УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРУЗИИ ПОЛОСОВЫХ ИЛИ ЛЕНТОЧНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОЙ ПЛАСТМАССЫ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЭКСТРУЗИИ ТАКОЙ ЗАГОТОВКИ
DEVICE FOR EXTRUSION OF STRIP OR TAPE STOCKS OF THERMOPLASTIC PLASTIC, AND ALSO METHOD OF SUCH STOCK EXTRUSION

Изобретение относится к устройству для экструзии полосовых или ленточных заготовок из термопластичной пластмассы с экструзионной головкой, выход расплава из которой выполнен в виде пермещаемого поперек направления экструзии, проходящего прямолинейно щелего сопла.
Кроме того, изобретение относится к способу экструзии полосовых или ленточных заготовок из термопластичной пластмассы предпочтительно с использованием указанного устройства.
Устройство вышеупомянутого типа известно, например, из полезной модели DE 202006013751. Полезная модель DE 202006013751 описывает формовочный инструмент для изготовления ленточных заготовок, содержащий несколько каналов, имеющих, соответственно, входные отверстия в виде кольцевых участков и удлиненные выходные отверстия, причем входные отверстия в виде кольцевых участков распределены по окружности на одном общем радиусе и отделены друг от друга радиально проходящими режущими кромками.
Для задания полосовым пластмассовым заготовкам, изготовленным с помощью такого формовочного инструмента, профиля толщины стенки в DE 202006013751 предлагается устройство регулирования толщины стенки, с помощью которого толщина стенки заготовки может изменяться по всей ее ширине. Кроме того, ленточной заготовке с помощью предложенного там устройства регулирования толщины стенки по всей длине или в определенных местах по ширине может задаваться волнообразный профиль. Для этого щелевое отверстие используемого для экструзии плоскощелевого сопла предлагается, с одной стороны, регулировать с помощью установочного тела, действующего по всей ширине сопла, а, с другой, с помощью исполнительного элемента в виде установочного рычага из упругой пружинной стали осуществлять наложение на эту регулировку. На установочный рычаг несколько исполнительных приводов могут воздействовать таким образом, чтобы ширина выходной щели плоскощелевого сопла по длине заготовки изменялась частично, так чтобы по мере необходимости мог получаться участок с большей толщиной стенки, а на соседнем с ним участке заготовки - меньшая толщина стенки. Это обеспечивает хорошую подгонку контура заготовки под требования изготавливаемого из нее полуфабриката или конечного продукта.
Однако вариабельность разброса толщины стенки по ширине заготовки с помощью известного устройства имеет пределы, например, абсолютная ширина заготовки не поддается воздействию. Кроме того, установлены пределы формированию отдельных резких выступов по ширине и длине полосовой заготовки, поскольку из-за недостаточной гибкости установочного рычага возможно лишь ограниченное варьирование толщины заготовки.
Из DE 8903607 U1 известна комбинация экструдера и каландра с размещенной на экструдере перед каландром выдувной головкой для формования экструдата, поступающего в форме цилиндра, в плоскую широкую полосу с помощью установленной на выходе формующей планки. Чтобы предотвратить усиленное образование утолщений из-за скапливающегося перед валковым зазором каландра материала в DE 8903607 U1 предложено снабдить помещенную на экструдере перед каландром раздувную головку сегментированной формующей планкой, причем сегменты являются подвижными поперек выходной щели, так что можно по ширине экструдата регулировать толщину выходящей полосы индивидуально в любом месте таким образом, что предотвращается образование валиков наплывов материала перед вытяжной щелью каландрового валкового устройства.
Из US 3003245 А известно сравнимое регулируемое формовочное устройство для экструдирования снабженной профилем полосы из эластомерного резиноподобного материала для изготовления шин. Такое формовочное устройство со снабженной отверстием формовочной головкой обычно крепится на выходной стороне экструдера. Такие формовочные головки обычно не используются при экструзионном формовании с раздувом.
В основу изобретения положена задача создания устройства и способа, которые позволяют хорошо согласовывать контур заготовки с требованиями, предъявляемыми к изготавливаемому из пластмассы изделию.
Эта задача решается за счет устройства и способа с признаками независимых пунктов 1 и 9 соответственно.
Неожиданно было установлено, что ступенчатая форма внутреннего контура щелевого отверстия сопла не имеет никакого негативного воздействия на текучесть расплава. Благодаря тому, что соответствующие сегменты устанавливаются независимо друг от друга, возможны относительно большие вариации толщины стенки заготовки вплоть до скоплений материала, которые уже можно назвать скачком толщины стенки. Таким образом, достигается оптимальное распределение материала по длине и ширине заготовки, что при изготовлении крупных деталей равнозначно значительной экономии материала.
В частности, если изготавливаемые заготовки должны отформовываться и деформироваться в рамках раздувного формовочного инструмента с использованием избыточного внутреннего давления или вакуума, желательно благоприятное распределение скоплений материала, утолщений и утонений по длине и ширине заготовки, в частности, в том числе для подстройки под различные свойства растягивания и расширения детали, раздающейся в инструменте.
Особое преимущество устройства согласно изобретению может усматриваться в том, что не только частично поддается воздействию величина щелевого отверстия сопла, а, более того, щелевое отверстие сопла регулируется также по своей ширине.
Для этого особенно целесообразно, чтобы каждый сегмент был выполнен в виде задвижки, устанавливаемой с помощью исполнительных элементов поперек направления течения расплава.
Сегменты могут устанавливаться во время экструзии, например, динамично, а именно по заданной программе толщины стенки. Это, например, с помощью устройства управления может обеспечивать постоянную перестановку исполнительных элементов, так что заготовке задается желаемый профиль.
Особенно целесообразно, если централизованной регулировки величины щелевого отверстия сопла с помощью отдельной детали, действующей по всей ширине щелевого отверстия сопла, не предусмотрено.
Предпочтительно, чтобы сегменты имели различную ширину, так чтобы они ограничивали щелевое отверстие сопла в разной степени, в частности, если внешние сегменты уже сегментов, расположенных между ними, особенно удобным становится ступенчатое уменьшение ширины щелевого отверстия сопла, так что могут изготавливаться, например, вогнутые или полосовые заготовки с суженной средней частью.
В предпочтительном варианте предусмотрено, чтобы сегменты могли устанавливаться, соответственно, в промежутке между полностью открытым нейтральным положением, в котором щелевое отверстие сопла в соответствующей области имеет максимальную ширину, и положением с полностью закрытым щелевым отверстием сопла в этой области.
В особенно предпочтительном варианте устройства согласно изобретению предусмотрено, чтобы щелевое отверстие сопла ограничивалось установочными сегментами с обеих сторон, т.е. с обеих продольных сторон, поперек направления экструзии. Таким образом, достигается еще большая вариабельность толщины по ширине и длине заготовки.
Щелевое отверстие сопла, предпочтительно, выполняется в нейтральном положении сегментов в виде щели прямоугольного поперечного сечения, длина которой явно больше ее величины. Длина или ширина щели соответствует ширине заготовки, в то время как величина щели определяет толщину заготовки.
Кроме того, задача, положенная в основу изобретения, решается с помощью способа экструзии полосовой или ленточной заготовки из термопластичной пластмассы, включающего следующие этапы:
- пластификация термопластичной пластмассы в экструдере,
- подведение пластифицированной пластмассы к щелевому отверстию сопла экструзионной головки, причем щелевое отверстие сопла имеет удлиненное, приблизительно прямоугольное поперечное сечение,
- регулировка величины щелевого отверстия сопла на отдельных участках с помощью установочных сегментов, непосредственно ограничивающих щелевое отверстие сопла,
причем регулирование осуществляют во время экструзии динамично, и заготовке при этом по длине и/или ширине задается профиль толщины стенки.
С другой точки зрения, в способе согласно изобретению предусмотрено, чтобы длина щелевого отверстия сопла варьировалась во время экструзии динамично. Благодаря этому возможно, например, получение заготовок с суженной средней частью. В частности, если выдувные изделия должны изготавливаться в составном инструменте, составленном, например, из изложниц, дополняющих друг друга, благодаря этой мере достигается значительная экономия материала. Таким образом, может быть уменьшена величина выступающей части («выдры»/прилив).
В способе согласно изобретению предусмотрено, чтобы пластифицированному материалу из экструдера в экструзионной головке сначала придавалась форма направленного трубчатого потока расплава, направляемого внутри экструзионной головки в форме по меньшей мере одного, предпочтительно, двух полосовых потоков расплава. Для этого экструзионная головка известным способом может быть выполнена в виде аксиальной или радиальной литьевой головки, причем поток расплава, выходящий из экструдера, обтекает пиноль или оправку аксиально или радиально. В этом случае поток расплава внутри экструзионной головки может распределяться по соответствующим образом выполненным самотечным каналам. При этом может быть предусмотрено, чтобы несколько кольцевых потоков расплава (многослойных заготовок) одного радиуса по бокам с помощью отрезных приспособлений разрезались или разделялись и выступали через несколько удлиненных прямолинейных щелевых отверстий сопла в виде лоскутных или полосовых заготовок.
На следующем предпочтительном этапе производства предусмотрено, чтобы экструдат, выходящий из щелевого отверстия сопла внутри составного формовочного инструмента при первом нагреве с использованием давления газа и/или вакуума, проходил дальнейшую переработку в изделие из пластмассы.
Ниже изобретение поясняется на примере выполнения, изображенном на чертежах, на которых
фиг.1 изображает схематически экструзионное устройство согласно изобретению, а также составные формовочные инструменты, установленные под экструзионным устройством,
фиг.2 - сечение по линии II-II на фиг.1,
фиг.3 - сечение по линии III-III на фиг.2, причем на фиг.3 наглядно изображен первый пример выполнения устройства согласно изобретению,
фиг.4 - приведенные в действие исполнительные устройства во время экструзии в соответствии с фиг.3,
фиг.5 - второй пример выполнения согласно изобретению в соответствии с фиг.3 и 4,
фиг.6 - сильно утрированное изображение заготовки, выходящей из устройства согласно изобретению,
фиг.7а-7с - возможные профили поперечного сечения заготовки, полученной с помощью устройства по первому примеру выполнения изобретения, и
фиг.8 - возможный профиль поперечного сечения заготовки, полученной с помощью устройства по второму примеру выполнения изобретения.
На фиг.1 схематически частично изображен способ изготовления экструзией с раздувом изделия из полосовых заготовок 1. Заготовки 1 экструдируются из двух плоскощелевых сопел 2 в висячем положении. Плоскощелевые сопла 2 являются частью не показанной экструзионной головки, известным образом загружаемой термопластичной пластмассой из экструдера.
Заготовки 1 в форме полосы или лоскута, как это изображено, например, на фиг.1, экструдируются между открытыми частями формовочного инструмента 3.
Формовочный инструмент 3 состоит из двух внешних форм 3а и одной центральной формы 3b. Внешние формы 3а образуют соответствующие частичные полости, в которые заготовки 1 втягиваются или вдавливаются и которые, соответственно, определяют дальнейшие внешние контуры готового изделия. Изготовление изделия может происходить, например, таким образом, что сначала заготовки 1 экструдируются между открытыми внешними формами 3а и центральной формой 3b. Затем внешние формы 3а смыкаются относительно центральной формы 3b, заготовки 1 отформовываются в частичных полостях 4а, 4b или под действием давления газа и/или вакуума. Средняя форма 3b содержит вставляемые и выставляемые держатели 5 деталей, с помощью которых встраиваемые детали во время формовки заготовок 1 в частичных полостях 4а, 4b или после нее вводятся в изделие, изготавливаемое как полое тело. Затем центральная форма 3b перемещается между внешними формами 3а поперек направления экструдирования, или в плоскость чертежа, или из нее. Внешние формы 3а смещаются навстречу друг другу в направлении смыкания, так что содержащиеся в них чашеобразные полуфабрикаты свариваются в емкость с окружным швом.
Заготовки 1 могут быть выполнены, соответственно, в качестве многослойного коэкструдата.
Частичные полости 4а, 4b, т.е. геометрия внешних форм 3а, в изображенных примерах выполнения сильно упрощена. Обе частичные полости 4а, 4b в зависимости от изготавливаемого изделия могут иметь сильно изрезанный контур. Кроме того, внешние формы 3а необязательно должны иметь приблизительно прямоугольное поперечное сечение, как это изображено на фиг.2. Поэтому желательно, чтобы ширина заготовок могла варьироваться по их длине.
Кроме того, желательно также задавать заготовкам 1 профиль толщины стенки, поскольку в соответствии с топографией частичных полостей 4а, 4b расширяющийся в них материал испытывает более или менее сильное растяжение, вытягивание или удлинение. С одной стороны, следует избегать чрезмерных скоплений материала в стенках готового изделия, однако, с другой стороны, в определенных местах желательно предусмотреть скопления материала.
Для этого согласно изобретению необходимо предусмотреть, чтобы щелевое отверстие 6 сопла плоскощелевых сопел 2 было регулируемым как по своей величине, так и по своей длине. Как, в частности, видно из сечений на фиг.3-5, щелевое отверстие 6 сопла выполнено в поперечном сечении в виде прямоугольной щели, длина которой многократно превышает ее величину.
В примерах выполнения, изображенных на фиг.3 и 4, щелевое отверстие 6 сопла с одной стороны ограничено неподвижным участком 7 стенки тела 8 щели, а с другой - несколькими сегментами в виде задвижек 9.
Участок 7 стенки и задвижки 9 ограничивают, соответственно, продольные стороны щелевого отверстия 6 сопла. Задвижки 9 регулируются поперек направления экструзии с помощью соответствующих исполнительных устройств, а именно независимо друг от друга, так что соответствующей заготовке 1 может задаваться примерно ступенчатый профиль.
Таким образом, хотя поперечное сечение щелевого отверстия является ступенчатым, неожиданно обнаружилось, что пластифицированный материал обладает такой текучестью, что эти ступени или прерывные изменения толщины стенки заготовки не проявляются в виде резких переходов.
Как уже упоминалось выше, на положение задвижек 9 воздействие с помощью исполнительных устройств оказывается во время экструзии, т.е. динамично, так что заготовкам 1 изменение профиля может задаваться по длине заготовок (изменение толщины по ширине).
Задвижки 9, например, на фиг.3, изображены полностью в нейтральном положении, в то время как, например, на фиг.4 внешние задвижки 9, определяющие узкие стороны щелевого отверстия 6 сопла, полностью находятся в своем закрытом положении. Таким образом, длина щелевого отверстия 6 сопла также поддается воздействию, так что, как это утрированно показано, например, на фиг.4, заготовки 1 могут изготавливаться с суженной средней частью, т.е. содержать втянутые участки (В).
Заготовка 1, изображенная на фиг.6, имеет по длине три последовательных участка А, В, С, причем участок В относительно участков А, С имеет меньшую ширину, т.е. является вогнутым.
Здесь следует еще раз упомянуть, что плоскощелевые сопла 2 согласно изобретению не имеют никакой суперпозиционной или отдельной основной регулировки щели, действующей по всей ширине щелевого отверстия 6 сопла. Все задвижки 9 приводятся в действие независимо друг от друга.
Наконец, на фиг.5 изображен вариант плоскощелевого сопла 2 согласно изобретению, в котором задвижка 9 непосредственно ограничивает обе продольные стороны щелевого отверстия 6 сопла, так что заготовке 1 может задаваться такой профиль толщины стенки, чтобы он имел две профилированные внешние стороны, как это показано, например, в сечении на фиг.8. Таким образом, особенно предпочтительно удается получить заготовку, изготавливаемую со сложной топографией, варьируемой на обеих больших внешних поверхностях заготовки по длине и ширине. Кроме того, как это показано на фиг.5, регулироваться может также длина щелевого отверстия 6 сопла, а именно задвижки 9 могут перемещаться снаружи внутрь относительно друг друга на отдельных участках, так что в устройстве согласно фиг.5 может быть изготовлена заготовка, изображенная на фиг.6.
Перечень позиций
1 заготовки
2 плоскощелевые сопла
3 формовочный инструмент
3а внешние формы
3b центральные формы
4а, 4b частичные полости
5 держатель детали
6 щелевое отверстие сопла
7 участок стенки
8 тело сопла
9 задвижка
10 исполнительные устройства