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"Nouveau procédé de moulage mécanique par injection de matières thermoplastiques et machine pour sa réalisation"
La présente invention concerne un nouveau procède de moulage mécanique par injection de matières thermoplasti- ques et le machine pour sa réalisation. Le procédé se caracté- rise par le fait que le moulage est réalisé en partant d'une quantité déterminée de matière thermoplastique, amenée sous pression et à l'état piteux ou visqueux - état obtenu au moyen d'un dispositif de chauffage approprié - au moule, dans lequel, avant ou pendant l'injection, on a fait le vide.
L'amdenée sous pression de la matière thermoplastique à l'état piteux ou vis- queux estfacilitée par un piston qui force la matière à entrer
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dans le moule à le température adéquate, sans qu'il subsiste des bulles d'air dans la masse, forment entre la chambre d'ali- mentation dans laquelle la masse thermoplastique se trouve et le four à l'inférieur duquel est placé le moule, une soupape de passage, laquelle, au moment de l'injection, permet le pas- sage de la matière et, avant l'injection, assure la fermeture de toute communication entre la chambre d'alimentation et le moule, en sorte que dans ce dernier on puisse faire le vide, se produisant à l'aide d'une pompe appropriée, avec une con- duite d'aspiration en communication avec le moule,
lequel pré- sente l'ouverture de charge correspondante de celui-ci en liaison directe avec la soupape de passage; le remplissage du moule est favorisé par le vide d'air et par la pression ré- sultant du piston, pression qui est renforcée par le poids mort de la matière, grâce à la disposition de la machine et à la disposition d'opération verticale de l'injection.
Le cnaaiDre d'alimentation, la conduite de la soupape, et le moule, sont entourés par les éléments chauffants nécessaires, fonctionnant conjointement ou indépendamment; dans la zone occupée par la dite valve de passage il est prévu un mécanisme destiné à signaler le moment du remplissage du moule.
Le procédé de moulage par injection n'est pas nouveau; on l'utilise pour la fabrication non seulement d'ob- jets en matière thermoplastique, mais également d'objets mé- talliques. 'toutefois, les procédés et machines employés pré- sentent de graves inconvénients ; parmi ceux-ci il faut tout spécialement mentionner l'impossibilité d'obtenir des objets de grandes dimensions, ceux-ci nécessitant une grande quantité de matière et un accomodement parfait à tous les profils du moule, ce qui est fort difficile à obtenir puisqu'il se mé- lange généralement de l'air avec la masse qu'on introduit Clans le moule.
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vu le diamètre réduit clefs ouvertures d' ï.tij sc iun,
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@ on doit produire dans ces machines une grande pression pour réaliser le transport au moule ae la manière thermopiastique à 1' etat pâteux ou visqueux.
La transformation de la matière de l'état solide à l'égal pâteux ou visqueux se réalise au mo- ment de l'injection, c'est à dire lorsque la matière passe par le piston injecteur à éléments chauffants, tandis que, dans le procédé et la machine, objets de l'invention, la masse thermo- plastique pénètre dans le cylindre ou la chambre du piston à l'état paueux ou visqueux propre pour le moul&ge, cet état étant obtenu par le fait qu'on a au préalable mis la matière en son ensemble dans cette condition avant qu'elle entre dans la chambre d'injection. Comme il n'y a dans ce cas pas de dans d'injection ger que L'air se mélange avec la matière pendant l'opération/,
la conduite de passage de la chambre ou réservoir d'alimenta- tion jusqu'au moule peut être d'un diamètre de loin supérieur à celui des ouvertures et conduites usuelles.
Ces divers inconvénients sont évités par l'objet de l'invention, qui permet : a) d'effectuer le moulage sans nécessités de grondes pressions. b) une grande vitesse d' inj ection. c) un remplissage parfait du moule à cause de l'&osence d'air à l'intérieur. d) le moulage d'oojets de grandes dimensions. e) comme conséquence de a), les moules ne doivent pas présenter une grande résistance, ce qui se traduit par une sérieuse économie dans la construction des moules, puisqu'ils peuvent être en fonte.
Pour bien faire ressortir les caractéristiques essentielles de l'invention on se réfère eu dessin annexé dans lequel, à titre purement exemplatif, est représenté un cas de réalisation pratique d'une machine pour l'exécution du procéde de moulage préconisé.
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.uans ce dessin, la figure 1 est une vue d'ensemule de la macnine; le figure 2 est une vue, à écnelie agrandie de la chambre ou réservoir d'alimentation; la figure 3 représente la soupape de passage de la matière de la cnambre d'alimentation au mouler et la figure 4 est un déteil de l'ouverture d'aspire- tiou pour la formation du vide à l'intérieur du moule. un réservoir en tôle, &cier inoxydable ou une autre matière anti-corrosive 1, contenant la matière thermoplastique à injecter, est relié, au moyen de la pièce 2 au tube de charge- ment 3, dans lequel, actionné par un système manuel, mécanique, électrique ou autre (le dessin représente p. ex.
un système hydraulique 4) se déplace verticalement un piston 5, qui réalise la compression de la matière après ou pendant son injection.
Ce dispositif de commende Hydraulique est commande par un groupe moteur constitue par une pompe u accouplée au ré- servoir 7 du liquide impulseur. a sa oase le réservoir 1 presente un nombre varia- ble d'ouvertures 3, ooturées par les vannes 9, lesquelles sont, à travers les leviers 10 et les tiges 11, actionnées par le même dispositif hydraulique 4;
elles sont pourvues d'un mouve- ment d'action déplacée, ce qui est nécessaire pour que l'ouver- tu.re des vannes 9 ne coincide avec le passage du piston 5, Ce déplacement asynchrone est prévu pour que la matière thermo- plastique se trouve à l'intérieur du réservoir 1 entre le cylin- dre 3 lorsque le piston a s'est écarté des ouvertures 8, et pour que le dit pis ton puisse comprimer la matière à l'inté- rieur du cylindre 3, lorsque les ouvertures 8 sont fermées par les vannes 9.
Le démanage du groupe hydraulique 4 s'effectue au moyen d'un levier 12, qui règle une soupape 13 à deux passages, déterminant l'action des circuits d'avance et de recul du pis-
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La descente de la matière est facilitée par -L'ac- tiou de la plaque 14, guidée par le tuoe inférieur la et par les parois du réservoir 1, par lesquelles eile glisse sans résistance.
La plaque 14 peut agir par sa pesanteur ou bien elle peut être conçue pour être mise en mouvement à la main, disposi tif mécaniquement ou par le/ hydraulique 4, selon le dessin la charge de la matière s'effec- tue à l'aide de la conduite 18, dont la position dans le ré- servoir 1 est tout à fait arbitraire.
De même on a prévu le recul de la plaque 14 à son point initial pour faciliter le chargement, le recul étant réalisé à l'aide d'une crémaillère 17 commandée par un pignon 18 à axe excentrique pour permettre l'effet de pression de la plaque 14. La crémaillère 17 est munie d'une graduation per- mettant de contrôler de l'extérieur la quantité de matière à thermoplastique qui se trouve/n'importe quel moment dans le réservoir 1.
Pour éviter l'entrée d'impuretés, ainsi que le contact de la matière avec l'air, on a placé sur le réservoir 1 un couvercle approprié 19.
Les vannes 9 sont articulées sur des goupilles 20 fixe es à des supports assemblés au réservoir 1, à l'effet d'outenir un parfait ajustage de celles-ci avec les ouvertu- res correspondantes 8. Cet ensemble supérieur est recouvert d'une double chambre ou cylindre 21 muni du dispositif de chauffage choisi pour atteindre le degré de viscosité néces- saire de le matière (le dessin représente un dispositif de chauffage électrique); ce dispositif est réglé par le rhéostat
35, des thermostats étant prévus pour contrôler la température du réservoir, tandis que des thermomètres-sondes permettent de contrôler la température de la matière en divers points du réservoir.
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Le cylindre 21 comporte un couvercle 23 qui fait fonction de base pour la mise en marche de la plaque 14 et du groupe hydraulique 4.
La conduite 3 continue à partir du réservoir 1 jusqu'à ce qu'elle arrive au moule 24, une soupape spéciale à trois voies 25 étant intercalée, laquelle permet la sortie de la matière du réservoir 1, ou bien coupe hermétiquement la communication entre le réservoir 1 et le moule 24.
(jette disposition à trois voies de cette soupape permet non seulement de réaliser le vide du moule et de la conduite, mais également celui de l'intérieur de la soupape même. uette soupape est actionnée de l'extérieur.
Dans la conduite 3 est placée également une sou- pape de sécurité ordinaire et une soupape spéciale 26., laquelle par la tension réglable d'un ressort, et par sa disposition à 45 par rapport à la normale verticale, permet de déterminer, par avertissement du dispositif 27 (lampe, sonnerie etc.) si le moule est déjà rempli de matière et si la pression voulue est atteinte. En bout de la conduite 3 se trouve une nouvelle soupape 25 de fermeture, destinée à obturer la conduite de passage au moule lorsque le remplissage de ce dernier a été signalé par le dispositif 27; cette soupape est placée à la partie inférieure de la conduite et le plus près possible du moule, afin d'économiser de la matière. somme la soupape 25. celle - 28- est commandée de l'extérieur.
:La moitié de la machine est recouverte par le tube kg muni d'un revêtement chauffant ; la conduite 3 repose sur une base à galets 30.
Près de la soupape 26 et dans le moule même, est disposée une soupape à lame 31, qui a pour but de fermer le moule et d'éviter l'expansion de la matière et de ses gaz.
Le moule 24 repose sur une base 32, laquelle présente une rainure, dont la base, guidée par les barres 33 et
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actionnée par la vis taraudee 34 a l'aine du. jeu de pignons coniques 35, est déplacée vers le haut ou vers le bas pour réaliser l'ajustage avec la soupape 28, suivant les diverses dimensions de moules, de même que pour enlever le moule de la chambre. Ce mécanisme peut être changé à volonté et sa commande peut être mécanique, manuelle, électrique, hydrauli- que, e tc. à l'aide d'éléments en principe quelconques (leviers, cames, excentriques, vis sans fin, etc.).
Solidaire de la base 32 est monté un tube 36, portant une rotule 37, qui raccordant l'ouverture 38, aisément démontable, au tube d'émenée 39 de la pompe. Le mécanisme com- plet peut être rapproché du moule 24 au moyen du volant 40 vissé sur le tube 36. Le moule 24, présente à sa partie infé- rieure et toujours à la même hauteur relative, une ouverture conique pour l'ajustage de l'ouverture 35 d'aspiration, et près de celle-ci est disposée une soupape à lame 41 ayant le même but que la soupape 31.
A l'interieur de l'ouverture 35 se trouve une pièce à passage réduit 42, laquelle, une fois que la partie inférieure du moule est remplie, est poussée par la pâte ou matière et enclenche un relais électrique 43, qui arrête la marche de la pompe à vide 44, faisant ainsi cesser l'action de cette dernière.
La matière contenue dans cette ouverture peut facilement être dégagée, le rechange de l'ouverture étant pré- vu lors qu'on charge de nouveau la machine.
A la suite du tube 39 est intercalée une s oupap e de fermeture 45 pour le vide, qui s'effectue à travers le tube 46 et au moyen de la pompe 44, actionnée par l'été ctromoteur 47,Le circuit de vide porte intercalée une soupape de sécuri- te de construction courante.
La mise en marche du groupe pompe 44-47 s'effec- tue par le moyen de l'interrupteur 48,
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Pour éviter la perte de chaleur et comme il est également nécessaire de disposer d'une ouverture dans -Le sens versical pour le mouvement prévu de la pièce de base 3, un écran 49 est solidarisé à cette pièce et ajusté à cette ouver- ture, ce qui exclut ou réduit la perte de chaleur.
Cette partie inférieure de la machine est recou- verte par un corps 5u, comportant le système de chauffage, lequel est réglé, dans le cas représenté au dessin - schémati- sant une disposition électrique - par un volant 51, qui solli- cite un rhéostat de contrôle.
Pour la mise en place du moule 24, l'enveloppe ou boîte ou porte un couvercle pour la plus grande facilité de la manoeuvre on peut y adapter des dispositifs automatiques de chargement et déchargement du moule 24.
Dans la boite ou corps 50 sont prévus des rhéostats pour le contrôle de la température de la partie extérieure et intérieure du moule, de même qu'on peut prévoir un trou dans la zone 3 pour contrôler le passage de la matière du réservoir 1 au moule 24.
Le fonctionnement de la machine décrite comporte les phases suivantes : a) On remplit d'abord le réservoir injecteur 1 de la matière thermoplastique à l'état solide, poudreux ou tri- t uré . b) On fait le vide du moule 24 et de la conduite 3 au moyen du groupe pompe 4447 et des conduites 41 et 46.
Pour cela on ferme la soupape à trois voies 25 et on ouvre la soupape de fermeture 28. c) Un comprime la masse de matière thermoplastique placée dans le réservoir 1, par action manuelle, mécanique etc. de la plaque 14. d) un ouvre la soupape 25 pour le passage de la matière thermoplastique du réservoir 1 au moule 24, dont la
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matière est poussée par le piston 5 et par la succion provo- quée par le vide produit par -La pompe 44, La descente de La matière thermoplastique étant aidée par sa pesanteur.
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e) empiissage du moule (-"1..lia matière thermo- plastique pousse la pièce 42, arrêtant ainsi le fonctionnement de la pompe à vide 44. f) Fermeture des soupapes 28 et 25 à l'avertisse- ment du dispositif 27; arrêt du système de chauffage ;
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du co uve rcle :f:;
fermeture des soupapes il et 41. ie mécanisme à vide 3u à 46 est écarté; le moule 24 est séparé de la soupape 2b au moyen du mécanisme 34 et 35, et enfin, on enlève le moule 24. g) Extraction de l'objet fini. ue procède de moulage et la machine capable de le réaliser présentent des avantages considérables, parmi les- quels il y a lieu de citer : a) La facilité de moulage. b) La réduction de la pression nécessaire pour l'injection. c) La rapidité de l'opération, due au fait qu'on dispose de conduites d'un diamètre supérieur à celui des dis- positifs usuels. d) L'élimination des défauts de moulage, provo- qués par l'air résiduel ou les gaz se dégageant de la matière. e) La possibilité de pouvoir mouler des objets de dimensions très diverses.
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- R y ia 1 i u A x ,i 0 -N b -
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"New process of mechanical injection molding of thermoplastic materials and machine for its realization"
The present invention relates to a new process for mechanical injection molding of thermoplastic materials and to the machine for producing it. The process is characterized by the fact that the molding is carried out starting from a determined quantity of thermoplastic material, brought under pressure and in the pitiful or viscous state - state obtained by means of a suitable heating device - at the mold, in which, before or during the injection, a vacuum has been created.
The filling under pressure of thermoplastic material in a pitiful or viscous state is facilitated by a piston which forces the material to enter.
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in the mold at the appropriate temperature, without air bubbles remaining in the mass, form between the feed chamber in which the thermoplastic mass is located and the oven below which the mold is placed , a passage valve, which, at the time of injection, allows the passage of the material and, before injection, closes all communication between the supply chamber and the mold, so that in the latter can be evacuated, produced using a suitable pump, with a suction line in communication with the mold,
which has the corresponding load opening thereof in direct connection with the passage valve; the filling of the mold is favored by the air vacuum and by the pressure resulting from the piston, pressure which is reinforced by the dead weight of the material, thanks to the arrangement of the machine and the vertical operating arrangement of injection.
The supply chain, the valve line, and the mold, are surrounded by the necessary heating elements, operating jointly or independently; in the zone occupied by said passage valve there is provided a mechanism intended to signal the moment of filling of the mold.
The injection molding process is not new; it is used for the manufacture not only of thermoplastic articles, but also of metallic articles. However, the methods and machines employed have serious drawbacks; among these it is especially necessary to mention the impossibility of obtaining objects of large dimensions, these requiring a large quantity of material and a perfect adaptation to all the profiles of the mold, which is very difficult to obtain since air is generally mixed with the mass which is introduced into the mold.
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considering the reduced diameter keys openings of ï.tij sc iun,
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@ a great pressure must be produced in these machines in order to carry out the transport to the mold in the thermoplastic manner in a pasty or viscous state.
The transformation of the material from the solid state to the pasty or viscous equal takes place at the time of injection, ie when the material passes through the injector piston with heating elements, while, in the process and machine, objects of the invention, the thermoplastic mass enters the cylinder or the chamber of the piston in the powdery or viscous state suitable for molding, this state being obtained by the fact that one has previously put the whole material in this condition before it enters the injection chamber. As there is in this case no injection ger that the air mixes with the material during the operation /,
the conduit for passage from the feed chamber or reservoir to the mold may have a diameter much greater than that of the usual openings and conduits.
These various drawbacks are avoided by the object of the invention, which makes it possible: a) to perform the molding without the need for severe pressure. b) high injection speed. c) perfect filling of the mold due to the air supply inside. d) the molding of large-sized objects. e) as a consequence of a), the molds should not have a great resistance, which results in a serious economy in the construction of the molds, since they can be made of cast iron.
In order to clearly highlight the essential characteristics of the invention, reference is made to the appended drawing in which, purely by way of example, a practical embodiment of a machine is shown for carrying out the recommended molding process.
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.in this drawing, Figure 1 is an overview of the macnine; FIG. 2 is an enlarged view of the feed chamber or reservoir; Figure 3 shows the valve for passage of material from the supply chain to the mold and Figure 4 is a detail of the suction opening for the formation of the vacuum inside the mold. a tank made of sheet metal, stainless steel or another anti-corrosive material 1, containing the thermoplastic material to be injected, is connected, by means of the part 2 to the loading tube 3, in which, actuated by a manual, mechanical system , electric or other (the drawing represents e.g.
a hydraulic system 4) moves vertically a piston 5, which compresses the material after or during its injection.
This hydraulic control device is controlled by a motor unit constituted by a pump u coupled to the reservoir 7 of the impeller liquid. in its base, the reservoir 1 has a variable number of openings 3, ooturé by the valves 9, which are, through the levers 10 and the rods 11, actuated by the same hydraulic device 4;
they are provided with a displaced action movement, which is necessary so that the opening of the valves 9 does not coincide with the passage of the piston 5. This asynchronous movement is provided so that the thermo-material plastic is inside the reservoir 1 between the cylinder 3 when the piston a has moved away from the openings 8, and so that the said pis ton can compress the material inside the cylinder 3, when the openings 8 are closed by the valves 9.
The hydraulic unit 4 is disengaged by means of a lever 12, which adjusts a valve 13 with two passages, determining the action of the advance and recoil circuits of the plunger.
1:; on u.
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The descent of the material is facilitated by the actiou of the plate 14, guided by the lower tuoe 1a and by the walls of the tank 1, through which it slides without resistance.
The plate 14 can act by its gravity or it can be designed to be set in motion by hand, mechanically or by the / hydraulic 4, depending on the drawing the load of the material is carried out using of the pipe 18, the position of which in the tank 1 is quite arbitrary.
Likewise, the plate 14 has been moved back to its initial point to facilitate loading, the backward movement being carried out using a rack 17 controlled by a pinion 18 with an eccentric axis to allow the pressure effect of the plate 14. The rack 17 is provided with a graduation allowing to check from the outside the quantity of thermoplastic material which is / at any time in the tank 1.
To prevent the entry of impurities, as well as the contact of the material with air, a suitable cover 19 was placed on the tank 1.
The valves 9 are articulated on pins 20 fixed to supports assembled to the tank 1, with the effect of maintaining a perfect adjustment of these with the corresponding openings 8. This upper assembly is covered with a double chamber or cylinder 21 provided with the heating device chosen to reach the necessary viscosity degree of the material (the drawing represents an electric heating device); this device is regulated by the rheostat
35, thermostats being provided to control the temperature of the tank, while probe thermometers make it possible to control the temperature of the material at various points in the tank.
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The cylinder 21 has a cover 23 which acts as a base for starting up the plate 14 and the hydraulic unit 4.
Line 3 continues from tank 1 until it arrives at mold 24, a special three-way valve 25 being interposed, which allows material to exit from tank 1, or else hermetically cuts off the communication between the mold. tank 1 and mold 24.
(This three-way arrangement of this valve enables not only the vacuum of the mold and the pipe, but also of the interior of the valve itself to be produced. This valve is actuated from the outside.
In line 3 is also placed an ordinary safety valve and a special valve 26., which by the adjustable tension of a spring, and by its arrangement at 45 with respect to the vertical normal, makes it possible to determine, by warning of device 27 (lamp, buzzer etc.) if the mold is already filled with material and if the desired pressure is reached. At the end of the pipe 3 is a new closing valve 25, intended to close the passage pipe to the mold when the filling of the latter has been signaled by the device 27; this valve is placed at the bottom of the pipe and as close as possible to the mold, in order to save material. sum the valve 25. that - 28- is controlled from the outside.
: Half of the machine is covered by the kg tube fitted with a heating coating; pipe 3 rests on a roller base 30.
Near the valve 26 and in the mold itself, there is a blade valve 31, which aims to close the mold and prevent the expansion of the material and its gases.
The mold 24 rests on a base 32, which has a groove, the base of which is guided by the bars 33 and
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actuated by the tapped screw 34 in the groin of the. set of bevel gears 35, is moved up or down to make the fit with valve 28, depending on the various mold sizes, as well as to remove the mold from the chamber. This mechanism can be changed at will and its control can be mechanical, manual, electric, hydraulic, etc. using in principle any elements (levers, cams, eccentrics, worm screws, etc.).
Attached to the base 32 is mounted a tube 36, carrying a ball 37, which connects the opening 38, easily removable, to the outlet tube 39 of the pump. The complete mechanism can be brought closer to the mold 24 by means of the handwheel 40 screwed onto the tube 36. The mold 24 has at its lower part and always at the same relative height, a conical opening for adjusting the tube. The suction opening 35, and near it is disposed a reed valve 41 having the same purpose as the valve 31.
Inside the opening 35 there is a reduced passage part 42 which, once the lower part of the mold is filled, is pushed by the dough or material and engages an electric relay 43, which stops the operation of the mold. the vacuum pump 44, thus stopping the action of the latter.
The material contained in this opening can easily be released, the opening being replaced when the machine is loaded again.
Following the tube 39 is interposed a closing valve 45 for the vacuum, which is effected through the tube 46 and by means of the pump 44, actuated by the summer motor 47, The vacuum circuit interposed door a safety valve of standard construction.
The pump unit 44-47 is started up by means of switch 48,
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To avoid heat loss and as it is also necessary to have an opening in the reverse direction for the intended movement of the base part 3, a screen 49 is secured to this part and adjusted to this opening, which excludes or reduces heat loss.
This lower part of the machine is covered by a body 5u, comprising the heating system, which is regulated, in the case shown in the drawing - schematically showing an electrical arrangement - by a flywheel 51, which requests a rheostat. control.
For the installation of the mold 24, the casing or box or carries a cover for the greatest ease of operation, it is possible to adapt automatic devices for loading and unloading the mold 24.
In the box or body 50 are provided rheostats for controlling the temperature of the outer and inner part of the mold, just as a hole can be provided in zone 3 to control the passage of the material from the reservoir 1 to the mold. 24.
The operation of the machine described comprises the following phases: a) The injector tank 1 is first filled with the thermoplastic material in the solid, powdery or tri-urinary state. b) The mold 24 and the pipe 3 are evacuated by means of the pump unit 4447 and the pipes 41 and 46.
For this, the three-way valve 25 is closed and the closing valve 28 is opened. C) A compresses the mass of thermoplastic material placed in the tank 1, by manual, mechanical action etc. of the plate 14. d) one opens the valve 25 for the passage of the thermoplastic material from the reservoir 1 to the mold 24, of which the
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The material is pushed by the piston 5 and by the suction caused by the vacuum produced by the pump 44, the descent of the thermoplastic material being aided by its gravity.
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e) thickening of the mold (- "1..lia thermoplastic material pushes the part 42, thus stopping the operation of the vacuum pump 44. f) Closing of the valves 28 and 25 on the warning of the device 27; shutdown of the heating system;
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closing of the valves 11 and 41. the vacuum mechanism 3u to 46 is removed; the mold 24 is separated from the valve 2b by means of the mechanism 34 and 35, and finally, the mold 24 is removed. g) Extraction of the finished article. This molding process and the machine capable of carrying it out present considerable advantages, among which should be mentioned: a) The ease of molding. b) Reducing the pressure required for injection. c) The speed of the operation, due to the fact that we have pipes with a diameter greater than that of the usual devices. d) Elimination of molding faults caused by residual air or gases emerging from the material. e) The possibility of being able to mold objects of very different dimensions.
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