Appareil pour le moulage par injection de matières plastiques
La présente invention a pour objet un appareil pour le moulage par injection de matières plastiques, telles que le caoutchouc naturel ou synthétique ou autres matériaux et compositions non métalliques pouvant être moulés. La présente invention vise à réaliser un appareil pour le moulage par injection de ces matières, qui soit de construction relativement simple et peu coûteuse, et permettant une production rapide et économique des articles moulés tout en donnant au produit une plus grande uniformité et une plus grande homogénéité.
L'appareil pour le moulage par injection faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre chauffé, une vis sans fin pour alimenter et plastifier la matière qui est introduite dans le cylindre, des éléments de soupape d'injection disposés à l'extrémité antérieure dudit cylindre, une tête de diffuseur solidaire de la vis sans fin et présentant des passages étroits à travers lesquels la matière qui doit être moulée est forcée par la vis sans fin, et des moyens pour effectuer un mouvement relatif entre la vis sans fin et le cylindre pour réaliser l'injection de la matière par une action de piston de la tête de diffuseur.
La soupape mentionnée ci-dessus comprend de préférence une tuyère adaptée à venir en engagement avec un orifice d'injection dans le moule et est adaptée à s'ouvrir par un mouvement relatif entre le moule et le cylindre d'injection ou la tête.
Dans une forme d'exécution de l'objet de l'invention, la tête de diffuseur présente des éléments de soupape d'arrêt.
La vis sans fin d'alimentation et plastification a, de préférence, un pas gros et tourne à une vitesse relativement faible, par exemple entre 295 et 138 tours par minute, cette vitesse étant de préférence variable.
Il est avantageux, en outre, que l'actionnement de la vis d'alimentation soit contrôlé par des éléments d'embrayage adaptés à agir comme dispositif limitateur de couple moteur, et que des moyens soient prévus pour renverser l'actionnement, lorsque c'est nécessaire, par exemple pour faciliter le nettoyage du cylindre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une élévation latérale schématique d'une première forme d'exécution d'un appareil pour le moulage de matières plastiques, faisant l'objet de l'invention.
La fig. 2 est une élévation latérale en coupe de la tête d'injection de l'appareil montré à la fig. 1.
La fig. 3 est une élévation latérale en coupe d'une partie de la tête d'injection de la fig. 2, à échelle plus grande.
La fig. 4 est une élévation latérale, en partie en coupe, d'une autre forme d'exécution de l'appareil de moulage.
La fig. 5 est une élévation latérale, en partie en coupe, d'une tête de diffuseur.
La fig. 6 est une vue frontale d'une tête de diffuseur.
La fig. 7 est une coupe longitudinale d'une variante de la tête d'injection.
La fig. 8 est une vue longitudinale en coupe d'une tête d'injection montrant une forme modifiée de soupape d'arrêt pour la tête de diffuseur.
La fig. 9 est une vue d'extrémité de l'élément de soupape de la fig. 8.
La fig. 10 est une vue d'extrémité de la tête de diffuseur de la fig. 8.
En se référant aux fig. 1, 2 et 3, on voit que l'appareil de moulage par injection comprend un châssis 10 sur lequel est montée une table 11 portant une série de moules 12. La table 1 1 peut tourner autour d'un arbre 14 et est portée par un support 15 pouvant glisser sur galets 15a disposés sur le châssis 10 et déplaçables sur celui-ci au moyen d'un mécanisme approprié non représenté. Une tête d'injection 13 est montée également sur le châssis 10 de manière déplaçable et est susceptible d'être actionnée par un piston 16 actionné hydrauliquement ou mécaniquement. Afin de réaliser une opération de moulage, le support de table 15 est déplacé de manière à amener un moule 12 à venir en engagement avec la tête d'injection 13, après quoi la matière plastique est injectée dans le moule en déplaçant le piston 16.
Quand l'opération de moulage est achevée, le piston 16 revient en arrière et le support de table 15 revient à sa position initiale pour permettre à un nouveau moule 12 de venir en alignement avec la tête d'injection 13, en faisant tourner la table 11, les opérations ci-dessus étant alors répétées.
En se reportant aux fig. 2 et 3, la tête d'injection 13 comprend un support 17 monté sur le châssis 10 de manière à pouvoir se déplacer, et soumis à l'action du piston 16. Le support 17 comprend également une enveloppe
18 à l'intérieur de laquelle est montée une extrémité à rebord 19 d'un cylindre 20 adapté à glisser dans l'enveloppe 18. Une vis sans fin 21 est montée de manière à pouvoir tourner dans le cylindre mais est fixe quant au mouvement longitudinal par rapport au support 17. La vis 21 est entraînée en rotation par un embrayage 22, une chaîne 23, et un changement de vitesse 24, à partir d'un moteur 25. Une tête de diffuseur 26 présentant une série de passages étroits, est fixée à l'extrémité libre de la vis 21 et s'adapte de manière étroite dans le cylindre 20.
Une chambre 27 est ménagée entre la tête de diffuseur 26 et l'extrémité externe du cylindre 20. 3 Une plaque d'extrémité 20a du cylindre présente une ouverture centrale fermée par un tampon 28 qui porte une soupape 29. Cette dernière comprend une buselure 30 dont l'intérieur communique avec des lumières latérales 31. La buselure 30 porte également une tuyère 32 ayant un alésage central et une forme permettant une connexion avec l'orifice d'admission du moule. L'extrémité opposée de la buselure 30 porte un disque de fermeture 33.
La longueur de la soupape constituée par la buselure 30 dépasse l'épaisseur longitudinale du tampon 28 et la valve est adaptée à glisser dans le tampon, de sorte que dans sa position externe, la sortie de la chambre 27 est fermée et dans sa position interne la matière plastique peut s'écouler à travers les lumières 31 et l'alésage de la buselure lorsque la tuyère 32 vient en engagement avec le tampon 28. Une ouverture 34, aménagée dans le côté du cylindre 20, permet l'alimentation dans celui-ci de matières premières venant d'une trémie 35.
Le cylindre 20 est pourvu de réchauffeurs cylindriques indiqués en 36, 37, 38 et 39, de préférence du type à résistance électrique.
Pour exécuter une opération de moulage, le moteur 25 est démarré et l'embrayage 22 est embrayé pour actionner la vis sans fin 21.
Cette dernière peut tourner par exemple à une vitesse de 100 à 300 tours par minute et a une longueur qui correspond à environ huit fois son diamètre. La matière première, qui peut se trouver à l'état de poudre, de grains, de cubes, de pâte ou dans un autre état : ap- proprié, est introduite dans la trémie 35 et pénètre dans l'espace compris entre le cylindre 20 et la vis 21. La matière avance grâce à la vis sans fin et est mélangée et plastifiée entre la vis et la paroi du cylindre à mesure qu'elle avance vers la tête de diffuseur 26. Sur la dernière partie de son trajet, la matière est chauffée par les réchauffeurs. La matière est forcée à travers les passages étroits de la tête de diffuseur 26 et pénètre dans la chambre 27.
L'action de la tête de diffuseur augmente l'uniformité et homogénéité de la matière. A mesure que la chambre se remplit, la pression de la matière qui s'y trouve fait déplacer le cylindre 20 dans sa position d'extrême gauche comme montré à la fig. 3, le rebord 19 s'appuyant alors contre la'paroi de gauche de l'enveloppe 18. Dans cette position, la tuyère 32 vient en engagement avec l'orifice du moule 12 et se déplace vers la droite, comme montré sur les figures, de telle sorte que l'ouverture de la soupape vienne se mettre en communication avec la chambre 27 par les lumières 31.
A ce moment, la vis 21 est déconnectée de l'actionnement du moteur par un mécanisme approprié qui libère l'embrayage 22 et le piston 16 se déplace vers la gauche, en déplaçant ainsi la tête d'injection 13 vers la gauche.
Puisque le cylindre 20 reste fixe après son engagement avec le moule, la vis 21 et l'enveloppe 18 sont déplacées vers la gauche en provoquant la compression de la matière plastifiée dans la chambre 27 et son entrée forcée dans le moule, la soupape étant déplacée dans le cylindre pendant que la tête de diffuseur s'approche de l'extrémité de celui-ci. La tête de diffuseur agit ainsi à la manière d'un piston pour injecter la matière plastifiée dans le moule. Lorsque la quantité de matière requise a été injectée dans le moule, un mouvement en direction opposée est amorcé par un mécanisme automatique non représenté produisant le retour vers la droite du piston 16 qui entraîne l'enveloppe 18 et la vis 21, le cylindre 20 restant fixe jusqu'à ce que le rebord vienne en engagement avec la paroi antérieure de l'enveloppe 18.
Un nouveau mouvement du piston 16 effectue alors le retrait du cylindre 20. Pendant ces mouvements, la tête de diffuseur 26 est retirée dans le cylindre 20 en laissant la chambre 27 libre pour la réception d'une nouvelle quantité de matière fluide ou plastifiée, la valve 29 étant alors fermée. Le cycle d'opérations pour une nouvelle injection dans le moule recommence alors.
Dans une autre forme d'exécution de l'appareil illustrée aux fig. 4, 5 et 6, ce dernier comprend une tête d'injection 13 qui peut être semblable à celle précédemment décrite, excepté qu'elle est fixe par rapport au châssis. Un moule formé de deux parties 12 et 12a est monté mobile sur le châssis 10. Le moule comprenant les deux parties 12 et 12a est monté sur deux plaques ou supports 40 et 41.
Une plaque 42 porte un bélier 43 pour fermer le moule. L'assemblage de plaques est monté sur des glissières 44 et 45 et peut se déplacer sur le châssis 10. Une plaque d'appui 46 est fixée au châssis 10 et porte un bélier d'injec- tion 47. Les parties de moule 12 et 12a sont situées sur les plaques 40 et 41 et peuvent être fermées ensemble en faisant fonctionner le bélier 43, et de cette manière les plaques 40, 41 deviennent en fait une seule unité. Cet assemblage se déplace sur le châssis 10 sous l'action du bélier 47, et l'assemblage et le moule sont ainsi déplacés pour venir engager la tête d'injection 13.
La tête d'injection 13 est semblable à la tête d'injection précédemment décrite et présente une vis sans fin 21 fixée longitudinalement et un cylindre 20 susceptible de se déplacer longitudinalement par rapport à la vis sans fin. Si on le désire cependant, l'arrangement peut être modifié de telle manière que le cylindre soit fixe, et la vis sans fin reçoit alors un mouvement longitudinal de translation en même temps qu'une rotation.
Les moyens d'actionnement de la vis 21 comprennent un embrayage 22 qui est égale ment adapté à agir comme dispositif de sécurité pour limiter le couple moteur, et peut comprendre également des éléments de renversement de direction d'un type quelconque, actionnés par des moyens mécaniques, électriques, ou autres.
Une tête de diffuseur 26 est montée sur l'extrémité antérieure de la vis 21 et peut se présenter comme décrit dans l'exemple précédent. Dans une variante cependant, la tête de diffuseur peut être munie de soupapes d'arrêt, comme illustré aux fig. 5 et 6. La tête de diffuseur comprend un bloc cylindrique 26 s'adaptant de manière étroite dans le cylindre 20 et présentant des passages étroits 48 formés dans sa périphérie. Une lame 49 est placée devant chaque passage et est montée à pivotement en 50 de manière à agir comme soupape à volet. Lorsque la matière plastique est comprimée pour être injectée dans le moule, les soupapes 49 s'ouvrent autour de leur point de pivotement 50 pour permettre la compression de la matière dans les passages 48.
S'il y a une pression excessive dans la chambre de compression 27, les soupapes fermeront les passages et empêcheront le mouvement en direction opposée de la matière. D'autres types de soupapes d'arrêt peuvent être prévus, comme décrit ci-après.
La fig. 7 représente une variante de la tête d'injection décrite dans les exemples précédents. Une vis sans fin d'alimentation et plaste fication 51 est montée à rotation dans un cylindre intermédiaire 52 de chargement. Un cylindre externe ou enveloppe 53, présentant des moyens de chauffage 54, peut glisser longitudinalement sur le cylindre intermédiaire 52.
L'extrémité antérieure du cylindre 53 est fermée par un couvercle d'extrémité 55 dans lequel peut glisser un élément de tuyère de soupape 56 adapté à venir en engagement avec l'orifice d'un moule, comme décrit ci-dessus.
La soupape présente un disque de fermeture 57.
De même, l'extrémité antérieure de la vis d'alimentation 51 présente une tête de diffuseur 58 qui comprend de préférence des éléments de soupape d'arrêt. Cette tête d'injection modifiée peut être employée avec l'arrangement des fig. 1 ou 2 ou avec celui de la fig. 4. Lorsqu'elle est employée avec l'arrangement des fig. 1 et 2, la matière est introduite dans l'espace compris entre la vis 51 et le cylindre 52 par n'importe quel moyen convenable, non représenté, et est alimentée vers l'avant par la vis pour exercer une pression dans l'espace 59, en provoquant le déplacement vers la gauche du cylindre mobile 53, en regardant la fig. 7, jusqu'à ce que le rebord 60 soit arrêté par l'enveloppe 61 qui l'entoure. L'injection de matière dans le moule est effectuée par le déplacement vers la gauche de la tête d'injection des fig. 1 et 2 comme décrit ci-dessus, y compris le cylindre 52.
Après l'injection, toute la tête d'injection 13 revient vers l'arrière sous l'action d'un mécanisme de commande approprié. Lorsqu'il est employé avec l'arrangement de la fig. 4, le cylindre 52 reste fixe et la chemise de chauffage 53 peut glisser vers la gauche, en regardant la fig. 7, comme décrit ci-dessus, ce mouvement étant effectué par l'alimentation de matière dans l'espace 59 à volume variable.
L'injection se fait par un déplacement du moule contre la soupape d'injection du cylindre 53 qui ouvre la soupape et déplace ledit cylindre vers l'arrière par rapport au cylindre et la vis 51.
Les fig. 8, 9 et 10 montrent une autre variante de la tête de diffuseur et des soupapes d'arrêt qui peut être employée avec n'importe lequel des exemples décrits ci-dessus. La vis d'alimentation 62 peut tourner dans un cylindre 63 et des moyens convenables sont prévus pour effectuer le mouvement relatif entre la vis et le cylindre dans le but de l'injection. L'extrémité externe du cylindre présente une plaque de recouvrement 64 dans laquelle est fixé un tampon 65 portant une soupape 66 montée à glissement et présentant un alésage central 67 et des lumières latérales 68. Dans la position montrée, la soupape 66 est ouverte pour injection de la matière. Quand la soupape occupe sa position d'extrême gauche, les lumières 68 sont recouvertes par la paroi de l'alésage du tampon 65 et la soupape est fermée.
Une tête de diffuseur est fixée sur l'extrémité antérieure de la vis 62, cette tête consistant en un disque circulaire 69 s'adaptant étroitement dans l'alésage du cylindre et présentant des chenaux étroits 70 formés sur sa périphérie. Un bouton 71 fixé sur la tête du diffuseur porte un disque de soupape d'arrêt 72 pouvant glisser longitudinalement sur cette tête. Le disque de soupape 72 présente des passages 73 disposés de telle manière que, lorsque le disque vient buter contre la tête de diffuseur, comme montré à la fig. 8, les chenaux 70 sont fermés. Une tête 74 sur le bouton 71 limite le mouvement longitudinal du disque de soupape 72, mais lui permet de se déplacer suffisamment pour ouvrir les passages lorsque la pression de la matière à droite du disque est suffisante.
Il est à noter que, dans cet exemple, la profondeur du filetage de la vis 62 est plus grande à l'extrémité antérieure et décroît progressivement. Cela facilite l'alimentation et la plastification de la matière.
Il est bien entendu que les formes d'exécution de la tête d'injection, selon n'importe lequel des exemples précédents, peuvent être employées en conjonction avec une table à moules rotative ayant un mécanisme d'actionnement tel que celui décrit dans le brevet suisse No 331628.
L'appareil décrit se prête avec avantage au moulage de toutes matières pouvant être moulées par injection, telles que le caoutchouc, les-matières analogues au caoutchouc, les matières plastiques organiques, plus particulièrement les résines plastiques polyvinyliques, par exemple le chlorure de polyvinyle plastifié, ou analogues.
L'appareil de moulage par injection décrit présente un fonctionnement particulièrement rapide et économique. De plus, il est adapté à fonctionner à des pressions d'injection basses, par exemple 105 kg/cm2 et à des températures comprises entre 1000 C et 3000 C, suivant la nature de la matière qu'on désire mouler.