RU2409467C2

RU2409467C2 - Machine for extrusion and injection moulding of polymer materials

Info

Publication number: RU2409467C2
Application number: RU2009101489/05A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Герасименко (BY); Сергей Александрович Герасименко; Степан Степанович Песецкий (BY); Степан Степанович Песецкий; Василий Николаевич Коваль (BY); Василий Николаевич Коваль
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2011-01-20
Also published as: RU2009101489A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed machine comprises extruder with nozzle to discharge polymer melt, mould with die and punch arranged on the press, one or more accumulator-proportioners to feed polymer melt through die or punch using distributor valve, appliances to extrude polymer melt from said accumulator-proportioner that incorporate extruder and press drives. It includes additionally a shut-off valve coupled with accumulator-proportioner drive operating after die closure and extrusion of polymer melt into forming cavity and feeding additional portion of said melt from the gate into said forming cavity. Note here that shut-off valve can be introduced into die forming cavity on cooling die moulding mass. Proposed machine can be used in fabricating large-size assembly units and parts of automotive machinery.

EFFECT: higher quality, possibility to process polymer materials with high viscosity of melt, simplified machine design.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к разработке оборудования для переработки полимерных материалов и предназначается, главным образом, для формования крупногабаритных изделий при одновременном компаундировании композиций.The invention relates to the development of equipment for the processing of polymeric materials and is intended mainly for the molding of large-sized products while composing compositions.

Известен ряд технических решений, направленных на создание специального оборудования для формования крупногабаритных пластмассовых изделий при одновременном компаундировании материала для этих изделий.A number of technical solutions are known aimed at creating special equipment for forming large-sized plastic products while simultaneously compounding the material for these products.

Так, например, компаундирующая литьевая машина [патент WO03041940, МПК B29C 45/54, B29C 45/53, (IPC1-7), B29C 45/54, опубл. 22.05.2003] состоит из двухшнекового экструдера, накопителя, демпфирующего устройства, запорного клапана, сопла, соединяющих каналов, плит для установки, открывания и закрывания формы. Композиционный материал пластицируется в расплаве в двухшнековом экструдере и по соединительному каналу через открытый запорный клапан поступает в накопитель. В накопителе подготавливается необходимый объем расплава полимерного материала, затем запорный клапан закрывается и материал из экструдера поступает в демпфирующее устройство, экструдер и накопитель подводятся к форме, и материал из накопителя через сопло с помощью гидроцилиндра подается в оформляющую полость формы. После этого экструдер и накопитель отводятся от формы, запорный клапан открывается, материал, накопленный в демпфирующем устройстве, и материал из экструдера подаются в накопитель. Недостатками данной машины являются необходимость подвода к форме и отвода от формы экструдера и накопителя, а также одновременное выдавливание материала из экструдера и демпфирующего устройства по одному каналу. Введение в конструкцию машины демпфирующего устройства приводит к ее усложнению.So, for example, compounding injection molding machine [patent WO03041940, IPC B29C 45/54, B29C 45/53, (IPC1-7), B29C 45/54, publ. May 22, 2003] consists of a twin-screw extruder, a drive, a damping device, a shut-off valve, a nozzle, connecting channels, plates for installing, opening and closing the mold. The composite material is plasticized in the melt in a twin-screw extruder and through the connecting channel through an open shut-off valve enters the drive. The necessary volume of polymer material melt is prepared in the drive, then the shutoff valve is closed and the material from the extruder enters the damping device, the extruder and the drive are fed to the mold, and the material from the drive through the nozzle is fed through the nozzle into the forming cavity of the mold. After that, the extruder and the drive are removed from the mold, the shut-off valve opens, the material accumulated in the damping device, and the material from the extruder are fed into the drive. The disadvantages of this machine are the need to approach the mold and withdraw from the mold of the extruder and the drive, as well as the simultaneous extrusion of material from the extruder and damping device through one channel. Introduction to the design of the machine damping device leads to its complication.

Машина [патент BY 1258, МПК B29C 43/00, опубл. 30.03.2004] состоит из экструдера, поворотного накопителя, приемного лотка, механизма перемещения лотка, направляющих, пресса и формы. Работает машина следующим образом. Расплавленный материал из экструдера поступает в требуемом объеме в поворотный накопитель. Из накопителя расплав выдавливается на лоток и распределяется на нем с помощью механизма перемещения лотка. Далее лоток по направляющим перемещается к прессу и занимает свое положение как формообразующий вкладыш при прессовании детали. Недостатки данной машины: необходимо периодически до окончания каждого цикла останавливать экструдер, что увеличивает время нахождения материала в расплаве; наличие двух и более формообразующих вкладышей, установка которых приводит к снижению производительности; продолжительный контакт расплава полимерного материала с воздухом, что может приводить к его термоокислительной деструкции.Machine [patent BY 1258, IPC B29C 43/00, publ. March 30, 2004] consists of an extruder, a rotary drive, a receiving tray, a mechanism for moving the tray, guides, a press and a mold. The machine operates as follows. The molten material from the extruder enters in the required volume in a rotary drive. From the drive, the melt is squeezed onto the tray and distributed on it using the tray movement mechanism. Next, the tray along the guides moves to the press and takes its position as a forming insert when pressing the part. The disadvantages of this machine: it is necessary to periodically stop the extruder periodically before the end of each cycle, which increases the time spent by the material in the melt; the presence of two or more forming inserts, the installation of which leads to a decrease in productivity; prolonged contact of the molten polymer material with air, which can lead to its thermal oxidative degradation.

Машина [патент США US 5605707, МПК B29C 45/78, опубл. 07.06.1995] состоит из экструдера, накопителя, аккумулятора расплава, распределительного клапана. Материал из экструдера поступает в аккумулятор расплава, где накапливается его необходимый первоначальный объем. Далее через распределительный клапан материал из аккумулятора расплава и экструдера поступает в форму, в которой формуется изделие. За время охлаждения изделия в форме, материал вновь накапливается в накопителе, распределительный клапан перекрывает канал в накопитель и открывает в аккумулятор расплава, изделие извлекается из формы. Из накопителя материал поступает в форму, распределительный клапан соединяет канал от формы к накопителю с аккумулятором расплава и экструдером и происходит очередное заполнение накопителя. Недостатком данной машины является наличие застойных зон для расплава полимерного материала в аккумуляторе, что затрудняет его очистку при смене полимерного материала, а также приводит к чрезмерной деструкции полимера.Machine [US patent US 5605707, IPC B29C 45/78, publ. 06/07/1995] consists of an extruder, a drive, a melt accumulator, a control valve. Material from the extruder enters the melt accumulator, where its required initial volume is accumulated. Then, through the control valve, material from the melt accumulator and the extruder enters the mold in which the product is molded. During the cooling of the product in the mold, the material again accumulates in the accumulator, the distribution valve closes the channel into the accumulator and opens the melt into the accumulator, the product is removed from the mold. From the accumulator, material enters the mold, a control valve connects the channel from the mold to the accumulator with the melt accumulator and the extruder, and another accumulator is filled. The disadvantage of this machine is the presence of stagnant zones for the melt of the polymer material in the battery, which makes it difficult to clean when changing the polymer material, and also leads to excessive polymer destruction.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного технического решения является машина для формования изделий по экструзионно-прессовой технологии [патентная заявка ФРГ DE 19734473, МПК B29C 43/18, опубл. 18.02.1999]. Данная машина включает экструдер с соплом для вывода полимерного расплава, пресс-форму с матрицей и пуансоном, установленную на прессе, один или более накопитель-дозатор для подачи полимерного расплава через матрицу или пуансон при использовании распределительного клапана, функционально связанные между собой средства выдавливания полимерного расплава из накопителя-дозатора с приводами экструдера и пресса. Недостатком конструкции данной машины является то, что при получении крупногабаритных и толстостенных изделий она не обеспечивает устранения утяжин и короблений на их поверхности, а также раковин и пустот в объеме материала. Кроме того, неизбежные при данном конструктивном исполнении машины, протяженные и сложные пути перемещения потоков полимерного расплава существенно затрудняют получение хорошо уплотненных с удовлетворительным внешним видом изделий при использовании для их формования полимерных материалов с высокой вязкостью расплава. Конструкция машины чрезмерно сложна в изготовлении и эксплуатации в связи с необходимостью применения специальных средств управления, а также малой надежностью при формовании толстостенных крупногабаритных изделий.The closest analogue (prototype) of the claimed technical solution is a machine for molding products by extrusion and press technology [patent application of Germany DE 19734473, IPC B29C 43/18, publ. 02/18/1999]. This machine includes an extruder with a nozzle for outputting the polymer melt, a mold with a matrix and a punch mounted on the press, one or more accumulator-dispensers for feeding the polymer melt through a die or punch using a distribution valve, means for extruding the polymer melt functionally interconnected from a metering unit with extruder and press drives. The disadvantage of the design of this machine is that upon receipt of large-sized and thick-walled products, it does not ensure the elimination of sagging and warping on their surface, as well as shells and voids in the volume of material. In addition, the lengthy and complex paths of moving the polymer melt flows that are unavoidable with this machine design substantially complicate the preparation of products that are well-sealed with a satisfactory appearance when using polymer materials with high melt viscosity to form them. The design of the machine is excessively difficult to manufacture and operate due to the need to use special controls, as well as low reliability in the formation of thick-walled large-sized products.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение повышения показателей качества формуемых изделий за счет устранения утяжин и короблений на их поверхности, а также раковин в объеме изделия, обеспечение возможности переработки полимерных материалов с высокой вязкостью расплава при одновременном упрощении конструкции машины для формования изделий.The objective of the invention is to provide improved quality indicators of molded products by eliminating sagging and warping on their surface, as well as shells in the volume of the product, making it possible to process polymer materials with high melt viscosity while simplifying the design of the machine for molding products.

Решение поставленной задачи достигается тем, что машина для формования изделий из полимерных материалов по экструзионно-прессовой технологии, включающая экструдер с соплом для вывода полимерного расплава, пресс-форму с матрицей и пуансоном, установленную на прессе, один или более накопитель-дозатор для подачи полимерного расплава через матрицу или пуансон при использовании распределительного клапана, функционально связанные между собой средства выдавливания полимерного расплава из накопителя-дозатора с приводами экструдера и пресса, согласно изобретению дополнительно содержит запорный клапан функционально связанный с приводом накопителя-дозатора, срабатывающий после смыкания пресс-формы и выдавливания полимерного расплава из накопителя-дозатора в оформляющую полость и подающий дополнительную порцию полимерного расплава из литникового отверстия в оформляющую полость.The solution to this problem is achieved by the fact that the machine for molding products from polymeric materials by extrusion and extrusion technology, including an extruder with a nozzle for outputting the polymer melt, a mold with a die and a punch mounted on the press, one or more storage and dispenser for feeding polymer the melt through a die or punch using a distribution valve, means for extruding polymer melt from a metering tank with extruder drives and a press functionally interconnected and, according to the invention, further comprises a shut-off valve operably connected to the drive of the dispenser-drive, which is actuated after the mold is closed and the polymer melt is squeezed out of the dispenser-drive into the forming cavity and supplying an additional portion of the polymer melt from the sprue hole to the forming cavity.

Дополнительное усиление положительного эффекта достигается тем, что запорный клапан выполнен с возможностью его внедрения в объем изделия на стадии охлаждения последнего.An additional enhancement of the positive effect is achieved by the fact that the shutoff valve is made with the possibility of its introduction into the volume of the product at the stage of cooling of the latter.

На фиг.1-3 представлены варианты конструкции машины согласно заявленному техническому решению. Она состоит из двухшнекового экструдера 1, с соплом 2 для вывода полимерного расплава, пресс-формы с матрицей 3 и пуансоном 4, прикрепленным к плитам 5, 6 пресса, двух накопителей-дозаторов 7, 13, снабженных поршнями 8, 15, перемещающимися с помощью гидроцилиндров 9, 14, распределительного клапана 10 и запорного клапана 11, имеющего привод от гидроцилиндра 12.Figure 1-3 presents the design options of the machine according to the claimed technical solution. It consists of a twin-screw extruder 1, with a nozzle 2 for outputting the polymer melt, a mold with a die 3 and a punch 4, attached to the plates 5, 6 of the press, two metering drives 7, 13, equipped with pistons 8, 15, moving with hydraulic cylinders 9, 14, a control valve 10 and a shut-off valve 11, having a drive from the hydraulic cylinder 12.

Вариант литьевой машины, представленный на фиг.2, отличается от варианта, приведенного на фиг.1, конструктивным исполнением накопителя-дозатора. В нем два накопителя-дозатора 7 и 13 расположены вдоль материального цилиндра экструдера 1, что позволяет уменьшить габаритные размеры машины.The embodiment of the injection machine shown in FIG. 2 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the embodiment of the metering accumulator. In it, two metering accumulators 7 and 13 are located along the material cylinder of the extruder 1, which allows to reduce the overall dimensions of the machine.

Вариант конструктивного исполнения литьевой машины, представленный на фиг.3, отличается от предыдущих тем, что подача полимерного материала в оформляющую полость осуществляется не через матрицу 3, а через пуансон 4.The embodiment of the injection molding machine shown in FIG. 3 differs from the previous ones in that the polymer material is fed into the forming cavity not through the matrix 3, but through the punch 4.

Машина, выполненная согласно п.2 формулы изобретения, отличается от машины согласно формулы изобретения 1 тем, что запорный клапан выполнен с возможностью его внедрения в объем готового изделия на стадии охлаждения последнего в сомкнутой пресс-форме.A machine made according to claim 2, differs from a machine according to claims 1 in that the shut-off valve is adapted to be inserted into the volume of the finished product at the stage of cooling the latter in an closed mold.

В предлагаемой машине компаундирование полимерного материала происходит в расплаве в материальном цилиндре двухшнекового экструдера 1. Далее расплавленный материал через сопло 2 по обогреваемым каналам поступает в распределительный клапан 10 и в накопитель-дозатор 7. Под давлением материала поршень 8 перемещается и осуществляется накопление необходимой дозы в накопителе-дозаторе. Когда доза набрана, распределительный клапан 10 поворачивается, соединяя накопитель-дозатор 7 с каналом запорного клапана 11, а канал сопла 2 - с накопителем-дозатором 13. Из накопителя-дозатора 7 материал, гидроцилиндром 9, выдавливается в оформляющую полость матрицы 3. Затем происходит перемещение подвижной плиты пресса 6, смыкание матрицы 3 и пуансона 4. После этого запорный клапан 11 гидроцилиндром 12 перемещается по каналам в плите пресса 5 и матрице 3 до поверхности формуемого изделия. При этом происходит очистка литникового канала от материала и обеспечивается дополнительное подпрессовывание (доуплотнение) материала в оформляющей полости. Одновременно расплав из материального цилиндра экструдера 1 через распределительный клапан 10 поступает в накопитель-дозатор 13, где накапливается новая доза материала.In the proposed machine, the compounding of the polymer material occurs in the melt in the material cylinder of the twin-screw extruder 1. Next, the molten material through the nozzle 2 through the heated channels enters the control valve 10 and into the metering tank 7. Under the pressure of the material, the piston 8 moves and the required dose is accumulated in the tank -doser. When the dose is accumulated, the control valve 10 rotates, connecting the metering tank 7 with the shut-off valve channel 11, and the nozzle channel 2 with the metering tank 13. From the metering tank 7, the material, hydraulic cylinder 9, is squeezed into the forming cavity of the matrix 3. Then occurs moving the movable plate of the press 6, closing the matrix 3 and the punch 4. After that, the shut-off valve 11 of the hydraulic cylinder 12 moves along the channels in the press plate 5 and the matrix 3 to the surface of the molded product. In this case, the gating channel is cleaned of the material and additional pre-pressing (re-sealing) of the material in the forming cavity is provided. At the same time, the melt from the material cylinder of the extruder 1 through the distribution valve 10 enters the metering tank 13, where a new dose of material is accumulated.

После охлаждения изделия в форме пуансон 4 и матрица 3 размыкаются, готовое изделие извлекается, запорный клапан 11 гидроцилиндром 12 перемещается в исходное положение, распределительный клапан поворачивается, соединяя канал сопла 2 и накопитель-дозатор 7, а накопитель-дозатор 13 соединяется с каналом запорного клапана 11. Материал из накопителя-дозатора 13 гидроцилиндром 14 выдавливается в оформляющую полость матрицы 3. Смыкаются плиты пресса 3 и 4 и, после этого запорный клапан 11 гидроцилиндром 12 перемещается до поверхности формуемого изделия. При этом происходит очистка литникового канала от материала, уплотнение его в оформляющей полости формы. При необходимости может осуществляться подпрессовка материала за счет внедрения запорного клапана 11 в объем изделия (п.2 формулы изобретения). Затем материал поступает в накопитель-дозатор 7 и цикл повторяется.After cooling the product in the form of a punch 4 and the die 3 are opened, the finished product is removed, the shut-off valve 11 by the hydraulic cylinder 12 is moved to its original position, the distribution valve is rotated connecting the channel of the nozzle 2 and the accumulator-dispenser 7, and the accumulator-dispenser 13 is connected to the channel of the shut-off valve 11. The material from the metering reservoir 13 is squeezed out by the hydraulic cylinder 14 into the forming cavity of the matrix 3. The press plates 3 and 4 are closed, and then the shut-off valve 11 by the hydraulic cylinder 12 is moved to the surface of the molded product. In this case, the gating channel is cleaned of the material, its compaction in the forming cavity of the form. If necessary, material can be prepressed by introducing a shutoff valve 11 into the product volume (claim 2). Then the material enters the metering tank 7 and the cycle repeats.

Технический эффект, достигаемый при использовании предлагаемого технического решения, заключается в следующем. Введение в состав машины запорного клапана, который выдавливает дополнительную порцию расплава полимерного материала в сомкнутую пресс-форму, обеспечивает дополнительное уплотнение изделия в оформляющей полости. Подпитка оформляющей полости полимерным расплавом осуществляется в момент, когда пресс-форма полностью заполнена полимером и началась стадия его охлаждения. В результате этого происходит компенсация усадки полимера и его доуплотнение в оформляющей полости. В результате обеспечивается исключение утяжин и коробления на поверхности изделия и усадочных раковин в его объеме.The technical effect achieved by using the proposed technical solution is as follows. The introduction of a shut-off valve into the machine, which squeezes an additional portion of the polymer material melt into an closed mold, provides additional sealing of the product in the forming cavity. Make-up cavity filling with polymer melt is carried out at the moment when the mold is completely filled with polymer and the stage of its cooling has begun. As a result of this, the shrinkage of the polymer and its compaction in the forming cavity are compensated. The result is the elimination of weights and warpage on the surface of the product and shrinkage shells in its volume.

Внедрение запорного клапана в объем изделия (п.2 формулы изобретения) позволяет произвести дополнительное уплотнение полимерного материала в оформляющей полости, что способствует улучшению внешнего вида готовых изделий (повышается блеск, исключается образование волн и складок на поверхности).The introduction of a shut-off valve in the volume of the product (claim 2 of the claims) allows for additional sealing of the polymer material in the forming cavity, which helps to improve the appearance of the finished product (increased gloss, excluded the formation of waves and wrinkles on the surface).

Таким образом, изобретение эффективно и может быть практически реализовано при производстве крупногабаритных пластмассовых изделий, например европоддонов, крыш кабин автотракторной техники и т.п.Thus, the invention is effective and can be practically implemented in the manufacture of large-sized plastic products, such as Euro pallets, cab roofs of automotive vehicles, etc.

Claims

1. Machine for molding articles made of polymeric materials by extrusion and pressing technology, including an extruder with a nozzle for outputting the polymer melt, a mold with a die and a punch mounted on the press, one or more storage-dispenser for feeding the polymer melt through a die or punch when using a control valve, means for extruding polymer melt from a metering unit with extruder and press drives, functionally interconnected, characterized in that it further comprises a shut-off valve that is functionally connected to the drive of the dispenser-drive, which is activated after the mold is closed and the polymer melt is squeezed out of the dispenser-drive into the forming cavity and feeds an additional portion of the polymer melt from the sprue hole into the forming cavity of the mold.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the shut-off valve is adapted to be inserted into the volume of the product at the stage of its cooling in the forming cavity of the mold.