专利名称：用于冲压塑性材料的模具和工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对塑性材料进行冲压的设备和工艺，所述的冲压是指使用模具将塑性材料冲压成形为一种所需形状的物品。更具体地说，本发明涉及冲压清洁条、除臭条或别的类似的产品和食品的工艺，所述的食品是指例如餐后甜点。
所述的“清洁条”是指一个小片，块状物或条状物，其表面活化剂的重量至少占清洁条总重量的20％，所述的活化剂包括肥皂，合成清洁活性物或其混合物。
在制造清洁条过程中，包括清洁条所有成份的预制的混合物被从常用的喷嘴中挤出，以形成连续的“杆”，将所述的杆切成具有预定长度的小块，所述的小块通常被称作“坯段”，这些坯段被送进压模，或者使用例如一个具有与条表面同样尺寸的模具在清洁条的一个或多个表面上压出痕迹，该条表面被来自锤或一个辊式成型模具的力所击打。
所述的压模通常由两个半拉部件组成，所述的每个部件在冲压过程中都有一个表面与所述的坯段接触，在冲压过程中，这些表面相互接近到一个预设距离，因此在模具的两个半拉部件之间将所述的坯段压制成最终的形状和外形，然后模具的两个部件彼此分离。随着模具两半拉部件的接近，坯段中的多余的材料被从模具中挤出，所述的被挤出的多余的材料通常被叫做“飞边”，采用让肥皂条通过一个“去飞边板”上的孔的方式将所述的飞边从肥皂条上切除。
常规的模具冲压设备包括“销模”形状的设备和“壳形弯曲模”设备，在所述的“销模”设备中，一对相反对置的模具部件或半模在压塑工序中接触，在所述的“壳形弯曲模”设备中，一对相反对置的模具部件对条件进行冲压，但模具部件在压塑工序中并不接触，所述的条被夹持在壳架上的孔内，条件的周边表面被壳架限制。
所述的每个半模通常被配置一个推料器或模插入件，所述的推料器通常被弹簧压持在模具内部，但可以被压缩空气或机械装置所推开，用于帮助将清洁条从模具上取出。
在半模闭合过程中，通过将聚集在清洁条和模具表面之间的气体抽出，从而产生一个真空，对于旋转模，当其旋转时，这种真空有助于使条保持在模具中的位置。
使用模具对清洁条进行的冲压被用来给予清洁条一个可再现的形状、光滑的表面和/或在条的至少部分表面上压印制一个图案例如一个标识语，商标或类似东西。然而一个与推料器有关的问题是，推料器趋向于在清洁条的一个小面积内施加更高的压力，这使软硬度的肥皂配方产生了问题。
并且作为模具闭合的一个结果，在连续使用模具时，一定数量的剩余的清洁材料留在半模上，因此，所成形的清洁条表面上经常带有肉眼可见的缺陷或成形后的清洁条可能不能从模具表面上取出。
对这些问题提出了多种解决方案，一种方案是在冲压过程中，对模具进行急冷，急冷使用贵重的资源，更具体地说是能源。
专利号为EP 276 971的欧洲专利和申请号为95924225.6的PCT申请介绍了另一种技术方案，在该方案中，所用的模具包括一个弹性模具零件和一个非弹性模具零件，所述的弹性零件有一个在一定范围内变化的弹性模数。该方案的一个难点是，弹性体的涂层之使用寿命较短，仅有几天或稍多一点时间。
申请人为Roussel，专利号为US4,809,945的美国专利介绍了一种用于对类似肥皂条的物品进行模压成型的模型腔。
一个叫做Metapor的多孔模具被用于真空模压造型，即通过所述的孔将空气抽出以形成真空，从而形成对应模具的形状。
流体脱模剂被普遍用于肥皂冲压工序中用来帮助肥皂条脱模。这些流体在冲压前被喷射或涂覆于模具或坯料上。不幸的是这经常导致多余的流体脱模剂转移到冲压设备内，传送带上或别的设备上。这种转移导致操作困难，例如传送带打滑，脱模流体(例如卤水)可能腐蚀冲压设备中的金属零件。不希望的对产品的侵蚀可能出现在产品上。并且脱模剂可能被浪费。
冲压肥皂条过程中的气体排出通常被冲压率所决定并可通过肥皂坯料的形状来控制。然而有时会出现这样一个问题，即由于气体没有被完全排出，导致肥皂条表面失真。并且排气出现问题的可能性降低了所生产的肥皂条的优良率，特别是当冲压复杂形状的产品时更明显。
本发明的一个目的是提供一种改进的设备和工艺用于冲压塑性材料，其至少能克服上述的一些问题。
根据发明，提供一种上述类型的冲压设备，设备的特点是至少模具半拉的一部分或每个半模由多孔材料组成，按照本发明所制造的冲压模具有许多优点。由于模具是多孔的，脱模流体可以通过所述的小孔到达冲压基表面，以减少被冲压的塑性材料和冲压表面之间的粘附。此类脱模流体可以有多种形式，例如脱模流体可以是被加压的，具体地说可以是压缩气体。在此情况下，虽然这些气体是设想的，但所述的气体优选为空气，干燥空气或氮气。根据条件，所选用的气体的压力可以从0到250磅/英寸2，优选为0到100磅/英寸2之间。
更进一步地说，气体的温度可以适应条件而发生变化。一般标准是气体温度低于50℃，最好是低于40℃，最优是低于30℃，最理想的是低于20℃，通常所选用的气体温度高于5℃，最好是高于10℃，最理想的是高于15℃，然而也可以低至-20℃。
在本发明的一个实施例中，冲压设备最理想的是在模具内包括一种使用脱模流体的装置。
在本发明之另一个实施例中，被使用的脱模流体包括一液体，其为被加压的形式或不被加压的形式，通常优选的脱模流体包括盐水溶液，羟乙磺酸钠溶液，丙烯乙二醇溶液，异丙醇，混合的磷酸钠溶液，硅油溶液，水或混合溶液。同时脱模流体也可以是气体和液体的混合物。
在本发明的一个实施例中，脱模流体在整个冲压工序中被使用，同样可以仅仅在所述的冲压工序的特定阶段使用脱模流体。在使用压缩气体的情况时，当肥皂在模具内被压制成型以后及模具与压制的材料分离之前使用压缩气体。
本发明所述的制造多孔模具的材料最好从金属、金属合金、被烧结的金属、金属混合物、非金属混合物和非金属材料中选择，所述的非金属材料是指例如陶瓷、热塑性塑料和热固性树脂。模具上的孔的尺寸是可变的，但通常在0.1～500μm的范围内，优选为5～50μm，最理想的是5～20μm。当使用粗糙的烧结材料制造模具时，模具上的冲压基表面最好被机加工或抛光以减少所述表面的粗糙度，这将导致在冲压基面上有一个更光滑的表面。
在本发明另一个实施例中，多孔模具，更具体地说是模具的冲压基表面与大气压相接触。如此形成的冲压设备就可在冲压运作中提供一种简单和有效的模具排气。所述的设备最好包括用于在冲压工序的任意阶段都能阻断大气压和冲压基表面之间连通的装置。
在本发明另一个实施例中，通过多孔模具，冲压基表面与一降低的压力源相通。
本发明也与使用多孔模具冲压塑性材料有关，如清洁产品，例如肥皂和NSD。
本发明也与冲压塑性材料坯料的工艺有关，它包括如下步骤将塑性材料送进具有至少一个半模的冲压装置；和使用至少一个多孔的半模冲压所送进的塑性材料以形成压制好的产品。
最好所述的工艺包括使用脱模流体的工艺，即将脱模流体通过多孔的模具送到上述的冲压基表面。有关脱模流体的应用的细节在前面已经叙述过。
最理想的是所述的工艺包括附加的排气步骤，所述的排气是指在冲压过程中使至少一个半模进行排气。最好是至少在冲压工序的一个预定的阶段，通过多孔模具使冲压基表面与大气压相连通，来实现所述的排气步骤。
通过接合附图对下文的实施例进行描述，本发明将变得更清楚。
图1是一个沿横轴剖开的横截面图，所述的横截面视图是本发明的肥皂冲压模的一个半模；图2是一个座标图，反映了气体和冲模温度对粘附力为0时的临界压力的影响，所述的粘附力是指坯料和冲压基表面之间的粘附。
图3是一个图表，反映了气体压力和粘附力之间的关系，所述的粘附力是指坯料与冲压基表面之间的力；图4和图5分别是本发明另一个实施例中的一个沿横轴剖开的横截面图，所述的横截面视图是肥皂冲压模具的一个半模的横截面图。
参阅图1，半模10由条冲压表面12和侧壁16组成，模具10由多孔的材料制成，侧壁16被密封以阻止气体通过，条冲压表面12和通常是与表面12平行的模具内壁13没有被密封，允许气体通过，任选的推料器14可以被配置在模具内部的中央，所选用的推料器是本领域技术人员众所周知的，侧壁16安装在底座18上。
一个气体供给装置20沿箭头A所示的方向向模具内提供压缩空气，由于侧壁16被密封，而壁12和13没有被密封，所有压缩空气都可通过壁12和13，并对任何靠在或邻近模壁12的肥皂和别的产品施加压力。
关于肥皂条的制造将被详细描述，然而人们都清楚，别的产品特别是象食品一样的柔软产品，例如冷冻甜点心条也可以按照本发明所述的工艺制作。肥皂坯料被传送到模具的两个半模10的正中间位置，所述的两个半模相互接近，甚至接触，每个半模10上的表面12与肥皂接触，所以制成了具有所希望的形状和表面花纹的肥皂。当希望将肥皂从模具中移出时，使用气体供给装置20将压缩空气送向内壁13，气体最终通过模具上的孔到达模具表面12，在同一时刻，推料器14被一个推料机构(图中未显示)所推动，压缩空气所产生的力将肥皂和任何肥皂颗粒从模具表面12上吹走，因此将所制成的肥皂条从模具上取出是很清洁的，没有任何肥皂颗粒留在模具内。同样如果使用推料器也有助于将肥皂条从模具上取出。
使用多孔模具将导致肥皂条的脱模力沿整个肥皂条的表面均匀分布。因此可以希望减少或消除推料机构的集中的脱模力，并确保硬度非常柔软的肥皂和包含高液体比率配方的肥皂能不产生变形地脱模。最好微孔以一个较大的百分率均匀地分布在模具之肥皂条接触表面上，最好所述孔至少占模具半拉之肥皂条接触表面总面积的15％。
第一实施例用Metapor F100 AL材料制造一系列半模，所述的材料是带微孔的、气体可渗入的铝材，半模上配置有压缩空气供给装置，所述的装置提供的压缩空气的压力达90磅/英寸2。
所述的半模被用于冲压具有下列配方的肥皂。
实施例中所用的肥皂条的成份如下配方A ％wt(重量)无水的牛脂皂 52.3无水的椰子皂 29.9
椰子脂肪酸5.2水和次要组分 至100配方B ％wt椰子基(cocyl)羟乙磺酸钠 27.00椰子酰氨丙基甜草碱(cocoamidopropyl betaine) 5.0聚乙二醇 33.12脂肪酸11.00硬脂酸钠 5.00水+次要组分 至100配方C％wt椰子基(cocyl)羟乙磺酸钠 49.7882/18皂 8.31硬脂酸钠 2.98苯磺酸烷基酯 2.02硬脂酸20.15椰子脂肪酸3.08羟乙磺酸钠4.68水+次要组分 至100冲压以后，半模返回到初始位置，并且来自模具内的压缩空气被使用，所以气体通过微孔出现在肥皂条与半模接触表面上。因此无论是否使用推料器，均可导致肥皂从半模上干净地脱模。
第二实施例在该实施例中，对烧结的青铜盘式压碎机(ex GKN)和具有配方D的肥皂之间的粘附力作了实验测量。
肥皂在40℃，烧结物和气体处于19℃时，烧结物以1mm/s的速度被压印进肥皂达3mm，而以17mm/s的速度分离。
从图3(原文为2)中可以看出，对于烧结物A，在模具压制/分离的整个周期中和仅仅在模具分离阶段，使用氮气与不使用气体进行比较，使用氮气导致粘附力下降。随着气体压力增大，粘附力变小，并趋向为0，并能够测出粘附力为0时的气体压力值Po，只有在分离阶段供给气体时，则需要一个更高的Po值。
在一定范围的气体/烧结温度下，对烧结物A和B作了同样的测量，别的测试条件不变。图2(原文为3)显示了根据气体/烧结物温度的变化，获得0粘附力时所需要的不同的气体压力值，从图2中可以看出。烧结物尺寸，气体/烧结物温度，气体供流的时间控制，和获得粘附力为0所需的气体压力之间具有相互影响的关系。
对烧结物的描述烧结物用以制作烧结物的粉末微孔的近似尺寸μm颗粒的近似尺寸μmA 12015-20B 50 5-7配方D％wt(重量)椰子基(cocyl)羟乙磺酸钠 27.0牛脂酸(硬脂/软脂)17.0羟乙磺酸钠 2.2椰子酰氨丙基甜草碱(cocoamidopropyl betaine)5.0硬脂酸钠 6.0聚乙二醇 26.6麦芽糖糊精 10.0水 4.5次要物质 至100第三实施例本发明另一个实施例用于说明使用液体脱模流体的多孔模。
参阅图4(原文为3)，半模20包括条成形表面22和侧壁26，半模20由多孔材料制成，侧壁26被密封以阻止脱模流体通过，条冲压表面22和通常是与表面22平行的模具内壁23没有被密封，允许脱模流体通过，任选的推料器24可以被配置在模具内部的中央，所选用的推料器是本领域技术人员众所周知的，侧壁26安装在底座28上。
一个脱模流体供给装置沿箭头B所示的方向向模具内提供流体，例如可通过低压流体供给系统或储液罐压头提供流体。本领域普通技术人员可根据流体粘度、微孔尺寸、冲压速度和将每一个肥皂条从模具内取出所需的流体数量决定流体所需要的压力。由于侧壁26被密封，模壁22和23没有被密封，任何通过模壁22和23的流体都将与安置在或接近模壁22的肥皂或其它产品相接触。
将具体接合肥皂条的生产对冲压工序进行描述。在冲压过程中，一肥皂坯料被送到两个半模20之间的中央位置。半模被相互接近移动，甚至相互接触，每个半模的表面22都与肥皂接触，所以制成了所期望的肥皂形状和表面压制标记。通过模具上的微孔，脱模流体29出现在压制表面22上，当希望将肥皂从模具中移走时，由于有脱模流体，肥皂可以干净地从半模上取出。如果使用推料器，它将有助于从模具中取出肥皂。
在使用旋转模进行冲压时，脱模流体可以从现有的冷却通道系统被送进，使用往复模具时，现有的外部储液罐系统可以被使用。
可以期待，使用多孔模具将导致脱模流体沿肥皂条整个表面均匀分布。这将消除对推料机构和通常被应用的集中推料力的需求。因此一个非常柔软的、其配方中具有高比率的液体的肥皂可以不发生变形地从模具中取出。最好模具上的微孔以一个大的百分率均匀地分布在模具的肥皂条接触表面上，最好，所述的微孔至少占模具半拉之肥皂条接触表面面积的15％。
所期待的好的清洁条脱模方法是指不用昂贵的模具冷却，所述的冷却模具在有些冲压工序中是需要使用的。作为优选，可以应用简便的冷却。
“半模”可以被这样理解，它包括一个模具冲压表面，即使一第二个，类似的(冲压)表面没有被利用。
可以使用密封树脂或密封材料进行密封，所述的密封材料例如是指环氧树脂或聚丙烯树脂。例如型号AR Loctite ShadowCurve7是一种施加于透明丙烯的气溶胶。可以用喷射的方式对模壁进行喷涂密封，喷涂密封后利用空气对涂层进行干燥。对于液态的树脂可以使用刷子刷或甚至用浸泡的方法进行涂层。
第四实施例发明另一个实施例对为了排气目的而使用带孔模具进行了说明，参看图5(原文为4)，半模30由条冲压表面32和侧壁36组成，模具30由多孔的材料制成，侧壁36上有许多微孔，所以冲压表面32上的孔通过侧壁36上的孔和大气压力相通。从模腔到模具外的气体通道不被阻碍，所以从模具的冲压表面通过模具到外部的大气环境，气体有连续的通道或路径。
无论是侧壁36还是冲压表面32或通常是与表面32平行的模具内壁33都没有被密封，允许气体可靠地通过。任选的推料器34可以被配置在模具内部的中央，所选用的推料器是本领域技术人员众所周知的，侧壁36安装在底座38上。
将具体接合肥皂条的生产对冲压工序进行描述。在冲压过程中，一肥皂坯料40被送到两个半模30之间的中央位置。如图5所示，坯料40在半模上的位置将使空气被滞留在坯料和冲压表面32之间以及坯料和推料器34之间。所述的被滞留在坯料和冲压表面32以及推料器34之间的空气用箭头C来表示。然而由于半模是多孔材料制成的，事实上空气没有被滞留。所述的空气通过表面32和33以及侧壁36上的孔与外部大气压力相通。结果，使用本发明的多孔模，缓解了不然的话可能发生的气体对成型的阻力。因此可以期望产品不用为了避免气体阻力而被设计成特殊的形状，也不必为了改善产品质量而降低生产速度。
随着冲压工序的连续进行，半模被相互接近地移动，甚至相互接触，每个半模的表面32都与肥皂接触，所以制成了具有所期望的形状和表面压制标记的肥皂。随后两个半模被分开，如果需要，可通过推料器34帮助将肥皂从模具中取出。
优选方案是微孔以一个大的百分率均匀地分布在模具的肥皂条接触表面上。
“半模”是指包括一模具的一个冲压表面，即使一第二，类似的表面没被使用。
权利要求
1.一种用于冲压塑性材料的设备，所述类型的设备包含一个具有一冲压基表面的半模，其特征是至少半模的一部分区域由多孔材料制成。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述的设备包括一种装置，该装置将一脱模流体通过多孔材料送到冲压基表面上。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述的脱模流体是被加压的。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于所述的脱模流体包括气体。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于所述的气体可从空气、干燥空气或氮气或任意的由此而来的混合气体中选用。
6.根据权利要求1或3所述的设备，其特征在于所述的脱模流体包括液体。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述的脱模流体可以从盐水溶液，羟乙磺酸钠液体，丙烯乙二醇溶液，异丙醇，硅油溶液，水或由此而来的混合溶液中选取。
8.根据前面的任一项权利要求所述的设备，其特征在于脱模流体由气体和液体的混合物组成。
9.根据前面的任一项权利要求所述的设备，其特征在于该设备具有一个用于脱模流体的储存装置。
10.根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的设备，其特征在于它包括一种在将被冲压后的塑性材料从模具(半拉)上取出时让流体通过多孔材料到达冲压基表面的装置。
11.根据前面的任一项权利要求所述的设备，其特征在于制造模具的材料可从金属、金属合金、烧结材料、金属混合物和非金属材料中选择，所述的非金属材料是指例如陶瓷、热塑性塑料和热固性树脂。
12.根据权利要求2至11中任一项权利要求所述的设备，其特征在于通过多孔材料，冲压基表面与外部大气压相通。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于它具有一种断开冲压基表面与外部大气压联系的装置。
14.根据前面的任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述的冲压基表面被机加工或抛光。
15.根据前面的任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述的冲压基表面通过多孔模具至少在冲压工序的部分阶段与一个低压力源相通。
16.一种冲压塑性材料坯料的工艺，它包括如下步骤将一塑性材料送入一种具有至少一个多孔半模的冲压装置；使用所述的至少一个多孔半模对所述的塑性材料进行冲压以形成一个冲压制品。
17.根据权利要求16所述的工艺，其特征在于通过让脱模流体经过多孔模具到达冲压基表面便利于将冲压制品从冲压装置上取出。
18.根据权利要求17所述的工艺，其特征在于所述的让脱模流体经过多孔模具的步骤可在冲压工序的任何阶段或整个冲压工序中进行。
19.根据权利要求17或18所述的工艺，其特征在于所述的脱模流体是被加压的。
20.根据权利要求19所述的工艺，其特征在于所述的脱模流体是一压缩气体。
21.根据权利要求16至19中任一项权利要求所述的工艺，其特征在于所述的脱模流体是液体，它根据应用通过多孔模具至少覆盖在所述的冲压基表面的一部分上。
22.根据权利要求21所述的工艺，其特征在于所述的(脱模)液体可从盐水溶液，羟乙磺酸钠液体，丙烯乙二醇溶液，异丙醇，硅油溶液，水或它们的混合溶液中选取。
23.根据权利要求16至22中任一项权利要求所述的工艺，其特征在于在冲压工序中，进一步包括至少在一个半模内进行排气的步骤。
24.根据权利要求23(原文为21)所述的工艺，其特征在于所述的排气步骤是在如下条件下进行的，即通过多孔模具使冲压基表面与外部大气压相通。
25.根据权利要求24所述的工艺，其特征在于在部分或整个冲压工序中，使所述的冲压基表面与外部大气压相通。
26.根据权利要求16至25中任一项权利要求所述的工艺，其特征在于所述的冲压基表面通过多孔模具至少在冲压工序的一部分中与一个低压力源相通。
27.根据权利要求26所述的工艺，其特征在于所述的冲压基表面在冲压工序的一部分中与一个低压力源相通，并在冲压工序的相同阶段或冲压工序的另一阶段，所述的冲压基表面与一个压力流体源相通。
28.在冲压塑性材料时使用权利要求1至15中任一项权利要求所述的设备。
29.在冲压清洁条例如皂类和非皂类的清洁物品时使用权利要求28所述的设备。
30.在冲压塑性材料时使用多孔模。
全文摘要
一种用于冲压塑性材料例如肥皂的设备,该设备包括一个多孔模具(10),其中,脱模流体(20)可通过模具上的微孔到达一冲压基表面。此外,所述的冲压基表面可被置于与外部大气压或一降低的压力源相通用来在冲压工序中帮助将空气从模具中排除。还揭示了一种使用多孔模具冲压塑性材料的工艺。
文档编号B30B15/32GK1247500SQ97181968
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月24日 优先权日1996年12月30日
发明者A·布朗, D·L·阿斯保, P·M·布泽奥, D·J·海恩兹, E·R·斯托赖, E·J·吉布林, F·E·斯托克, B·埃德蒙森 申请人:尤尼利弗公司