SK281018B6 - Temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, na výrobu plastových výliskov a spôsob výroby takéhoto nástroja, prípadne formy - Google Patents

Abstract

Opisuje sa temperovateľný nástroj (11), prípadne forma, na výrobu plastových výliskov s minimálne jednou dutinou (12) formy, s minimálne jedným napúšťacím a jedným vypúšťacím otvorom (13, 14), navzájom spojených kanálikmi (15), ktoré vytvárajú kanálikový systém s temperovacím médiom na ochladzovanie respektíve ohrievanie dutiny (12) formy. Dochádza ku skráteniu vstrekovacieho času, k zjednodušeniu údržby ako aj k vyššej kvalite vstrekovaných výliskov tým, že sa prispôsobilo usporiadanie kanálikov (15) vonkajšiemu tvaru dutiny (12) formy a že sa zladila geometria kanálikov (15) s teplotným profilom plastového výlisku. Opísaný spôsob sa vykonáva tak, že temperovateľný nástroj, prípadne forma, sa najprv rozdelí v rovinách kanálikov, potom sa frézovaním alebo podobným spôsobom v deliacich rovinách rozdeleného nástroja, prípadne rozdelenej formy, vytvoria kanáliky podľa želaného usporiadania v závislosti od plánovaného prietoku temperačného média a teplotného profilu plastového výlisku a nakoniec sa rozdelené časti tohto nástroja, prípadne formy, spoja tvrdým alebo vysokoteplotným spájkovaním.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby temperovateľného nástroja, vybaveného minimálne jedným vpúšťacím otvorom, jedným vypúšťacím otvorom a vnútornými kanálikmi, respektíve spôsobu výroby zodpovedajúcej temperovateľnej formy ako aj temperovateľného nástroja, prípadne temperovateľnej formy, vyrobených týmto spôsobom.

Doterajší stav techniky

Pri vstrekovaní plastových výliskov sa používajú temperovateľné nástroje, prípadne formy, pozostávajúce z jedného alebo viacerých prvkov, majúcich minimálne po jednom napúšťacom a vypúšťacom otvore, ktoré sú spojené kanálikom. Takéto nástroje slúžia ako negatív vyrábaných plastových výrobkov. Pritom sa do zodpovedajúcich dutín formy (kavít) cez kanáliky vtláča prúd tekutého plastu z plastifikačnej jednotky ako je napríklad vstrekovací stroj s telesom s vyhrievanými kanálikmi a minimálne jednou vstrekovacou dýzou. Dutiny formy majú v závislosti od žiadaného tvaru výsledného výrobku rôznu geometriu či už celkovú alebo v súvislosti s jednotlivými hrúbkami stien plastového výlisku.

Pomocou vo formách umiestneného kanálikovčho systému s temperačným médiom sa dosahuje stuhnutie tekutého plastu, a to buď vytvrdzovaním prívodom tepla, teda chemickým zosieťovaním alebo naopak tuhnutím plastových reťazcov odoberaním tepla. Plastový výlisok sa po stuhnutí vyberie z formy.

Kvalita takýchto plastových výliskov z pohľadu deformácie, miery vlastného pnutia, kvality povrchu ako aj času potrebného na vyplnenie dutiny, závisí v rozhodujúcej miere od ovládateľnosti procesu ohrievania, prípadne ochladzovania. Veľký význam má pritom priestorové rozloženie kanálikového systému s temperačným médiom ako aj teplota temperačného média v zodpovedajúcej časti nástroja prípadne formy. V záujme vytvorenia tvarovo a rozmerovo stabilného plastového výlisku bez vnútorného pnutia v čo najkratšom možnom čase je potrebné, aby boli kanáliky aj dutiny rovnomerne vyhrievané, pripadne ochladzované. Preto je nevyhnutné teplo z výlisku odvádzať, respektíve ho do neho privádzať rovnomerne celou plochou nástroja, prípadne výlisku. Pri termoplastických plastových výliskoch s rovnomernou až veľmi premenlivou hrúbkou steny to znamená, že napríklad v oblastiach s nahromadením materiálu bude potrebné ochladzovať výlisok intenzívnejšie ako v častiach s tenšou stenou.

Nástroje a formy spravidla pozostávajú z jedno alebo viacdielnych masívnych oceľových dielcov, do ktorých boli zvonku urobené cielené návrty približujúce sa na určitú vzdialenosť k stene dutiny formy. Takéto kanáliky, cez ktoré cirkuluje médium, sa robia iba priamym navŕtaním, ktoré umožňuje len obmedzenú presnosť pri sledovaní skutočnej kontúry ako aj udržaní vhodnej vzdialenosti od steny dutiny formy vyrábaného výlisku. To má často za následok veľmi neefektívne ochladzovanie. Obrázky 4 až 6 zobrazujú známy nástroj na výrobu plastových výliskov. Nástroj 1 je na obr.4 zobrazený vo vertikálnom reze a skladá sa zo základovej dosky formy 1 A, telesa formy IB a vnútornej uzatváranej časti formy IC. Dutý priestor uzavretý formami IA, IB a IC vytvára dutinu 2 formy, ktorá tvarom zodpovedá vyrábanému plastovému výlisku. Na obr. 4 ďalej vidno napúšťací otvor 3 a k nemu koncentricky umiestnený vypúšťací otvor 4. Sú spojené kanálikom 5, umožňujúcim pretekanie temperačného média nástrojom 1. Obr. 5 zobrazuje horizontálny rez základovej dosky formy IA, pozdĺž línie V-V na obr. 4. Je zrejmé, že usporiadanie kanálikov 5 v základovej doske formy IA nie je prispôsobené okrúhlemu tvaru dutiny 2 formy. Nakoniec obr. 6 znázorňuje ďalší horizontálny rez pozdĺž línie VI-VI na obr. 4. Aj tu je znázornený napúšťací otvor 3 spojený kanálikom 5 s vypúšťacím otvorom 4. Kanálik 5 sa skladá z viacerých slepých návrtov 6 uzavretých valčekmi 7. Na obr. 4 ďalej vidno, že aj vnútorná uzatváracia časť formy IC sa môže skladať z viacerých častí, pričom jej jednotlivé diely sú navzájom spojené bližšie neopísanými skrutkovými spojmi. Na utesnenie jednotlivých kanálikov slúžia O-krúžky 8.

Napriek tomu, že steny plastového výlisku v uvedenenom príklade majú konštantnú hrúbku, je zrejmé, žc pri opísaných temperovacích kanálikoch nebude možné dosiahnuť rovnomerný prívod, respektíve odvod, tepla. Je jasné, že takýto asymetrický teplotný profil bude mať negatívny dopad na kvalitu výliskov ako aj čas potrebný na ich výrobu. V závislosti od vyhotovenia vyrábaného výlisku často nemožno umiestniť vôbec žiadne návrty, napríklad v obmedzených priestoroch jadier alebo v úsekoch, v ktorých je potrebné inštalovať funkčné prvky ako napr. vyhadzovač a pod. Toto vedie takisto k už spomínaným nerovnomemostiam.

Ďalej je známe, že okrem opísaných vŕtaných kanálikov s rôznym umiestnením napúšťacich a vypúšťacích otvorov možno využiť aj slepé návrty s doplňujúcimi chladiacimi rúrami v otvore. S uvedenými problémami sa však stretávame aj tu. Vysoké vstrekovacie tlaky a rýchlosti pri vzniku studených kútov zvyknú viesť k vzniku nestabilných jadier, ktoré majú dopad na rozmerovú presnosť celého výlisku. Navzájom zoskrutkované časti foriem sú v oblasti temperačných kanálikov často chránené pred presakovaním O-krúžkami. Použitie takýchto O-krúžkov sa opakovane ukázalo byť problematické, najmä vzhľadom na objavujúcu sa koróziu štrbín. Okrem toho je z US-A-3 181 200 známe temperovacie zariadenie na výrobu gramofónových platní. Toto temperovacie zariadenie je takisto vybavené kanálikovým systémom slúžiacim na rýchle ochladenie vnútra nástroja po vstreknuti plastu. V prípade známeho temperačného zariadenia je opísaný temperovací kanálik len v jednej rovine. S cieľom dosiahnuť potrebné utesnenie sa každá kanálikmi vybavená polovica formy zoskrutkovala s jednou kryciou platňou. Toto riešenie môže byť vyhovujúce pri výrobe gramofónových platní, kde sa používajú nižšie tlaky ako pri vstrekovacích formách podľa vynálezu, preto ani tu nedochádza k problémom s utesňovaním. Okrem toho známe temperovacie zariadenie nie je vhodné pre prácu s extrémne krátkym trvaním cyklu. Pri známych temperovacích zariadeniach má každý diel formy len jeden vpúšťací alebo vypúšťací otvor, takže pri veľmi rýchlom prietoku temperačného média nie je absolútne rovnomerná zmena teploty formy vôbec možná. Aby bolo možné vyrobiť plastové výlisky absolútne bez vnútorného pnutia, čo je pri výrobe gramofónových platní nevyhnutnou podmienkou, využíva sa materiál nástroja ako akási vrstva na vyrovnanie teplôt.

Konečne je známy ešte aj postup na výrobu gramofónových platní z US-A-2,458,427. Pri tomto postupe sa vloží platňa so špirálovitými kanálikmi medzi dve oceľové platne a napevno zospájkuje. Tento postup je však nielenže veľmi nákladný, ale ani neumožňuje ľubovoľne určovať priebeh kanálikov, pretože kanáliky obsahujúca platňa môže obsahovať len kanáliky takej geometrie, ktorá spoľahlivo zaručuje súdržnosť platne, ako je to napríklad v uvedenom príklade špirálovej platne.

SK 281018 Β6

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je preto upraviť a následne zdokonaliť temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľnú formu na výrobu plastových výliskov a v úvode spomínaný a podrobnejšie opísaný spôsob ich výroby tak, aby sa odstránili už uvedené nevýhody a najmä aby sa skrátil vstrekovací čas (trvanie cyklu) ako aj aby sa zjednodušila údržba, čo by umožnilo zvýšiť kvalitu vstrekovaných výliskov. Okrem toho je žiaduce vcelku vyriešiť zdokonalenie známych spôsobov regulácie teploty.

Uvedené nevýhody odstraňuje predkladaný vynález, ktorého podstata spočíva v tom, že temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, na výrobu plastových výliskov s minimálne jednou dutinou na vytvorenie tvaru vyrábaného plastového výlisku, s minimálne jedným napúšťacím a jedným vypúšťacím otvorom, pričom napúšťací a vypúšťací otvor, respektíve otvory, sú spojené kanálikmi a vytvárajú tak kanálikový systém s temperačným médiom na ochladzovanie prípadne zahrievanie dutiny formy. Kanálikový systém má kanáliky, ktorých usporiadanie je prispôsobené vonkajšiemu tvaru dutiny formy, a geometria ktorých je zosúladená s teplotným profilom plastového výlisku, rozložené vo viacerých rovinách. Nástroj, prípadne forma môže mať v kanálikoch umiestnené turbulátory na mechanické vírenie temperačného média, ktoré sú vytvorené vhodnou kontúrou kanálikov, prípadne vhodným povrchom kanálikov alebo ako turbulátory sú do kanálikov vsadené mechanické zvírovacie prvky.

Ďalej podstata vynálezu spočíva v novo navrhovanom spôsobe výroby temperovateľného nástroja, pripadne temperovateľnej formy, na výrobu plastových výliskov s minimálne jedným napúšťacím a jedným vypúšťacím otvorom a vnútornými kanálikmi, ktorý sa uskutočňuje tak, že temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, sa najprv rozdelí v rovinách kanálikov, ktoré sa majú vytvoriť, potom sa frézovaním, erodovaním alebo podobným spôsobom v deliacich rovinách rozdeleného nástroja, prípadne rozdelenej temperovateľnej formy, vytvoria kanáliky podľa želaného usporiadania v závislosti od plánovaného prietoku temperačného média a teplotného profilu plastového výlisku a nakoniec sa rozdelené časti temperovateľného nástroja prípadne temperovateľnej formy spoja tvrdým alebo vysokoteplotným spájkovaním. Pri vytváraní kanálikov sa súčasne realizuje požadovaný prierez a geometria kanálikov, zosúladené s teplotným profilom plastového výlisku.

Spojenie rozrezaných častí formy tvrdým alebo vysokoteplotným spájkovaním podľa vynálezu sa uskutočňuje pri ďalšom vyhotovovaní vo vákuovej peci. Spôsobom podľa vynálezu zhotovené nástroje, prípadne formy, nepodliehajú žiadnym obmedzeniam ani čo sa týka usporiadania kanálikov s temperačným médiom ani geometrického riešenia jednotlivých kanálikov v každej deliacej rovine. Takisto je možné využitie rôznych temperačných médií (voda, olej, kvapalné plyny, atď.). Objemy a prúdy média pritom možno nastavovať a regulovať ručne, poloautomaticky alebo automaticky. Tomu slúžiace zariadenia sa nachádzajú z praktických dôvodov mimo nástroja prípadne formy. Podľa vynálezu je možné krátkymi dĺžkami kanálikov riadiť zmenu prietoku média na vpúšťacích a vypúšťacích otvoroch. Kanáliky nástrojov, prípadne formovacích elementov, vyrobených podľa vynálezu sa nachádzajú vo viacerých nad sebou ležiacich rovinách. Kanáliky v rôznych rovinách môžu byť pritom v rámci nástroja, prípadne formy, navzájom pospájané. Vďaka možnosti vytvárať ľubovoľne tvarované kanáliky sú realizovateľné geometrické usporiadania spôsobujúce pri pretekaní média turbulencie, ktoré uľahčujú a urýchľujú výmenu tepla. Turbulencie možno ešte dodatočne zosilniť zabudovaním turbulátorov ako sú napríklad špirály, odkláňacie pliešky a pod. do kanálika. Využitie takýchto turbulátorov je už síce známe, doteraz sa ale takéto turbulátory dali zabudovať len do rozdeliteľných nástrojov, prípadne foriem. Vďaka možnosti vytvárať ľubovoľne tvarované kanáliky možno vybaviť každý dielec nástroja, prípadne formy, viacerými ochladzovacími respektíve ohrievacími obvodmi, v ktorých by sa prinajmenšom jedným, v predaji bežne dostupným rozdeľovačom temperačného média dal podľa potreby nastaviť vhodný prietok média. Na základe vizuálnej kontroly výsledných výrobkov by sa takéto na mieru nastavené tepelné toky dali nastaviť ručne, poloautomicky či automaticky pri zabiehaní stroja pred začatím výroby.

Pomocou prednostne nasadzovanej techniky vákuového vysokoteplotného spájkovania možno spoľahlivo zabezpečiť absolútne utesnenie (nepresiaknutie) nástrojov alebo foriem. Pri spájkovaní sa takto automaticky uzavrú štrbiny medzi jednotlivými dielcami, čím sa spoľahlivo vylúči korózia štrbín. Prostredníctvom vynálezu možno uskutočniť konštrukčne lepšie riešenia nástrojov a foriem. Nestabilitám jadier formy možno predísť napríklad pomocou vpájkovanej chladiacej vložky, ktorá zachytáva tlakové sily vstrekovania, čím sa zabezpečí rozmerová a tvarová presnosť výlisku. Vyhotovenia v rámci vynálezu vyplývajú zo závislých patentových nárokov.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález sa ďalej bližšie objasňuje pomocou obrázkov predstavujúcich len príklad možného vyhotovenia. Na výkresoch sú znázornené:

na obr. 1 vertikálny rez nástroja podľa vynálezu, na obr. 2 nástroj podľa vynálezu v horizontálnom reze pozdĺž línie II-II na obr. 1, na obr. 3 nástroj podľa vynálezu v horizontálnom reze pozdĺž línie III-III na obr. 1, na obr. 4 vertikálny rez známeho nástroja, na obr. 5 známy nástroj v horizontálnom reze pozdĺž línie

V- V na obr. 4, na obr. 6 známy nástroj v horizontálnom reze pozdĺž línie

VI- VI na obr. 4.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje vertikálny rez nástrojom 11 podľa vynálezu, ktorý má v princípe rovnakú stavbu ako už opísaný nástroj 1 a skladá sa zo základovej dosky formy 11 A, telesa formy 11B a uzatváracej časti formy 1C. Aj nástroj podľa vynálezu má jeden napúšťací otvor 13 a jeden vypúšťací otvor 14 v každom dielci formy. Podľa vynálezu sú ale napúšťacie a vypúšťacie otvory 13, 14 vytvorané kanálikmi 15, ktorých usporiadanie je prispôsobené vonkajšiemu tvaru dutiny 12 formy. Obr. 2 a obr. 3 znázorňujú horizontálny rez pozdĺž línie II-II a 111-111. Je zrejmé, že na nástroji podľa vynálezu je možné optimálne prispôsobenie priebehu kanálikov 15 na geometriu dutiny 12 formy. Ďalej je z obr. 2 a 3 zrejmá dostatočná stabilita plôch dutiny foriem 11A, 11B a 11C bezprostredne privrátených do dutiny 12 formy. Ešte raz upozorňujeme na skutočnosť, že vyobrazené riešenie predstavuje len jeden príklad možného vyhotovenia. V záujme prehľadného zobrazenia majú dutiny formy zobrazených nástrojov jednoduchú geometrickú štruktúru. Napriek tomu je ale zrejmé, že ak plastový výli3

SK 281018 Β6 sok vykazuje komplikovanejší geometrický tvar a rozloženie materiálu, opracovanie kanálikov zodpovedajúce plánovaným prietokom temperačného média možno dosiahnuť okrem iného aj zvolením vhodného prierezu kanálika a/alebo vhodnej geometrie kanálikov podľa teplotného profilu plastového výlisku. Pre daný teplotný profil možno podľa vynálezu vypracovať optimálny chladiaci profil tak, aby sa dosiahol vyrovnaný prívod, prípadne odvod, tepla, zabezpečujúci žiaduci homogénny teplotný profil v nástroji prípadne forme. Podľa vynálezu možno dosiahnuť podstatné skrátenie vstrekovacieho času (trvanie cyklu) pri súčasnom zvýšení kvality vstrekovaných výliskov, pričom naviac sa podstatne zlepší údržba takýchto nástrojov, prípadne foriem.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, na výrobu plastových výliskov s minimálne jednou dutinou (12) na vytvorenie tvaru vyrábaného plastového výlisku, s minimálne jedným napúšťacím a jedným vypúšťacím otvorom (13, 14), pričom napúšťacf a vypúšťací otvor, respektíve otvory (13, 14),sú spojené kanálikmi (15) a vytvárajú tak kanálikový systém s temperačným médiom na ochladzovanie, prípadne zahrievanie dutiny (12) formy, vyznačujúci sa tým, že má kanáliky (15), ktotých usporiadanie je prispôsobené vonkajšiemu tvaru dutiny (12) formy, geometria ktorých je zosúladená s teplotným profilom plastového výlisku, rozložené vo viacerých rovinách.
2. 2. Temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že má v kanálikoch (15) umiestnené turbulátory na mechanické vírenie temperačného média.
3. 3. Temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že turbulátory sú vytvorené vhodnou kontúrou kanálikov (15), prípadne vhodným povrchom kanálikov (15).
4. 4. Temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma podľa nároku 2 alebo 3, vyznačujúci sa t ý m , že ako turbulátory sú do kanálikov (15) vsadené mechanické zvírovacie prvky.
5. 5. Spôsob výroby temperovateľného nástroja, prípadne temperovateľnej formy, na výrobu plastových výliskov s minimálne jedným napúšťacím a jedným vypúšťacím otvorom a vnútornými kanálikmi, vyznačujúci sa t ý m , že temperovateľný nástroj, prípadne temperovateľná forma, sa najprv rozdelí v rovinách kanálikov, ktoré sa majú vytvoriť, potom sa frézovaním, erodovaním alebo podobným spôsobom v deliacich rovinách rozdeleného nástroja prípadne rozdelenej temperovateľnej formy, vytvoria kanáliky podľa želaného usporiadania v závislosti od plánovaného prietoku temperačného média a teplotného profilu plastového výlisku a nakoniec sa rozdelené časti temperovateľného nástroja, prípadne temperovateľnej formy, spoja tvrdým alebo vysokoteplotným spájkovaním.
6. 6. Spôsob výroby podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že sa pri vytváraní kanálikov realizuje požadovaný prierez kanálikov, zosúladený s teplotným profilom plastového výlisku.
7. 7. Spôsob výroby podľa nároku 5 alebo 6, v y z nečujúci sa t ý m , že sa pri vytváraní kanálikov realizuje požadovaná geometria kanálikov, zosúladená s teplotným profilom plastového výlisku.
8. 8. Spôsob výroby podľa nároku 5až 7, vyznačujúci sa tým, že sa tvrdé alebo vysokoteplotné spájkovanie uskutočňuje vo vákuovej peci.