專利名稱：用超聲波對(duì)環(huán)形坯料進(jìn)行固定式焊接的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用超聲波來(lái)固定焊接環(huán)形坯料的方法，其中環(huán)形坯料連同將被焊合的物體一起，被夾在環(huán)形超聲波焊頭和對(duì)接接頭之間。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用超聲波將環(huán)形坯料固定地焊到物體上的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)帶有環(huán)形焊接表面的超聲波焊頭和一個(gè)對(duì)接接頭．背景技術(shù)果汁、運(yùn)動(dòng)飲品或類似的未充二氧化碳或軟飲料之類的消費(fèi)性飲料可被裝入，例如聚酯塑料(PET)瓶中。這類瓶子通常是由注壓坯料或預(yù)成型品生產(chǎn)而得，該坯料或預(yù)成型品由中心源生產(chǎn)出然后再送到吹瓶機(jī)上。在吹瓶機(jī)中，預(yù)成型品被加熱并且沿其縱向機(jī)械拉伸，之后向它加上一個(gè)壓差，這樣它將會(huì)膨脹至靠著成對(duì)模殼的內(nèi)側(cè)。
也可通過(guò)以下方法來(lái)制造相似類型的吹塑瓶，通過(guò)加熱和在密閉或封住的模子中膨脹來(lái)使預(yù)制的中空預(yù)成形品成為所需的容器。然而不是使用注模預(yù)成型品中的原始材料，而是采用網(wǎng)狀的熱塑性材料，即聚酯(PET)，或是高密度聚乙烯(HDPE)來(lái)生產(chǎn)預(yù)成形品，在這種情況中，一個(gè)網(wǎng)狀物形成能與圓筒壁固定結(jié)合的底部，而另一個(gè)網(wǎng)在圓筒壁中形成，從而制成了預(yù)成型品或半成品。通過(guò)采用網(wǎng)狀材料生產(chǎn)預(yù)成型品，可在利用簡(jiǎn)單層壓材料，包括，例如阻氣材料層的同時(shí)，盡可能的減少材料的消耗。
這樣，就可通過(guò)兩個(gè)材料網(wǎng)來(lái)構(gòu)成部件，即管形套部分和一個(gè)基本圓形的底板，在加熱和加壓的作用下，能通過(guò)形成的液封焊縫相互連接在一起。在這種情況下，傳統(tǒng)的技法是利用，如熱空氣噴嘴，來(lái)將兩部件的邊緣部分加熱至塑性材料的軟化或熔化溫度，然后將部件放在一起并在一起壓制，直到這種材料熔化并且穩(wěn)定為止。在這種情況中，所提供的一定量的熱量由于諸如工作環(huán)境和消耗能量之類的各種原因，應(yīng)該被減至最小。對(duì)兩個(gè)部件邊緣區(qū)域的過(guò)份加熱還有產(chǎn)生在鄰近區(qū)域產(chǎn)生永久熱變形的危險(xiǎn)，同時(shí)會(huì)延長(zhǎng)冷卻操作，從而降低生產(chǎn)率。同時(shí)還測(cè)試了另一種將兩部件加熱并相互密封的另一種方法，即采用帶有基本上為環(huán)形工作表面的超聲波焊頭，借助于位于套筒中的芯形對(duì)接接頭，在同時(shí)供應(yīng)能量的情況下，將底部和殼體部分的邊緣區(qū)域壓在一起。理論上講，這種焊接方法快速可行并且耗能少，但實(shí)際的分析和實(shí)驗(yàn)表明超聲波能量被導(dǎo)向并集中在底板的中心部分，結(jié)果造成底板在超聲波焊接操作中易于變形和破裂。在一個(gè)圓形的底板中，通常在焊接操作的連接中會(huì)產(chǎn)生直徑為幾個(gè)毫米的貫穿底板的中心孔。通過(guò)分析已經(jīng)證明，這個(gè)問(wèn)題通常發(fā)生在底板或圓形坯料的超聲焊接中，并且迄今為止還不可能利用現(xiàn)有技術(shù)方法完全避免這種缺陷。由于相當(dāng)大的一部分超聲波能量都集中在底板的中心區(qū)域，所以對(duì)實(shí)際焊接處，即圓形底部焊縫的加熱會(huì)相應(yīng)地降低，結(jié)果是得到了不完全或是弱化的焊縫。這樣，就需要在本技術(shù)中采取一種方法，這種方法可在圓形坯料的環(huán)形區(qū)域上進(jìn)行可行的超聲焊接，而不會(huì)破壞圓形坯料的中心區(qū)域。
本發(fā)明的目的一方法本發(fā)明的一個(gè)目的是創(chuàng)立一種方法，通過(guò)它可將圓形坯料用超聲波固定焊接到另一個(gè)物體上，如用于包裝容器的套管形外殼，而不會(huì)對(duì)圓形坯料的中部造成任何負(fù)面影響，或是造成破壞，例如產(chǎn)生孔。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是創(chuàng)立一種方法，通過(guò)它可使對(duì)圓形坯料的超聲波焊接在基本上采用傳統(tǒng)已知設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)快速且簡(jiǎn)單的焊接周期。
而且本發(fā)明的另一個(gè)目的是創(chuàng)立一種方法，通過(guò)它可使圓形坯料的超聲波焊接從能量的角度更節(jié)約，從而很適于快速生產(chǎn)包裝容器坯料，還不會(huì)產(chǎn)生上述的缺陷。
解決方案可根據(jù)本發(fā)明來(lái)達(dá)到上述或其它目的，其中的方法是，它采用超聲波來(lái)固定焊接圓形坯料，圓形坯料連同將被焊合的物體一起，被夾在環(huán)形超聲波焊頭和對(duì)接接頭之間，這種方法的特征在于，由于超聲波而在圓形坯料中部產(chǎn)生的振動(dòng)，被作用在圓形坯料上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)所限制。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案的另一些特征，在附屬權(quán)利要求2到6中有所說(shuō)明。
還有必要在現(xiàn)有技術(shù)中制造一種能將根據(jù)本發(fā)明的方法簡(jiǎn)化，并能投入實(shí)際的設(shè)備，這種設(shè)備可避免上述缺陷，即防止在圓形坯料的中部發(fā)生的損壞，其中的圓形坯料在環(huán)向焊接時(shí)與另一物體相連，例如用于包裝容器坯料的管形套。
本發(fā)明的目的-設(shè)備本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種設(shè)備，通過(guò)它可在環(huán)形結(jié)構(gòu)中采用超聲波對(duì)圓形坯料進(jìn)行固定焊接，該設(shè)備包括在超聲波焊接過(guò)程中，防止圓形坯料中部受損的機(jī)構(gòu)。
而且本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的設(shè)備，該設(shè)備能可靠且快速地將包裝容器坯料的環(huán)狀外殼部分和用來(lái)做底板的圓形坯料密封在一起。
此外本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的設(shè)備，這種設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠、并且適用于包裝容器坯料的高速生產(chǎn)。
解決方案可根據(jù)本發(fā)明來(lái)達(dá)到這些和其它目的，其中的設(shè)備采用超聲波將圓形坯料固定焊接到另一物體上，該設(shè)備包括一個(gè)帶有環(huán)形焊接表面的超聲波焊頭和一個(gè)對(duì)接接頭，該設(shè)備的特征在于它具有用于固定地保持圓形坯料的工作表面，工作表面顯示裝置用于在焊接循環(huán)期間支撐圓形坯料的中心區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案的另一些特征，在附屬權(quán)利要求8至10中有所說(shuō)明．附圖簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明方法和設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案現(xiàn)在將通過(guò)參照示意圖在下文中進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，附圖中僅表示出了那些對(duì)于理解本發(fā)明必不可少的那些部件和細(xì)節(jié)。在附圖中

圖1A、1B、1C和1D逐步表示了管狀外殼部分的生產(chǎn)過(guò)程，它的一端帶有采用本發(fā)明方法而制成的圓形坯料；圖2A表示的是圓形坯料的制造過(guò)程，而圖2B和圖2C則分別用橫截面圖和俯視圖表示出一個(gè)完成的圓形坯料；圖3A和3B表示的是應(yīng)用要本發(fā)明的設(shè)備將圓形坯料安裝和焊到外殼部分上；圖4表示的是用于包裝容器的一個(gè)已完成的預(yù)成品和半成品。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述可采用根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備來(lái)將熱塑性材料的圓形坯料用超聲波固定地焊接到所需類型的物體上，但為表示本發(fā)明，以下將說(shuō)明那些在環(huán)狀或管狀包裝容器、成品或預(yù)成品生產(chǎn)過(guò)程中所采用的方法和設(shè)備，這些容器、半成品或預(yù)成品將通過(guò)瓶子吹制技術(shù)隨后被制成，例如吹塑瓶。在這種情況下，包裝容器或成品1是由熱塑性材料制成，例如聚酯(PET)或高密度聚乙烯(HDPE)，或由另外的多層材料制成。優(yōu)選的是，所用材料采用材料網(wǎng)2，14的形式，它們可由一種或多種塑料構(gòu)成，這些塑料被層壓或相互連在一起。這些網(wǎng)狀材料處于卷起狀態(tài)供給生產(chǎn)環(huán)狀套管3的機(jī)器，這些套管是通過(guò)卷繞材料網(wǎng)2制得的，卷繞方向與材料網(wǎng)的關(guān)系是，套管3的中心軸4相對(duì)于材料網(wǎng)2的凸起或定向方向5橫向延伸。由于材料的定向，所生產(chǎn)的套管3會(huì)由于加熱而收縮至一個(gè)更小的直徑，這個(gè)將在后文中進(jìn)一步得到解釋的較小直徑應(yīng)用于形成套管3的端部中。更確切的講，材料網(wǎng)2被分成均勻一致的間隔(由橫穿材料網(wǎng)的折線6表示)，從而分隔成單獨(dú)的坯料2’，這種用原先方法進(jìn)行加熱和機(jī)械處理的單獨(dú)坯料被卷成大體圓柱形，它的重疊邊緣部分由于加熱和機(jī)械處理而熔合在一起，從而構(gòu)成了殼的焊接點(diǎn)7，它在制成的預(yù)成品中會(huì)垂直延伸。這種套管的生產(chǎn)技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中已為人熟知，并在，例如瑞典專利申請(qǐng)No．SE75100925中有所說(shuō)明，此處為作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明而將其引入作為參考。
圖1D表示的是根據(jù)上述形成并具有外殼焊接點(diǎn)7的外殼或套管3是如何被放置在成形刀具8上的，該刀具呈芯狀，并且它的直徑略小于套管3的直徑(滑動(dòng)配合)。刀具8還在外部包括一個(gè)呈圓形的下端，它可允許套管3從里面伸出。凸出的套管下部被，例如從噴嘴9噴出的熱空氣加熱到能使材料軟化或塑化的溫度，這樣由于擠壓方向而造成的材料固有的收縮特性就被激活，從而使凸出的套管部分向內(nèi)收縮而形成弧形部分或凸緣10，它在垂直運(yùn)動(dòng)沖壓工具11的作用下，擠壓成形刀具8基本為平的下端，從而得到一個(gè)與套管3的垂直壁部分成直角的輪廓分明的結(jié)構(gòu)。套管的下端冷卻后，套管3就從成形刀具8上被移開(kāi)，并傳送至對(duì)接接頭12，在那里進(jìn)行預(yù)成型品1底部的安裴和固定。
底板或圓形坯料13是由與材料網(wǎng)2相同類型的網(wǎng)狀材料14制成的(最好同時(shí)制成套管3)。材料網(wǎng)14依次通過(guò)一個(gè)常用的沖壓工具15，該工具包括一個(gè)往復(fù)式?jīng)_頭16和一個(gè)圓形模具17。當(dāng)沖壓工具15工作時(shí)，就按已知的方法從材料網(wǎng)14上沖出圓形的坯料13．隨后這些圓形坯料被進(jìn)一步送至成形工段。根據(jù)所選擇的材料，有可能需要將圓形坯料的材料加熱至一個(gè)合適的熱成形溫度，例如聚酯可在室溫下通過(guò)機(jī)械處理成型。通過(guò)采用帶有成型工作表面的兩個(gè)相互配合的壓縮工具(未示出)，可在每個(gè)單獨(dú)的環(huán)形坯料13的中部得到一個(gè)凸紋花樣18，例如圖2C中所示的四角星的形狀，它的尖端離圓形坯料13的邊緣有一定距離。也可選擇其它的凸紋花樣，一個(gè)最重要的特征是花樣具有許多輻射部分，這些部分從中心輻射至圓形坯料13的周圍。所示的星狀結(jié)構(gòu)使得圓形坯料具有四個(gè)輻射狀的堅(jiān)硬隆起19，根據(jù)本發(fā)明，可證明這些隆起在防止振動(dòng)方向極為有效，該振動(dòng)在套管3圓形坯料的超聲焊接時(shí)會(huì)在圓形坯料上產(chǎn)生永久損傷。
這樣已完成的坯料13就被放置在上述芯狀對(duì)接接頭12的下端。對(duì)接接頭12包括一個(gè)中心真空槽20，它的一端與真空源21相連，另一端接在對(duì)接接頭12的下端。更確切地講，對(duì)接接頭12的下端有一個(gè)中心埋頭的表面22和一個(gè)界定埋頭表面區(qū)域22的周邊23。埋頭的表面區(qū)域22還帶有一個(gè)位于中部的環(huán)形彈性密封件28，例如采用0形環(huán)的形式，在將圓形坯料13加到對(duì)接接頭12的下端上后，這就構(gòu)成一個(gè)腔室，真空槽在腔室的中部具有一個(gè)排氣孔24。當(dāng)開(kāi)動(dòng)真空源21，由于真空作用而使圓形坯料13接在對(duì)接接頭12的下端，真空室中的真空是由密封件28、表面22和本身的圓形坯料13構(gòu)成的。在坯料13上凸紋花樣18的作用下，真空被擴(kuò)散至圓形坯料的整個(gè)中心區(qū)，凸紋花樣基本上處于密封件28和與表面22相連的接頭所界定的區(qū)域中，從而當(dāng)真空過(guò)強(qiáng)時(shí)，可防止圓形坯料13被吸入靠著孔24的密封閉合區(qū)中。作為這種真空強(qiáng)化的機(jī)械接合，使得圓形坯料13穩(wěn)固并且在朝真空槽20的孔24的方向上被夾緊，這可使圓形坯料13的彈性降低，從而防止坯料13中部區(qū)域所產(chǎn)生的振動(dòng)。
在將坯料13放在對(duì)接接頭12的末端上后，用上文所述方法生產(chǎn)的套管3就穿過(guò)對(duì)接接頭12，從而使套管上向內(nèi)折疊的凸緣或孤形部分10包住了圓形坯料13的邊緣區(qū)域，即坯料13上不帶凸紋花樣的區(qū)域。這樣底板13會(huì)與凸緣10的內(nèi)表面相接，該內(nèi)表面處底板的邊緣區(qū)域與孤形部分或凸緣重疊，通過(guò)讓帶有環(huán)形工作面25的焊接頭26與底板13和套管3的重疊部分相接觸，就能在重疊材料部分的同步壓縮過(guò)程中將底板13熱密封到孤形部分或凸緣10的一側(cè)上。由于采用根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備而產(chǎn)生的底板13的上述穩(wěn)定性，會(huì)明顯降低傳到底板13中部的超聲波振動(dòng)，結(jié)果是能量以最小的損耗集中到焊接位置處。作為保證包裝容器或預(yù)成形品1功能的一個(gè)基本先決條件，象外殼焊縫7一樣，大體為圓形的底部焊縫27將被壓縮，并且完全防水。由于采用上述的步驟在底板13上采用一個(gè)中部凸紋花樣，通過(guò)機(jī)械的方法在真空的作用下將圓形坯料固定到對(duì)接接頭12的下端，結(jié)果是在超聲波焊接操作中，可避免能對(duì)底板13中部的材料造成不良影響的振動(dòng)，實(shí)際上這種解決方案已經(jīng)被證實(shí)可完全消除在底板13中部發(fā)生的上述變形或孔洞。
這樣采用上述方式所生產(chǎn)的預(yù)成形品1(圖4)包括一個(gè)帶有垂直延伸外殼焊縫7的基本上為圓柱狀外殼的部分，以及一個(gè)包括底板13在內(nèi)的底部，底板13通過(guò)大體圓形底部焊縫27與外殼部分相連。這樣即完成了容器的生產(chǎn)，但也可想象在已知的方式中利用已生產(chǎn)的容器作為預(yù)成品或半成品來(lái)生產(chǎn)吹塑瓶。
作為圓形坯料上述實(shí)施方案的另一種方案，不采用(或作為補(bǔ)充)坯料13的凸紋花樣，可以設(shè)想在一個(gè)實(shí)施方案中，可在對(duì)接接頭端面上作出相應(yīng)的花紋樣式。然而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中用來(lái)傳遞真空并使圓形坯料穩(wěn)定的星狀凹痕、導(dǎo)槽或可透氣(燒結(jié)的)的表面只得到了有限的效果，并且可以證實(shí)只有將一個(gè)或多個(gè)附屬權(quán)利要求中所述的方法，實(shí)際設(shè)置和機(jī)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，才能得到最好的穩(wěn)定和滯留效果。
權(quán)利要求
1.一種采用超聲波來(lái)對(duì)圓形坯料進(jìn)行固定焊接的方法，其中圓形坯料連同將被焊合的物體一起，被夾在環(huán)形超聲波焊頭(26)和對(duì)接接頭(12)之間，其特征在于由位于圓形坯料(13)中部超聲波引起的振動(dòng)可由作用在圓形坯料上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)限制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于圓形坯料(13)在真空的作用下固定到對(duì)接接頭(12)工作表面上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在焊接循環(huán)中，在圓形坯料(13)自由表面的中部有真空作用。
4.如權(quán)利要求1到3所述的方法，其特征在于在焊接循環(huán)之前，圓形坯料(13)的中部就帶有凸紋花樣(18)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于通過(guò)熱成形在圓形坯料(13)作出帶有輻射狀部分的花樣。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于在焊接循環(huán)之前的一個(gè)單獨(dú)步驟中，在圓形坯料(13)上作出基本為徑向輻射狀的堅(jiān)固凸起或折皺(19)之類的花樣。
7.一種采用超聲波來(lái)把圓形坯料(13)固定焊接到一物體(3)上的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)帶有環(huán)狀焊接表面(25)的超聲波焊頭(26)和一個(gè)對(duì)接接頭(12)，其特征在于它具有一個(gè)能固定圓形坯料(13)的工作面，該工作面可作為在焊接循環(huán)中支撐圓環(huán)坯料中心部分的機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于該工作面包括一個(gè)由圓形坯料(13)的一側(cè)構(gòu)真空室。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于真空室是由靠在圓形坯料(13)上的環(huán)形密封接件(28)構(gòu)成的，周圍是接入工作表面中的真空槽。
10.如權(quán)利要求7到9所述的設(shè)備，其特征在于工作面構(gòu)成了對(duì)接接頭(12)的一部分。
全文摘要
在生產(chǎn)諸如吹塑瓶之類包裝容器的過(guò)程中,在一定的情況下圓形坯料被固定地焊接到套管狀外殼部分的底端。如果焊接采用超聲波進(jìn)行,則從能量角度來(lái)看要比其它方法優(yōu)越,但在這種情況下已證明圓形坯料中心部分吸收的超聲波能足以使其變形或破裂。根據(jù)本發(fā)明則可得到一種應(yīng)用超聲波來(lái)對(duì)圓形坯料(13)進(jìn)行固定焊接而又不會(huì)發(fā)生以上缺陷的方法,其中超聲波引起的振動(dòng)可通過(guò)圓形坯料(13)中部的機(jī)械穩(wěn)定而減小,這是由于圓形坯料中部所帶的真空和凸紋花樣(18)的作用而實(shí)現(xiàn)的。一種采用超聲波來(lái)把圓形坯料(13)固定焊接的設(shè)備具有一個(gè)對(duì)接接頭(12),該接頭上的工作面可用來(lái)固定圓形坯料,在焊接循環(huán)中,工作面構(gòu)成了圓形坯料中部真空室和支撐機(jī)構(gòu)的一部分。
文檔編號(hào)B29C57/00GK1205668SQ9619921
公開(kāi)日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者A·安德森 申請(qǐng)人:利樂(lè)拉瓦爾集團(tuán)及財(cái)務(wù)有限公司