Procédé de moulage d'une matière plastique par injection,
et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
Un procédé connu d'injection de matière plastique dans un moule consiste à refouler la matière plastique fondue à travers un orifice pratiqué dans le moule, par pression d'un piston sur une masse de matière première pulvérulente ou granuleuse logée dans un cylindre pourvu de moyens de chauffage qui portent la température de la matière première depuis la température ambiante, au contact du piston, jusqu'à une température appropriée au voisinage de l'orifice pour que la matière fondue par cette élévation de température puisse être injectée.
La pression du piston s'exerçant sur la matière pulvérulente ou granuleuse, il en résulte une perte de charge considérable d'un bout à l'autre du cylindre, de sorte que, pour obtenir la pression d'injection appropriée dans le moule, il faut exercer sur le piston une pression beaucoup plus forte que la pression obtenue à l'orifice d'injection.
Ce procédé ne permet pas un dosage précis de l'injection de matière, c'est-à-dire qu'il est impossible d'injecter à une pression et vitesse constantes la stricte quantité de matière correspondant au volume du moule. En effet, la matière plastique en fusion ne commence à s'écouler, lentement, qu'après une certaine compression de l'ensemble de la matière pulvérulente, puis elle s'écoule avec une vitesse accélérée.
On voit donc que, par ce procédé, la matière pénétrant dans le moule froid, c'est-à-dire à la température ambiante, avec une vitesse faible au départ, se gélifie dans une certaine mesure de sorte qu'il est nécessaire, pour poursuivre l'injection, d'appliquer sur le piston des pressions considérables, afin de vaincre la résistance due à cette gélification et d'obtenir un moulage correct.
Ces difficultés sont d'autant plus marquées que les pièces sont de plus faible épaisseur, car leur refroidissement dans le moule est alors presque instantané.
Le procédé faisant l'objet de l'invention permet d'éviter ces inconvénients et apporte des avantages remarquables au moulage par injection.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention pour le moulage d'une matière plastique par injection est caractérisé en ce qu'on fait passer la matière fondue dans un récipient de fusion, dans un pot d'injection, d'où, à travers un orifice d'injection, on l'injecte dans un moule au moyen d'un piston dont la face active agit directement sur la matière fondue dont la fluidité permet une injection très rapide.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
Les fig. 1, 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale schématiques représentant le dispositif dans trois phases différentes de son fonctionnement.
Dans cet exemple, l'alimentation du corps de pompe d'injection en matière fondue s'effectue à travers le piston d'injection lui-même.
Le dispositif comporte un pot d'injection 1 percé, à sa base, d'un orifice d'injection 2. Dans le pot 1 est monté un piston mobile d'injection
3, commandé par une tige 4. Une ou plusieurs résistances électriques 5 assurent le chauffage du pot 1, ainsi que d'un récipient de fusion 6 qui le surmonte et qui est alimenté en matière plastique par une trémie 7 entourant l'orifice supérieur du récipient. La matière contenue dans la trémie 7 est introduite dans le récipient
6 par un piston annulaire 8 mobile le long de la tige 4, indépendamment de celle-ci. L'unique fonction de ce piston 8 est de pousser la matière plastique vers le fond du récipient 6 et d'empêcher des voûtes de matière de se former dans la zone où cette matière, glissant dans le récipient 6, atteint une certaine température et
adhère, en raison de son état semi-fondu, à la paroi chauffée du récipient.
Les résistances 5 sont réglées d'une manière appropriée pour que la matière première contenue dans le fond du récipient 6 soit à l'état fondu.
Une chambre d'injection 9 du pot 1, dans laquelle se meut le piston d'injection 3, peut communiquer avec le récipient 6 par des orifices 10a et un canal 10b, pratiqués dans un embout 11 qui prolonge la tige 4. Sur cet embout, le piston 3 possède une certaine liberté de déplacement axial entre une tête 12 de l'embout et l'extrémité de la tige 4.
A la base de la chambre 9, l'orifice d'injection 2 peut être fermé par une tige obturatrice
13 mobile dans un conduit de petit diamètre disposé transversalement et qui communique
avec la chambre 9 par un canal 14.
D'après la description qui précède, on voit
que, selon l'une des caractéristiques de l'invention, le piston d'injection 3 est noyé dans la matière plastique fondue de sorte que la face active 3a de ce piston plonge exclusivement dans cette matière fondue.
Le fonctionnement du dispositif est le sui vans:
Dans la fig. 1, le piston 3 occupe sa position haute, prêt à descendre pour l'injection.
L'extrémité de la tige 4 vient, au cours du mouvement de descente, s'appliquer sur la face supérieure du piston 3, obturant ainsi les orifices loua. La tige 4 poursuivant sa descente, la matière plastique contenue dans la chambre 9 est comprimée et refoule, par le canal 14, la tige obturatrice 13 qui démasque ainsi l'ori- fice 2. La matière plastique est alors injectée par cet orifice selon la vitesse et la pression exercées sur la tige 4 et, par conséquent, sur le piston 3.
En fin d'injection (fig. 2), une quantité dosée de matière a été injectée dans le moule (non représenté), selon la course impartie à la tige 4.
Si, à ce moment, on éloigne le moule de l'orifice 2, il se forme à l'extrémité de ce dernier une goutte e plus ou moins grosse, comme sur les pots usuels. Lors de la montée subséquente de la tige 4 (fig. 3), le piston 3 reste immobile jusqu'à ce que la tête 12 de l'embout 11 le rencontre, c'est-à-dire à la fin de la course c (fig. 2). Le piston 3 remonte alors, créant ainsi dans la chambre 9 une dépression qui détermine à la fois une aspiration de la goutte e et, par le canal 14, une aspiration de l'obturateur 13 (fig. 3), lequel ferme alors automatiquement l'orifice 2 sans qu'il soit besoin d'un ressort de rappel.
La montée du piston 3 continuant (fig. 3), la dépression créée dans la chambre 9 aspire du récipient 6 par les orifices 1Oa-1Ob une nouvelle charge de matière plastique fondue.
I1 faut remarquer que la succion est plus importante sur l'obturateur 13 et la goutte e que sur la matière fondue contenue dans la région inférieure du récipient 6, grâce à un choix approprié du rapport des surfaces des orifices 1 Oa et de la surface inférieure du piston 3, cette dernière étant beaucoup plus importante que celle desdits orifices.
En fin de remontée, la chambre 9, alimentée par les orifices lOa et le canal lOb, est à nouveau remplie et l'on peut recommencer l'opération d'injection.
Le piston 8, qui est indépendant du piston d'injection 3 et de la tige 4, n'a pour fonction que d'alimenter le récipient 6 en matière première et de faire progresser la matière plastique contenue dans la trémie 7 vers la base du récipient 6 ; la pression relativement faible qu'il exerce sur ladite matière est évidemment indépendante de la pression du piston d'injection 3 ses mouvements sont de même indépendants de ceux de ce dernier et il est, par exemple, possible d'effectuer plusieurs injections alors que le piston 8 n'effectue qu'un seul va-et-vient.
Dans le fonctionnement de l'ensemble, la commande de l'obturateur 13 est à souligner.
En effet, l'ouverture de cet obturateur est provoquée uniquement par la pression du piston 3 sur la matière contenue dans la chambre 9.
Une butée 15 est placée de manière à l'empêcher de sortir de son logement.
Dans le cas où l'on voudrait encore accroître la rapidité d'injection, il serait possible de verrouiller mécaniquement l'obturateur 13 pour le maintenir un court instant dans la position représentée à la fig. 1, de telle façon que le piston 3 provoque, dans la chambre 9, une compression plus élevée.
Dans le cas où la matière première serait très pâteuse et ne pourrait s'écouler par aspiration de façon suffisante par les orifices lOa, on peut régler la montée du piston 3, de telle manière que sa face inférieure remonte audessus de la base f du récipient 6, permettant ainsi une alimentation plus importante par communication directe entre le récipient 6 et le pot d'injection 1.
Si besoin est, on peut noyer dans la matière plastique, entre la tige 4 et la paroi interne du récipient 6 (fig. 2) un dispositif 16, connu sous le nom de torpille , consistant en une masse métallique, bonne conductrice de la chaleur et présentant des passages étroits pour la matière plastique, laquelle est ainsi amenée d'une manière homogène à la température de fusion.
De la description qui précède, il résulte clairement que le procédé et le dispositif décrits présentent, par rapport à ceux déjà connus, les avantages ci-après
1. Dosage d'injection extrêmement précis: en effet, la quantité de matière injectée peut être réglée de manière à correspondre exactement à la contenance du moule et elle est égale en volume à celui engendré par le déplacement du piston 3, ce qui permet l'utilisation de pressions mécaniques sur ce piston, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un dispositif à ressort ou hydraulique ; la course d'injection est déterminée par la quantité de matière à injecter et sa valeur est réglée en conséquence.
2. Injection ultra-rapide dans le moule en raison de la vitesse et de la pression constantes à la sortie de la matière du pot d'injection; cette rapidité empêche la gélification de la matière à l'entrée dans le moule froid et permet la réalisation de machines automatiques à plusieurs moules séparés pouvant être alimentés très rapidement par le même pot d'injection.
3. Possibilité d'obtenir des petites pièces très minces pouvant atteindre l'ordre de 2/10 de millimètre d'épaisseur et d'un poids inférieur au gramme.
4. Pression d'injection beaucoup plus faible que dans les anciens procédés.
5. Verrouillage des moules grandement facilité par les faibles pressions nécessaires et par le dosage précis d'injection de matière, alors qu'avec les pots d'injection habituels la quantité de matière en excédent tend à ouvrir les moules remplis au moment où la pression d'injection atteint son maximum.
6. Suppression de gouttes adhérentes à l'orifice du pot d'injection.
7. Abaissement considérable des températures nécessaires habituellement avec, comme conséquence, l'élimination du risque de carbonisation de la matière.
8. Par suite des faibles pressions en jeu et des avantages signalés ci-dessus, possibilité de réalisation économique de moules à parois minces.
Les pièces obtenues par application du procédé décrit ont un meilleur aspect; leur souplesse est plus grande quand on utilise des matières plastiques souples du type polyéthylène et polyamide et elles sont moins cassantes.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de moulage d'une matière plastique par injection, caractérisé en ce qu'on fait passer la matière, fondue dans un récipient de fusion, dans un pot d'injection, d'où, à travers un orifice d'injection, on l'injecte dans un moule au moyen d'un piston dont la face active agit directement sur la matière fondue dont la fluidité permet une injection très rapide.
A method of molding a plastic material by injection,
and device for implementing the method
A known process for injecting plastic material into a mold consists in pushing the molten plastic material through an orifice made in the mold, by pressing a piston on a mass of pulverulent or granular raw material housed in a cylinder provided with means heating elements which bring the temperature of the raw material from ambient temperature, in contact with the piston, to an appropriate temperature in the vicinity of the orifice so that the material melted by this temperature rise can be injected.
As the piston pressure is exerted on the powdery or granular material, a considerable pressure drop results from one end of the cylinder to the other, so that, in order to obtain the appropriate injection pressure in the mold, it is necessary to It is necessary to exert on the piston a much stronger pressure than the pressure obtained at the injection port.
This process does not allow precise metering of the injection of material, that is to say it is impossible to inject at constant pressure and speed the strict quantity of material corresponding to the volume of the mold. In fact, the molten plastic does not begin to flow, slowly, until after a certain compression of the whole of the pulverulent material, then it flows with an accelerated speed.
It is therefore seen that, by this process, the material entering the cold mold, that is to say at room temperature, with a low speed at the start, gels to a certain extent so that it is necessary, to continue the injection, to apply considerable pressure to the piston, in order to overcome the resistance due to this gelation and to obtain a correct molding.
These difficulties are all the more marked as the parts are thinner, because their cooling in the mold is then almost instantaneous.
The method forming the subject of the invention makes it possible to avoid these drawbacks and provides remarkable advantages to injection molding.
The process forming the object of the present invention for the molding of a plastic material by injection is characterized in that the molten material is passed through a melting vessel, into an injection pot, from where, to Through an injection orifice, it is injected into a mold by means of a piston, the active face of which acts directly on the molten material, the fluidity of which allows very rapid injection.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of a device for implementing the method which is the subject of the invention.
Figs. 1, 2 and 3 are schematic longitudinal sectional views showing the device in three different phases of its operation.
In this example, the supply of molten material to the injection pump body takes place through the injection piston itself.
The device comprises an injection pot 1 pierced at its base with an injection orifice 2. In the pot 1 is mounted a mobile injection piston.
3, controlled by a rod 4. One or more electric resistors 5 ensure the heating of the pot 1, as well as of a melting vessel 6 which surmounts it and which is supplied with plastic material by a hopper 7 surrounding the upper orifice of the container. The material contained in the hopper 7 is introduced into the container
6 by an annular piston 8 movable along the rod 4, independently of the latter. The sole function of this piston 8 is to push the plastic material towards the bottom of the container 6 and to prevent vaults of material from forming in the zone where this material, sliding in the container 6, reaches a certain temperature and
adheres, due to its semi-molten state, to the heated wall of the container.
The resistors 5 are suitably adjusted so that the raw material contained in the bottom of the vessel 6 is in the molten state.
An injection chamber 9 of the pot 1, in which the injection piston 3 moves, can communicate with the container 6 through orifices 10a and a channel 10b, formed in a nozzle 11 which extends the rod 4. On this nozzle , the piston 3 has a certain freedom of axial movement between a head 12 of the nozzle and the end of the rod 4.
At the base of the chamber 9, the injection orifice 2 can be closed by a shutter rod
13 mobile in a duct of small diameter arranged transversely and which communicates
with room 9 by a channel 14.
From the above description, we see
that, according to one of the characteristics of the invention, the injection piston 3 is embedded in the molten plastic material so that the active face 3a of this piston is immersed exclusively in this molten material.
The operation of the device is as follows:
In fig. 1, the piston 3 occupies its upper position, ready to descend for injection.
The end of the rod 4 comes, during the downward movement, to rest on the upper face of the piston 3, thus closing the orifices rented. As the rod 4 continues to descend, the plastic material contained in the chamber 9 is compressed and pushes, through the channel 14, the shutter rod 13 which thus unmasks the orifice 2. The plastic material is then injected through this orifice according to the speed and pressure exerted on the rod 4 and, consequently, on the piston 3.
At the end of the injection (fig. 2), a metered quantity of material was injected into the mold (not shown), according to the stroke allocated to the rod 4.
If, at this moment, the mold is moved away from the orifice 2, a more or less large drop forms at the end of the latter, as on the usual pots. During the subsequent ascent of the rod 4 (fig. 3), the piston 3 remains stationary until the head 12 of the nozzle 11 meets it, that is to say at the end of the stroke c (fig. 2). The piston 3 then rises, thus creating in the chamber 9 a depression which determines both a suction of the drop e and, through the channel 14, a suction of the shutter 13 (fig. 3), which then automatically closes the 'orifice 2 without the need for a return spring.
As the piston 3 continues to rise (FIG. 3), the vacuum created in the chamber 9 sucks from the container 6 through the orifices 10a-10b a new load of molten plastic material.
It should be noted that the suction is greater on the shutter 13 and the drop e than on the molten material contained in the lower region of the container 6, thanks to an appropriate choice of the ratio of the surfaces of the orifices 1 Oa and of the lower surface of the piston 3, the latter being much larger than that of said orifices.
At the end of the ascent, the chamber 9, supplied by the orifices 10a and the channel 10b, is again filled and the injection operation can be started again.
The piston 8, which is independent of the injection piston 3 and of the rod 4, only has the function of supplying the container 6 with raw material and of advancing the plastic material contained in the hopper 7 towards the base of the container 6; the relatively low pressure which it exerts on said material is obviously independent of the pressure of the injection piston 3 its movements are likewise independent of those of the latter and it is, for example, possible to perform several injections while the piston 8 performs only one reciprocation.
In the operation of the assembly, the control of the shutter 13 should be emphasized.
In fact, the opening of this shutter is caused only by the pressure of the piston 3 on the material contained in the chamber 9.
A stop 15 is placed so as to prevent it from coming out of its housing.
In the event that one wishes to further increase the injection speed, it would be possible to mechanically lock the shutter 13 to keep it for a short time in the position shown in FIG. 1, such that the piston 3 causes, in the chamber 9, a higher compression.
In the event that the raw material is very pasty and cannot flow sufficiently by suction through the orifices 10a, the rise of the piston 3 can be adjusted so that its lower face rises above the base f of the container. 6, thus allowing a greater supply by direct communication between the container 6 and the injection pot 1.
If necessary, one can embed in the plastic material, between the rod 4 and the internal wall of the receptacle 6 (fig. 2) a device 16, known under the name of torpedo, consisting of a metal mass, a good conductor of heat. and having narrow passages for the plastic material, which is thus brought uniformly to the melting temperature.
From the foregoing description, it clearly follows that the method and the device described have, compared to those already known, the following advantages
1. Extremely precise injection dosage: in fact, the quantity of material injected can be adjusted so as to correspond exactly to the capacity of the mold and it is equal in volume to that generated by the movement of the piston 3, which allows the use of mechanical pressures on this piston, without it being necessary to provide a spring or hydraulic device; the injection stroke is determined by the quantity of material to be injected and its value is adjusted accordingly.
2. Ultra-fast injection into the mold due to the constant speed and pressure at the material exit from the injection pot; this rapidity prevents the material from gelling when entering the cold mold and allows the production of automatic machines with several separate molds which can be supplied very quickly by the same injection pot.
3. Possibility of obtaining small, very thin parts that can reach the order of 2/10 of a millimeter in thickness and weigh less than one gram.
4. Much lower injection pressure than in old processes.
5. Locking of the molds greatly facilitated by the low pressures required and by the precise dosage of material injection, whereas with the usual injection pots the quantity of excess material tends to open the filled molds when the pressure is applied. injection reaches its maximum.
6. Removal of drops adhering to the opening of the injection pot.
7. Considerable lowering of the temperatures usually required with, as a consequence, the elimination of the risk of carbonization of the material.
8. As a result of the low pressures involved and the advantages mentioned above, possibility of economical realization of thin-walled molds.
The parts obtained by applying the method described have a better appearance; their flexibility is greater when flexible plastics of the polyethylene and polyamide type are used and they are less brittle.
CLAIMS:
I. A method of molding a plastic material by injection, characterized by passing the material, molten in a melting vessel, into an injection pot, from where, through an injection orifice, it is injected into a mold by means of a piston whose active face acts directly on the molten material, the fluidity of which allows very rapid injection.