Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10315
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
B 29C 49/28 (2006.01)
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОГО ИЗДЕЛИЯ
ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: u 20140103
(22) 2014.03.20
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный уни-
верситет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(72) Авторы: Мышковец Виктор Николае-
вич; Максименко Александр Василье-
вич; Баевич Георгий Александрович;
Усов Петр Петрович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(57)
1. Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержа-
щая технологический лазер, включающий оптико-механическое устройство, состоящее из
корпуса с поворотным зеркалом и фокусирующей системы, выполненной в виде трубчато-
го корпуса, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра преформы, с уста-
новленным в нем оптическим узлом, содержащим положительную линзу или
установленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную и коническую лин-
зы, формирующие лазерный пучок соответственно круглого или кольцевого сечения, диа-
метр которого примерно равен наружному диаметру преформы, механизм вертикального
перемещения фокусирующей системы, формовочное устройство, состоящее из неподвиж-
ной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, узел выдува преформы, вклю-
чающий выдувную головку, механизм перемещения выдувной головки, электронную
Фиг. 1
BY10315U2014.10.30

2. BY 10315 U 2014.10.30
2
систему управления, отличающаяся тем, что фокусирующая система снабжена разме-
щенной на выходном конце трубчатого корпуса формующей головкой с осевым отверсти-
ем 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 формую-
щей головки.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для изготовления двух и более изделий
оптико-механическое устройство снабжено смонтированными в его корпусе дополни-
тельными поворотными зеркалами, выполненными в виде светоделительных зеркал, по-
следовательно установленных по ходу лазерного излучения и оптически связанных с
поворотным зеркалом дополнительными фокусирующими системами, оптически связан-
ными с дополнительными поворотными зеркалами, и дополнительными выдувными го-
ловками, 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 ис-
пользуют CO2-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 генери-
рующие излучение с длиной волны средней и/или дальней инфракрасной области оптиче-
ского диапазона.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность формующей го-
ловки имеет сферическую форму.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубчатый корпус и формующая голов-
ка 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, МПК7
B 29C 49/28, 2012.
2. Патент РФ на полезную модель 21757, МПК7
B 29 D 22/00, 2002.
3. Патент РБ на полезную модель 9676, МПК B 29C 49/02, 2013 (прототип).
Полезная модель относится к оборудованию для изготовления полых изделий из по-
лимерного материала, в частности тары, такой как банки, бутылки, из предварительно из-
готовленных пальцеобразных заготовок (преформ).
Известна установка для изготовления полых изделий из полимерного материала, со-
держащая средство нагрева преформ, формовочное устройство, состоящее из неподвиж-
ной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, механизм растяжения
преформы, узел выдува преформ, включающий в себя выдувную головку и механизм пе-
ремещения выдувной головки, электронную систему управления [1].
Известна также установка для изготовления полых изделий из полимерного материа-
ла, содержащая средство нагрева преформ, формовочное устройство, состоящее из непод-

3. BY 10315 U 2014.10.30
3
вижной и подвижной полуматриц с механизмом их смыкания, механизм растяжения пре-
формы, узел выдува преформ, включающий в себя выдувную головку, механизм переме-
щения 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 на-
правлении растягивающим стержнем и раздувание сжатым воздухом до требуемого про-
филя производимого изделия.
При этом система нагрева преформ, состоящая из ряда нагревательных блоков, экра-
нирующих и охлаждающих элементов, не обеспечивает в полной мере оптимальный тем-
пературный режим вдоль длины и между наружной и внутренней поверхностями
преформы и тем самым не позволяет в определенных пределах регулировать механиче-
ские 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 усложне-
нию производственного оборудования, оснастки, что увеличивает массогабаритные пока-
затели оборудования.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для изготовления по-
лого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, включаю-
щий оптико-механическое устройство, состоящее из корпуса с поворотным зеркалом и
фокусирующей системы, выполненной в виде трубчатого корпуса, наружный диаметр ко-
торого меньше внутреннего диаметра преформы, с установленным в нем оптическим уз-
лом, содержащим положительную линзу или установленные на оптической оси по ходу
луча лазера положительную и коническую линзы, формирующие лазерный пучок соответ-
ственно 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 меха-
низмом 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 из-
готовления изделий, увеличивают массогабаритные показатели оборудования и оснастки.
Технической задачей заявляемой полезной модели является усовершенствование ус-
тановки для изготовления полого изделия из полимерного материала, обеспечивающей
снижение энергозатрат, повышение качества изделия, повышение производительности,
расширение технологических возможностей, а также снижение массогабаритных показа-
телей оборудования.
Технический результат, достигаемый заявляемой установкой, заключается в возмож-
ности изготовления полых изделий удлиненной формы в формовочном устройстве при

4. BY 10315 U 2014.10.30
4
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 из-
делия из полимерного материала, содержащей технологический лазер, включающий опти-
ко-механическое устройство, состоящее из корпуса с поворотным зеркалом и
фокусирующей системы, выполненной в виде трубчатого корпуса, наружный диаметр ко-
торого меньше внутреннего диаметра преформы, с установленным в нем оптическим уз-
лом, содержащим положительную линзу или установленные на оптической оси по ходу
луча лазера положительную и коническую линзы, формирующие лазерный пучок соответ-
ственно 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 меха-
низмом 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, вы-
полненной с возможностью перемещения в полости преформы, оптический узел смонти-
рован 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 дополни-
тельно изготавливаемых изделий, а также механизмом перемещения каждой дополни-
тельной фокусирующей системы и выдувной головки.
Кроме того, в качестве технологического лазера используют CO2-лазер непрерывного
действия, или полупроводниковые лазеры, или лазер на твердых кристаллах, выполнен-
ные с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, при-
лагаемой 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 неразъем-
но 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 связан-
ного с электронной системой управления силового узла, содержащего неподвижный ци-
линдрический корпус и шток, связанный с фокусирующей системой.
Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники
техническими решениями показывает, что установка содержит новые существенные при-
знаки:
фокусирующая система, выполненная с возможностью осуществления функции фор-
мирования 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 прохо-
ждения лазерного луча и с возможностью перемещения в полости преформы и ее растяги-
вания;

5. BY 10315 U 2014.10.30
5
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 заяв-
ляемой 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 ла-
зерного 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 пре-
формы и повышает качество обработки изделия.
Монтаж оптического узла в трубчатом корпусе так, чтобы фокус лазерного пучка, вы-
ходящего из оптического узла, находился внутри отверстия формующей головки, а диа-
метр 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 заяв-
ляемой установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, отсутст-
вуют.
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 мате-
риала в одноместном формовочном устройстве;
фиг. 2 - общий вид установки для изготовления полого изделия из полимерного мате-
риала 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, ме-
ханизм 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 верти-
кального 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 установ-
ленные на оптической оси по ходу луча лазера положительную 16 и коническую 17 линзы
(фиг. 4).
Фокусирующая система 11 выполнена с возможностью осуществления функции фор-
мирования лазерного пучка круглого 18 или кольцевого 19 сечения и функции взаимодей-
ствия 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-

6. BY 10315 U 2014.10.30
6
ность формующей головки 20 предназначена для взаимодействия с внутренней поверхно-
стью 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 го-
ловки 20, а диаметр лазерного луча, круглого 18 или кольцевого 19 сечения на поверхно-
сти преформы был примерно равен наружному диаметру преформы.
Для изготовления двух и более полых изделий (фиг. 2) оптико-механическое устрой-
ство 8 снабжено смонтированными в его корпусе 9 дополнительными поворотными зер-
калами 21, выполненными в виде светоделительных зеркал, последовательно
установленных по ходу лазерного излучения и оптически связанных с поворотным зерка-
лом 10, дополнительными фокусирующими системами 11, оптически связанными с до-
полнительными 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 пере-
мещения 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 CO2-лазер непрерывного действия,
или полупроводниковые лазеры, или лазер на твердых кристаллах, генерирующие излуче-
ние с длиной волны средней и/или дальней инфракрасной области оптического диапазона.
Технологический лазер 1 и система управления (на фигурах не указывается) выполне-
ны с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, при-
лагаемой 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 ви-
де 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 вы-
полнен в виде связанного с электронной системой управления силового узла (на фигурах
показан), содержащего неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с фоку-
сирующей системой 11.
Механизм 7 перемещения выдувной головки 6 выполнен пневматическим, или гид-
равлическим, или рычажным, или кулачковым, или винтовым.
Обрабатываемая преформа обозначена цифрой 24.
Установка работает следующим образом.
Холодная преформа 24 поступает в пространство между разобщенными полуматрица-
ми 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) выдув-
ной 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 лазер-
ное 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 фокуси-
рующую систему 11 в начальную точку нагрева преформы 24.

7. BY 10315 U 2014.10.30
7
Перемещение фокусирующей системы 11 может быть осуществлено механизмом, вы-
полненным в виде связанного с электронной системой управления силового узла (на фи-
гурах 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 пе-
ремещает 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 на-
ружному диаметру преформы 24, нагревают участки преформы 24 до оптимальных тем-
ператур.
После нагрева преформы 24 лазерное излучение отключают и осуществляют растяже-
ние преформы 24 до заданной конечной длины путем перемещения фокусирующей сис-
темы 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 поло-
жение, 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, вы-
полненными 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. Каж-
дый сфокусированный пучок лазерного излучения и поток сжатого воздуха концентриру-
ют 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 спосо-
бом с использованием существующей технологии производства.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "промыш-
ленная применимость".
Фиг. 2

8. BY 10315 U 2014.10.30
8
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.