PL242081B1

PL242081B1 - Two-cavity injection mould for the study of the influence of injection parameters on the quality of replication of the technological micro-texture of the moulding surfaces by the moulded piece

Info

Publication number: PL242081B1
Application number: PL436838A
Authority: PL
Inventors: Tomasz BARTKOWIAK; Tomasz Bartkowiak; Paweł Muszyński; Krzysztof Mrozek
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2023-01-16
Also published as: PL436838A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest forma wtryskowa zawierająca korpus (1) podzielony na stempel (2) i matrycę (3), w których umieszczone są odpowiednio gniazdo pierwsze (4) i gniazdo drugie (5) przy czym gniazdo pierwsze (4) jest nagrzewane do dowolnej temperatury z zakresu od temperatury otoczenia do osiągnięcia temperatury Curie przez wzbudnik (6) umieszczony w matrycy (3) przy czym uzwojenie (7) wzbudnika (6) nie jest od siebie odseparowane żadnym elementem ferromagnetycznym lub paramagnetycznym, a gniazdo drugie (5) ma stałą temperaturę utrzymywaną przez układ chłodzenia (8) oraz gniazdo formujące pierwsze (4) i gniazdo formuj drugie (5) składają się z wymiennych wkładek formujących (9) o różnej mikroteksturze powierzchni formującej (10).The subject of the application is an injection mold containing a body (1) divided into a punch (2) and a matrix (3), in which the first cavity (4) and the second cavity (5) are placed, respectively, the first cavity (4) being heated to any temperature in the range from the ambient temperature to reaching the Curie temperature by the inductor (6) placed in the matrix (3), where the winding (7) of the inductor (6) is not separated from each other by any ferromagnetic or paramagnetic element, and the second socket (5) has a constant temperature maintained by the cooling system (8) and the first molding cavity (4) and the second molding cavity (5) consist of replaceable molding inserts (9) with different microtextures of the molding surface (10).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest dwugniazdowa forma wtryskowa do realizacji badań wpływu parametrów wtryskiwania na jakość odwzorowania mikrotekstury technologicznej powierzchni formujących przez wypraskę.The subject of the invention is a two-cavity injection mold for testing the impact of injection parameters on the quality of mapping the technological microtexture of molding surfaces by the molding.

Proces wtryskiwania tworzyw sztucznych polega na przekształceniu przy użyciu pracy mechanicznej i energii termicznej granulatu w jednostce uplastyczniającej w stop, który następnie wtryskiwany jest pod dużym ciśnieniem przez końcówkę dyszy do gniazda (wlewka, kanałów rozdzielających oraz gniazda właściwego). W momencie zetknięcia się płynącej strugi tworzywa z relatywnie zimną ścianą formującą ciepło z tworzywa przekazywane jest do formy, a następnie przez kanały chłodzące odprowadzane jest poza układ formowania. W izotermicznym przebiegu procesu stop tworzywa ma dużo wyższą temperaturę niż ściany gniazda formującego. Różnica temperatur między płynącą strugą tworzywa a gniazdem formującym powoduje, że wraz z przebytą drogą stop wychładza się i wzrasta jego lepkość. Powstawanie przyściennych przestygniętych warstw redukuje przekrój gniazda, co uniemożliwia wypełnienie najbardziej oddalonych od punktu wtrysku obszarów formowania. Problemy związane z niecałkowitym wypełnieniem gniazda formującego pojawiają się w szczególności podczas przetwórstwa tworzyw o podwyższonej lepkości lub uzupełnionych o różnego rodzaju dodatki i modyfikatory (środki zmniejszające palność, włókna wzmacniające, proszki magnetyczne itp.). Bardzo często prowadzi to do powstawania błędów odwzorowania mikrostruktur oraz wad związanych z niewłaściwym ukształtowaniem linii łączenia płynących strug tworzywa.The plastic injection process consists in converting the granulate in the plasticizing unit using mechanical work and thermal energy into a melt, which is then injected under high pressure through the tip of the nozzle into the cavity (ingot, separating channels and the proper cavity). At the moment of contact of the flowing plastic stream with the relatively cold forming wall, the heat from the plastic is transferred to the mold, and then, through the cooling channels, it is discharged outside the molding system. In the isothermal process, the plastic melt has a much higher temperature than the walls of the mold cavity. The temperature difference between the flowing plastic stream and the molding cavity causes the alloy to cool down along with the distance traveled and its viscosity to increase. The formation of wall-cooled layers reduces the cross-section of the cavity, which makes it impossible to fill the molding areas furthest away from the injection point. Problems related to incomplete filling of the molding cavity appear in particular during the processing of plastics with increased viscosity or supplemented with various types of additives and modifiers (flame retardants, reinforcing fibers, magnetic powders, etc.). Very often, this leads to errors in the mapping of microstructures and defects related to the improper shaping of the connecting lines of the flowing plastic streams.

Wady będące efektem zastosowania zbyt niskiej temperatury formy oraz podwyższonego ciśnienia wtrysku mogą zostać usunięte w dodatkowych procesach technologicznych. Należy jednak wziąć pod uwagę, że z punktu widzenia ekonomii oraz ekologii wytwarzania, korzystniejsze jest prowadzenie produkcji kompleksowej, zawartej w jednej operacji wtryskiwania.Defects resulting from the use of too low mold temperature and increased injection pressure can be removed in additional technological processes. However, it should be taken into account that from the point of view of economics and production ecology, it is more advantageous to conduct complex production, included in one injection operation.

Znane jest z amerykańskiego opisu zgłoszenia US 20100201040 A1 rozwiązanie polegające na podgrzewaniu całej powierzchni formy wtryskowej przy użyciu zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Znany jest również z amerykańskiego opisu zgłoszenia US 8840386 B2 zespół form wtryskowych nagrzewanych indukcyjnie wykorzystujących wzbudnik stacjonarny umieszczony pod powierzchnią formującą, a także forma wtryskowa wyposażona w kompleksowy system nagrzewania indukcyjnego wraz z generatorem i cewką indukującą prąd w korpusie narzędzia przedstawiona w opisie US 20100201040 A1. Z chińskiego opisu zgłoszenia CN 102407594 A znana jest metoda oraz narzędzie do realizacji procesu wtryskiwania wykorzystujące zjawisko nagrzewania indukcyjnego powierzchni formujących. Znany jest również z chińskiego opisu zgłoszenia CN 103042629 A system nagrzewania form wtryskowych wykorzystujący zjawisko powstawania prądów wirowych na powierzchniach formujących. Wszystkie przedstawione metody dotyczą równomiernego nagrzewania całych powierzchni formujących, co wymaga dostarczenia dużej energii oraz znacznego wydłużenia czasu cyklu produkcyjnego. Z amerykańskiego opisu zgłoszenia US 20050000959 A1 znana jest metoda stacjonarnego nagrzewania indukcyjnego z możliwością zmiany intensywności działania poprzez regulację przepływu prądów wirowych. Również z amerykańskiego opisu zgłoszenia US 20040256382 A1 znana jest metoda nagrzewania indukcyjnego cylindrów wtryskarek lub długich elementów stanowiących rdzeń dla cewki indukcyjnej. Z kolejnego amerykańskiego opisu zgłoszenia US 2014295060 A1 znane jest rozwiązanie polegające na nagrzewaniu wybranych powierzchni formujących stempla i matrycy formy wtryskowej. Zgodnie ze zgłoszeniem US 2014295060 A1 dotyczącym nagrzewania wybranych powierzchni formujących każdy zwój cewki umieszczony jest w osobnej kieszeni wewnątrz matrycy lub stempla i odseparowany jest płytką z materiału ferromagnetycznego lub nieferromagnetycznego od wkładki nagrzewanej. W takiej sytuacji linie pola magnetycznego poszczególnych zwojów nie nakładają się na siebie i nie występuje efekt wzmocnienia, tym samym efektywność procesu nagrzewania indukcyjnego jest niższa niż w przypadku rozwiązania według wynalazku.From the American description of application US 20100201040 A1, a solution is known that consists in heating the entire surface of the injection mold using the phenomenon of electromagnetic induction. Also known from the American description of application US 8840386 B2 is a set of induction heated injection molds using a stationary inductor placed under the forming surface, as well as an injection mold equipped with a comprehensive induction heating system with a generator and a coil inducing current in the tool body presented in US 20100201040 A1. From the Chinese description of application CN 102407594 A, a method and a tool for the implementation of the injection process using the phenomenon of induction heating of molding surfaces are known. Also known from the Chinese description of application CN 103042629 A is an injection mold heating system using the phenomenon of eddy currents on the molding surfaces. All the presented methods concern the uniform heating of the entire forming surfaces, which requires a lot of energy and a significant extension of the production cycle time. From the American description of application US 20050000959 A1, a method of stationary induction heating with the possibility of changing the intensity of operation by regulating the flow of eddy currents is known. Also from the American description of application US 20040256382 A1 there is known a method of induction heating of cylinders of injection molding machines or long elements constituting the core for an induction coil. From another American description of application US 2014295060 A1, a solution is known that consists in heating selected forming surfaces of the punch and the matrix of the injection mold. According to the application US 2014295060 A1 concerning the heating of selected forming surfaces, each turn of the coil is placed in a separate pocket inside the die or punch and is separated by a plate made of ferromagnetic or non-ferromagnetic material from the heated insert. In such a situation, the magnetic field lines of individual turns do not overlap and there is no amplification effect, thus the efficiency of the induction heating process is lower than in the case of the solution according to the invention.

Z japońskiego opisu zgłoszenia JP H0890623 znana jest cewka indukcyjna do nagrzewania powierzchni form wtryskowych, która wykorzystuje zjawisko przeciwnego kierunku przepływu prądu w dwóch zwojach spiralnych. Z polskiego opisu zgłoszenia P.412968 znana jest forma wtryskowa wyposażona w zewnętrzny układ selektywnego nagrzewania indukcyjnego wybranych powierzchni formujących w celu eliminacji lokalnych wad produkowanych wyprasek. Znany jest również z polskiego opisu zgłoszenia P.412969 zewnętrzny układ dynamicznego nagrzewania wybranych powierzchni formy wtryskowej pozwalający na eliminację lokalnych wad produkowanych wyprasek przy nieznacznym wydłużeniu czasu cyklu w stosunku do klasycznego procesu wtryskiwania. Również z polskiego opisu zgłoszenia P.419434 znany jest układ stacjonarnego nagrzewania indukcyjnego wybranych powierzchni formujących przy pomocy cewki indukcyjnej wyposażonej w koncentrator pola magnetycznego.From the Japanese description of application JP H0890623, an induction coil for heating the surface of injection molds is known, which uses the phenomenon of the opposite direction of current flow in two spiral turns. From the Polish description of application P.412968 there is known an injection mold equipped with an external system of selective induction heating of selected molding surfaces in order to eliminate local defects in the molded parts produced. Also known from the Polish description of application P.412969 is an external dynamic heating system for selected injection mold surfaces, which allows for the elimination of local defects of the molded parts with a slight increase in the cycle time compared to the classical injection process. Also from the Polish description of application P.419434 there is known a system of stationary induction heating of selected forming surfaces by means of an induction coil equipped with a magnetic field concentrator.

Z polskiego zgłoszenia P.419435 znana jest forma wtryskowa wyposażona w układ selektywnego nagrzewania indukcyjnego wybranych powierzchni formujących w celu eliminacji lokalnych wad produkowanych wyprasek. Zespół według P.419435 składa się z korpusu, wymiennych wkładów formujących oraz wzbudnika (cewki indukcyjnej) umieszczonego wewnątrz gniazda formującego. Układ ten w przeciwieństwie do wynalazku nie umożliwia przeprowadzenia badań wpływu parametrów wtryskiwania na jakość odwzorowania mikrotekstury technologicznej powierzchni formujących przez wypraskę, ze względu chociażby na brak możliwości symultanicznego wtryskiwania tworzywa i wykonania dwóch wyprasek w różnych warunkach termicznych.From the Polish application P.419435 there is known an injection mold equipped with a system of selective induction heating of selected molding surfaces in order to eliminate local defects of manufactured moldings. The assembly according to P.419435 consists of a body, replaceable molding inserts and an inductor (induction coil) placed inside the molding cavity. This system, contrary to the invention, does not allow for testing the impact of injection parameters on the quality of mapping the technological microtexture of the molding surfaces by the molding, for example due to the impossibility of simultaneous injection of the material and making two moldings in different thermal conditions.

Forma jest wyposażona w układ nagrzewania indukcyjnego pierwszego gniazda formującego w celu płynnej regulacji temperatury ścianek formujących w zakresie od temperatury pokojowej do temperatury Curie. Drugie gniazdo formujące jest termostatowane przy użyciu kanałów wodnych. Dzięki układom kontrolnym gniazdo pierwsze i gniazdo drugie formy wtryskowej ma możliwość pracy z różną temperaturą podczas tego samego cyklu produkcyjnego w celu sprawdzenia wpływu temperatury powierzchni formujących na jakość odwzorowania mikrotekstury technologicznej powierzchni formującej przez wypraskę przy niezmiennych innych parametrach procesu produkcyjnego.The mold is equipped with an induction heating system for the first forming cavity in order to smoothly regulate the temperature of the forming walls in the range from room temperature to Curie temperature. The second molding cavity is thermostated using water channels. Thanks to the control systems, the first and second cavity of the injection mold have the ability to work with different temperatures during the same production cycle in order to check the impact of the temperature of the forming surfaces on the quality of mapping the technological microtexture of the molding surface by the molding with other parameters of the production process unchanged.

Korpus formy wtryskowej podzielony jest na stempel i matrycę, w których umieszczono odpowiednio gniazdo pierwsze i gniazdo drugie, przy czym w gnieździe pierwszym znajduje się wzbudnik sterowany układem kontrolnym temperatury. Uzwojenie wzbudnika umieszczonego w matrycy nie jest od siebie odseparowane żadnym elementem ferromagnetycznym lub paramagnetycznym. Gniazdo drugie posiada układ chłodzenia w postaci kanałów wodnych współpracujący ze układem kontrolnym temperatury. Nadto w gnieździe formującym pierwszym i drugim osadzane są wymienne wkładki formujące o różnej mikroteksturze powierzchni formującej.The body of the injection mold is divided into a punch and a die, in which the first and second sockets are placed, respectively, and in the first socket there is an inductor controlled by a temperature control system. The winding of the inductor placed in the matrix is not separated from each other by any ferromagnetic or paramagnetic element. The second slot has a cooling system in the form of water channels cooperating with the temperature control system. Moreover, in the first and second molding cavities, replaceable molding inserts with different microtextures of the molding surface are inserted.

Forma według wynalazku pozwala na wykonanie dwóch próbek badawczych o różnych parametrach procesu podczas jednego cyklu produkcyjnego.The mold according to the invention allows for the production of two test samples with different process parameters during one production cycle.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunkach, gdzie fig. 1 pokazuje schematycznie otwartą formę, fig. 2 prezentuje otwartą formę z wysuniętymi wkładkami formującymi.The subject of the invention is presented in an example embodiment in the drawings, where Fig. 1 shows a schematic open mold, Fig. 2 shows an open mold with protruding forming inserts.

Korpus formy wtryskowej 1 podzielono na stempel 2 i matrycę 3, w których umieszczono odpowiednio gniazdo pierwsze 4 i gniazdo drugie 5, przy czym gniazdo pierwsze 4 jest nagrzewane do dowolnej temperatury z zakresu od temperatury otoczenia do osiągnięcia temperatury Curie przez wzbudnik 6 umieszczony w matrycy 3, przy czym uzwojenie 7 wzbudnika 6 nie jest od siebie odseparowane żadnym elementem ferromagnetycznym lub paramagnetycznym, a gniazdo drugie 5 ma stałą temperaturę utrzymywaną przez układ chłodzenia 8 w postaci kanałów wodnych współpracujący ze układem kontrolnym temperatury. Układ ten nie został pokazanym na rysunku. Przed wypełnieniem gniazda formującego pierwszego 4 i gniazda formującego drugiego 5 gniazdo formujące pierwsze 4 jest nagrzewane przez wzbudnik 6 do zadanej temperatury, po osiągnięciu której zatrzymuje się proces nagrzewania i rozpoczyna się wtryskiwanie, przy czym gniazdo drugie 5 w tym samym czasie ma ustawioną stałą temperaturę, która nie przekracza 100°C ze względu na ograniczenia technologiczne metody. Dodatkowo gniazdo formujące pierwsze 4 i gniazdo formujące drugie 5 składają się z wymiennych wkładek formujących 9 o różnej mikroteksturze powierzchni formującej 10.The body of the injection mold 1 is divided into a punch 2 and a die 3, in which the first cavity 4 and the second cavity 5, respectively, are placed, with the first cavity 4 being heated to any temperature in the range from ambient temperature to reaching the Curie temperature by the inductor 6 placed in the die 3 where the winding 7 of the inductor 6 is not separated from each other by any ferromagnetic or paramagnetic element, and the second socket 5 has a constant temperature maintained by the cooling system 8 in the form of water channels cooperating with the temperature control system. This arrangement is not shown in the drawing. Before filling the first molding cavity 4 and the second molding cavity 5, the first molding cavity 4 is heated by the inductor 6 to the set temperature, upon reaching which the heating process is stopped and injection starts, while the second cavity 5 at the same time has a set temperature, which does not exceed 100°C due to the technological limitations of the method. In addition, the first molding cavity 4 and the second molding cavity 5 consist of replaceable molding inserts 9 with different microtextures of the molding surface 10.

Forma wtryskowa wyposażona w układ nagrzewania indukcyjnego jednego gniazda formującego i możliwość ustawienia stałej temperatury drugiego gniazda formującego oraz posiadająca wymienne wkładki o różnej mikroteksturze powierzchni znajduje szczególne zastosowanie w badaniach wpływu parametrów wtryskiwania, ze szczególnym uwzględnieniem temperatury gniazda formującego na odwzorowanie powierzchni formujących przez wypraskę.An injection mold equipped with an induction heating system for one molding cavity and the ability to set a constant temperature of the other molding cavity, and having replaceable inserts with different surface microtextures, is particularly useful in researching the impact of injection parameters, with particular emphasis on the temperature of the molding cavity on the mapping of the molding surfaces by the molding.

Claims

Patent Disclaimer

1. A two-cavity injection mold for testing the impact of injection parameters on the quality of mapping the technological microtexture of molding surfaces by a molding containing an injection mold body divided into a punch and a die, in which the first and second sockets are placed, respectively, with the exciter controlled by a system in the first socket temperature control, characterized in that the winding (7) of the inductor (6) placed in the matrix (3) is not separated from each other by any ferromagnetic or paramagnetic element, and the second socket (5) has a cooling system (8) in the form of water channels cooperating with the moreover, in the first (4) and second (5) molding cavities replaceable molding inserts (9) with different microtextures of the molding surface (10) are placed.