FR2495053A1 - Crosshead flow extrusion coating die - with symmetrically branched flow passages for balanced flow patterns using various materials - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne une machine d'extrusion en continu, ainsi que les produits extrudés obtenus. The invention relates to a continuous extrusion machine, as well as to the extruded products obtained.
Les machines connues de ce type se composent d'une ou plusieurs Vis sans fin 11 montées à rotation à l'intérieur d'un corps 12 et entraînées en rotation à partir d'un moteur 2 par l'intermédiaire d'une transmission 3 et d'un réduc- teur 4. Known machines of this type consist of one or more endless screws 11 mounted for rotation inside a body 12 and driven in rotation from a motor 2 via a transmission 3 and a reducer 4.
A l'extrémité du corps 12 de la presse d'extrusion est disposée une toute d'extrusion 5, qui d'une manière gêné- rale comporte un passage dont la forme et la section évoluent progressivement depuis l'orifice de sortie 13 du corps 12 Jusqu'd l'orifice de sortie de la filière 8 qui équipe la tête d'extru sinon. At the end of the body 12 of the extrusion press is disposed an extrusion assembly 5, which generally has a passage whose shape and section evolve progressively from the outlet orifice 13 of the body 12 Up to the outlet orifice of the die 8 which equips the extrusion head otherwise.
Pour arriver à ce résultat, il est alors néces- saire de réaliser un passage de forme complexe qui est défini par des mises au point délicates, la forme de ce passage n'é- tant pas toujours valable pour des matières extrudées de viscosité et/ou de matière différentes. To achieve this result, it is then necessary to make a passage of complex shape which is defined by delicate adjustments, the shape of this passage not always being valid for extruded materials of viscosity and / or different material.
Cela est vrai quelle que soit la forme de la section du produit extrudé obtenu depuis des sections planes
Jusqu'à des sections annulaires.This is true regardless of the shape of the section of the extruded product obtained from planar sections
Up to annular sections.
Ainsi, par exemple, dans le cas du gainage d'un câble, il est prévu (voir figure 1) de mettre en oeuvre une tête d' extrusion orientée perpendiculairement à l'axe de la vis il cette toute se composant d'un corps 6, d'un mandrin 7 et d'une filière 8. Thus, for example, in the case of the sheathing of a cable, it is planned (see FIG. 1) to use an extrusion head oriented perpendicular to the axis of the screw, this all consisting of a body 6, a mandrel 7 and a die 8.
Le mandrin 7 est pourvu dlun orifice axial pour le défilement du profilé 9 à gainer, ce profilé étant constitué par une baguette de bois ou de métal ou plus couramment par un fil ou un ctble électrique qu'il s'agit de recouvrir d'une gaine d'isolation en matière plastique ou en élastomère0
La face externe de ce mandrin 7 est pourvue d'un évidement 71 (représenté en vue développée sur la figure 2) dont la forme évolue progressivement depuis l'orifice circulaire 13 par lequel sort un boudin de matière plastique Jusqu'à un orifice annulaire 10 délimité par 1' extrémité du mandrin et la filière 8.The mandrel 7 is provided with an axial orifice for the passage of the profile 9 to be sheathed, this profile being constituted by a wooden or metal rod or more commonly by a wire or an electric cable which is to be covered with a plastic or elastomer insulation sheath0
The external face of this mandrel 7 is provided with a recess 71 (shown in a developed view in FIG. 2), the shape of which evolves progressively from the circular orifice 13 through which a rod of plastic material leaves up to an annular orifice 10 delimited by the end of the mandrel and the die 8.
Comme on le remarque sur la figure 2, le mandrin 7 comporte, à hauteur de l'orifice 13 un couteau diamètral Il qui divise le boudin de matière plastique en deux moitiés qui progressent chacune dans chacun des évidements 711 #et 712 séparés l'un de l'autre par une partie non évidée 713 en forme de coeur, cette forme étant obtenue de manière empirique et par tâtonnement. As can be seen in FIG. 2, the mandrel 7 comprises, at the level of the orifice 13, a diametral knife II which divides the plastic rod into two halves which each progress in each of the recesses 711 # and 712 separated one on the other by a non-hollow part 713 in the shape of a heart, this shape being obtained empirically and by trial and error.
L'évidement de ce mandrin a donc pour but, d'une part, de faire subir à la matière plastique un virage transformant le mouvement de la matière plastique parallèle à l'axe de la vis li en un mouvement parallèle à l'axe du mandrin 7, d'autre part, de transformer le flux plein de matière plastique sortant de l'orifice 13 en un flux annulaire à hauteur de la filière 8. The purpose of the recess of this mandrel is therefore, on the one hand, to subject the plastic to a bend transforming the movement of the plastic parallel to the axis of the screw li into a movement parallel to the axis of the mandrel 7, on the other hand, to transform the full flow of plastic material leaving the orifice 13 into an annular flow at the level of the die 8.
Il s'en suit que l'on ne peut pas obtenir un gainage parfaitement coaxial de la matière plastique Il sur un câble 9, si bien que dans les machines existantes, il est prévu des moyens pour déplacer transversalement la filière 8 et effectuer ainsi la correction nécessaire. It follows that one cannot obtain a perfectly coaxial sheathing of the plastic material II on a cable 9, so that in existing machines, means are provided for transversely displacing the die 8 and thus effecting the correction required.
Par ailleurs, mame si les évidements 711 et 712 sont parfaitement usinés et même si le réglage de la filière 8 est effectué avec précision, on n'obtient pas une disposition coaxiale parfaite de la gaine d'isolation Il car il faut considérer que, compte tenu que la largeur des évidements 711 et 712 évolue progressivement, il existe une surface de contact entre le mandrin 7 et le corps 6 qui n'est pas uniforme sur toute sa périphérie, ce qui se traduit par une température non uniforme de la matière plastique et donc un écoulement non équilibré de cette matière plastique à la périphérie du mandrin,
Les mimes difficultés d'équilibrage de flux se rencontrent dans la conception des filières à plaque ou de filières à gaines pour la fabrication de films tubulaires, etc... Furthermore, even if the recesses 711 and 712 are perfectly machined and even if the setting of the die 8 is carried out with precision, one does not obtain a perfect coaxial arrangement of the insulation sheath It because it must be considered that, account given that the width of the recesses 711 and 712 changes progressively, there is a contact surface between the mandrel 7 and the body 6 which is not uniform over its entire periphery, which results in a non-uniform temperature of the plastic material and therefore an unbalanced flow of this plastic material at the periphery of the mandrel,
The same difficulties in flow balancing are encountered in the design of plate dies or sheath dies for the manufacture of tubular films, etc.
Aucune solution n'a jusqu'à présent été apportée à ces problèmes qui sont particulièrement sensibles dans le cas où il s'agit de recouvrir d1une gaine en matière isolante un profilé de section importante et par exemple un câble électrique, ou dans le cas de la réalisation d'une plaque de grande largeur. No solution has so far been provided to these problems which are particularly sensitive in the case where it is a question of covering with a sheath of insulating material a section of large section and for example an electric cable, or in the case of the realization of a very wide plate.
La présente invention a notassent pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, une machine d'extrusion en continu comportant une tête d'extrusion pourvue intérieurement d'un passage d'écoulement de la matière à extruder depuis un orifice d'introduction jusqu'à un orifice de sortie, tête d'e2trusion caractérisée en ce que le passage est constitué, depuis 11 orifice d'introduction et vers l'orifice de sortie, par des canaux dont chacun se divise en deux canaux pour former, par divisions successives, un faisceau de canaux réguSièrement répartis débouchant dans l'orifice de sortie. The aim of the present invention is to overcome these drawbacks and to this end relates to a continuous extrusion machine comprising an extrusion head provided internally with a flow passage for the material to be extruded from an orifice introduction to an outlet orifice, e2trusion head characterized in that the passage is formed, from 11 inlet orifice and towards the outlet orifice, by channels each of which divides into two channels to form, by successive divisions, a bundle of regularly distributed channels opening into the outlet orifice.
Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, la somme des sections des canaux divisés est égale à la section du canal dont ils sont issus. According to another characteristic of the invention, the sum of the sections of the divided channels is equal to the section of the channel from which they originate.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la longueur et la section de tous les canaux de même degré de division sont identiques. According to another characteristic of the invention, the length and the section of all the channels of the same degree of division are identical.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque canal débouche perpendiculairement dans les canaux divisés qui en sont issus. According to another characteristic of the invention, each channel opens perpendicularly into the divided channels which result therefrom.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque canal se compose de l'orifice d'entrée et vers l'orifice de sortie, d'une première partie perpendiculaire au passage du mandrin pour le défilement du profilé suivie d'une partie pa parallèle à ce passage. According to another characteristic of the invention, each channel consists of the inlet orifice and towards the outlet orifice, of a first part perpendicular to the passage of the mandrel for the movement of the profile followed by a part pa parallel at this passage.
L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus schématique d'une machine d'extrusion de type connu,
- la figure 2 est une vue développée suivant PI du mandrin de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe axiale de la machine d 'extrusion conforme à 1' invention,
- la figure 4 est une demi-coupe suivant A-A de la figure 3,
- la figure 5 est une vue développée suivant F2 du mandrin de la tête d'extrusion des figures 3 et 4.The invention is shown, by way of non-limiting example, in the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic top view of an extrusion machine of known type,
FIG. 2 is a view developed along PI of the mandrel of FIG. 1,
FIG. 3 is a view in axial section of the extrusion machine according to the invention,
FIG. 4 is a half-section along AA of FIG. 3,
FIG. 5 is a view developed along F2 of the mandrel of the extrusion head of FIGS. 3 and 4.
La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'une machine d'extrusion qui assure le recouvrement de profilés par une gaine de matière plastique d'épaisseur uniforme de manière à obtenir, par exemple dans le cas de fils ou câbles électriques, la disposition coaxiale de ces fils ou câbles à l'intérieur de la gaine. The present invention therefore aims to achieve an extrusion machine which ensures the recovery of profiles by a plastic sheath of uniform thickness so as to obtain, for example in the case of electric wires or cables, the coaxial arrangement of these wires or cables inside the sheath.
Dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 4, la machine d'extrusion se compose d'une presse d'extrusion 14 dont le corps 141 reçoit à son extrémité une pièce 15 pourvue d'un orifice axial 151 par lequel s'écoule un boudin de matière plastique pâteuse. In the example shown in Figures 3 and 4, the extrusion machine consists of an extrusion press 14 whose body 141 receives at its end a piece 15 provided with an axial orifice 151 through which flows a roll of pasty plastic.
Sur un embout 152 de cette pièce 15, est fixée perpendiculairement une tête d'e trusioh 16 se composant d'un corps 17 recevant intérieurement un mandrin 18 et une filière 19 maintenus dans ce corps par un écrou 20. On a tip 152 of this part 15, is fixed perpendicularly a head of e trusioh 16 consisting of a body 17 internally receiving a mandrel 18 and a die 19 held in this body by a nut 20.
L'extrémité opposée du corps comporte une pièce 21 pourvue d'un orifice 211 pour le guidage du profilé à gainer qui défile à l'intérieur du corps dws le sens de la flèche BS,
Le mandrin 18 comporte à son extrémité un poin çon 22 pourvu d'un orifice 221 correspondant en forme et dimensions à celles du profilé à gainer, ce poinçon 22 délimitant avec la filière 19 un espace annulaire tronconique 23 dans lequel s'écoule la matière plastique provenant de l'orifice 151, cette matière plastique recouvrant le profilé sortant de l'orifice 221 pour former une gaine dont la face externe est déter- minée par l'orifice 191 de la filière 19.The opposite end of the body comprises a part 21 provided with an orifice 211 for guiding the section to be sheathed which scrolls inside the body dws the direction of the arrow BS,
The mandrel 18 has at its end a punch 22 provided with an orifice 221 corresponding in shape and dimensions to those of the profile to be sheathed, this punch 22 delimiting with the die 19 a frustoconical annular space 23 in which the plastic material flows coming from the orifice 151, this plastic material covering the profile leaving the orifice 221 to form a sheath the external face of which is determined by the orifice 191 of the die 19.
Sur la presse d'extrusion 14, ainsi que sur la tette d'extrusion 16, sont prévus, comme cela est connu, des moyens de chauffage 24 qui sont destinés à assurer une régula- tion en température de l'ensemble de la machine pour maintenir la matière plastique à la viscosité souhaitée,
Dans l'exemple représenté, le mandrin 18 comporte, sur sa face externe, (voir figure 5) des canaux 26 permettant l'écoulement de la matière plastique depuis l'orifice cylindrique 151 et Jusqu'à l'orifice annulaire 23. Cependant, une solution inverse pourra être adoptée en réalisant ces ca naux sur la face interne du corps.As is known, there are provided on the extrusion press 14, as well as on the extrusion tiller 16, heating means 24 which are intended to regulate the temperature of the whole machine for maintain the plastic at the desired viscosity,
In the example shown, the mandrel 18 comprises, on its external face (see FIG. 5) channels 26 allowing the flow of the plastic material from the cylindrical orifice 151 and up to the annular orifice 23. However, an opposite solution could be adopted by making these channels on the internal face of the body.
Sur la figure 3, ces canaux 26 sont, dans un but de simplification du dessin, schématisés suivant une m8me génératrice du mandrin 18 afin de montrer la section décroissanl te d'un canal au suivant depuis l'orifice 151 jusqu'à l'orifice 23. In FIG. 3, these channels 26 are, for the purpose of simplifying the drawing, shown diagrammatically along the same generator of the mandrel 18 in order to show the decreasing section from one channel to the next from the orifice 151 to the orifice 23.
Par contre, la figure 5 montre en mue dévelop- pée la position et la répartition de ces canaux à la périphérie du mandrin 18. On the other hand, FIG. 5 shows in developed moult the position and the distribution of these channels at the periphery of the mandrel 18.
Comme on le constate, l'orifice 151 de la presse d'extrusion débouche perpendiculairement à l'axe X-X du mandrin dans deux canaux 271 et 272 qui ee~divisent chacun et par trois fois en deux canaux d'axes symétriques de manière à obtenir :
- par le second degré de division, quatre canaux 281, 282, 283 et 284. As can be seen, the orifice 151 of the extrusion press opens perpendicular to the axis XX of the mandrel in two channels 271 and 272 which ee ~ divide each and three times into two channels of symmetrical axes so as to obtain :
- by the second degree of division, four channels 281, 282, 283 and 284.
- par le troisième degré de division, huit canaux 291 à 298,
- et par le quatrième degré de division, seize canaux 301 à 3016. - by the third degree of division, eight channels 291 to 298,
- and by the fourth degree of division, sixteen channels 301 to 3016.
qui débouchent par des orifices évasés 31 régulièrement répartis dans l'orifice annulaire tronconique 23.which open through flared orifices 31 regularly distributed in the frustoconical annular orifice 23.
Pour chaque degré de division, la somme des sections des canaux divisés, par exemple 291 et 292 est égale à la section du canal 28 dont ils sont issus. For each degree of division, the sum of the sections of the divided channels, for example 291 and 292 is equal to the section of the channel 28 from which they come.
Egalement, la longueur et la section de tous les canaux de même degré de division sont identiques et ainsi, par exemple, la longueur et la section des canaux 291 292, 293 et 294 sont identiques. Also, the length and the section of all the channels of the same degree of division are identical and thus, for example, the length and the section of the channels 291 292, 293 and 294 are identical.
Par ailleurs, chaque canal, qui est réalisé sur la face externe du mandrin 18, se compose d'une première partie ou ~partie amont" 321 qui est disposée perpendiculairement à l'axe X-X du mandrin et qui se prolonge, après un coude en 322, par une seconde partie ou "partie aval" 323 qui est parallèle à l'axe X-I du mandrin. Furthermore, each channel, which is produced on the external face of the mandrel 18, consists of a first part or ~ upstream part "321 which is arranged perpendicular to the axis XX of the mandrel and which extends after a bend in 322, by a second part or "downstream part" 323 which is parallel to the axis XI of the mandrel.
Ainsi, comme on le remarque sur la figure 5, les canaux divisés sont disposés perpendiculairement à la partie amont 321 du canal dont ils sont issus. Thus, as can be seen in FIG. 5, the divided channels are arranged perpendicular to the upstream part 321 of the channel from which they originate.
Cette disposition permet de créer des chemins de passage de la matière plastique qui sont identiques en longueur et en section depuis l'orifice d'entrée 151 Jusqu'aux ori fices de sortie évasés 31, et cela sur toute la périphérie du mandrin de manière que les conditions de pression et d'écoulement de la matière plastique soient identiques sur toute la périphérie du passage annulaire conique 23. This arrangement makes it possible to create plastic passageways which are identical in length and in section from the inlet port 151 to the flared outlet ports 31, and this over the entire periphery of the mandrel so that the pressure and flow conditions of the plastic material are identical over the entire periphery of the conical annular passage 23.
Cette disposition conforme à l'invention permet alors d'obtenir en tout point une épaisseur de paroi uniforme de la gaine de matière plastique qui recouvre ainsi un fil ou un câble électrique de manière coaxiale. This arrangement according to the invention then makes it possible to obtain at all points a uniform wall thickness of the plastic sheath which thus covers an electric wire or cable coaxially.
En outre, ces canaux, qui sont chacun de section constante, mais dont la section est moitié d'un degré de division à l'autre, pourront aisément être calculés à partir de la section de l'orifice 151 et pourront aisément être réalisés, à l'aide d'une machine automatique, par fraisage de la périphérie du mandrin. In addition, these channels, which are each of constant section, but whose section is half of a degree of division to another, can easily be calculated from the section of the orifice 151 and can easily be produced, using an automatic machine, by milling the periphery of the mandrel.
Les canaux 301 à 3016 permettent ainsi d'obtenir un flux de matière-plastique équilibré et également du fait de la répartition des canaux sur toute la périphérie du mandrin, les zones de contact de la paroi externe de ce mandrin avec la paroi interne du corps sont réparties sur toute la périphérie, ce qui permet d'obtenir une bonne répartition de la chaleur contribuant également à uniformiser l'écoulement de la matière plastique. Channels 301 to 3016 thus make it possible to obtain a balanced flow of plastic material and also because of the distribution of the channels over the entire periphery of the mandrel, the contact zones of the external wall of this mandrel with the internal wall of the body. are distributed over the entire periphery, which makes it possible to obtain a good distribution of the heat also helping to standardize the flow of the plastic material.
Par ailleurs, du fait de la répartition des zones de contact de la face externe du mandrin avec la face interne du corps, ce mandrin est centré correctement sur toute sa longueur et notamment à proximité de l'orifice 23, ce qui évite les vibrations de ce mandrin et donc le déport de la matière plastique sous l'effet de la pression. Furthermore, due to the distribution of the contact zones of the external face of the mandrel with the internal face of the body, this mandrel is centered correctly over its entire length and in particular near the orifice 23, which avoids vibrations of this mandrel and therefore the offset of the plastic under the effect of pressure.
Dans l'exemple représenté, les canaux d'éeoule- ment de la matière plastique sont réalisés à la périphérie d'un mandrin 18 de forme cylindrique. In the example shown, the drainage channels for the plastic material are produced at the periphery of a mandrel 18 of cylindrical shape.
Cependant, toute autre réalisation pourra entre prévue et notamment ce mandrin pourra autre partiellement on totalement conique dans sa région pourvue des canaux. However, any other embodiment may be provided in particular and in particular this mandrel may be partially or totally conical in its region provided with channels.
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