱不均勻的現象，板面各區各點與發熱元件的傳熱距離基本相同；實際測試證明，加熱板和封合上模工作表面各檢測點溫度基本達到一致；使加熱板、封合上模對膜材的加熱均勻，提高了成型、封合的良品率。加熱管中心距靠近工作表面，距離一般在15-25mm之間，使傳熱更快。
3、在封合上模邊緣處設計小凸臺，在封合時就能將膜材的邊緣封壓，使邊緣處的上膜材和下膜材封壓在一起，有效的避免了廢邊料散亂的現象，使廢邊料收集順利進行。
4、通過對成型下模模腔設置加強筋，使成型包裝容器強度提高，不易變形；通過優化沖頭形狀、體積，使成型工序中的拔模更順暢，成型效果更佳。
5、封合下模設置的硅膠墊，起緩沖和封合作用，避免封合不牢，有助于減少封口不勞、漏封的現象，還可讓封口邊更美觀。
通過綜合以上的技術改進，本發明的立體包裝機，吸塑成型的包裝容器質量大大提高，封合包裝的次品率大大降低，產品包裝質量得到大幅度的提高，提升了包裝合格率，同時避免了在生產中對膜材不必要的浪費，節約了生產成本。
下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是立體包裝機整機結構圖，圖2是立體包裝機模具升降結構圖，圖3是立體包裝機廢邊料纏繞收集系統示意圖，圖4是立體包裝機步徑距離示意圖，圖5是立體包裝機電控系統圖，
圖6是立體包裝機硬模整板加熱成型加熱板7是立體包裝機硬模區域加熱成型加熱板圖，圖8是立體包裝機硬模成型下模模腔圖，圖9是立體包裝機硬模排樣圖，圖10是立體包裝機硬模加金屬板圖，圖11、圖12是立體包裝機硬模成型上模腔沖頭圖，圖13是立體包裝機硬模成型上模腔沖頭排樣圖，圖14是立體包裝機硬模成型上模腔圖，圖15是立體包裝機硬模封合下模圖，圖16、17、18是立體包裝機硬模封合上模圖，圖19是立體包裝機硬模硅膠墊圖，圖20是立體包裝機硬模橫切刀安裝圖，圖21是立體包裝機硬模橫切刀結構示意圖，圖22是立體包裝機加強筋示意圖一，圖23是立體包裝機加強筋示意圖二，圖24是立體包裝機加熱管布局方式圖，圖25是在線印刷系統結構示意圖。
具體實施方式如圖1所示，本發明的立體包裝機包括牽引系統1、吸塑成型系統2、在線印刷系統3、封合系統4、噴碼系統5、切刀系統6、廢邊料纏繞收集系統7、出料系統8、PLC控制系統和機架11。
牽引系統分為薄膜牽引系統、可膨脹式上卷系統兩個部分，薄膜牽引系統是伺服驅動系統，主要由一臺伺服電機作為驅動執行器件，通過齒輪嚙合和鏈輪傳動，帶動鏈條及蘑菇夾運動。在牽引過程中，成型用的下膜材薄膜12兩邊緣夾在蘑菇夾中向前作周期性步徑運動；可膨脹式上卷系統主要由過紙軸和一個膨脹式機構組成，膨脹式機構由一個彈性鋼片撐住紙卷卷心，起到張緊紙卷的作用。上紙卷通過過紙軸進入封合區，與成型薄膜封合在一起，由薄膜牽引系統一起牽引向前運動。
吸塑成型系統2、封合系統4是本發明的主要改進部分，以下結合附圖進行詳細描述包裝容器的吸塑成型系統包括預熱用的加熱板21、成型模22，成型模包含一成型上模221和一成型下模222，如圖8是一種硬模成型下模模腔圖，圖9是立體包裝機硬模排樣圖，圖14是一種硬模成型上模腔圖。其成型過程為合模后，通過壓縮空氣使膜材壓附在加熱板上進行三明治預熱，通過氣缸驅動加熱板上模向下運動、加熱板下模向上運動把膜材夾在中間來完成預熱，加熱板上下模在靠近工作面處都裝有一定功率的加熱管，溫度一般在90°至130°之間。當這一過程完成后，膜材向前走一個步徑，成型上模模腔吹氣，下模模腔通過真空泵24吸氣，并且成型上模模腔中的沖頭向下沉，下沉的深度比成型下模模腔淺，膜材被吸附在成型下模模腔內表面成型。圖11、圖12是硬模成型上模腔沖頭圖，圖13是硬模成型上模腔沖頭排樣圖。在成型下模模腔內壁有冷卻循環系統，對下模模腔進行冷卻，主要是使膜材在成型下模模腔里快速冷卻成型。沖頭下沉把預熱的膜材沖變形，成型下模模腔吸氣便于輔助成型(沖頭主要是針對硬膜，如果軟膜成型腔較淺可以不用沖頭)。在成型上模模腔設有正壓孔用于吹氣，成型下模模腔設有負壓孔用于吸氣，并且在成型上模模腔支架上設有冷卻系統，用來降低表面溫度。如圖2所示，在整個成型過程中，上模221不動，下模222由一個氣缸升降機構23完成上下往復運動，上模中的沖頭在下模上升后向下沉。
在封合工序中，熱封合由封合上模和封合下模完成，圖15是立體包裝機硬模封合下模圖，圖16、17、18是立體包裝機硬模封合上模圖。成型后的下膜材成為容器狀，待包裝產品被置于其中后，被牽引至封合模，上膜材40蓋在上面后，封合上模41通過氣缸42向下運動，封合下模通過氣缸升降機構向上運動進行封合，同時下模抽真空，主要使要封合的包裝容器與下模緊貼。如圖17所示，封合上模靠近工作面處裝有一定功率的加熱管210，溫度一般在100°-180°之間。在封合上模支架上有冷卻系統，用于降低表面溫度。加熱板中心線和成型腔中心線之間的距離要保證一個步徑(一個包裝產品長度的兩倍)，封合上模中心線和成型腔中心線之間的距離要保證N個步徑(N為整數)，如圖4所示，只有這樣才能保證封合時成型后的膜材剛好在封合下模模腔中。在生產中預熱、成型、封合可以同時進行，也可以先預熱成型，再封合，這些動作可以根據實際情況通過PLC更改。
改進一成型下模模腔設計加強筋和斜度如圖所示，在用硬膜材進行吸塑成型的工藝，由于硬膜成型后的盒子為硬盒，在盒子四壁和盒底都比較軟。經過多次改進設計，在成型下腔設計加強筋25，如圖8、圖22、圖23所示，形狀采用梯形或圓弧形，增加了成型后盒子的硬度。
成型下模腔的內腔壁設計成一定的斜度，使膜材在成型過程中拉伸均勻，并且使拔模更順利。拔模斜度根據成型下模模腔深度而定，一般在5°至15°之間，成型模腔深度淺，斜度就小；成型腔深度深，斜度就大。
改進二整板加熱改為區域加熱吸塑成型系統的加熱板整板預熱造成每一步徑加熱區域與下一步徑加熱區域之間的出現皺折，在封合時經常封壓在皺折上，造成封口不良或漏封，嚴重影響生產質量。技術人員通過實驗，如圖7所示，將整板加熱改為區域加熱，即在加熱板上設計加熱凸臺26，凸臺的面積大小、排列方式與成型模腔相配合，凸臺加熱后一樣會有皺折出現，然而這種加熱凸臺出現的皺折，分布在成型包裝容器的封合沿的機率大大降低，皺折基本出現在不與上膜接觸封合的封合區內部，在封合時完全被包圍在封合區內，避免了封合時封在皺折上導致封口不良或漏封。加熱凸臺的面積比成型腔面積略大成型腔面積為N×M，則加熱凸臺的面積為(N+X)×(M+Y)，X、Y一般在1mm-3mm之間。
改進三加熱板和封合上模中的加熱管采用錯位布局在未采用錯位布局前，經過檢測，加熱板和封合上模工作表面各檢測點的溫度相差太大，對膜材預熱不均勻，造成成型不良。經過多次試驗，如圖24所示，加熱管采用錯位布局的方式，長管211、短管212采用一長一短，一短一長反復排列的布局方式，孔與孔之間的中心距一般在30mm-42mm，有效的補償了加熱管發熱不均勻的現象，加熱板和封合上模工作表面各檢測點溫度基本達到一致。
為了使傳熱更快，加熱管裝在離加熱板和封合上模工作表面較近的地方。一般加熱管孔中心與工作表面的距離在15mm-25mm之間。
改進四封合上模邊緣設計邊緣小凸臺未設計邊緣凸臺前，在封合時沒有封到膜材的邊緣，上膜材和下膜材沒有封壓在一起，在產品分切后的廢邊料就很散亂，造成收集困難。經過改進，如圖23所示，在封合上模邊緣處設計邊緣凸臺43，在封合時就能將膜材的邊緣封壓，使上膜材和下膜材封壓在一起，有效的避免了廢邊料散亂的現象，使廢邊料收集順利進行。
改進五區域加熱板兩個加熱凸臺間加一塊鋁合金板，或其他導熱快的金屬板，優選鋁合金是因為比較輕，易加工。在未加這塊鋁合金板之前，凸臺與凸臺周圍的區域溫度不均勻，且在預熱時，只有凸臺部分對下膜材進行預熱，而凸臺與凸臺之間則沒有，加熱空白區域與加熱區域的溫度懸殊，在成型后造成硬盒與硬盒之間處有膜材向上突起的現象，嚴重影響產品質量。如圖10所示，現在兩加熱凸臺之間加一塊鋁合金板27，使各部分加熱趨于平衡，但為了避免加板之后造成與整板加熱出現同樣的問題，所以此板要略低于加熱凸臺。
改進六封合下腔硅膠墊花紋和硬度改良圖19是硬模硅膠墊結構示意圖，現有技術的腔硅膠表面平整，沒有相互交錯的斜紋，封合后包裝邊沿就是一個空白，封合后的產品封口處不美觀，且時常有封口不勞的現象。設計花紋后是空白處更好看，也算合理利用有限的空間，使產品看上去更飽滿一點。另外腔硅膠的硬度是一個關鍵的參數，硬度過高過低都會影響封合質量，經過技術人員反復琢磨，最后確定在邵氏55°-80°之間，有效地解決了封口不牢的現象。
改進七成型上模腔沖頭大小和形狀的改進如圖11、圖12、圖13為上模模腔沖頭形狀、排列示意圖。改進后，硬模沖頭的大小是成型下腔體積的0.6-0.8倍，且沖頭呈倒梯形形狀，即上小下大；軟模的沖頭大小是成型下腔體積的0.8-0.95倍，沖頭形狀為方形。
如圖25所示，在線印刷系統3包括印刷輥31、墨液槽32、網紋輥33、刀片34、印版35、轉鼓36等。刀片安裝在距離網紋輥表面的刀座上，網紋輥旋轉粘上墨液槽中的油墨，通過刀片將幽默刮均勻之后，將油墨印在印版上，印版固定在轉鼓上，上膜蓋材通過牽引致印刷系統，印刷輥將其壓在轉鼓上進行印刷。印刷信號是采集鏈條走的距離，由控制箱送出信號。在線印刷采用的是柔版印刷，對少量產品改版方便，適合同一產品生產多種規格(每種規格的包裝圖案不用)。此系統可以根據生產需要使用。
噴碼系統5主要由噴頭、控制箱和支架組成。噴頭固定在支架上，支架固定在機架上。噴碼的信號是采集鏈條走的距離，由控制箱送出控制信號，保證字跡剛好正確地噴在產品上。
切刀系統6分為橫切刀系統61和縱切刀系統62。橫切刀系統分為硬膜橫切刀和軟膜橫切刀，如圖20、圖21所示，硬膜橫切刀中心線處611為全星，兩邊緣處612為半星，軟膜橫切刀是一長條鋸齒形刀片，它們都是通過刀座固定在機架上，在其正下方有一個貼板，貼板通過連桿與氣缸或液壓缸連接在一起，當產品進入橫切刀系統時，氣缸或者液壓缸64充氣或者油掖，將貼板向上頂，與橫切刀刀片碰撞，完成橫切。縱切刀系統硬膜和軟膜都是采用上切刀與下切刀分切，通過鏈條帶動同步帶運動，同步帶再帶動上刀軸和下刀軸同步旋轉運動來進行分切。生產硬膜時，在縱切刀處裝有一個吸塵器63，用來吸收廢邊。
如圖3所示，廢邊料纏繞收集系統由兩臺三相異步電機驅動，帶動收集盤轉動，廢邊料通過收集盤的轉動纏繞在收集盤中的軸上。
出料系統由一臺三相異步電機和傳送帶組成，傳送帶由電機帶動，產品在上面有序的輸出。
控制系統如圖5所示，采用PLC作為主控電路，采用觸摸式操作面板，中文化操作界面，圖符提示，使操作更簡單，并且具有設備運行過程中的指導性提示文字顯示和多文字方式故障信息顯示。
機架采用不銹鋼和鋁合金材料制造，符合衛生要求的開放式結構設計，便于服務機體內的所有部件。機架由幾個支撐腳水平支撐在地面上。
權利要求
1.一種吸塑成型系統，包括加熱板、成型上模、成型下模、沖頭；所述成型上模與成型下模上下相對設置，輸入端與所述加熱板輸出端相接，所述沖頭設置于所述成型上模模腔內；其特征是所述加熱板設置有多個加熱凸臺，所述加熱凸臺的面積比成型下模模腔面積略大，使加熱板由整板加熱改為區域加熱。
2.如權利要求1所述的吸塑成型系統，其特征是所述成型下模模腔設有加強筋和斜度，加強筋為梯形和/或圓弧形，斜度根據成型下模模腔的深度而而定，越深斜度越大，反之越小。
3.如權利要求1所述的吸塑成型系統，其特征是所述加熱板中的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式。
4.如權利要求1所述的吸塑成型系統，其特征是所述加熱凸臺之間設置有金屬板，表面略低于加熱凸臺。
5.如權利要求1所述的吸塑成型系統，其特征是用于硬模的所述沖頭的體積是成型下模模腔的0.6-0.8倍，且沖頭呈倒梯形形狀，即上小下大；用于軟模的所述沖頭體積是成型下模模腔的0.8-0.95倍，沖頭形狀為方形。
6.一種包裝機封合系統，包括封合下模、封合上模、硅膠墊；所述硅膠墊置于所述封合下模模腔上，所述封合上模內置加熱管，用于對被封合的膜材進行加熱軟化；其特征是所述封合上模內的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式。
7.如權利要求6所述的封合系統，其特征是所述封合上模邊緣設有小凸臺。
8.一種立體包裝機，包括吹塑成型系統、封合系統，二者依次相銜接；所述吸塑成型系統包括加熱板、成型上模、成型下模、沖頭；所述成型上模與成型下模上下相對設置，輸入端與所述加熱板輸出端相接，所述沖頭設置于所述成型上模模腔內；所述封合系統包括封合下模、封合上模、硅膠墊；所述硅膠墊置于所述封合下模模腔上，所述封合上模內置加熱管，用于對被封合膜材進行加熱軟化；其特征是所述加熱板內的加熱管、封合上模內的加熱管采用錯位布局，即一長一短，一短一長反復排列的布局方式。
9.如權利要求8所述的立體包裝機，其特征是所述加熱板設置有多個加熱凸臺，所述加熱凸臺的面積比成型下模模腔面積略大，使加熱板由整板加熱改為區域加熱。
10.如權利要求8或9所述的立體包裝機，其特征是所述加熱凸臺之間設置有金屬板，表面略低于加熱凸臺。
全文摘要
本發明公開一種立體包裝機，吸塑成型系統的加熱板上設計加熱凸臺，加熱凸臺的面積比成型腔面積略大，將加熱板的整板加熱改為區域加熱；對加熱板及封合上模內置的加熱管采用錯位布局的方式，有效的補償了加熱管排布不均、導致板面發熱不均勻的現象，通過綜合以上的技術改進，本發明的立體包裝機，吸塑成型的包裝容器質量大大提高，封合包裝的次品率大大降低，產品包裝質量得到大幅度的提高，提升了包裝合格率，同時避免了在生產中對膜材不必要的浪費，節約了生產成本。
文檔編號B65B1/00GK1730267SQ200510036798
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月19日 優先權日2005年8月19日
發明者崔金海 申請人:東莞奧美醫療用品有限公司