IT201800002428A1

IT201800002428A1 - Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi

Info

Publication number: IT201800002428A1
Application number: IT201800002428A
Authority: IT
Inventors: Antonio Affinita
Original assignee: Sapa S P A
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-06
Also published as: WO2019155341A1

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“MACCHINARIO E METODO DI STAMPAGGIO A INIEZIONE DI ELEMENTI CAVI”

Descrizione

Campo della tecnica

La presente invenzione opera nell’ambito dei processi industriali di stampaggio a iniezione di materie plastiche. Più dettagliatamente il metodo in oggetto è volto alla produzione di elementi in plastica internamente cavi.

Arte nota

Sono noti allo stato attuale dell’arte, numerosi metodi di stampaggio a iniezione di elementi plastici internamente cavi.

Tra i brevetti anteriori US6713014 descrive un procedimento che si ritiene la tecnica più vicina. Esso riguarda un metodo e un apparato per lo stampaggio a iniezione di parti stampate termoplastiche, aventi almeno una cavità. Il metodo comprende le seguenti fasi: a) iniezione di fuso termoplastico da un'unità di iniezione, lungo un percorso di flusso fuso nella cavità di uno stampo; b) iniezione di un fluido nel materiale plastico ancora liquido, in modo che il materiale plastico venga premuto contro le pareti dell’intercapedine; c) lasciare raffreddare il materiale plastico fino a formare la parte sagomata autoportante e d) rimuovere la parte stampata dall’intercapedine dello stampo.

Il fluido utilizzato nella seconda fase b) del metodo può essere acqua o un gas in pressione, preferibilmente azoto.

Tuttavia, l’utilizzo dell’azoto comporta spese per la sua separazione dall’aria e per il suo mantenimento a bassa temperatura.

Un ulteriore brevetto, riguardante lo stesso settore della tecnica è il DE19505633, il quale descrive un procedimento per realizzare pezzi cavi di materiale termoplastico che prevede l’iniezione del fuso termoplastico nell’intercapedine di uno stampo e la contemporanea o successiva iniezione di un fluido pressurizzato attraverso uno o più ugelli. A seguito del raffreddamento, il fluido pressurizzato, che è preferibilmente azoto, viene rilasciato attraverso uno o più ugelli di rilascio della pressione separati dagli ugelli di iniezione di fluido, eventualmente raccolto in un recipiente e riutilizzato.

Non sembra esistere alcun brevetto che, per la realizzazione di una cavità in un oggetto realizzato in materiale termoplastico, utilizzi più di un fluido, allo scopo di garantire la pulizia da eventuali impurità della cavità dell’oggetto, nonché allo scopo di ridurre i costi derivanti dall’utilizzo esclusivo di azoto.

Un primo scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di ridurre i costi derivanti dall’utilizzo di azoto e altri materiali, riciclandoli il più possibile.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di pulire da qualsiasi impurità l’intercapedine interna dell’oggetto cavo appena realizzato.

Descrizione dell’invenzione

Secondo la presente invenzione viene proposto un macchinario ed un metodo di realizzazione di elementi cavi mediante stampaggio a iniezione, che risolve efficacemente le problematiche suesposte.

Il macchinario comprende uno stampo costituito da una matrice da un cooperante punzone, che in una configurazione chiusa, descrivono un’intercapedine avente la forma esterna dell’oggetto da realizzare. Collegato all’intercapedine principale mediante un condotto di collegamento, è predisposto un vano secondario nel quale si riversa il fuso di materiale termoplastico in eccesso, ovvero quello risultante dallo scavo interno dell’oggetto. Nel condotto di collegamento è presente una valvola che apre e chiude reversibilmente il collegamento in base alla fase operativa.

Inoltre, nel condotto di collegamento, è predisposto altresì un elemento perforante che è atto a bucare il guscio termoplastico per consentire la fuoriuscita dell’azoto che forma, in una fase del metodo di seguito dettagliatamente descritto, la cavità nel pezzo realizzato.

Una tubazione di immissione del gas è connessa all’intercapedine principale dello stampo e, a seconda della fase operativa in cui ci si trova, è atta a convogliare all’interno dell’intercapedine azoto o aria compressa, provenienti da rispettivi serbatoi e il cui ingresso nello stampo è regolato da corrispondenti valvole.

A queste dotazioni, che sono note al tecnico del ramo per la realizzazione di elementi in materiale termoplastico internamente cavi, si aggiungono le dotazioni di seguito descritte, le quali cooperano all’ottenimento dei vantaggi suddetti:

- un condotto di alimentazione di aria compressa controllato da una corrispondente valvola e vantaggiosamente confluente nella già menzionata tubazione di gas;

- una prima valvola di aspirazione, posta in corrispondenza di detto elemento perforante, vantaggiosamente atta ad aspirare l’azoto dall’interno dell’intercapedine e ad immetterlo in un primo condotto di riciclo atto a trasferire il gas dall’intercapedine alla tubazione di alimentazione di gas in pressione per essere vantaggiosamente riutilizzato in un ciclo di stampaggio successivo;

- una seconda valvola di aspirazione, atta ad aspirare l’aria dall’intercapedine e dal vano secondario di detto stampo creando una depressione utile alla prima fase del metodo di seguito descritto.

Lo stampaggio di un pezzo in materiale termoplastico dotato di una cavità, servendosi del macchinario oggetto della presente invenzione, si svolge almeno secondo le seguenti fasi:

(A) prima fase di aspirazione dell’aria dall’intercapedine dello stampo, tramite l’attivazione di detta seconda valvola di aspirazione che crea una depressione in detta intercapedine rispetto all’atmosfera esterna. Tale depressione, presenta il vantaggio di favorire la successiva fase di immissione del fuso, il quale riempie l’intercapedine in maniera più rapida ed omogenea;

(B) seconda fase di iniezione del fuso di materiale termoplastico nell’intercapedine, mediante detto ugello, previa chiusura della seconda valvola di aspirazione dell’aria. In detta seconda fase di iniezione, la seconda valvola che mette in comunicazione l’intercapedine con detto vano secondario, è chiusa;

(C) terza fase di apertura della seconda valvola per mettere in comunicazione l’intercapedine con il vano secondario;

(D) quarta fase di immissione di azoto la quale comprende, simultaneamente, l’arresto dell’iniezione del fuso e l’apertura della prima valvola per l’alimentazione di azoto in detta intercapedine. In questa fase si crea la cavità prevista all’interno del pezzo in produzione. Vantaggiosamente, l’azoto viene immesso ad una pressione tale da raggiungere anche il vano secondario;

(E) quinta fase di arresto dell’alimentazione di azoto e contemporanea perforazione del pezzo in stampaggio, nel tratto del condotto di collegamento, mediante l’elemento perforante. Vantaggiosamente, l’azoto fuoriesce in corrispondenza della prima valvola di aspirazione e viene convogliato nel primo condotto di riciclo per il suo riutilizzo nel ciclo di stampaggio seguente;

(F) sesta fase di alimentazione di aria in pressione nella tubazione di gas, grazie all’apertura della seconda valvola posta nel condotto di alimentazione di aria compressa. Vantaggiosamente, grazie a questa innovativa fase del processo, la cavità del pezzo viene pulita dalle impurità eventualmente presenti e viene accelerata la solidificazione del fuso termoplastico;

(G) settima fase di apertura dello stampo e di estrazione del pezzo stampato ormai solido.

In alcune forme di realizzazione del macchinario in oggetto, è vantaggiosamente utilizzato anche un dispositivo di trattamento dell’aria compressa, prima che questa venga immessa nell’intercapedine dello stampo. Con questo dispositivo, vantaggiosamente, l’aria può essere immessa alla temperatura e pressione desiderate ed eventualmente anche essiccata e purificata.

Ancora più vantaggiosamente, è possibile predisporre un secondo condotto di riciclo che dalla valvola di aspirazione dell’aria convogli l’aria aspirata nel dispositivo di trattamento e quindi nel condotto di alimentazione dell’aria compressa nell’intercapedine dello stampo.

Oltre al riciclo dell’azoto ed eventualmente anche dell’aria, che già rendono lo stampaggio di pezzi cavi decisamente più economico rispetto a quanto fatto sino ad ora, può essere vantaggiosamente predisposto anche un sistema di riciclo del fuso termoplastico mediante i seguenti dispositivi:

- un sistema di resistenze, organizzato sulle pareti interne del vano secondario per mantenere il fuso di materiale termoplastico allo stato fluido durante tutto il processo di stampaggio;

- una terza valvola di aspirazione atta a rimuovere il fuso termoplastico allo stato fluido da detto vano secondario e a convogliarlo in un condotto di riciclo che lo riconduce verso l’ugello di immissione;

- un eventuale sistema di sensori atti a monitorare il completo svuotamento del vano secondario tra un ciclo di stampaggio e l’altro.

I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora più chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata.

Descrizione delle figure

L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali:

- FIGURA 1 mostra un momento della seconda fase B del metodo in oggetto; - FIGURA 2 mostra un momento della terza fase C del metodo in oggetto;

- FIGURA 3 mostra un momento della quarta fase D del metodo in oggetto;

- FIGURA 4 mostra un momento della quinta fase E del metodo in oggetto;

- FIGURA 5 mostra un momento della sesta fase F del metodo in oggetto;

- FIGURA 6 mostra un momento della settima fase G del metodo in oggetto.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano le fasi di lavoro di uno stampo secondo una forma di realizzazione preferita del presente concetto inventivo.

Con riferimento a tutte le figure allegate, è mostrato uno stampo che costituisce la parte centrale e fondamentale del macchinario della presente invenzione.

Come tutti gli stampi a iniezione noti, anche questo è dotato di una matrice 1 e di un punzone 2 che, quando disposti in una configurazione chiusa, definiscono un’intercapedine 3 e un vano secondario 8 connesso da un condotto di collegamento 7.

Detta intercapedine 3 è comunicante da un lato con un ugello 4 di immissione di fuso 100 di materiale termoplastico. Dallo stesso lato l’intercapedine 3 è connessa con una tubazione 5 di alimentazione del gas in pressione che, grazie ad una prima valvola 6, controlla l’immissione di azoto 300 nell’intercapedine 3 dello stampo.

In corrispondenza del condotto di collegamento 7, invece, lo stampo è dotato di una seconda valvola 9 che apre o chiude la comunicazione tra l’intercapedine 3 il vano secondario 8, e di un elemento perforante 10 che è atto a bucare il pezzo 200 in stampaggio fino al raggiungimento della sua cavità 20.

Oltre a queste dotazioni, ormai note al tecnico del ramo, il macchinario della forma di realizzazione preferita della presente invenzione è anche dotato di:

- un condotto di alimentazione 11 di aria compressa, controllato da una terza valvola 12 e confluente nella tubazione 5 di alimentazione di gas;

- una prima valvola di aspirazione 13, posta in corrispondenza dell’elemento perforante 10, che aspira l’azoto 300 dall’interno dell’intercapedine 3 e lo immette in un primo condotto di riciclo 13’, atto a trasferire l’azoto 300 dall’interno dell’intercapedine 3 nuovamente alla tubazione 5 di alimentazione di gas in pressione;

- un dispositivo 16 di trattamento dell’aria che regola pressione, temperatura, essiccazione e purificazione dell’aria 400 in pressione da alimentare all’interno dello stampo;

- una seconda valvola di aspirazione 14 che aspira l’aria dall’intercapedine 3 e dal vano secondario 8 dello stampo e la immette in un secondo condotto di riciclo 14’ che la riconduce al dispositivo di trattamento dell’aria 16 e quindi ad essere nuovamente immessa nell’intercapedine 3 nel successivo ciclo di stampaggio;

- un sistema di resistenze 8’ sulle pareti interne del vano secondario 8 per mantenere il fuso 100 di materiale termoplastico allo stato fluido;

- una terza valvola di aspirazione 15, in corrispondenza di detto vano secondario 8 per rimuovere il fuso 100 termoplastico allo stato fluido dal vano secondario 8 stesso, prima della solidificazione ed estrazione del pezzo 200 dallo stampo. Il fuso 100 termoplastico raccolto viene convogliato in un condotto di riciclo 15’ atto a ricondurlo dal vano secondario 8 nuovamente verso l’ugello 4 di immissione;

- un sistema di sensori 18 nel vano secondario 8 che monitorano l’avvenuto completo svuotamento del vano secondario 8 tra un ciclo di stampaggio e l’altro.

Con riferimento alla FIG. 1, è mostrata la seconda fase del metodo oggetto di brevetto. Nella prima fase A, grazie alla seconda valvola di aspirazione 14 dell’aria, è stata creata una leggera depressione nell’intercapedine 3 dello stampo che favorisce, nella seconda fase di iniezione del fuso B, l’ingresso del fuso 100 termoplastico dall’ugello 4 e la sua omogenea e rapida dispersione nell’intercapedine 3.

In una terza fase C, illustrata in FIG. 2, la valvola 9 viene aperta e anche il vano secondario 8 si riempie di fuso 100 termoplastico allo stato fluido.

In FIG. 3 è mostrata la quarta fase D di immissione dell’azoto 300 mediante l’arresto dell’iniezione del fuso 100 e l’apertura della prima valvola 6 nel condotto di alimentazione 5 del gas in pressione. In questa fase si crea la cavità 20 nel pezzo 200 in produzione e l’azoto 300 si apre un passaggio nel fuso 100 termoplastico sino a raggiungere il vano secondario 8.

Nella quinta fase E, mostrata in FIG. 4, viene interrotta l’alimentazione di azoto 300 e, contemporaneamente, viene perforato il pezzo 200 nel tratto corrispondente al condotto di collegamento 7, mediante l’elemento perforante 10. Questo consente la fuoriuscita dell’azoto 300 verso la prima valvola di aspirazione 13 e il suo successivo convogliamento nel primo condotto di riciclo 13’ per il riutilizzo del gas nel seguente ciclo di stampaggio.

La sesta fase F, mostrata in FIG. 5, prevede l’apertura della seconda valvola 12 nel condotto di alimentazione 11 di aria compressa 400 e l’immissione di quest’ultima nella cavità 20 del pezzo 200 per la sua pulizia dalle impurità e per accelerare la solidificazione del fuso 100 termoplastico.

Contemporaneamente il sistema di resistenze 8’ del vano secondario 8 tiene il fuso 100 allo stato fluido e la terza valvola di aspirazione 15 svuota il vano secondario 8 dal fuso 100 convogliandolo nel corrispondente condotto di riciclo 15’ che lo riconduce all’ugello 4.

La settima ed ultima fase G (FIG. 6) consiste nell’apertura dello stampo e nell’estrazione del pezzo stampato 200 ormai solidificatosi con la sua cavità 20. È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse.

Claims

Rivendicazioni 1. Macchinario di stampaggio a iniezione di elementi cavi, comprendente uno stampo costituito da una matrice (1) e da un cooperante punzone (2), entrambi i quali delimitano un’intercapedine (3) comunicante da un lato con un ugello (4) per l’iniezione di fuso (100) di materiale termoplastico e con una tubazione (5) di alimentazione di gas in pressione, controllata da una prima valvola (6) per l’alimentazione di azoto (300) all’interno di detta intercapedine (3), e dall’altro con un condotto di collegamento (7) che mette in comunicazione detta intercapedine (3) con un vano secondario (8), sul condotto di collegamento (7) agendo una seconda valvola (9) per la sua chiusura e apertura ed un elemento perforante (10) che perfora un pezzo (200) nel condotto di collegamento (7), detto macchinario essendo caratterizzato dal fatto di comprendere altresì: - un condotto di alimentazione (11) di gas in pressione, controllato da una terza valvola (12) e confluente in detta tubazione (5) di gas, per l’alimentazione di aria compressa (400); - una prima valvola di aspirazione (13), posta in corrispondenza di detto elemento perforante (10), atta ad aspirare l’azoto (300) dall’interno dell’intercapedine (3) di detto stampo e ad immetterlo in un primo condotto di riciclo (13’) atto a trasferire detto azoto (300) dall’interno di detta intercapedine (3) a detta tubazione (5) di alimentazione di gas in pressione per essere riutilizzato in un ciclo di stampaggio successivo; - una seconda valvola di aspirazione (14) atta ad aspirare l’aria dall’intercapedine (3) e dal vano secondario (8) di detto stampo creando una depressione.
2. Metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, caratterizzato dal fatto di utilizzare il macchinario della precedente rivendicazione 1 e di comprendere i passi di: (A) prima fase di aspirazione dell’aria dall’intercapedine (3) dello stampo, tramite l’attivazione di detta seconda valvola di aspirazione (14) che crea una depressione in detta intercapedine (3) rispetto all’atmosfera esterna; (B) seconda fase di iniezione del fuso (100) di materiale termoplastico in detta intercapedine (3), mediante detto ugello (4), previa chiusura di detta seconda valvola di aspirazione (14) dell’aria; in detta seconda fase di iniezione (B), detta seconda valvola (9), che mette in comunicazione l’intercapedine (3) con detto vano secondario (8), è chiusa; (C) terza fase di apertura della seconda valvola (9) per mettere in comunicazione detta intercapedine (3) con il vano secondario (8); (D) quarta fase di immissione di azoto (300) la quale comprende, simultaneamente, l’arresto dell’iniezione del fuso (100) e l’apertura della prima valvola (6) per l’alimentazione di azoto (300) in detta intercapedine (3) per creare una cavità (20) nel pezzo (200) in produzione, fino al passaggio dell’azoto (300) nel vano secondario (8); (E) quinta fase di arresto dell’alimentazione di azoto (300) e contemporanea perforazione del pezzo (200) in stampaggio nel tratto del condotto di collegamento (7) mediante l’elemento perforante (10) per la fuoriuscita dell’azoto (300) verso detta prima valvola di aspirazione (13) e il suo successivo convogliamento in detto primo condotto di riciclo (13’) per il riutilizzo dell’azoto (300); (F) sesta fase di alimentazione di aria (400) in pressione in detta tubazione (5) di gas per la pulizia dalle impurità della cavità (20) del pezzo (200) stampato e per accelerare la solidificazione del fuso (100) termoplastico; (G) settima fase di apertura dello stampo e di estrazione del pezzo (200) stampato ormai solido.
3. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo le precedenti rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l’aria (400) in pressione che viene alimentata in detta sesta fase di alimentazione (F) viene preventivamente trattata in un apposito dispositivo (16) atto a consentire l’immissione dell’aria (400) ad una pressione e ad una temperatura prestabilite.
4. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo la precedente rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di trattamento dell’aria (16) è atto a essiccare e purificare l’aria (400) in pressione da alimentare all’interno dello stampo.
5. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo la precedente rivendicazione 3, oppure 4, caratterizzato dal fatto che detta seconda valvola di aspirazione (14) dell’aria è atta ad immettere l’aria aspirata in un secondo condotto di riciclo (14’) che la conduce a detto dispositivo di trattamento dell’aria (16) e quindi ad essere nuovamente immessa nell’intercapedine (3).
6. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che le pareti di detto vano secondario (8) sono dotate di un sistema di resistenze (8’) atto a mantenere il fuso (100) di materiale termoplastico allo stato fluido.
7. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo la precedente rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto vano secondario (8) è dotato di una terza valvola di aspirazione (15) atta a rimuovere il fuso (100) termoplastico allo stato fluido da detto vano secondario (8) prima della solidificazione ed estrazione del pezzo (200) dallo stampo.
8. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo la precedente rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che da detta terza valvola di aspirazione (15), il fuso (100) termoplastico viene convogliato in un condotto di riciclo (15’) atto a ricondurre il fuso (100) raccolto dal vano secondario (8) verso l’ugello (4) di immissione.
9. Macchinario e metodo di stampaggio a iniezione di elementi cavi, secondo la precedente rivendicazione 7, oppure 8, caratterizzato dal fatto che detto vano secondario (8) è dotato di un sistema di sensori (18) atti a monitorare il completo svuotamento del vano secondario (8) tra un ciclo di stampaggio e l’altro.