Способ управления совместной экструзией пластмасс при помощи дроссельного клапана с целью их формования и устройство для осуществления этого способа

Способ управления совместной экструзией пластмасс при помощи дроссельного клапана с целью их формования и устройство для осуществления этого способа

Реферат

 

Изобретение относится к совместной экструзии двух или более потоков пластмасс или их аналогов с целью введения их в установку для формования. Способ включает объединение потоков пластмасс по меньшей мере с одним средним потоком, который предназначен для сердцевины получаемого формованного пластмассового изделия. Сердцевина находится внутри внутренних и внешних потоков пластмассы, предназначенных служить покровными пластмассовыми слоями. Затем осуществляют ограничение протекания объединенных струй по концентрическим кольцевым путям протекания внутри и вдоль вытянутого в продольном направлении канала потока по направлению к зоне литника формы. При этом кольцевой сердцевинный поток заключен во внутренние и внешние кольцевые слои потоков покровной пластмассы. Затем производят разветвление в зоне литника концентрических кольцевых потоков в противоположных поперечных направлениях для инжекции в соответствующие противоположные поперечные секции полости. Устройство для осуществления способа содержит источники потоков текущей пластмассы, средства объединения потоков с по меньшей мере одним средним потоком, пустотелый вытянутый в продольном направлении канал потока, соединенный со средствами объединения, для приема внешних и внутренних потоков, средства ограничения потока. Средства ограничения расположены вдоль и внутри канала потока, чтобы вынуждать объединенные потоки течь по концентрическим кольцевым путям внутри канала потока трубчатого экструдера в зону литника формы. Устройство содержит также средства для разветвления концентричных кольцевых потоков в противоположных поперечных направлениях для инжекции их в соответствующие противоположные поперечные зоны полости. Средства для разветвления расположены в зоне литника. Изобретение обеспечивает получение однородного литого изделия, расширение диапазона используемых материалов и температур проведения процесса. 2 с. и 27 з.п. ф-лы, 34 ил.

Изобретение относится к совместной экструзии двух или более потоков пластмассовых материалов или их аналогов, например, с целью введения их в установку для формования или подобную ей; данное изобретение, в частности, направлено на решение проблем, связанных с улучшением управления процессом совместной экструзии, с обеспечением более однородного формования экструдируемых материалов, с расширением диапазона используемых материалов, температур проведения процесса экструдирования и прочих условий.

С особой ссылкой на инжекционные системы одновременного впрыска по меньшей мере двух материалов данное изобретение касается усовершенствования способа и установки для объединения различных потоков материалов, причем в этом случае для обеспечения однородности получающегося литого изделия профиль скоростей объединенной струи, образующейся в системе подачи расплава, аналогичен профилю скоростей объединенной струи в инжекционном гнезде литейной формы.

Самая общая проблема в области инжекционного формования с одновременным впрыском заключается в необходимости сохранения однородности передней кромки сердцевинного (среднего) слоя по отношению к его толщине по мере поступления последующих порций сердцевинного (среднего) слоя в полость литейной формы. В случае скошенности передней кромки часть формованного изделия, находящаяся в области наибольшего проникновения внутреннего слоя, будет неоднородна по своим свойствам.

Обычно передняя кромка сердцевинного (среднего) слоя скашивается по мере протекания через центральный цилиндрический канал известных в данной области техники наконечников для одновременного впрыска, расположенный в указанном наконечнике ниже области объединения, и по мере протекания внутреннего слоя через цилиндрический литник литейной формы. Типичные такие наконечники описаны, например, в патентах США 4895504 и 4892690.

Степень скошенности зависит от профиля скоростей комбинированного потока, который является причиной возникновения градиента скорости между радиально самой внутренней и самой периферийной зонами переднего края. Степень скошенности также зависит от общего осевого отрезка цилиндрического потока между областью объединения и концом цилиндрического литника литейной формы.

Чтобы свести к минимуму скошенность передней кромки, в конструкции известных наконечников предусмотрен короткий осевой отрезок потока между областью объединения и концом цилиндрического литника литейной формы. Обычно указанный осевой отрезок потока составляет приблизительно от 5 мм до 25 мм, а получающаяся в результате длина скошенности передней кромки превышает 1,8 мм в случае более короткого осевого отрезка потока и 9 мм в случае более длинного осевого отрезка потока. Такой короткий осевой отрезок потока требует, чтобы средства объединения являлись частью конструкции наконечника.

Другой проблемой в рассматриваемой области техники является то, что величина внешнего диаметра наконечника совместного впрыска материалов, расположенного рядом с литником, больше, чем диаметры наконечников, применяемых для инжекционного формования отдельных материалов. Это увеличение в размере требует отверстия большого размера в форме, что создает сложности при обеспечении необходимого охлаждения гнезда формы вокруг литника. В некоторых известных в данной области техники решениях используют комбинированные средства, имеющие участок в форме конуса или усеченного конуса, для уменьшения внешнего диаметра возле литника, но даже в этом случае диаметр наконечника возле литника может вдвое превышать размер наконечника, используемого для одного материала.

Задачей настоящего изобретения является создание нового, усовершенствованного способа и установки для осуществления совместной экструзии, которые лишены указанных выше и иных недостатков, присущих известным техническим решениям в данной области техники, и которые благодаря совершенно иной конструкции наконечника в экструдере, управляемом с помощью дросселя, значительно усовершенствованы, работают более гибко и равномерно.

Задачей настоящего изобретения также является создание новой экструзионной установки, в которой создается комбинированный поток, профиль скоростей которого внутри области смешивания экструдируемых материалов и ниже ее по течению имеет по существу нулевой градиент скорости в сечении передней кромки сердцевинного (среднего) слоя, причем такой профиль скоростей позволяет избежать скошенности передней кромки сердцевинного (среднего) слоя во время прохождения потока от области объединения до конца литника гнезда формы, что являлось характерным для ранее известных в данной отрасли техники наконечников.

Задачей настоящего изобретения также является создание новой установки, в которой средства объединения настолько удалены от выпускной области наконечника, что не возникает никаких помех для конструкции литейной формы и ее охлаждения.

Задачей также является получение новых результатов вследствие радикального изменения конструкции ранее известных в данной области техники цилиндрических наконечников и переход на конструкцию экструдера с дроссельными или ограничительными иглами, прутами или стержнями, стимулирующими кольцевую экструзию и в случае внутреннего сердцевинного формования создающими концентрические внешние и внутренние кольцевые экструзионные потоки, где кольцевой поток, формирующий сердцевину, окружен кольцевыми, одновременно экструдируемыми внешними и внутренними движущимися слоями.

Задачей также является создание такого нового экструдера, в котором остающийся след от литника на отформованной части столь же мал, как и след, оставляемый на изделии в системах для формования одного материала.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание нового способа совместной экструзии и установки для его осуществления, в которых профиль скоростей объединенного потока пластмассы ниже области объединения практически тот же, что и профиль скоростей объединенного потока в полости формы, что и позволяет улучшить свойства изделия и время осуществления цикла.

Задача будут также объяснена далее и более детально сформулирована в прилагаемой формуле изобретения.

Указанная задача решается тем, что предложен способ совместного экструдирования нескольких пластмасс с целью их инжекции через зону литника (G) в полость (M) формы для производства литых изделий, включающий объединение потоков (C₁, C₂) таких текущих пластмасс по меньшей мере с одним средним потоком (IA), который предназначен для сердцевины получаемого формованного пластмассового изделия, находящейся внутри внутренних (IL) и внешних потоков (OL) пластмассы, предназначенных служить покровными пластмассовыми слоями; ограничение протекания объединенных струй по концентрическим кольцевым путям протекания внутри и вдоль вытянутого в продольном направлении канала потока (E, E') по направлению к зоне (G, G') литника формы, при этом кольцевой сердцевинный поток заключен во внутренние и внешние кольцевые слои (IL, OL) потоков покровной пластмассы; разветвление в зоне (G, G') литника концентрических кольцевых потоков в противоположных поперечных направлениях для инжекции в соответствующие противоположные поперечные секции полости (M).

Ограничение можно осуществлять путем установки дроссельной иглы (T, T') по центру внутри и вдоль канала потока (E, E') в направлении к периферическому концевому отверстию в зоне (G, G') литника.

Дроссельную иглу (T, T') можно жестко фиксировать или же устанавливать с возможностью перемещения в продольном направлении, что позволяет изменять положения периферического конца иглы и выходного отверстия экструдера в зоне (G, G') литника.

Поток может быть отрегулирован так, чтобы кольцевой средний сердцевинный слой (IA) протекал по пути по существу с нулевым градиентом на профиле (VP---VP₄) скоростей потока в поперечном сечении канала потока (E, E').

Поток через зону (G, G') литника формы и внутри полости (M) можно регулировать так, чтобы поддерживать протекание среднего сердцевинного слоя (IA) по существу при нулевом градиенте на соответствующем поперечном сечении профиля (VP---VP₄) скоростей потока.

Температуры текущих сердцевинного (IA), внешнего и внутреннего (OL, IL) потоков пластмассы можно регулировать так, чтобы они имели в пределах полости (M) по существу одинаковые значения или различные значения.

Температуру сердцевинного потока пластмассы можно регулировать так, чтобы она имела более низкое значение, чем температура (температуры) внешнего и внутреннего потока пластмассы.

Объединение потоков (C₁, C₂) можно осуществлять путем их протекания по последовательным каналам между параллельными плоскостями.

Дроссельная игла (T, T') может сужаться к периферийному концу (T'').

Поток может быть отрегулирован так, чтобы обеспечивать большую или меньшую струю внутреннего потока (IL) по сравнению с внешним потоком (OL).

Кольцевые потоки в канале потока (E, E') могут быть заключены между концентрическими цилиндрическими оболочками.

Указанная задача решается также тем, что предложено устройство для совместного экструдирования нескольких пластмасс с целью их инжекции через зону (G, G') литника в полость (M) формы для получения формованного изделия, включающее источники (S₁, S₂) потоков текущей пластмассы; средства объединения потоков (C₁, C₂) таких текущих пластмасс по меньшей мере с одним средним потоком (IA), который должен служить внутренней сердцевиной получаемого формованного пластмассового изделия, для которого внутренние и внешние потоки (IL, OL) пластмассы должны служить покровными пластмассовыми слоями; пустотелый, вытянутый в продольном направлении канал потока (E, E'), соединенный со средствами объединения, для приема этих внешних и внутренних потоков (OL, IL); средства ограничения потока (T, T'), расположенные вдоль и внутри канала потока (E, E'), чтобы вынуждать эти объединенные потоки (C₁, C₂) течь по концентрическим кольцевым путям внутри и вдоль вытянутого в продольном направлении канала потока (E, E') трубчатого экструдера в зону (G, G') литника формы, причем кольцевой сердцевиннный поток (IA) окружен внутренними и внешними кольцевыми потоками (IL, OL) покровных слоев пластмассы; средства, расположенные в зоне литника, для разветвления указанных концентрических кольцевых потоков (IL, OL) в противоположных поперечных направлениях для инжекции их в соответствующие противоположные поперечные зоны полости (M).

Ограничитель потока может включать вытянутую в продольном направлении дроссельную иглу (T, T'), расположенную внутри канала потока (E, E') по центру вдоль по направлению к периферийному концевому отверстию в зоне (G, G') литника.

Дроссельная игла (T, T') может быть установлена в фиксированном положении или же с возможностью перемещения в продольном направлении для изменения положений периферийного конца иглы и выходного отверстия экструдера в зону (G, G') литника.

Устройство может иметь средства регулирования потока таким образом, чтобы кольцевой средний сердцевинный слой протекал по пути по существу с нулевым градиентом на соответствующем профиле скоростей потока в сечении канала потока (E, E').

Поток через зону (G, G') литника и внутри полости (M) может быть отрегулирован так, чтобы поддерживать протекание внутреннего центрального слоя (IA) по пути по существу с нулевым градиентом на соответствующем поперечном сечении профиля (VP---VP₄) скоростей потока.

Устройство может иметь средства регулирования температур текущих сердцевинного (IA), внешнего и внутреннего потоков пластмассы, установленных так, чтобы температура имела по существу одинаковое значение в пределах полости (M).

Температуры текущих сердцевинного, внешнего и внутреннего потоков пластмассы могут быть отрегулированы так, чтобы они имели различные значения в пределах полости.

Температура пластмассы в сердцевинном потоке может быть отрегулирована так, чтобы ее значение было ниже, чем температура (температуры) пластмассы во внешнем и внутреннем слоях.

Объединение потоков можно осуществлять путем их протекания по последовательным каналам между параллельными плоскостями.

Дроссельная игла (T, T') может быть сужена к периферийному концу (T'').

Поток можно регулировать так, чтобы обеспечивать больший или меньший внутренний поток (IL) по сравнению с внешним потоком (OL).

Кольцевые потоки внутри канала потока (E, E') могут быть заключены между концентрическими цилиндрическими оболочками.

Сердцевинный слой может не протекать по пути с нулевым градиентом скоростей через зону (G, G') литника и непосредственно перед ней.

Дроссельная игла (T, T') может заканчиваться непосредственно перед стороной зоны (G, G') литника, обращенной к полости формы.

Устройство может иметь средства (R) регулирования потока, чтобы обеспечить протекание передней кромки сердцевинного слоя вдоль нулевого градиента скоростей перед тем или после того, как передняя кромка другого слоя сместилась из области нулевого градиента.

Предпочтительные и наилучшие варианты выполнения и конструкции установки для осуществления нового способа, отвечающего данному изобретению, более подробно описаны ниже.

Далее изобретение будет описано со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 показано поперечное сечение всей системы, включая источник материалов, систему распределения и объединения материалов, и полость формы.

На фиг. 2 представлено поперечное сечение потока на участке от зоны объединения материалов до полости формы, где показано, что сердцевинный (средний) слой течет вдоль профиля скоростей, характеризующегося нулевым градиентом, в соответствии со способом и установкой, отвечающими данному изобретению.

На фиг. 3 представлено поперечное сечение канала кольцевого потока, соответствующего данной установке, а также показано протекание сердцевинного (среднего) слоя вдоль профиля скоростей с нулевым градиентом.

На фиг. 4 представлено поперечное сечение канала кольцевого потока, как и на фиг. 3, но в случае отклонений распределения внешнего и внутреннего кольцевых текущих слоев, что вызывает смещение сердцевинного (среднего) слоя от середины кольцевых диаметров.

На фиг. 5 представлено поперечное сечение цилиндрического потока в известном техническом решении, иллюстрирующее в отличие от предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 3 и 4, сердцевинный (средний) слой в области высокого градиента скоростей.

Фиг. 6 подобна фиг. 5, но показывает цилиндрический поток в случае известного технического решения при отклонении распределения внешних и внутренних слоев.

На фиг. 7 представлено сечение, демонстрирующее профиль скоростей сердцевинного (среднего) слоя в кольцевом потоке в зоне наконечника, в области литника и в полости формы.

Фиг. 8 аналогична фиг. 7, но иллюстрирует воздействие отклонения в распределении внутренних и внешних слоев потока на относительное положение передней кромки сердцевинного (среднего) слоя в полости формы.

Фиг. 9 и 10 подобны фиг. 7 и 8 соответственно, но иллюстрируют ранее известный в данной отрасли техники цилиндрический поток в наконечнике и полости.

На фиг. 11 представлено поперечное сечение формованного изделия, выполненного в соответствии с данным изобретением, на изделии видна скошенность передней кромки, вызванная длиной кольцевого потока в литнике от зоны объединения до стороны, выходящей в полость, в соответствии с фиг. 8, равной 75 мм, и при отклонении распределения внешних и внутренних слоев, равном 10%.

На фиг. 12 представлен вид, аналогичный фиг. 11, но для формованного изделия, выполненного по известному техническому решению для случая цилиндрического наконечника, приведенного на фиг. 10, показывающее степень скошенности передней кромки, которое вызвано 10% отклонением распределения внутреннего и внешнего цилиндрического потока.

На фиг. 13 представлено поперечное сечение усовершенствованного экструдера, сконструированного в соответствии с данным изобретением, и в котором поток от питателя проходит через средства объединения, представляющие собой плоский диск, снабженный устройствами в виде жестко установленного дроссельного клапана, через наконечник кольцевого потока и через литник в полость формы.

На фиг. 14 представлено поперечное сечение последующей модификации установки, в которой имеются осевые средства объединения, с жестко установленным устройством в виде дроссельного клапана, представляющим собой часть самого наконечника.

На фиг. 15 более подробно представлено поперечное сечение осевых средств объединения с жестко установленным устройством в виде дроссельного клапана, приведенным на фиг. 14, причем указанное средство объединения состоит из трех концентрических осевых цилиндров, расположенных вокруг жестко установленного по центру устройства в виде дроссельного клапана, которое проходит через зону объединения, отдельный наконечник и через литник в форму.

На фиг. 16 приведен вид, подобный изображенному на фиг. 13, но иллюстрирующий подвижный дроссельный клапан.

На фиг. 17 показано увеличенное поперечное сечение средств объединения и подвижного дроссельного клапана, показанных на фиг. 16.

Фиг. 18 и 19 являются кольцевыми по отношению к фиг. 17 и демонстрируют клапан в центральном положении, а положения дросселя для случаев пониженной и повышенной скоростей потока внутреннего слоя соответственно.

На фиг. 20 в увеличенном виде представлены относительные расположения конца наконечника и литника формы, в то время как дроссельный клапан поддерживает поступление необходимого кольцевого потока в полость формы.

Фиг. 21 аналогична фиг. 20, но на ней изображен конический клапан, соответствующий коническому литнику, что позволяет получить уменьшенный след от литника на отформованном изделии.

Фиг. 22 также подобна фиг. 20, но в этом случае дроссельный клапан заканчивается непосредственно перед литником, что позволяет осуществлять формование пластмасс, требующее открытого литника.

Фиг. 23 также аналогична фиг. 20 и 22, но в этом случае дроссельный клапан выполняет функцию задвижки и показан в открытом состоянии, в то время как на фиг. 24 он показан в закрытом состоянии.

На фиг. 25 показано поперечное сечение конечной части наконечника, отвечающего настоящему изобретению, показан литник и частично наполненная полость формы; видны внешние слои и сердцевинный (средний) слой, находящиеся при одинаковой температуре, в то время как на фиг. 26 температура впрыскиваемых внешних слоев существенно выше температуры сердцевинного (среднего) слоя.

Фиг. 27, a - d иллюстрирует последовательность заполнения формы сердцевинным (средним) слоем, равномерно распределяемым по всему формуемому изделию.

Фиг. 28, a - d аналогична фиг. 27,a - d, но демонстрирует последовательность заполнения формы сердцевинным (средним) слоем в случае, когда максимальное количество сердцевины впрыскивают в изделие с помощью применения жестко установленного дроссельного клапана.

Фиг. 29,a - d также аналогична фиг. 27 и 28, но иллюстрирует последовательность заполнения формы сердцевинным (средним) слоем, когда максимальное количество сердцевины впрыскивают в изделие с помощью средств объединения, сконструированных так, чтобы создавать более высокую скорость потока внешнего слоя по сравнению с внутренним кольцевым слоем для получения более толстого внешнего слоя формуемого изделия со стороны литника.

На фиг. 30 представлена противоположная картина.

На фиг. 31 показано поперечное сечение зоны литника и полости формы, где иллюстрируется последовательность заполнения формы при использовании подвижного дроссельного клапана, при этом на фиг. 31,b показано возрастание кольцевого потока внутреннего слоя относительно кольцевого внешнего слоя и, следовательно, вследствие этого впрыскивание большего количества материала сердцевинного (среднего) слоя в сторону формуемого изделия, ближайшую к литнику.

На фиг. 32 показано поперечное сечение области литника и полости формы, где показана последовательность заполнения формы при таком движении дроссельного клапана, которое снижает кольцевой поток внутреннего слоя относительно внешнего кольцевого слоя (т.е. ситуация, противоположная той, которая показана на фиг. 31) при потоке, показанном на фиг. 32,b, и таким образом впрыскивают большее количество материала сердцевинного (среднего) слоя в сторону формуемого изделия, более удаленную от литника.

На фиг. 33 представлен график зависимости скорости/средней скорости от доли потока в кольцевом канале и полости формы.

На фиг. 34 представлен для сравнения с результатами, приведенными на фиг. 33, график зависимости скорости/средней скорости от доли потока в известном цилиндрическом канале.

Со ссылкой на фиг. 1 и описание изобретения в части применения его к системам для формования пластмасс с одновременным впрыскиванием (например, ПЭТ, EVOH, поликарбонаты и т.п.) по меньшей мере двух материалов в полость формы указанная система включает соответствующие источники каждого материала S₁ и S₂, средства, например коллектор D, для подачи каждого потока материала к средствам объединения C, расположенным перед каждым литником формы, и новые средства E управления наконечником экструдера, представляющие собой дроссельный клапан и предназначенные для подачи объединенного потока через литник внутрь формы M. Источники каждого материала S₁ и S₂ показаны в виде возвратно-поступательных винтовых инжекционных узлов; средства подачи потоков материалов представляют собой блок коллекторов, имеющий для каждого материала соответствующие отдельные каналы потоков C₁ и C₂, устроенные таким образом, что потоки сбалансированы и равны друг другу; средство объединения потоков C расположено над дроссельным наконечником E, содержащим внутреннюю дроссельную иглу T такой же длины, который подает объединенный поток материалов к области каждого литника G литейной формы M. Для описанных здесь вариантов выполнения изобретения на фиг. 2 показано, что потоки, образующие каждый слой L формуемого изделия, объединяют в кольцевом канале A средств объединения C таким образом, что передняя кромка сердцевинного (среднего) слоя I расположена в зоне объединенного потока, характеризуемой нулевым градиентом скоростей, что далее будет объяснено более подробно. Средства E, представляющие собой вытянутую в продольном направлении насадку экструдера, имеющую под средствами объединения материалов C центральную продольную дроссельную иглу или ограничитель потока T, обеспечивают непрерывную подачу кольцевого потока материалов, поступающего из средств объединения.

В варианте изобретения, представленном на фиг. 2, трехслойный объединенный поток формируется двумя материалами L и I, каждый из которых имеет свой собственный источник; первый материал L, образующий внешние или покровные слои OL₁ и IL₁ формуемого изделия, образует внутренний и внешний слои OL и IL кольцевого потока объединенной струи A, причем указанный поток формируется благодаря наличию центрального дросселя T; второй материал I, образующий сердцевинный (средний) слой I₁ формуемого изделия, образует средний или внутренний кольцевой слой IA кольцевого потока объединенной струи материалов A. Первый материал L поступает через свой собственный канал к средствам объединения C, где поток этого материала разделяется на два потока, один из которых образует вышеупомянутый внутренний кольцевой слой IL потока объединенной кольцевой струи, а второй образует вышеупомянутый внешний кольцевой слой OL. Второй материал I поступает через свой собственный канал к средствам объединения C, предназначенным для формирования из него среднего или промежуточного кольцевого слоя IA концентрического кольцевого потока объединенной струи, как это также показано на схеме фиг. 3 поперечного сечения канала кольцевого потока. Предпочтительно, как показано, чтобы дроссельная игла или центральный ограничитель имели меньший диаметр T' на открытом конце наконечника, удаленном от экструдера и находящемся в инжекционной зоне литника формы. Таким образом, устройство наконечника предусматривает внутреннее отверстие, которое окружает дроссельный игольчатый клапан и тем самым образует кольцевой канал для подачи объединенной струи материалов к литнику, причем вышеуказанный профиль скоростей не изменяется. При размещении сердцевинного (среднего) слоя материала таким образом, чтобы он находился в зоне нулевого градиента скоростей VP₁, передняя кромка сердцевинного (среднего) слоя не скашивается, несмотря на наличие определенного осевого участка потока между средствами объединения и литником формы. Осевая длина наконечника в отличие от известных в данной отрасли техники, таким образом, может составлять любую величину, требуемую для обеспечения хорошего охлаждения формы. Внешний диаметр такого наконечника обычно не превышает диаметра наконечника, применяемого при формовании изделия из одного материала, что, следовательно, не требует внесения изменений в конструкцию формы и в процесс ее охлаждения. Более того, данный вариант изобретения также облегчает переоборудование формы, предназначенной для формования одного единственного материала, для ее применения в процессе совместной инжекции. В области литника G, примыкающей непосредственно к удаленному концу ограничителя или дроссельной иглы, стержня или элемента T', кольцевые потоки разделяются в горизонтальном направлении, и поток впрыскивается в противоположные направления соответствующих открытых секций полости формы, как показано стрелками на фиг. 2.

В данном варианте изобретения и вариантах, описываемых далее, где материал, формирующий сердцевинный (средний) слой формуемого изделия, располагают таким образом, чтобы он являлся средним слоем объединенного потока материалов, изделие можно легко отливать в том случае, если температура плавления материала сердцевинного (среднего) слоя ниже температуры плавления материала внешних слоев формуемого изделия. В случае формования из одного слоя, с другой стороны, температура материала, поступающего из источника, должна быть достаточно высокой, чтобы 1) понизить его вязкость и облегчить течение материала между стенками инжекционной камеры и чтобы 2) получить литое изделие с хорошим внешним видом наружных поверхностей. Так как материал в случае формования однослойного изделия подают из единственного источника материала, то температура внутреннего слоя этого материала является той температурой, которая необходима для обеспечения легкого течения материала и хорошего внешнего вида изделия, а время охлаждения, требующееся для охлаждения внутренней части формуемого изделия, зависит от температуры плавления материала, обеспечиваемой в источнике. При использовании данного изобретения, однако, температура сердцевинного (среднего) слоя может значительно отличаться от температуры материала внешнего слоя, что приводит к некоторым неожиданным усовершенствованиям по сравнению с однослойным формованием. Несмотря на то, что некоторые известные в данной отрасли техники системы также обеспечивают этот эффект, данное изобретение в части способа и устройства для его реализации особенно упрощает использование этого эффекта и повышает его эффективность.

Преимущества, которые обеспечиваются за счет того, что температура внешних слоев поддерживается нормальной или немногим выше нормальной, а температура сердцевинного (среднего) слоя соответственно более низкой, включают: 1) давление заполнения полости формы будет ниже, так как вязкость внешнего слоя будет ниже нормальной; 2) внешний вид поверхности изделия будет лучше, так как температура плавления внешнего слоя выше; 3) время охлаждения, а следовательно, и время цикла, будет меньше, если относительное увеличение температуры плавления внешнего слоя ниже, чем соответствующее уменьшение температуры плавления сердцевинного (среднего) слоя, таким образом общее количество тепла объединенного расплава меньше, чем обычное для случая формования из одного материала; 4) повышенная вязкость расплава материала сердцевинного (среднего) слоя приведет к повышению объема этого сердцевинного (среднего) слоя по сравнению с пониженным объемом внешнего слоя в том случае, если это является желательным свойством формуемого изделия; 5) можно использовать материал сердцевинного (среднего) слоя с более высоким коэффициентом термического расширения по сравнению с материалами внешних слоев без возникновения чрезмерных внутренних напряжений в формованном изделии, и т.д.

Другие преимущества можно получить за счет варьирования относительных температур расплава материалов сердцевинного (среднего) слоя и внешних слоев. Одной из причин этого является управление относительной усадкой слоев в том случае, если материалы сердцевинного (среднего) слоя и внешних слоев имеют различные коэффициенты термического расширения. Другая причина заключается в том, чтобы получать изделия с меньшими внутренними напряжениями, используя различие в температуре для снижения разницы относительной усадки сердцевинного (среднего) слоя и внешних слоев, не воздействуя при этом на внешний вид поверхности формуемых изделий.

Возвращаясь к распределению потока, показанному на фиг. 2 и 3, конструкция экструдера, отвечающая настоящему изобретению, может быть приспособлена для распределенных с отклонениями или асимметричных внешних и внутренних слоев кольцевого потока, как показано на фиг. 4, может способствовать смещению кольцевого потока сердцевинного (среднего) слоя IA по отношению к середине кольцевых диаметров, ограниченных внутренними и внешними слоями IL и OL. Из профиля скоростей VP₁, приведенного на фиг. 4, очевидно, что сердцевина, хотя и смещенная, тем не менее близка к области нулевого градиента скоростей и по-прежнему обеспечивает получение более хороших результатов. Это происходит в противоположность случаю цилиндрических потоков, получаемых для известных в технике наконечников E', показанных на фиг. 5 и 6, для симметричных и асимметричных условий и в том случае, когда сердцевинный слой находится в областях с высоким градиентом скоростей в профилях VP''₁ и VP'''₁ при соответствующих ранее обсуждавшихся ограничениях и недостатках.

В дроссельном или ограниченном по центру экструдере совместного впрыска, приведенном на фиг. 7, экструдер E показан присоединенным к кольцевому литнику G' и полости формы, также показаны все профили скоростей кольцевого сердцевинного слоя IA в кольцевой области экструдера (VP₂) и в зоне кольцевого потока в литнике (VP₂) и в полости (VP₃), все это демонстрирует сохранение нулевого градиента в потоке, а также процесс инжекции в полость формы, отвечающие данному изобретению. Эти преимущества существенным образом реализуются в случае недостаточного выравнивания или отклонений распределения внешнего и внутреннего слоев потока. На фиг. 8 показан эффект отклонений распределения внешнего и внутреннего слоев потока на относительное положение l передней кромки сердцевинного (среднего) слоя в полости литейной формы.

На фиг. 9 и 10 представлены известные в данной отрасли техники цилиндрические наконечники, соответствующие вариантам предложенного в изобретении экструдера, показанным на фиг. 7 и 8 соответственно, и данные чертежи иллюстрируют нежелательно высокий градиент скоростей в потоке сердцевинного (среднего) слоя в области наконечника E' (VP'₂) и литника (VP'₁) и нулевой градиент в профиле скоростей, достигаемый лишь в полости формы (VP'₄).

На фиг. 10 показано развитие скошенности передней кромки сердцевины, вызванное возникновением различия в скоростях в сечении распределенной с отклонением передней кромки сердцевины по мере ее протекания через экструдер E'. Если скорость течения передней кромки струи IA'1 выше, чем скорость течения струи IA'3, скос l получается ко времени вхождения сердцевины в полость формы через литник G'. Даже в том случае, если сердцевинный слой I₁ остается сдвинутым по отношению к центральной линии потока в полости, различие в скоростях в поперечном сечении скошенной передней кромки в полости формы остается незначительным, и, следовательно, возрастание величины l в пределах полости формы является малым по сравнению с величиной l, получающейся в случае известного экструдера E'.

Далее для доказательства значительного преимущества данного способа формования и отклонений, получаемых при использовании конструкции с кольцевым потоком, отвечающей данному изобретению, по сравнению с известными в технике цилиндрическими наконечниками на фиг. 11 показана минимально допустимая скошенность передней кромки, полученной в случае формованного изделия при 10% отклонении распределения внутреннего и внешнего потоков для кольцевого потока, отвечающего настоящему изобретению (фиг. 8), при длине кольцевого потока, равной 75 мм, считая от области объединения C до стороны литника G, примыкающей к полости формы; при этом на фиг. 12 показана значительно большая скошенность передней кромки формованного изделия, чем это допустимо при использовании известных наконечников с цилиндрическим потоком, при том же самом 10% отклонении распределения и при такой же длине цилиндрического потока, составляющей 75 мм, считая от области объединения до стороны литника, примыкающей к полости формы (фиг. 10).

Для получения минимально допустимой (6 х 6 мм) скошенности передней кромки, как показано на фиг. 11, при использовании известного технического решения длина объединенного потока в центральном канале, считая от зоны объединения до поверхности формованного изделия, не должна превышать примерно 11 мм, если отклонение распределения внутреннего и внешнего потока такое, как показано на фиг. 6 и 34. Для обеспечения минимальной степени охлаждения формы в области литника короткая длина центрального канала, соответ