NO793130L - Trykkfrembringende anordning ved formsproeytestoeping og anvendelse derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en trykkfrembringende anordning for økning av trykket i formrommet i forbindelse med formsprøytestøping ved høyt eller normalt trykk, og anvendelse derav.

Det er fra svensk patent nr. 401.129 kjent at en., vesentlig økning av trykket ved forming av termoplastdetaljer ved formsprøytestøping har en rekke positive virkninger på detaljenes egenskaper samtidig som det gir visse prosess-tekniske fordeler. Således har man ved formsprøytestøping av visse krystallinske termoplaster, i første rekke polyeten med høy tetthet, kunne notere en markant økning av slutt-produktenes stivhet og strekkgrense, når trykket i form-

rommet i forbindelse med detaljenes fremstilling høynes til 300-500 MPa. Samtidig noteres en med trykkets avtagende og derved kontrollerbar formkrympning. Også en rekke andre egenskaper viser seg å gjennomgå en markant forbedring, slik:som f.eks. motstandsenden mot krympning ved belastning. Også . de indre spenningene som vanligvis forekommer i enkeltdeler ved sprøytestøping kunne reduseres, ved de høyeste i denne sammenheng anvendte trykk (50 0 MPa) kunne bringes til å faktisk talt forsvinne. Denne effekten kunne tilbakeføres til den momentane størkningen av smeiten i forrommet som fåes ved tilstrekkelig høytrykk som en følge av glassomformings- eller smeltetemperaturens økning med trykket. Den tidligere nevnte stigningen i sluttproduktets stivhet og bruddspenning var spesielt utpreget for høymolekylære kvaliteter av polyeten med høy tetthet. Således ble det for prøvestaver fremstilt av et slikt materiale notert modulverdier oppover til 3400 MPa, samtidig som bruddspenningene lå så høyt som ved 130 MPa. I gjenstand-

enes indre, dvs. den såkalte kjernen, var disse verdiene enda høyere, nemlig 500 MPa og 180 MPa for modulen henholdsvis bruddspenningen.

Til disse egenskapsforandringer kommer en rekke fremstiIlingstekniske fordeler som anvendelsen av høyt trykk ved formsprøytestøping medfører. Her kan man henvise til den ovenfor nevnte momentane størkningen av det smeltede materialet i forrommet og den derved nevnte mulighet til å for-korte formsprøytestøpningssyklusen, hvilket har en primær betydning for den økonomiske siden av fjernstillingen. En annen fordel i denne sammenhengen er muligheten til å kunne anvende piastkvalitétér .ved formprøytestøpingen som normal pga. altfor høy viskositet ikke kan bearbeides med denne metoden (ekstud-eringskvaliteter).

Det skulle således ved dette være klart en høyning av trykket ved formsprøytestøping representerer en betraktlig forbedring av dagens teknikk, der trykket som normalt anvendes ikke overstiger 200 MPa.

Imidlertid er den metoden som til nå er blitt an-vendt for å tilveiebringe den ønskede trykkøkning i formrommet, nemlig å forsyne formsprøytens skrue med en særskilt injektor eller å anvende en i forhold til skruen separat arbeidende høy-trykksinjektor ikke å være helt fri fra visse ulemper. Bl.a. kan bemerkes at slike anordninger normalt ikke kan monteres på vanlige maskiner. Istedet er det nødvendig å anvende apesial-bygde maskiner. Videre kan det bemerkes at slike maskiner ikke finnes på markedet ennu. Den viktigste ulempen ved anordningen av den ovennevnte type er at det høye trykket sammen med de derved betingede store kreftene virker på en forholdsvis, stor del av maskinen, hvilke forklarer nødvendigheten av å arbeide med spesialbygde maskiner konstruert med utgangspunkt i disse på-; kjenningene. Som spesielt problematisk oppstår derved utformingen av sylinderen og skruen/injektoren. Dertil kommer problemet med valg av material for disse maskindeler som foruten det anselige trykket også må tåle en forholdvis høy arbeidstemperatur.

Som ytterligere en ulempe ved den type av maskiner som arbeider med en på skruen anbragt høytrykksinjektor (fig. 2) bør nevnes den omstendighet at gjenstandens volum i forhold til hva som ellers er mulig å oppnå med dagens formsprøytestøpe- maskiner må holdes relativt liten. Dette har sin grunn i den arealforminskningen mellom skruen og høytrykksinjektoren som kreves for å oppnå den ønskede trykkøkningen. Derved begren-ses også volumet av plastsmelten i forrådskammeret foran skruen/ injektoren.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å eli-minere ulempene som anvendelsen av vanlig, formsprøytestøpe-teknikk ved anvendelse av høyt trykk medfører, eksempelvis slik som den i det svenske påtent nr. 401.129 beskrevene, ved en enkel trykkfrembringende anordning, anordnet til å anbringes direkte å forme og i denne gjennom enkle kolvbevegelser i løpet av sprøytestøpesyklusen å bringe trykket til det innledningsvis som ønskelig anført trykknivå på 300 - 700 MPa ved samtidig av-stengning av formrommet vendt mot innsprøytingssidens kanaler. Derved blir det mulig å arbeide med helt vanlige maskiner uten noen som helst ombygning, da innsprøytningen da skjer på vanlig måte, mens den anordnede anordningen for frembringelse av høyt trykk kun virker på maskinens formdel. Da materialet i materialdepotet stivner kommer kraften fra trykk-kolben til i hovedsak å virke langs denne.

De trykkfrembringende anordninger, som det her er tale om,, kan uten vanskelighet monteres på enhver form som er konstruert til å oppta det økede trykket uten å derved miste sin normale funksjon. Her menes i hovedsaken tilstrekkelig mekanisk stivhet og holdfasthet. Som spesielt fordelaktig fremstår den i foreliggende oppfinnelse anordnede mulighet til etter behov å flytte den trykkfrembringende anordningen fra en form til en annen. Det er således ikke nødvendig å forsyne hver form, anordnet for formsprøytestøping med øket trykk, med en spesiell trykkfrembringende anordning, men man kan arbeide med kun en slik anordning som etter behov monteres på ulike former. Derved understrekes ytterligere den fleksibilitet som kjennetegner den nye anordningen, likeledes fremstår klart den fordelen i forhold til konvensjonelle anordninger at den kan arbeide med formsprøyteatøpemaskiner av vanlig type.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere det-aljer ved hjelp av eksempel med henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 viser trykkanordningens (skyggelagt del) prihsippielle montering på formen i en vanlig formsprøyte-støpeanordning,

fig. 2. viser en formsprøyteanordning med en skrue til hvilken ende på konvensjonell måte er montert en høytrykks-, injektor,

fig. 3 viser en formsprøyteanordningder myk-gjøringssylinderen og høytrykksinjektoren er plassert adskilt parallelt med hverandre,

fig. 4 viser en forsmsprøyteanordning méd høy-trykksaggregat ifølge foreliggende oppfinnelsen (lukket verk-tøy) der (1) betegner hydraulikksylinderen, (2) trykk-kolben, (3) gjennomstrømningssperren, (4) gjenstanden som formsprøyte-støpes, (5) materialdepotet/(6) trykkgiveren, (7) varminstøp,

(8) mykgjøringsskrue,

fig. 5 viser samme verktøy med høytrykksaggregat

(åpnent verktøy),

fig. 6 viser et trykkdiagram for formsprøytings-forløpet med anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser formrommet med trykk-kolbe og tilbake-strømningssperre i sin øvre stilling, hvor 7a) viser en ut-førelse med rett materialdepot og 7b) utførelse med "konisk" materialdepot hvor (2), (3), (4) og (5) har samme-betydning som tidligere og (9) betegner punktvarmeren,

fig. 8 viser formrummet med trykk-kolbe og til-bakestrømningssperren i sin nedre stilling,

fig. 9 viser formrommet med trykk-kolbe og materialdepot vridd 9 0°, hvor (2), (4) og (5) har samme be-tydelse spm tidligere og (12) betegner delingsplanet,

fig. 10 viser et forløpsdiagram som viser form-sprøyteforløpet ved anvendelse av en trykkanordning ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 11 viser et styresystem for kavitetstrykk-regulering ved anvendelse av en trykkanordning.ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor (1) og (4) har samme betydning som tidligere' og hvor . (10) betegner styreenheten for bør-verdien og (11) trykkgiveren.

For å illustrere den nye anordningens fordelaktig-ere oppbyggning og fleksibilitet ved anvendelsen, slik som dens egenskaper kommer til uttrykk ved en sammenligning av maskiner av vanlig utførelse vises på fig. 1-3 dels den nye anordningens prinsippielle montering på formen i en vanlig formsprøytestøpeanordning (fig. 1), dels en for arbeid med forhøyet trykk fremstilt formsprøytestøpe anordning av vanlig type, hvorved i det senere tilfellet to ulike utførelses-former medtas. I det ene tilfellet (fig. 2) vises en maskin forsynt med en skrue på hvis ende en høytrykksinnjektor monteres, mens i det andre tilfellet (fig. 3) viser en formsprøytestøp-ingsånordning der mykgjøringssylinderen og høytrykksinjektoren er plassert adskilt og parallelt med hverandre. Det skal ennu en gang bemerkes at den nye anordningen slik som den skjematisk vises på fig. 1 kan monteres på en. vanlgfri formsprøytestøpe-anordning da innsprøytingen skjer på vanlig måte, mens frem-bringingen av det økede trykket skjer adskilt fra det øvrige maskineriet gjennom en på formen anbragt anordning.

Etter å ha skissert den nye metodens prinsippielle arbeidsmåte og fordeler ovenfor anordninger av kjent,

type beskrives i følgende under henvisning til fig. 4 og 5 gjengitte skjematiske tegninger i detalj den mekaniske opp-bygningen av den gjeldende anordningen hvorved trykket i formrommet frembringes med en hydraulisk sylinder som kraftfrembringende del. Naturligvis kan, om det ønskes, den kraftfrembringende delen bestå av mekaniske anordninger av annen type hvilke er i og for seg kjent for fagmannen innenfor om-rådet.

Formsprøytestøpingsforløpet ved foreliggende metode skiller seg vesentlig på endel punkter fra den van-

lige formsprøytestøpingssyklusen. Formsprøytingsforløpet ifølge oppfinnelsen kan inndeles i fire trinn (a - d). Fig. 6 gjengir disse fore trinnene i et trykk-tid diagram.

a. Fyllingen av formrommet skjer på normal måte, dvs. mykgjøringsskruen trykker smeiten inn i formrommet. Denne funksjon styres av maskinens innsprøytingssystem. Trykket kan holdes relativt lavt (20 - 100 MPa). Fig. 7 viser formrommet med fullført innsprøyting.

b. I det øyeblikket som innsprøytingstrykket tas bort, begynner trykk-kolben å bevege seg inn i materialdepotet. Denne funksjonen kan styres av vanlig anvendte styresystem, hvilket beskrives nærmere i det etterfølgende.

Ved at trykk-kolben føres ned i materialdepotet kommer trykket i formrommet til å forhøyes. Trykkøkingshast-igheten innstilles via en strømningsventil på oljetilførselen til hydraulikksylinderens trykkside. Fig. 8 viser formrommet etter høytrykkets ti 1føring.

En nærmere betraktning av materialdepotet (fig. 8) viser trykk-kolben virker på en flate med en diameter som er mindre enn materialdepotets, dette for å forhindre at trykket utøves p materialet som allerede har stivnet fra depotveggen og innover. Trykk-kolben virker derfor kun på det materialet som fremdeles befinner seg i smeltet tilstand. Som vist i

fig. 7b kan materialdepotet gjøres svakt "konisk" (økende radius mot depotets bunn) for å lette at en kjerne tilsvarende trykkpinnens diameter bibeholdes i smeltet tilstand i hele trykk-koibens bevegelsesvei. Fig. 7b viser også en annen modifisering som kan medtas for at i dette tilfelle å forhindre en altfor tidlig størkning i sonen mellom materialdepotet og gjenstanden. Dette oppnås ved at punktvarme (elektriske varme-patroner) plasseres i nærheten av overgangssonen mellom materialdepotet og gjenstanden.

I tilfellet hvor materialdepotet er helt oppvarmet, under hvilket forstås at plasten ikke størkner ved kontakten med materialdepotveggen, kan trykk-kolben og materialdepotet ha samme diameter.

En fordel som oppnås med diameterforskjell mellom materialdepotet og trykk-kolben er at man minsker risikoen for klemkrefter mellom kolbe og sylinder som oppstår om plast-materialet trykkes i mellom. Dette problemet minker da trykk-kolben arbeider utenfor den tettende sylinderen. Ettersom dette fremfor alt er et problem ved bearbeidelsen av fyllt plast, egner foreliggende metode seg også vel for slike plaststoffer.

Samtidig med trykk-kolben beveger seg en tilbake-strømningssperre nedover og forhindrer tilbakestrømning samt at trykket forplanter seg i mykgjøringssylinderen. Tilbake-strømningssperren blokkerer etter ca. 2 mm's bevegelsesvei og holdes siden sperret under den resterende veien som trykk-kolben og tilbakestrømningssperren beveger seg nedover. For maskiner som er utrustet med munnstykkeventiler i mykgjørings-"'sylinderens fremre del kan tilbakestrømningen forhindres med

denne ventilen.

c. Det hydrauliske trykket og dermed formroms-trykket holdes på konstant nivå under den resterende kjøle-tiden. Ulike trykkreguleringssystem kan koples inn under denne fasen av formsprøytestøpningsyklusen som f.eks. vibrerende inn-sprøyting eller trykkregulering via kavitetstrykkfølere, dette beskrives nærmere i det påfølgende. d. Før åpningen av formen avlastes den hydrauliske sylinderen og trykk-kolben går tilbake til sin utgangsstilling, hvoretter formen åpnes og gjenstanden støtes ut.

For maskiner som har et hydraulisk utstøtningssystem kan, om således ønskes, trykk-kolbens bevegelse utføres av dette systemet. Det hydrauliske utstøtelsessysternet er plassert mellom det beveglige formbordet og maskinens låsesystem. Støtstangen fra utstøtningssystemet går gjennom et hull i det beveglige formbordet inn i formverktøyet og kan også utføre trykk-kolbens bevegelser. Trykk-kolben kommer i dette tilfelle til å arbeide vinkelrett mot formverktøyets delningsplan.

Fig. 9 viser hvorledes materialdepotet vris 90° slik at strykk-kolben arbeider via det hydrauliske utstøtningssystemet.

Karakteristisk for den nye anordningen er videre muligheter for at styresystemet og hydraulikken koples over tilstedeværende komponenter, som f.eks. kjerneutdragnings-innretningen eller via ettertrykket, som her ikke anvendes på vanlig måte.

Trykktiden kan nå forlenges betydelig - uten en for-lengelse av syklustiden - ved at maskinens øvrige rutiner, fremfor alt fremmatingen av nytt materiale i skruen kan skje uten at trykkavlastningen av formrommet må finne sted (fig. 6 og 10).

Trykkreguleringen kan ifølge den nye fremgangsmåten skje i løpet av hele størkningsforløpet. Utføres en tilbakekopling fra kavitetstrykkføleren tilbake til trykksylinderen kan man tilveiebringe en svært eksakt krympningskompensasjon i formrommet. Dette gjør det mulig på en vesentlig forenklet måte å fremstille gjenstander med høye til måletoleransene (fig. 11) .

Det er videre mulig å utsette formrommets innhold

for et vibrerende trykk, en behandling som ifølge G. Menges, -.

"9 Kunststofftechnisches Kolloquim des IKV in Aachen (1978)

s. 8 viste seg å kunne resultere i en forbedret egenskaps-profil hos gjenstandene ikke minst hva angår gjenstandenes dimensjoneringsnøyaktighet. Vibrerende trykk ved høytrykks-formsprøytestøping kan dessuten gi opphav til større og gun-stigere skyvekrefter, som har vist seg å lette dannelsen av "extended chains" i den formsprøytestøpte gjenstand. På tross av at anordningen som frembringer et pulserende trykk i formen er kjent anses kombinasjonen av slike pulsatorer med et øket trykknivå å representere en spesielt ønskelig behandling av den i formrommet innesluttede masse. Også de omstendigheter at denne massen nå kun utsettes for slike vibrasjoner i mot-setning til i andre sammenheng foreslåtte metoder og frem-bringe vibrasjonene ved skruens bevegelse, anses å utgjøre en betraktelig fordel.

Til slutt skal man bemerke de høyst bemerkbare fordelene på. den økonomiske siden ved foreliggende oppfinn-

else. Mens en vanlig formsprøytestøpeanordning bygget for et trykk opptil 600 MPa utgjør en ekstraomkostning på ca. Sv.kr. 200.000,- i sammenligning med en sprøytestøpeanordning

som arbeider med normalt trykk, er kostnadene for en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse ca. 1/10 av nevnte sum. Tross den i forhold til vanlige metoder ubetydelige kapitalbehov, er den nye fremgangsmåten fleksiblere, ikke minst hva angår muligheten med å kombinere den med vanlig tilgjengelig form-sprøytestøpemaskinerier uten tanke på hvilken måte det forhøyde trykket i formen frembringes og reguleres under formsprøyte-støpingssyklusen.

Det er naturligvis også mulig å utnytte trykkfrem-bringelseanordningen ved formsprøytingen med vanlig trykk, dvs trykk av opptil ca. 200 MPa. Herved oppnår man de fordeler som er angitt ovenfor ved formsprøyting med høytrykk, hvilket stammer fra det faktum at trykkfrembringelsesanordningen arbeider adskilt fra mykgjøringsskruen, såsom muligheten til å forlenge trykktiden uten å forlenge syklustiden, muligheten til å tilveiebringe trykkregulering under hele størkningsforløpet, muligheten til å utsette formrommets innhold for vibrerende eller pulserende trykk m.m.

Claims (9)

1. Trykkfrembringende anordning for øking av trykket i formrommet i forbindelse med formsprøyting ved høyt eller normalt trykk, karakterisert ved at anordningen arbeider adskilt fra den normale trykkfrembringelse-mekanismen slik som den av en trykk-kolbe eller en frem- og tilbakegående skrue, hvorved anordningen er anbragt direkte på formen, formbordet, maskinføringer eller annen festean-ordning ved en formsprøyteanordning og som kun,virker på massen i formrommet, hvorved den omfatter en kraftfrembringende del, eksempelvis hydraulisk sylinder (1), som er forenet med en trykk-kolbe (2), som ved kolvbevegelsen under sprøytestøpingssyklusen bringer trykket i formrommet opp til det ønskede trykknivået og en tilbakestrømningssperre (3) eller en munnstykkéventil som samtidig stenger formrommet mot innsprøytningssiden.

2. Trykkfrembringende anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at trykk-kolben har en diameter (d) som er mindre enn diameteren (D) for det materialet med hvilket trykk-kolben kommer i kontakt med ved frembringelsen av trykket..

3. Trykkfrembringende anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at anordningen reguleres via en tilbakekopling fra en kavitetstrykkføler hvorgjennom nøyaktig krympningskompensasjon i formrommet tilveiebringes.

4. Trykkfrembringende anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at trykk-kolben tilveie-kommer et pulserende eller vibrerende trykk på den i formrommet innesluttede masse.

5. Trykkfrembringende anordning ifølge noen av fore-gående krav, karakterisert ved at trykk-; kolben tilveiebringer et trykk mellom 200 og 1000 MPa i formrommet.

6. Anvendelse av en trykkfrembringende anordning ved formsprøyting ved høyt trykk eller vanlig trykk, karakterisert ved at den trykkfrembringende anordningen er anbragt på formen, formbordet, maskinens føringer eller andre f esteanordninger ved f ormsprøy tende omfatter en kraft- "• frembringende del, eksempelvis en hydraulisk sylinder (1) som er forenet med en trykk-kolbe (2) som gjennom kolbe-bevegelsen under sprø ytesyklusen bringer trykket i formrommet opp til det ønskede trykknivået og en tilbakestrømningssperre (3) eller en munnstykkeventil som samtidig stenger formrommet mot innsprøytningssiden.

7. Anvendelse ifølge krav 6, karakterisert ved at fyllingen av formrommet skjer ved hjelp av en myk-gjøringsskrue (8) på vanlig måte med relativt lavt innsprøyt-ningstrykk, hvoretter når innsprøytningstrykket fjernes, be-, veger trykk-kolben (2) seg mot materialdepotet (5),hvorved trykket i formrommet økes, og samtidig forhindrer en tilbake-strømningssperre ' (3) eller munstykkeventil tilbakestrø mningen av materialet inne i sylinderen og forhindrer at trykket forplanter seg inn i sylinderen, rett for formåpningen avlastes den.kraftfrembringende delen eller den hydrauliske sylinderen slik at trykk-kolben går tilbake til sin utgangsstilling, hvoretter formen åpnes og den forøsprøytede gjenstanden støtes ut.

8. Anvendelse ifølge krav 6, karakterisert ved at den kraftfrembringende delen eller den hydrauliske sylinderen (1) er forbundet med en kavitetstrykkføler hvorigjenn-om en trykkregulering tilveiebringes under størkningsforløpet i formen, hvilket muliggjør en nøyaktig krympingskompensasjon i formrommet.

9. Anvendelse ifølge krav 6, karakterisert ved at den kraftfrembringende delen eller den hydrauliske sylinderen er innkoplet i et pulserende eller vibrerende system, hvilket medfører at trykk-kolben utsettes innholdet i formrommet for et pulserende eller vibrerende trykk.