SE415464B - Tryckalstringsanordning vid formsprutning och anvendning derav - Google Patents

Description

7810264-7 2 Det torde mot denna bakgrund stå klart att en höjning av trycket vid formsprutning representerar en påtaglig förbätt- ring av dagens teknik, där de tryck som normalt användes ej överstiger 200 MPa.

Emellertid kan den metod som hittills använts för att åstad- komma den avsedda tryckökningen i formrummet, nämligen att *förse formsprutans skruv med en särskild injektor eller att använda en i förhållande till skruven separat arbetande hög- trycksinjektor, ej vara helt fri från vissa nackdelar. Bl.a. noterar man att dylika anordningar normalt ej kan monteras på befintliga maskiner. I stället är det nödvändigt att använda specialbyggda maskiner. Tilläggas kan att dylika maskiner ännu ej finnes på marknaden. Den viktigaste nackdelen hos anordningar av nyss berörd typ är det att det höga trycket tillsammans med de därav betingade stora krafterna verkar på en förhållandevis stor del av maskinen, vilket förklarar nödvändigheten att arbeta med specialbyggda maskiner konstrue rade med utgångspunkt i dessa påkänningar. Som särskilt problemfylld framstår därvid utformningen av cylindern och skruven/injektorn. Därtill kommer problem med val av material för dessa maskindelar som förutom det ansenliga trycket även måste tåla en förhållandevis hög arbetstemperatur.

Som ytterligare en nackdel hos den typ av befintliga maskiner som arbetar med en å skruven anbringad högtrycksinjektor (Fig. 2) bör nämnas den omstündighetcn att detaljcns volym, i förhållande till vad som eljest är möjligt att uppnå med dagens formsprutmaskiner, måste hållas relativt liten. Detta har sin grund i den areaförminskning mellan skruv och högtrycksinjektor som erfordras för att uppnå den avsedda tryckförhöjningen. Därigenom begränsas även volymen av plast- smältan i förrådskammaren framför skruven/injektorn. _ Avsikten med föreliggande uppfinning är att eliminera de nackdelar som användningen av gängse formsprutningsteknik under användande av höga tryck medför, exempelvis såsom den 7810264-'7 3 beskrives i den svenska patentskriften 401.129, genom en enkel, tryckalstrande anordning avsedd att anbringas direkt å formen och i denna genom enkla kolvrörelser under sprut- cykeln bringa trycket till den inledningsvis som önskvärd anförda trycknivån av 300-700 MPa, under samtidig avstäng- ning av formrummet gentemot insprutningssidans kanaler.

Därigenom blir det möjligt att arbeta med helt konventionella maskiner utan några som helst krav på ombyggnad, då insprut- ningen nu sker på konventionellt sätt, medan den för alstran- de av det höga trycket avsedda anordningen endast verkar på maskinens formdel. Då materialet i materialdepån stelnat kommer kraften från tryckkolven att i huvudsak verka längs denna.

De tryckalstrande anordningar, varom här är fråga, kan utan svårighet monteras på varje form konstruerad att kunna uppta det förhöjda trycket utan att därvid förlora sin normala funktion. Här avses i första hand tillräcklig mekanisk styv- het och hållfasthet. Som särskilt fördelaktig framstår den i föreliggande uppfinning avsedda möjligheten att efter behov -flytta den tryckalstrande anordningen från en form till en annan. Det är således ej nödvändigt att förse varje form, avsedd för formsprutning vid förhöjt tryck, med en särskildf tryckalstrande anordning, utan man kan arbeta med en enda sådan anordning som efter behov monteras på olika formar.

Därigenom understrykes ytterligare den flexibilitet, som kännetecknar den nya anordningen, liksom även den i förhål- lande till konventionella anordningar klart framträdande fördelen att kunna arbeta med formsprutmaskiner av konven- tionell typ.

I de bifogade ritningarna visar: Figur 1 tryckanordningens (skuggad del) principiella montering på formen i en konventionell formspruta; 7810264-7 ML Figur 2 en formspruta med en skruv på vars ände på konventio- nellt sätt en högtrycksinjektor monterats; Figur 3 en formspruta där plasticeringscylindern och hög- trycksinjektorn placerats separat parallellt med varandra; Figur 4 en formspruta med högtrycksaggregat enligt förelig- gande uppfinning (slutet verktyg) där (1) betecknar hydraul- cylinder, (2) tryckkolv, (3) återströmningsspärr, (4) den detalj som formsprutas, (5) materialdepå, (6) tryckgivare, (7) varmingöt och (8) plasticeringsskruv; Figur 5 samma verktyg med högtrycksaggregat (öppet verktv9): Figur 6 tryck-tiddiagram för formsprutningsförloppet med an- ordningen enligt föreliggande uppfinning; Figur 7 formrummet med tryckkolv och återströmningsspärr i sitt övre läge,varvid 7a) visar ett utförande med rak ma- terialdepâ och 7b) utförande med “konisk" materialdepå,var- vid (2), (3), (4) och (5) har samma betydelse som tidigare och (9) betecknar punktvärmare; Figur 8 formrummet med tryckkolv och återströmningsspärr i sitt nedre läge; Figur 9 formrummet med tryckkolv och materialdepå vridna 90% varvid (2), (4) och (5) har samma betydelse som tidigare och (12) betecknar delningsplan._ I Figur 10 ett följddigram som visar formsprutningsförloppet vid användning av en tryckanordning enligt föreliggande uppfinning;_ 4 Figur ll ett styrsystem för kavitetstrycksreglering vid an- vändning av en tryckanordning enligt föreliggande uppfinning, varvid (1) och (4) har samma betydelse som tidigare och (10) betecknar styrenhet för bör-värden och (ll) tryckgivare.

För att illustrera den nya anordningens fördelaktigare upp- byggnad och flexibilitet vid användningen, såsom dessa egen- skaper kommer till uttryck vid en jämförelse med maskiner av gängse utförande-visas i Fig. l - 3 dels den nya anordningens ._..._-- .v-._._._-__»_.- _-.- ..._ . ._ __.-- __... 7810264-7 principiella montering å formen i en konventionell formspruta (Pig. l), dels en för arbete med förhöjt tryck byggd form- spruta av gängse slag, varvid i det senare fallet två olika utföringsformer medtagits. I det ena fallet (Fig. 2) visas en maskin försedd med en skruv å vars ände en högtrycks- injektor monterats, medan det andra fallet (Fig. 3) återger en formspruta där plasticeringscylindern och högtrycksinjek- torn placerats separat, parallellt med varandra. Framhållas bör ännu en gång att den nya anordningen, såsom den schema- tisk visas i Pig. l kan monteras på en valfri formspruta, då insprutningen sker på gängse sätt, medan alstringen av det förhöjda trycket sker skilt från det övriga maskineriet genom en å formen anbringad anordning.

Efter att ha skisserat den nya metodens principiella arbets- sätt och fördelar gentemot anordningar av befintlig typ beskrives i det följande, under hänvisning till de i figurerna 4 och 5 återgivna schematiska ritningarna, i detalj den meka- niska uppbyggnaden av anordningen i fråga, varvid trycket i formrummet alstras med en hydraulcylinder som kraftalstrande del. Naturligtvis kan, om så önskas, den kraftalstrande delen bestå av mekaniska anordningar av annat slag, vilka är i och för sig välkända för fackmännen inom tekniken.

Formsprutningsförloppet med föreliggande metod skiljer sig väsentligt på en del punkter från den konventionella form- sprutningscykeln. Det nu erhållna formsprutningsförloppet kan indelas i 4 steg (a - d). Figur 6 återger dessa fyra steg i ett tryck-tid diagram. a. Fyllning av formrummet sker på normalt sätt, dvs. plasti- ceringsskruvcn trycker in smältan i formrummet. Denna funk- tion styrs av maskincns insprutningssystom.Trycket kan hållas relativt lågt (20-100 MPa). Figur 7 visar formrummet vid fullbordad insprutning. b. I det ögonblick som insprutningstrycket släpps, börjar tryckkolven att röra sig in i materialdepån. Denna funktion kan styras av normalt använda styrsystem, vilket beskrivas närmare i det följande. 7810264-7 Genom att tryckkolven förs ned i materialdepån kommer trycket i formrummet att höjas. Tryckstegringshastigheten inställes via en flödesventil på oljetillförseln till hydraulcylinderns trycksida. Figur 8 visar formrummet efter högtryckets applicerande.

Ett närmare betraktande av materialdepån (Figu 8)visar att tryckkolven verkar på en yta med en diameter som är mindre än materialdepåns, detta för att förhindra att trycket appli- ceras på det material sa: hunnit stelna från äapåväçgan och inåt. Tryckkolven verkar därför enbart på det material som fortfarande befinner sig i smält tillstånd. Som visas i Pig. Tbkan materialdepån göras svagt "konisk" (ökande radie mot depåns botten) för att underlätta att en kärna motsvaran- 'de tryckpinnens diameter bibehålles i smält tillstånd för he- la tryckkolvens rörelseväg. Figu 7b visar också en annan modi- fiering som kan vidtagas för att, i detta fall, förhindra ett alltför tidigt stelnande i zonen mellan materialdepå och detalj. Detta åstadkommas genom att punktvärmare (el. värme- patroner) placeras i närheten-av denna övergångszon mellan materialdepå och detalí.

I det fall materialdepån är helt uppvärmd, med vilket menas att plasten inte stelnar vid kontakten med materialdepåväggen, kan tryckkolven och materialdepån ha samma diametrar.

En fördel som uppnås med diameterskillnad mellan materialdepâ och tryckkolv är att man minskar risken för klämkrafter mellan kolv och cylinder som uppstår om plastmaterial trycks emellan.

Detta problem minskar då tryckkolven arbetar utanför den tätande cylindern. Eftersom detta framför allt är ett problem vid be- arbetning av fyllda plaster, torde föreliggande metod lämpa sig väl även för dylika plaster.

Samtidigt med tryckkolven rör sig en âtcrströmningsspärr nedåt och förhindrar återströmning samt att trycket fortplantar sig in i plasticeringscylindern. Återströmningsspärrcn blockerar efter ca. 2 mmzs rörelseväg och håller sedan spärrat under resterande vägen som tryckkolvcn och återströmningsspärren rör sig nedåt. För maskiner vilka är utrustade med munstycksventil 7a1o2e4-7 i plasticeringscylinderns främre del kan återströmningen för- _ hindras med denna ventil. c. Hydraultrycket och därmed formrumstrycket hålls på konstant nivå under resterande kyltiden. Olika tryckregleringssystem kan kopplas in under denna fas av formsprutningscykeln som t.ex. vibrerande insprutning eller tryckreglering via kavi- tetstrycksensor, detta beskrivs närmare i det följande. d. Före formöppningen avlastas hydraulcylindern och tryck- kolven går tillbaka till sitt utgångsläge, varefter formen öppnas och detaljen stöts ut.

För maskiner som har ett hydrauliskt utstötningssystem kan, om så önskas, tryckkolvens rörelse ombesörjas av detta system.

Det hydrauliska utstötningssystemet är placerat mellan det rörliga formbordet och maskinens låssystem. Stötstången från utstötningssystemet går genom ett hål i det rörliga formbordet in i formverktyget och kan alltså ombesörja tryckkolvens rörelser.

Tryckkolven kommer i detta fall att arbeta vinkelrätt mot form- verktygets delningsplan. Figur 9 visar hur materialdepå vridits 90 grader så att tryckkolven arbetar via det hydrauliska ut- stötningssystemet.

Kännetecknande för den nya anordningen är vidare möjligheten att styrsystem och hydraulik kopplas över befintliga kompo- nenter, som t.ex. kärndragsutrustning eller via eftertrycket, som här inte användes på konventionellt sätt.

Trycktiden kan nu förlängas avsevärt - utan en förlängning av cykeltiden - genom att maskinens övriga rutiner, framför allt frammatning av nytt material i skruven kan ske utan att tryckavlastning av formrummet behöver äga rum (Fig. 5 och-10).

Tryckregleringen kan enligt den nya metoden ske under hela stelningsförloppot. Göros en återkoppling från kavitetstryck- sensorn tillbaka till tryckcylindern, kan man åstadkomma en '7810264-7 mycket exakt krympningskompensation i formrummet. Detta gör det möjligt att på ett väsentligt förenklat sätt tillverka detaljer med höga krav på mâttoleranser (Pig. ll).

Det är vidare möjligt att utsätta formrummets innehåll för ett vibrerande tryck, en behandling som enligt G. Menges, “9 Kunststofftechnisches Kolloquim des IKV in Aachen (1978) s. 8, visat sig kunna resultera i en förbättrad egenskaps- profil hos detaljen, ej minst vad gäller dess dimensione- noggrannhet. Vibrerande tryck vid högtrycksformsprutning kan dessutom ge upphov till större och gynnsammare skjuvkrafter, vilka har visat sig underlätta bildandet av extended chains i den formsprutaåe detaljen. Även om anord- ningar alstrande ett pulserande tryck i formen är kända, tor- de kombinationen av dylika pulsationer med en förhöjd tryck- nivå representera en särskilt önskvärd behandling av den i formrummet inneslutna massan. Även den omständigheten, att nu endast denna massa utsätts för dylika vibrationer, i motsats till den i andra sammanhang föreslagna metoden att alstra vibrationerna via skruvens rörelse, torde utgöra en påtaglig fördel.

Slutligen bör man notera de högst påtagliga fördelar av eko- nomisk art som det i föreliggande uppfinning framförda för- slaget erbjuder. Medan en konventionell formspruta byggd för tryck upp till 600 MPa torde betinga en extrakostnad om ca. 200.000 kr, i jämförelse med en spruta som arbetar med normalt tryck, stannar kostnaden för en anordning i enlig- het med föreliggande uppfinning vid ca. en tiondel av nämnda summa. Trots det i förhållande till gängse metoder obetyd- liga kapitalbehovet är det nya förfarandet flexiblare ej endast vad angår möjligheten att kombinera det med gängse formsprutmaskineri utan även ifråga det sätt varpå det för- höjda trycket i formen alstras och regleras under en form- sprutningscykel.

Det är naturligtvis även möjligt att utnyttja tryckalstrings- 7a1o2e4-v anordningen vid formsprutning med gängse tryck, dvs. tryck av upp till omkring 200 MPa. Härvid uppnår man de fördelar som angetts ovan vid formsprutning med högt tryck, vilka härrör från det faktum att tryckalstringsanordningen arbetar skild från plasticeringsskruven, såsom möjligheten att förlänga trycktiden utan förlängning av cykeltiden, möjligheten att åstadkomma tryckreglering under hela stelningsförloppet, möjligheten att utsätta formrummets innehåll för vibrerande eller pulserande tryck m.m.

Claims (9)

'7810264-7 ..p.,..... .._..-. _ 10 PATENTKRAV

1. l. i formrummet i samband med formsprutning vid högt eller normalt tryck, Tryckalstrande anordning för ökning av trycket k ä n n e t e c k n a d av att anordningen arbetar separat från den normala tryckalstringsmekanismen såsom den av en tryckkolv eller en fram- och återgående skruv, varvid anord- ningen är anbringad direkt på formen, formbordet, maskinens gejdrar eller annan fästanorâning hos en formspruta och endast verkar på massan i formrummet, varvid den omfattar en kraft- alstrande del, exempelvis en hydraulcylinder (1), som är före- nad med en tryckkolv (2), som genom kolvrörelser under sprut- cykeln bringar trycket i formrummet upp till den önskade trycknivân och en återströmningsspärr (3) eller en munstycks- ventil, som samtidigt avstänger formrummet gentemot insprut- ningssidan.

2. Tryckalstrande anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att tryckkolven har en diameter '(d) som är mindre än diametern (D) för det material med vil- ket tryckkolven kommer i kontakt vid alstrande av trycket.

3. eller 2, Tfyckalstrande anordning enligt patentkravet l a k ä n n e t e c k n a d av att anordningen regle- eras via en återkoppling från en kavitetstrycksensor varigenom noggrann krympningskompensation i formrummet åstadkommes.

4. eller 2, kommer ett pulserande eller vibrerande tryck på den i form- Tryckalstrande anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d av att tryckkolven åstad- rummet inneslutna massan.

5. patentkrav, Tryckalstrande anordning enligt något av föregående k ä n n e t e c k n a d av att tryckkolven åstad- kommer ett tryck av mellan 200 och 1000 MPa i formrummet.

6. sprutning med högt tryck eller gängse tryck, t e c k n a d bringad på formen, formbordet, Användning av en tryckalstrande anordning vid form- k ä n n e - av att den tryckalstrande anordningen är an- maskinens gojdrar eller annan 7810264-7 ll fästanordning hos formsprutan och omfattar en kraftalstrande del, exempelvis en hydraulcylinder (l) som är förenad med en tryckkolv (2) som genom kolvrörelser under sprutcykeln bringar trycket i formrummet upp till den önskade trycknivån och en återströmningsspärr (3) eller en munstycksventil som samti- digt avstänger formrummet gentemot insprutningssidan.

7. Användning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d av en plasticeringsskruv (8) på vanligt sätt med relativt av att fyllningen av formrummet sker med hjälp lågt insprutningstryck, varefter när insprutningstrycket släpps, tryckkolven (2) rör sig mot materialdepån (5), vari- genom trycket i formrummet höjes, och samtidigt förhindrar en återströmningsspärr (3) eller munstycksventil återströmning av materialet in i cylindern och förhindrar att trycket fort- plantar sig in i cylindern, strax före formöppningen avlastas den kraftalstrande delen eller hydraulcylindern så att tryck- kolven går tillbaka till sitt utgångsläge, varefter formen öppnas och den formsprutade detaljen stöts ut.

8. Användning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d av att den kraftalstrande delen eller hydraul- cylindern (l) är förbunden med en kavitetstrycksensor varige- nom en tryckreglering tillhandahållas under stelningsförloppet i formen, vilken möjliggör en noggrann krympningskompensation i formrummet.

9. Användning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d av att den kraftalstrande delen eller hydraul- cylindern är inkopplad i ett pulserande eller vibrerande system, vilket medför att tryckkolven utsätter innehållet i formrummet för ett pulserande eller vibrerande tryck.