МАЛОГАБАРИТНЫЙ ТЕРМОПЛАСТ-АППАРАТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Полезная модель относится к устройствам для переработки пластмасс в изделия. Известен термопластавтомат, содержащий станину, пластикатор, цилиндрическую муфельную печь с поршнем и механизмом привода, механизм замыкания пресс-формы. (Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2010715). К недостаткам указанного устройства можно отнести его сложность в изготовлении, материалоемкость, сложные механические приводы узла впрыска и механизма замыкания пресс-формы и, как следствие высокую стоимость данного термопластавтомата, габариты и вес.
Прототипом предлагаемого устройства является литьевая машина «W700ST» Французской фирмы SEFOM. (В.К.Завгородний «Механизация и автоматизация переработки пластических масс» изд. «Машиностроение» 1964 г, стр.302-304).
Прототип содержит станину, электродвигатель, редуктор, цепную передачу, пластикатор - инжекционный механизм (одночервячный экструдер без осевого перемещения червяка), механизм замыкания пресс-формы.
Прототип сложен в изготовлении, имеет большие габариты и вес и, как следствие, высокую стоимость. Необходим высококвалифицированный обслуживающий персонал. Пресс-формы для такого аппарата имеют большую цену.
Перед автором стояла задача создания малогабаритного, простого в изготовлении (технологически), недорогого электромеханического термопласт-аппарата с малыми эксплуатационными расходами. Устройство предназначено для изготовления изделий из пластмасс небольшого размера при низком давлении. Для решения поставленной задачи (технического результата) предлагается термопласт-аппарат содержащий, как и прототип, станину, электродвигатель, редуктор, цепную передачу, пластикатор - инжекционный механизм (одночервячный экструдер без осевого перемещения червяка). Отличным от прототипа является то, что в качестве редуктора используется коробка переключения передач (КПП) авто, мото техники, синхронизирует работу устройства - блок программного управления впрыском пластика в пресс-форму. Последняя имеет простой механизм замыкания пресс-формы, обеспечивающий достаточное усилие для развиваемого червяком давления впрыска. Для надежного заполнения формы сконструирован червяк с коэффициентом сжатия 2,7; общей длиной 15 D, длина зоны загрузки 4 D, длина зоны сжатия 2 D, шагом зоны дозирования 0,5 D, где D - внешний диаметр червяка. Электродвигатель связан с КПП ременной передачей для уменьшения шума, а КПП с приводом червяка цепной передачей для надежной передачи усилия.
Привод червяка имеет симметричные относительно оси синхрометки, которые отслеживаются датчиком, связанным с блоком программного управления (БПУ). БПУ поддерживает заданную температуру в четырех каналах пластикатора-инжектора, считает количество отливок,
отрабатывает время на отверждение пластика в пресс-форме. Отработка дозы впрыска осуществляется БПУ по счету синхрометок. После заполнения пресс-формы на 90-95% (по счету синхрометок) БПУ переходит на отслеживание замедления вращения червяка. После заполнения пресс-формы, в пластикаторе-инжекторе растет давление и, как следствие, падает скорость вращения червяка. БПУ отслеживает время прохождения очередных синхрометок (относительно начала отслеживания). При увеличении на заданный процент (или доли процента) времени между синхрометками показания величины торможения вводятся вручную в память БПУ перед началом работы), останавливается электродвигатель привода червяка. Такой механизм отслеживания конца впрыска позволяет использовать в работе смесь первичного сырья с большим процентом содержания дробленого пластика, когда может колебаться объемная насыпная плотность материала.
Цилиндр пластикатора-инжектора имеет дополнительное крепление к станине, для повышения жесткости, недалеко от сопла. Крепление выполнено в виде «гармошки», обеспечивающее жесткость в поперечном направлении и податливость - в осевом. Это необходимо для компенсации температурного удлинения цилиндра пластикатора-инжектора в процессе разогрева
Механизм установки и замыкания пресс-формы крепится на коромысле, которое может, как вращаться (при позициях впрыска и разборки пресс-формы), так и перемещаться вдоль оси (при подводе к соплу) Таких механизмов может быть установлено одновременно два - с одинаковыми по объему впрыска пресс-формами, симметрично относительно сопла, на штанги каркаса. Механизм установки пресс-формы может быть выполнен в виде оправки, в которую крепятся матрицы изготавливаемого изделия. Замыкание пресс-формы и подвод матрицы к соплу осуществляется вручную. Охлаждение пресс-формы осуществляется вентиляторами во время разборки - сборки последней, установленными на рабочем столе.
Все вышеуказанное позволило:
1. Создать технологически простое устройство для изготовления малогабаритных изделий из
пластмасс, не требующих больших литьевых давлений.
2. Максимально снизить массу и габариты станка.
3. Получить недорогой инструмент для малого бизнеса и опытных производств.
4. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания аппарата, в том числе изготовления пресс-форм
5. При комплектации предлагаемого термопласт-аппарата дополнительными насадками, его можно использовать в качестве экструдера или выдувного станка.
На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого термопласт-аппарата юго-западная изометрия. На фиг 2 показана принципиальная схема предлагаемого термопласт-аппарата юго-восточная изометрия. На фиг.3 показан блок рабочего стола с механизмом установки и замыкания пресс-формы в положении разборки пресс-формы. На фиг.4 показан разрез коромысла в механизме установки пресс-формы. На фиг.5 показан узел пресс-формы в собранном виде На фиг.6 показан узел пресс-формы в разобранном виде.
Термопласт-аппарат содержит станину 1, на которой закреплен электродвигатель 2 с возможностью натяжения ремня привода 5. Рядом находится силовой блок управления 3 электродвигателя 2, вертикально над которым расположен редуктор 4 (в частном случае - КПП автомобиля ВАЗ 2101). Блок 3 может представлять понижающий силовой трансформатор с выпрямителем и схемой включения - если двигатель 2 является двигателем постоянного тока. Если двигатель 2 является двигателем переменного тока, то блок 3 выполняет функцию его запуска. Выход редуктора 4 посредством цепной передачи 8 вращает звездочку 7 привода червяка пластикатора-инжектора 6. Рядом со звездочкой 7 расположен датчик 10 синхрометок 65, выше расположен программируемый блок управления (ПБУ) 9, который связан с датчиком 10 синхрометок, с датчиком 63 положения рычага прижатия пресс-формы, с силовым блоком управления 3, регулирует температуру по четырем каналам пластикатора-инжектора 6, считает отливки, отрабатывает время выдержки пластика в форме под давлением, отрабатывает дозу впрыска. Скорость впрыска задается механически рычагом 11 редуктора 4. Цилиндр пластикатора 6 жестко соединен с нижней частью пластины 12, последняя дистанционно (5-10 мм) и жестко сверху соединена в двух местах с пластиной 13, которая снизу жестко соединена с каркасом станины 1. Пластина 13 имеет внутри проход для цилиндра пластикатора 6 так, чтобы между последним и пластиной 13 был воздушный зазор примерно 10 мм. Вся эта сборка элементов (6, 12, 13) образует жесткую конструкцию в поперечном направлении (типа гармошки) и податливую в осевом - для компенсации температурных подвижек цилиндра пластикатора 6. В то же время эта конструкция обеспечивает минимальные теплопотери в данной зоне. Силовой узел 15 пластикатора 6 крепится к вертикальной плите 14 станины 1. Конструкция зоны загрузки 16, воронки 17, силового узла 15 выполнены по традиционной схеме экструдера. Червяк пластикатора разработан для данного устройства с уменьшенным шагом зоны дозирования равным 0,5 D. В передней части пластикатора к станине 1 крепится жестко каркас 18 для установки пресс-формы 33 и стола 43 сборки - разборки последней. К вертикальным стойкам каркаса 18 жестко крепятся штанги 19 симметрично относительно продольной оси пластикатора бив том же направлении. С другого конца штанги 19 жестко соединены с пластиной 20. Опираясь на пластину 20 через пружины 28 (на каждой штанге 19) установлен узел прижима 21 опирающийся на ограничитель 29. Узел прижима 21 включает в себя рычаг 22 с эксцентриком внутри узла прижима, П-образную скобу 23, с которой соединен толкатель 24. Скоба 23 свободно перемещается внутри узла 21 в продольном направлении и ограничена от перемещений в поперечном направлении. Толкатель 24 проходит через центрирующую втулку планки 25. Планка 25 неподвижно установлена на штангах 19 и подпирает коромысло 30 (т.е. под действием пружины 51, коромысло упирается в планку 25). На толкателе 24 установлена возвратная пружина 26 и ее упор 27 (с другого конца пружина упирается в планку 25). На одной из штанг 19 установлено подвижное коромысло 30 подпружиненное пружиной 51, которое может вращаться вокруг своей оси и проскальзывать вдоль нее. На коромысле 30 при помощи разрезного хомута 32 установлена пресс-форма 33 с подпружиненными выталкивателями 34 симметричными относительно литникового сопла 35 в одной с ним плоскости. На выталкиватели 34 при помощи эксцентрика 36 с рычагом привода воздействуют толкатели 39, помогая извлечь изделие из открытой пресс-формы 33. Толкатели 39 установлены с возможностью качаться в вертикальной плоскости на осях 38, с пружинами 31. Стойка выталкивателя 37 жестко соединена со столом 43 с возможностью регулировки положения
относительно выталкивателей 34. Соосность литникового сопла 35 пресс-формы и сопла пластикатора-инжектора достигается винтом 40 (в вертикальной плоскости) разрезным хомутом 32 в продольном направлении и овальными вырезами пластины 56 в поперечном направлении. Перевод пресс-формы 33 из положения сборки в положение впрыска и назад выполняется при помощи ручки 41, которая опирается в упор 42 на столе 43. Напротив пресс-формы 33 на стенке стола установлено два вентилятора 44 для охлаждения оправки пресс-формы, а также вставок в нее, лежащих на поверхности стола при сборке - разборке. Коромысло 30 состоит из двух одинаковых гнезд 45 для подшипников 49 без внутренней обоймы. Гнезда 45 соединены с дистанционной трубкой 46 неразъемно. Сквозь коромысло пропущена трубка 47, используемая в качестве внутренних обойм подшипников 49, по которой скользят и вокруг которой вращаются шарики 50. Сама трубка 47 неподвижно установлена на одной из штанг 19 каркаса 18. Коромысло спереди и сзади закрыто шайбами 48, неподвижно установленными в гильзах 45. Коромысло подпружинено возвратной пружиной 51. Для замыкания пресс-формы используются два болта 52, расположенных симметрично относительно литникового сопла 35 во втулках 54 жестко соединенных с пластинами 55 и 56, которые в свою очередь жестко соединены с оправкой пресс-формы 33. Болты 52 фиксируются от проворачивания болтами 53. Пресс-форма замыкается рычагами с резьбой 57 и 59. Силовое усилие при заполнении пресс-формы пластиком воспринимает планка 60. Для плавности запирания рычага 57 служит шайба 58. Пресс-форма закрывается вставкой 61 с ручками для вынимания 62.
Работа термопласт-аппарата заключается в циклическом повторении следующих операций. Исходное положение: пресс-форма собрана и находится на упоре 42 стола 43. Рычаг с эксцентриком 22 расположен продольно относительно оси станка. При этом толкатель 24 находится в отведенном положении под воздействием пружины 26. Электродвигатель 2 выключен. В ПБУ 9 введены параметры работы станка: доза впрыска (количество синхроимпульсов), процент торможения двигателя, время охлаждения изделия под давлением. Пластикатор разогрет до рабочей температуры. Выдержано время гарантированного прогрева аппарата после разогрева пластикатора (около 15 минут). После этого вырабатывается сигнал готовности ПБУ 9. Для заполнения пресс-формы 33 пластиком, последняя в собранном виде переводится в положение впрыска. При этом литниковое сопло 35 располагается напротив сопла 64 пластикатора 6. Рычаг 22 с эксцентриком поворачивается в направлении датчика 63. ПБУ 9 анализирует состояние этого датчика, и запускает двигатель 2, когда рычаг 22 будет над датчиком 63. При этом толкатель 24 уже подведет пресс-форму 33 к соплу 64 пластикатора при помощи эксцентрика рычага 22. ПБУ 9 отсчитывает заданное число синхрометок 65, и переходит на анализ замедления вращения червяка. Как только время прохождения очередной синхрометки возрастет на заданную величину относительно момента начала анализа, двигатель 2 будет отключен блоком 3. После останова двигателя 2 отрабатывается заданное время на охлаждение изделия в пресс-форме, после чего подается звуковой сигнал. Рычагом 22 отводится пресс-форма 33 от сопла 64 (за счет действия возвратной пружины 51 коромысла 30). Модуль пресс-формы за ручку 41 переводится в положение разборки на упор 42. Раскрываются рычаги 57, 59. Отводится упор 60 в вертикальное положение (самостоятельно под действием силы тяжести). За рычаги 62 вынимается вставка 61 пресс-формы. Вращая с возвратом рычаг с эксцентриком 36, приводится в
действие механизм выталкивания - элементы 39,34. Готовое изделие вынимается из пресс-формы 33.
Пресс-форма собирается так: устанавливается вставка 61 в оправку 33, поднимается упор 60 в горизонтальное положение, закрываются рычаги 57, 59 как показано на фиг.5. Термопласт-аппарат готов к следующему циклу работы.
На основании приведенного описания и схем малогабаритного термопласт-аппарата для изготовления изделий из пластмасс был изготовлен действующий образец со следующими техническими характеристиками:
Питание - однофазная сеть 220 Вольт
Габаритные размеры: длина 1,52 м; ширина 0,57 м; высота 1,27 м
Вес около 180 кГ
Использован двигатель постоянного тока - 40 Вольт мощностью 3 кВт с силовым понижающим трансформатором и мощным выпрямительным мостом.
Использован червяк длиной 15 D и диаметром 26 мм.
Пластикатор имеет 4 зоны нагрева по 600 Вт.
Применена КПП автомобиля ВАЗ 2101.
Производительность - до 120 отливок в час с одной матрицей.
Скорость впрыска до 3,5 куб. см./сек. позволяет изготавливать изделия объемом 25-40 куб./см.
Давление до 60 МПа.
Среднечасовая потребляемая станком мощность в режиме литья составляет 0,8-1,0 кВт.
Действующий образец находится в работе 2 года 9 месяцев.
Изготавливались изделия из полиэтилена, полипропилена.