Brevet FR2132898A1 — publié le 19721124

La présente invention concerne une machine à mouler par injection, utilisable pour les matières plastiques, et a trait plus particulièrement à des machines de ce genre ayant un trou d'êvent sur un fourreau de chauffage à l'intérieur duquel une tige en forme de vis peut se déplacer en rotation et avec 5 un mouvement alternatif de va-et-vient (le terme "machine à évent" est utilisé ci-après pour désigner n'importe quelle machine du type ci-dessus. Il est bien connu que, dans les machines de traitement de matières plastiques telles que les extrudeuses et les machines à mouler par injection, l'enlèvement de l'humidité ou des gaz dans le matériau plastique est très efficace 10 pour obtenir des produits de bonne qualité. Deux méthodes principales ont été développées pour enlever l'humidité ou les gaz qui adhèrent au matériau plastique (généralement sous forme de grains), qui y sont inclus ou qui y sont engendrés. La première méthode consiste à retirer cette vapeur avant que le matériau plastique soit fondu (principalement dans 15 la trémie de la machine), tandis que l'autre méthode consiste à la retirer après que le matériau soit fondu (généralement par l'intermédiaire d'un trou d'évent prévu sur .le fourreau de chauffage). Bien entendu, cette dernière méthode est plus efficace que la première. Toutefois, elle présente un inconvénient important, à savoir que l'obstruction du trou d'évent avec de la matière plastique 20 fondue peut se produire et est pratiquement inévitable dans le cas des machines à mouler par injection, dans lesquelles la vis ne tourne que par intermittence, étant donné qu'aucun courant de matière fondue ne se produit lorsque la vis s'arrête de tourner. Un autre inconvénient est que le matériau qui stagne autour du trou d'évent, même s'il ne s'accumule pas suffisamment pour obstruer l'ouver-25 ture, tend à se dégrader et il en résulte des produits qui ne sont pas bien colorés . Très peu de moyens ont été décrits jusqu'à présent pour remédier à ces inconvénients dans le cas de machines à mouler par injection. L'un de ces moyens par exemple consiste à prévoir sur le trou d'évent un mécanisme à soupape qui 30 s'ouvre pendant la période de plastification, mais se ferme lorsque la vis s'arrête de tourner. Un autre moyen consiste à prévoir une petite vis et un cylindre pour cette vis sur le trou d'évent, de manière que la matière fondue s'écoulant de l'évent soit repoussée lors de la rotation de cette petite vis. La présente invention remédie fondamentalement aux inconvénients susmen-35 tionnés, sans nécessiter d'équipement supplémentaire et de plus de façon simple et avec une grande sécurité, grâce à un ou plusieurs paliers de hauteurs différentes pratiqués sur le diamètre extérieur de la vis et également sur le diamètre intérieur du fourreau. En conséquence, le but principal de l'invention est de réaliser un dis-40 positif de dégazage perfectionné, mais simplifié, applicable sur une machine à 72 12996 2 2132898 mouler par injection. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de dégazage perfectionné évitant la formation de matière fondue stagnante ou dégradée, utilisable sur des machines à mouler par injection dans lesquelles la rotation in-5 termittente de la vis est essentielle. Encore un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de dégazage perfectionné applicable sur des machines à mouler par injection, sans réduire le volume de plastification. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à ti-10 tre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation de l'invention, montrant une partie d'une machine à mouler par injection du type à vis en ligne, dans laquelle la vis est animée d'un mouvement alternatif de va-et-vient; 15 - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un autre mode de réalisa tion d'une telle machine; - la figure 3 est une photographie d'une vis retirée d'un fourreau, cette vis et ce fourreau appartenant à l'un des modes de réalisation de l'invention, la vis ayant été refroidie rapidement afin d'être gelée, juste après qu'elle 20 ait plastifié une certaine quantité de matériau plastique; et, - les figures 4 à 6 représentent respectivement, à plus grande échelle, différentes parties de la figure 3, en allant de l'avant vers l'arrière. En se référant à la figure 1, on peut voir un cylindre de chauffage ou fourreau 1 qui comporte un épaulement ou palier 1' devant lequel un diamètre 25 intérieur plus grand D1 est ménagé, tandis que derrière est ménagé un diamètre plus petit D^. Une vis 2 comporte également deux diamètres extérieurs, séparés par un palier; la partie de plus grand diamètre d^ est montée à frottement doux de manière coulissante et rotative à l'intérieur de la partie du fourreau de diamètre inférieur D II en est de même de la partie de plus petit diamètre 30 d^ à l'intérieur de la partie de diamètre D du fourreau. La vis 2 comporte un seul filet à pas constant sur toute sa partie filetée, Les relations entre ces différents diamètres sont comme suit: D! > d2 (1) d! ,> d2 (2) 35 = dx +Û( (3) et ^2 = ^2 + 2 dans lesquelles 72 12996 3 2132898 10 sur la partie arrière et à d'^ sur la zone de transition. La relation entre ces trois diamètres étant: d1 > d' >d' 1 2 d 13 (5) La vis ayant divers diamètres sur ses différentes parties, on va désigner ces différentes parties par des symboles de zone pour plus de commodité, en se référant à la figure (1). I, I , I , I et II désignent respectivement les parties ayant un diamètre ex-C F R térieur d^, d^ et un diamètre d'âme d'ai-nsi que cela est résumé dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 Symbole de la zone I IC II Diamètre extérieur dl dl dl d2 d2 Diamètre de l'âme d'l d'rd'i2 d'l2 d'l2 d'2 Le fourreau de chauffage peut être chauffé par un certain nombre de bandes de chauffage 3 et la température peut être contrôlée par zones, comme dans 20 un fourreau classique. Toutefois, une ouverture 4 est ménagée dans une partie supérieure de la portion de fourreau de plus grand diamètre D^, devant l'épau-lement ou palier 1', et plus particulièrement à un emplacement se trouvant en face de la zone de vis I_ ou I en dépit de la variation de la position rela- . F K tive de cette vis par suite de son mouvement alternatif de va-et-vient. En 25 d'autres termes, l'emplacement de cette ouverture 4 peut être choisi sur une étendue appropriée pour le dégazage, par exemple comme représenté sur la figure 1, dans laquelle la vis 2 se trouve dans la position la plus avancée, afin de se trouver au niveau desdites zones I ou I même lorsque la vis recule de sa F K. course maximum S. Le trou d'évent 4 est relié à une source d'aspiration ou de 30 vide 5 par un conduit 6. Au cours du fonctionnement', le matériau qui se trouve dans une trémie 8 est entraîné par la rotation de la vis Z, rotation qui s'effectue sous l'action d'un moteur électrique ou hydraulique 10, par l'intermédiaire d'un réducteur à engrenages, et le matériau est fondu sous l'effet du chauffage procuré par 35 les bandes 3, avant d'arriver à l'extrémité de la zone II. Le matériau fondu, transféré depuis la zone II jusqu'à la zone I subit K une réduction de pression considérable, du fait de l'accroissement de la section dé la vis, dont le diamètre de l'âme passe de d'^ à et une réduction de pression encore plus grande au passage de l'épaulement 1' du fourreau 40 1, du fait de l'accroissement rapide de la section du canal de la vis, puisque 72 12996 4 2132898 le diamètre intérieur du fourreau passe de à D^. Le courant d'entraînement de la matière au niveau de la zone I qui se trouve en face de la partie de plus grand diamètre intérieur ne peut pas être calculé, car il y a un espace important entre le diamètre extérieur d^ de 5 la vis et le diamètre intérieur du fourreau. Cependant, le courant d'entraînement théorique dans la zone I est maximum dans ce cas puisque le diamètre extérieur d^ de la vis est maximum et que le diamètre de 1râme d' est minimum, ainsi que cela ressort des équations (2) et (5). C'est pourquoi la matière en fusion peut être entraînée vers l'avant avec force, sans risque d'encrassement, 10 comme représenté sur les photographies 3 à 6. Les gaz sont aspirés par le trou d'évent 4 au moyen de la pompe à vide 5, à travers le conduit 6. La matière fondue dégazée est transférée vers l'avant pour être légèrement comprimée dans la zone I et pénètre dans la seconde zone de calibrage I, Le courant d'entraînement théorique dans la zone 1 est plus petit que celui de la 15 zone I mais plus grand que celui de la zone II, Dans le fonctionnement réel, le taux d'entraînement de la matière fondue (en grammes par tour de vis) dans la zone I doit généralement être supérieur à celui de la zone II, et égal à l'état de repos du fait qu'aucune matière fondue supplémentaire ne peut s'accumuler entre les deux zones I et II. La matière fondue transférée en avant de la 20 seconde zone de calibrage I passe à travers une soupape de contrôle classique en forme d'anneau 2b et s'accumule devant la tête 2a de la vis. Lorsqu'une certaine quantité de matière fondue s'est accumulée, un signal provenant d'un micro-contact classique (non représenté) provoque le début du mouvement d'injection de la vis 2, grâce à un piston hydraulique 9, et la ma-25 tière fondue est injectée à travers une buse 7 à l'intérieur d'une cavité 16, cavité qui est réalisée en assemblant deux matrices 15a et 15b dans une unité de serrage classique comprenant un plateau fixe 12, des barres d'entretoisement 14, etc..., sur un bâti 13. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 30 2. Les principales caractéristiques de ce mode de réalisation sont-les suivantes, en se référant à la figure 2. a) Le fourreau de chauffage I possède trois diamètres intérieurs séparés par deux paliers, respectivement D2Q et D^0 de l'avant vers l'arrière, avec un palier avant 1'^ et un palier arrière 1"q. 35 b) La vis 2^ possède également trois diamètres extérieurs séparés par deux paliers, respectivement et en allant de l'avant vers l'arrière, trois diamètres extérieurs d^, d^ et ^30' et tro^s diamètres d'âme d'^, ^'29 et ^'30* c) la relation entre les symboles des zones et les diamètres de la vis est résumée dans le tableau 2 ci-dessous. 72 12996 5 2132898 TABLEAU II Symbole de la zone ro Ico H M o IZIo Diamètre extérieur dio dl~d20 d20 d30 ! Diamètre de l'âme d'io d'rd,20 d *20 d*30 Le trou d'évent 4 peut être situé sur la partie du fourreau de diamètre D„ ou sur la partie arrière du fourreau de diamètre D„ , là où le trou 4 10 peut se trouver en face de la zone il de la vis 1 . Un exemple typique de ce mode de réalisation a les dimensions suivantes: .d = 60,0mm = 60,0 mm + ^ d'^o= 50,0mm 15 d2Q = 55,0mm D^ = 55,0mm + 2 d'2o= 34,0mm d^ = 50,0mm = 50,0mm +0^ ^ d'30= 44,0mm 20 et désignent respectivement les jeux usuels entre les diamètres intérieurs du fourreau et les diamètres extérieurs de la vis. Une photographie (figure 3) montre une vis ayant les dimensions ci-dessus, qui a été refroidie et retirée du fourreau juste après qu'elle ait plastifié 3 340 cm de matière thermoplastique ABS. Les autres photos (figures 4, 5, 6) mon-trent respectivement différentes parties de cette vis à plus grande échelle, à partir de la pointe. Sur ces photos, on voit très clairement l'état de la matière fondue avançant le long de la rampe de la vis. On notera plus particulièrement que la partie du fourreau ayant un diamètre intérieur I>2Q et qui se trouve en face de la zone II de la vis est la plus appropriée pour placer le trou d'évent 4. De nombreux avantages peuvent être observés avec le dispositif conforme à l'invention. Cependant, certains d'entre eux doivent être discutés un peu plus en détail, à savoir: 1° ) La suppression totale du risque d'encrassement. 35 2° ) L'élimination de la dégradation ou de la décoloration de la matière, dues à la stagnation de cette matière autour du trou d'évent. 3° ) La non diminution de la capacité de la plastification. Tout d'abord, pour éviter le phénomène d'encrassement, il est bien connu et couramment pratique d'augmenter la profondeur du canal de la vis, juste après le premier étage de la zone de calibrage, afin de diminuer la pression de la 72 12996 6 2132898 matière. Toutefois, l'emploi de cette méthode est limité, du fait que la résistance qui est nécessaire pour la vis ne permet pas d'augmenter de manière excessive la profondeur du canal de cette vis. Au contraire, avec la présente invention, il n'y a pas de limitation pour 5 diminuer la pression de la matière, car le diamètre du fourreau peut être agrandi de n'importe quelle quantité à l'emplacement voulu et ceci augmente le courant d'entraînement de la matière devant 1'évent d'un certain degré, suffisamment pour éviter le phénomène de l'encrassement. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'augmenter exagérément la profondeur du canal. Par exemple, dans le 10 mode de réalisation décrit ci-dessus, le taux d'entraînement théorique entre la zone 11^ et 1^ est de 2,6/1, et ce taux est simplement obtenu en augmentant le diamètre extérieur de 10 % et en diminuant le diamètre de l'âme de 20 %. De plus, en augmentant le diamètre extérieur de la vis, le phénomène d'encrassement est évité, non seulement pour la raison indiquée ci-dessus, nais 15 également parce qu'il se crée dans la zone 11^ une pression négative supérieure pendant la période d'injection, étant donné que le volume de déplacement dans la zone I est supérieur à celui de la zone IIQ. Cet effet est très important, car l'encrassement ou la stagnation de la matière autour du trou d'évent se produit dans les machines à évent classiques, principalement pendant la période 20 d'injection, lorsqu'une haute pression sur la matière fondue accroît le refoulement de cette matière, en dépit de l'utilisation de la soupape en anneau. Le troisième avantage est que l'effet de dégazage élevé peut être obtenu sans sacrifier en aucune façon la capacité de plastification. Dans les machines à évent classiques, il est presque obligatoire d'étrangler le passage de la 25 matière fondue dans la zone de calibrage, au niveau du premier étage, afin d'augmenter la chute de pression dans l'espace de dégazage. C'est la raison principale pour laquelle la capacité de plastification est sacrifiée. Dans le cas de la présente invention, l'effet de dégazage n'a au contraire aucune relation avec la capacité de plastification, car aucun étranglement n'est nécessaire 30 Ceci est très important, du fait que les machines courantes à grand rendement né cessitent une capacité de plastification de plus en plus grande. Beaucoup d'autres avantages et de résultats intéressants ont également été constatés avec cette invention, tels que le bon aspect des moulages, l'accroissement du volume injecté en une seule fois, le fait qu'il n'est pas né-35 cessaire de préchauffer la matière, ce qui est hasardeux mais essentiel pour les matériaux absorbant l'humidité, comme l'ABS, le nylon, etc bien que beau coup d'entre eux, à l'exception de l'accroissement de la capacité d'injection en une seule fois, puissent être également obtenus avec dey machines à évent classiques. En fait, les avantages propres à la présente invention proviennent es-40 sentiellement de l'élargissement du diamètre intérieur du fourreau de chauffage 72 12996 7 2132898 au niveau de l'emplacement du trou d'évent, ainsi que de l'élargissement du diamètre de la vis qui est animée d'un mouvement de rotation et d'un mouvement alternatif de va-et-vient à l'intérieur de ce fourreau, sur sa partie avant. La méthode classique de réduction du diamètre de l'âme de la vis sur une cer-5 taine portion qui se trouve située au niveau du trou d'évent pendant toute la course d'injection est également efficace dans la présente invention, mais seulement pour produire un effet supplémentaire. Conformément à la présente invention, l'effet de dégazage est suffisamment élevé pour produire des moulages de qualité supérieure, même dans le cas 10 où le trou d'évent est soumis à un vide très faible tel que celui engendré par un jet de fluide ou un Venturi, ce qui convient pour extraire les odeurs et les vapeurs ou gaz toxiques qui se dégagent de la matière fondue. 72 12996 2132898 REVENDICATIONS 1.~ Machine à mouler par injection, caractérisée en ce qu'elle comprend un fourreau ayant au moins deux diamètres intérieurs D^ et D^ séparés par un palier, le plus grand diamètre D^ étant situé en avant du plus petit diamètre 5 D^,, une vis ayant également deux parties de diamètres extérieurs et d^ séparées par un palier, ces deux parties étant ajustées de manière à pouvoir se déplacer respectivement en rotation et avec un mouvement alternatif de va-et-vient dans les parties de diamètres intérieurs D^ et D^ du fourreau et au moins une ouverture conçue pour aspirer les gaz ou la matière plastique fondue pas-10 sant à travers ledit fourreau et qui est située sur la partie de plus grand diamètre intérieur D^ du fourreau de chauffage. 2.- Machine à mouler par injection, caractérisée en ce qu'elle comprend un fourreau ayant au moins deux diamètres intérieurs D^ et D^ séparés par un palier, le plus grand diamètre D^ étant situé en avant du plus petit diamètre 15 T>2> une vis ayant également deux parties de diamètres extérieurs d^ et d^ séparées par un palier, ces deux parties étant ajustées de manière à pouvoir se déplacer respectivement en rotation et avec un mouvement alternatif de va-et-vient dans les parties de diamètres intérieurs D^ et D^ du fourreau, ainsi que trois diamètres d'âme d^, et dséparés par deux paliers, respectivement de 20 l'avant vers l'arrière, avec la relation suivante d^ > d^ ^ et au moins une ouverture pour aspirer les gaz. 3.- Machine à mouler par injection selon la revendication 2, caractérisée en ce que le trou d'évent se trouve en face de la partie de la vis ayant le diamètre d'âme minimum (d' ). 25 4.- Machine à mouler par injection selon la revendication 3, caractérisée en ce que la vis comporte un seul filet à pas constant sur toute sa partie filetée.