DE1479323A1

DE1479323A1 - Verfahren zur Herstellung von rohrfoermigen Gegenstaenden aus plastischen Massen

Info

Publication number: DE1479323A1
Application number: DE19621479323
Authority: DE
Inventors: Denis Haley
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1961-07-28
Filing date: 1962-07-25
Publication date: 1969-06-04
Also published as: NL128105C; US3185753A; BE620776A; GB951810A; DE1479323B2; FR1335219A; NL281428A; CH387937A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-INQ. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DJPL-ING. S. STAEGER

Fernruf: ·24 6060

8 MÜNCHEN S, Müllerstraße 31

U79323

Mappe 18863 - Dr.P/P ICI Case M.15548

P 14 79

Bes ch reibung zur Patentanmeldung der

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED, London SW 1,

betreffend:

"Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus plastischen Massen"

Die Prioritäten der Anmeldung in Orossbritannien No. 27437/61 vom 28. Juli I96I und 4.JuIi I962 werden in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Herstellung von rohrförmigen Gegenständen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmig&n Gegenständen durch Verpressen von plastischen Werkstoffen. Unter der Bezeichnung plastische Werkstoffe werden durch Wärmeeinwirkung erhärtende und thermoplastische Werkstoffe verstanden.

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Beim Verpressen von durch Wärmeeinwirkung festwerdenden Werkstoffen werden folgende Grundvoraussetzungen bei einer Form benötigt:

(a) ein Formhohlraura, der in seiner Gestalt der äusseren Oberfläche des gewünschten Produktes entspricht;

(b) ein äusserer Hohlraum, der gewöhnlich eine Verlängerung des Formhohlraums ist, um die Masse der zu verformenden Verbindung aufzunehmen. Die Grosse dieses äusseren Hohlraums ist im allgemeinen abhängig von der Masse des zu verformenden Materials, die im allgemeinen zu der Masse des endgültigen Produktes innerhalb des Bereiches von 2:1 bis 15:1 Hegt und von der Form des endgültigen Produktes;

(o) ein Kolben, der in den äußeren Hohlraum eintritt, das zu verformende Material unter Druck setzt und dieses in den Formhohlraum einbringt, wobei das Fliessen des Materials so lange fortgesetzt wird, bis der erforderliche Forradruck erreicht 1st.

Ein Naohteil der Druckverformung, welche die Verwendung der erwähnten Formkomponenten erfordert» besteht darin, daß eine erhebliche Druoksteigerung in dem zu verformenden Material auftritt,

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die insbesondere bei dünnwandigen Formstüoken oder bei Flächen, die von der Druckfläche selbst entfernt Bind» zu einer geringen Verfestigung des Materials und sogar zu einem nicht vollkommenen Ausfüllen der Form führen können. So 1st es beispielsweise beim Druckverformen im allgemeinen schwierig gewesen, lange dünnwandige Rohrteile bei Anwendung von Drucken herzustellen» welche entlang der Längsachse ausgeübt werden. Es ist möglich gewesen« " geformte Rohre dadurch herzustellen« daß der Druck senkrecht zur Längsachse ausgeübt wird« jedoch sind hierbei hohe Druckbelastungen erforderlich« die Länge der herzustellenden Formstücke 1st begrenzt und das Peetwerden des Formmaterials 1st nicht gleichmassig.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung röhrenförmiger Gegenstände durch Formpressen von plaati- ( sehen Werkstoffen zwischen der Innenwandung eines Hohlzylinders und der AuBenwandung eines koaxialen zylindrischen Kerns« welcher einen kleineren Durchmesser als der Zylinder aufweist« vorge- ι schlagen« welohes dadurch gekennzeichnet 1st« daß man zunächst den Kern aus dem Zylinder zurückzieht« den Zylinder mit teilchenförmigen plastischen Werkstoff beschickt« den plastischen Werkstoff durch Einführung eines Kolbens in den Zylinder auf vollen

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empfohlenen Verformungsdruck verdichtet, den verdichteten Werkstoff auf Fließtemperatur erhitzt, den Kern in den Zylinder hinein und dabei den Kolben nach Rückwärts bewegt, wobei der Druck auf den plastischen Werkstoff aufrechterhalten wird und der Werkstoff allmählich in den sich zwischen Kern und Zylinder befindenden ringförmigen Raum hineinfließt und dann den Werkstoff zur Aushärtung bringt.

Der technische Vorteil des vorliegenden Verfahrens beruht darin, daß es nicht notwendig ist, eine viskose Masse aus plastischem Werkstoff in eine schmale ringförmige Öffnung hineinzupressen, wie es bei normalen entsprechenden Formpreßverfahren der Fall 1st, DieB wird dadurch erreicht, daß man einen Kern in eine "erdichtete und fließfähige Beschickung aus plastischem Werkstoff hineindrtickt. Hierdurch wird erreicht, daß keine Längsbewegung zwischen der Masse aus dem plastischen Werkstoff und der Wandung des Formzylinders während der Vorwärtsbewegung des Kerns stattfindet. Die Wirkung des Kerns auf den plastischen Werkstoff ähnelt dabei mehr einer Verteilung unter Druck als einer Extrusion.

Bei durch Wärmeeinwirkung erhärtenden plastischen Werkstoffen erfolgt das Festwerden des geformten Produktes durch Wärmeeinwirkung und bei plastischen Werkstoffen erfolgt das Festwerden

durch Abkühlen. 909823/0886

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Vorzugsweise wird der in feinverteilter Form vorliegende plastische Werkstoff zunächst auf einen Druck gebracht und bei diesem gehalten, der mindestens dem empfohlenen Forrndruck entspricht, und der so unter Druck gesetzte plastische Werkstoff wird dann auf die Temperatur gebracht, bei der er unter dem vorliegenden Druck fließt.

Der plastische Werkstoff in feinverteilter Form kann beispielsweise in Form von Flocken oder Pulver vorliegen.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einem empfohlenen Form·= druck die Rede ist, so wird darunter der Druck verstanden, der von dem Hersteller des plastischen Werkstoffes empfohlen wird.

Bei Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Ver ( fahrens wird das in feinverteilter Form vorliegende Kunststoffmaterial auf den empfohlenen Druck komprimiert, bevor es zu der gewünschten Form des Endproduktes geformt wird. Während des Verformens oder Fliessens des Materials erfolgt keine Verringerung des ursprünglich angewandten Druckes. Die Verformung oder das Fliessen erfolgt durch Anwendung von weiterem Druck. Die Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrene erfordert jedoch keine Veränderung des Volumens nach Anwendung des

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Ausgangsdruckes, d.h. nachdem ein Druck ausgeübt worden 1st» der mindestens dem Formdruck des plastischen Werkstoffes entspricht.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ermöglicht die Formherstellung von rohrförmigen und tiefe Hohlräume aufweisenden FormstUcken, indem hohe und gleichmässige Verformungsdrucke auf sämtliche Flächen des geformten Produktes ausgeübt werden. Beispiele von Produkten« welche durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden können» sind mit Flanschen versehene Rohre« wie sie in chemischen Anlagen verwendet werden, wo diese mit hochkorrosiven Flüssigkeiten in Berührung kommen, tiefgeformte Teile, wie Waschmaschinenbottiche aus Harnstoff- oder Melarainformaldehyd, und Ausblasrohre sowie Motorauskleidungen für Raketenmotore, die mit festen Brennstoffen arbeiten.

Im folgenden wird nunmehr die Herstellung eines zylindrischen Rohres mit einem Innendurchmesser von 89 mm, einem Aussendurchraeseer von I08 mm und einer Länge von 229 ^m aus flookenförmlgem "Durestos"-Material beschrieben, das aus mit einem durch Wärmeeinwirkung erhärtenden Harz besteht, mit dem Asbest imprägniert 1st. Auf den Zeichnungen ist schematisch eine beispielsweise AusfUhrungsform dargestellt, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, und zwar zeigt:

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Pig. 1 einen Querschnitt durch eine Form« welohe in ihren Hohlraum eine errechnete Menge des Verformungsmaterials in Plookenform enthält.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Form, wobei die errechnete Menge des flockenförraigen Materials in dem Hohlraum komprimiert worden 1st.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Form, bei der ein Rohr zur Hälfte aus der komprimierten errechneten Menge der Materlalflocken hergestellt worden ist, und

Flg. 4 zeigt einen Querschnitt duroh die gleiche Form, bei der das Rohr vollkommen hergestellt worden ist.

Wie sich aus den Fig. 1 bis 4 ergibt, besteht die Form aus einem starkwandlgen Hohlzylinder 1 mit einem Innendurchmesser von 108 mm und einer LKnge von 854 mm. Dieser Zylinder 1 wird gewöhnlich von einer auf der Zeichnung nicht dargestellten Heizschlange umgeben. In die Bohrung des Zylinders 1 1st ein Kolben 2 verschiebbar eingepasst, und er kann in dem Zylinder 1 duroh eine auf der Zeichnung nicht dargestallte hydraulische Vorrichtung bewegt werden,

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durch die auf den Kolben eine Belastung von 30 to ausgeübt wird. Die Belastung und dl· Verschiebung des Kolbens 1st in den Flg. 2 bis * durch einen Pfeil angedeutet· In den Zylinderhohlraun !.bewegt sieh weiterhin ein syllndrlsoher Kern λ auf den durch eine hydraulische Vorrichtung eine Belastung von 6*0 to ausgeübt werden kann. Diese Belastung 1st In Fig. 3 duroh einen weiteren Pfeil angedeutet. !Erforderlichenfalls kann der syllndrlsohe Kern 3 aus der Bohrung des Zylinders 1 vollteoaain surtlokgesogen werden. Das offene finde des Zylinders 1 ist duroh einen Stahlring 4 versohlossen, dessen innerer Durehwesser den ttueseren Durohaesser des syllndrlsohen Kernes 3 entspricht, so daß dieser satt In der Öffnung gleitet.

Bs 1st bekanntf, daf das angegebene "Durestos"~Flookenaaterlal einen Massenfaktor von 15 ti besltst, so daß eine Verringerung des Volueens la TerhXltnls von l^tl^swlsohen der ursprUngllehen tloekenfora und dea endgültigen Voluaen des komprimierten Nate«* rials vorliegen auss* wenn dieses unter eine« Druck steht« der etwa den Verforaungsdruok entspricht· Es 1st weiterhin bekannt, dal das verforate "Durcetos*-Ploetocnat,terial ein spezifisches Oewieht von 1,75 besltst, so Am» das Verfonaungavolunen nlt 975 ear errechnet werden kann. Das Oewioht des geformten Rohres betrügt deagcttäss 1179 g·

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Zum Herstellen dea erwähnten zylindrischen Rohres werden II90 g "Durestos'-Floekenmaterlal 5 in den Zyllnderhohlrauro 1 eingebracht, wobei die Form sioh In der in Flg. 1 dargestellten lage befindet. Ein Überschuss von 11,3 g wird verwendet, um einen Verlust durch Formrippenbildung und dergl. auszugleichen. Dann wird der Kolben 2 in die Bohrung des Zy linder β 1 eingeführt, wie in

Fig. 2 dargestellt, und das Flookennaterial wird unter einer Be- |

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lastung von 50 to zu einen Druck von 315 kg/cm komprimiert.

Dies ist der empfohlene Verformungedruok, um ein komprimiertes Flookenmaterial 6 zu ergeben. Der Kern 3 befindet sich in dieser

Arbeltsstufe ausserhalb der Bohrung des Zylinders 1 und wird Alt seiner Inneren Oberfläche in einer Ebene mit der inneren Ringfläche des Stahlringes 4 gehalten. Zn dieser Arbeitsstufe wird das komprimierte Flookenmaterial 6 auf die Fllesstenperatur von etwa 90⁰C erwärmt. Dann wird, wie in Flg. 3 dargestellt» der Kern 3 in die Bohrung des Zylinders 1 eingeführt. Hierbei wird ein Druck von etwa 60 to angewandt, jedooh hängt die erforderliche Belaetung von den Fllesselgensohaften des Verformungsmaterials ab und von der Tiefe, die der Kern 3 in die Bohrung des Zylinders 1 eingeführt wird. Wenn der Kern 3 auf diese Weise in den Zylinder 1 eindringt, übt er einen Ubersohussdruok von 315kg/om auf das Formmaterial aus, das sloh auf der Fliesstemperatur befindet und somit die Eigenschaften einer viskosen Flüssigkeit

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besitzt. Hierbei bewegt sich der Kolben 2 zurück, um innerhalb der Bohrung des Zylinders 1 *ia konstantes Volumen aufrecht zu erhalten. Bei der in Flg. 5 dargestellten lage befinden sich der Kolben 2 und der Kern 3 in einer Stellung, bei der das Material in «in halbfertiggestelltes Rohr 7 verforrat worden ist.

Wenn die auf den Kolben 2 und den Kern > einwirkenden hydraulischen Vorrichtungen sich unter gleichem Druck befinden« wird die Bewegung des Kolbens 2 automatisch durch ein Fllessen des flüssigen Mediums von der den Kolben 2 betätigenden hydraulischen Vorrichtung su der den Kern 2 betätigenden hydraulischen Vorrichtung geregelt. _N

Der Kern 3 kann aioh nach innen und der Kolben 2 nach aussen bewegen solange« bis der Kern > 229 am tief in die Bohrung des Zylindern 1 eingedrungen ist. Das Verformungsmaterial liegt nunmehr vollkommen in Fora eines Zylinders 8 vor. In dieser Arbeits-■tufe« dl« in Flg. 4 dargestellt ist« wird der Kern > mit der Oberfläche des Kolbens 2 In Berührung treten. Die Temperatur des Verformungsmaterials wird nunmehr die erforderliche Zeit lang auf die Brhirtungstemperatur gebracht« -die bei dem angegebenen Mate*, rial bei 145°C liegt. Wenn das Formstück auf diese Weise voll» kommen ausgehärtet ist« wird der Kern aus der Form zurückgezogen ·

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• η-·

und da· in tone «tnee sylindrieohen Rohres β vorliegend« Formstück wird aus dta Zylinder i entfernt.

Wenn da· Terforaunge—terial den Ringraum um den Zylinder unttr eine« Minisaidruek von 313 kg/cm² ausgefüllt hat« kann Heiterer Oatick ausgeübt werden und dl« Stellung ist dl« gleiaha, al· wenn sioh «in Verformungewerkxeug alt einer waagerechten Mi* sehlussfläehe gesohloesen hat.

Wenn dl« Bewegung der Kern· 5 an eine· Punkt kurs vor de« Kolben 2 unterbrochen wird und dl« Belastung d«· Kolben· 2 aufrecht erhalten wird, kann wöirend der Auehärtungebehandlung ein überdruck auf da» Foraemterial auegeUbt warden. Bei einer solchen Unordnung wird ein alt ein·» geeohloseenen Sode versehene« Rohr hergestellt. Hn «olches, «in gesohloseenee Ende aufweisendes Rohr kann aber such unter Verwendung der in 81g. 5 dargestellten Verrichtung Hergestellt werden» bei der der Kern 10 «in halbkugel.*· fdredges mde besltst und ein» gröeet· Länge aufweist» dl« lltftgar ist als 29% η«. In diese« Fall besltst der Kolben 11 «inen hall»· kugelfuraigen Hohlraum.

Menn bei dar Durchführung der Erfindung «ine Formvorrichtung V«r-

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wendet wird, bei der der Zylinder In der Längsrichtung teilbar 1st, können geformte Rohre von verschiedenen äusseren Formen darin hergestellt und aus ihnen entfernt werden. Wenn beispielsweise Gegenstände hergestellt werden sollen» die der Form der Flg. 6 entsprechen, muss der Zylinder 12 in der Längsebene teilbar sein. Mittels einer solchen Vorrichtung können mit Flanschen 13 versehene Rohre hergestellt und aus der Form entfernt werden.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren lässt sich auch zum Formpressen auf einer Rammpresse anwenden. Diese Arbeitsweise wird im folgenden in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 erläutert.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine Form mit eingefülltem und komprimiertem Flockenmaterial und

Flg. 8 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Form, bei der . ein Rohr halb hergestellt worden ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Formvorrichtung entspricht im wesent-* liehen derjenigen der Fig. 2, und zwar 1st diese zwischen Platten und 15 angeordnet. In FIg. 8 ist die In Fig. 3 dargestellte Einrichtung zwischen den erwähnten Platten 14 und I^ angebracht.

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Bei der Vorrichtung nach Flg. 7 befinden aloh zwischen dem Stahlring 4 und der Oberfläche der Bodenplatte 15 Abstandsstück^ 16,17, die die Oberfläche des zylindrischen Kernes 3 in einer Ebene mit der inneren Oberfläche des Stahlringen 4 halten. Die errechnete Menge des Flockenmaterials wird in den Zylinder 1 eingeschüttet. Dieses Flookenmaterlal 6 wird unter einer Belastung von 315 kg/cm mittels des Kolbens 2 komprimiert, bis dieser die in Flg. 7 dargestellte Stellung einnimmt. Dann wird das Plockenraaterial auf die Fliese- oder Schmelztemperatur erwärmt und die Belastung aufgehoben, damit die Abstandsstücke 16,17 entfernt werden können. Nach Entfernung der AbstandestUclce 16,17 wird die Belastung fortgesetzt.

Der auf das Flookenmaterlal, das jetzt in flüssigem Zustand vorliegt, ausgeübte Druck wird nunmehr auf den Ring 4 übertragen, so dass sich der Zylinder 1 nach unten über den Kern 3 schiebt. Der Druckhub der Presse bewegt gleichzeitig den Kolben 2 gegen der Kern 3 und beide werden sich berühren, wenn der Kern 3 229 na tief in den Zylinder 1 eingedrungen ist. Zwecks Aushärtung des Materials wird die Temperatur der Form erhöht.

Der Hauptnachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei eines

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f reif liessenden Formmaterial ein unkontrollierbarer Abfall des Druckes eintreten wird, wenn die Bewegung des Zylinders 1 bei seinem Abwärtshub nicht begrenzt wird. Es ist daher zweckmässig, diese Bewegung durch Anordnung einer hydraulischen Dämpfvorrichtung l8, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, zu begrenzen.

Bei dieser Einzelraramenvorriohtung ist es möglich, ein 229 mm langes Rohr mit einem einzigen Druokhub von etwa 78 mm zu formen. Das Verhältnis der Länge des Rohres zu der Länge des Krafthubes ist gleich dem Verhältnis der Flächen des Querschnittes des Zylinderhohlraumes und der Rohrwandung des FormstUckes.

Patentanspruch:

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Claims

- 15 -PATSNTAMSPRUCH

\J) Verfahren «ir Herstellung von rohrförmigen Gegenstanden durch Formpressen von plastischen Werkstoffen zwischen der Innenwandung eines Hohlsyllnders und der Aussenwandung eines koaxialen zylindrischen Kerns, dessen Durchmesser geringer ist als der des Zylinders, gekennzeichnet durch die Arbeitsschritte» daß zunächst ein tel? henförmiger plastischer Werkstoff in dem Zylinder bis auf seinen vollen VerformungBdruck verdichtet wird, indem ein Kolben in den Zylinder hineinbewegt und gleichzeitig der verdichtete Werkstoff auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der er unter dem Druck in dem Zylinder fllessfähig ist, worauf der Kern in das verdichtete Kunststoffmaterial innerhalb des Zylinders vom Ende desselben gegen den Kolben und in einer Richtung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Kolbens während des Verdichtungshubs ' vorgeschoben wird» wobei der von dem Kern auf das Kunststoffmaterial ausgeübte Druck den Kolben um einen Betrag rückwärtsbewegt, um das Kunststoff material unter Im wesentlichen dem gleichen Druck zu halten, welcher während der Verdiohtungsstufe ausgeübt wird, so daß das Kunststoffroaterial nach und nach in den Ringraum zwischen dem Kern und den Zylinder fließt» worauf das rohrförmige Formstück aus dem Kunststoffmaterial innerhalb der Form ausgehärtet wird.

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