BR0114775B1 - bocal de injeção para uma máquina de moldagem por injeção de material metálico. - Google Patents

Description

"BOCAL DE INJEÇÃO PARA UMA MÁQUINA DE MOLDAGEMPOR INJEÇÃO DE MATERIAL METÁLICO"

CAMPO DA TÉCNICO

A presente invenção é direcionada para um bocalde injeção para uma máquina de moldagem por injeção dematerial metálico e, particularmente, para uma máquina deinjeção de liga de metal.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Na tecnologia de injeção de material metálico,as superfícies de defrontação entre o bocal e a bucha docanal de entrada no molde têm sido trabalhadas à máquinade modo a serem condescendentes uma com a outra e proje-tadas de modo a possuírem contato de superfície substan-cial. Neste projeto foi assumido que os cilindros detransporte poderiam aplicar pressão suficiente junto aobocal para impedir o mesmo de separar o contato com a bu-cha do canal de entrada. Entretanto, foi descoberto quemesmo quando a força mais elevada aceitável é aplicada nainterface entre o bocal e a bucha do canal de entrada,ela é insuficiente para impedir alguma separação na in-terface. Esta separação na interface cria uma formaçãode material de injeção nas superfícies da interface com oresultado final de que a interface pode falhar em vedar epermitir o vazamento do material de injeção com resulta-dos algumas vezes catastróficos.

Nos projetos da técnica anterior, a geometriade associação entre as faces do bocal e da bucha do canalde entrada foi projetada para suportar as forças positi-vas aplicadas pelos cilindros de transporte e permanecerem contato de vedação positivo por todo um ciclo completoda máquina. As superfícies que se associam do bocal e dabucha do canal de entrada podem ser planas, esféricas,cônicas ou de qualquer outro formato geométrico que pro-porcionaria uma área aceitável de contato positivo. Aforça positiva aplicada pelos cilindros de transportejunto à interface entre a bucha do canal de entrada e obocal foi pretendida para superar as forças de reação de-senvolvidas como um resultado da pressão de injeção gera-da durante a injeção e quaisquer forças dinâmicas criadascomo um resultado de qualquer transferência de energiaentre os componentes da máquina envolvida no processo deinjeção.

Infelizmente, foi descoberto que é virtualmenteimpossível proporcionar uma força de prender adequada pa-ra impedir a separação entre o bocal e a bucha do canalde entrada quando injetando-se o material metálico, par-ticularmente em um estado tixotrópico, pelo fato que taispressões muito altas estão envolvidas e as forças de rea-ção e dinâmicas alcançam tais níveis altos e relativamen-te incontroláveis de modo que a separação eventualmenteocorre.

O Pedido de Patente japonês publicado 62050062para a UEA TECrKK descreve um máquina de fundição em mol-de que possui uma interferência de manga encaixada dentrode um bucha do canal de entrada. A manga comprime a buchado canal de entrada para garantir o contato positivo en-tre a manga e a bucha do canal de entrada.

A Patente Japonesa 11048286 para a Japan SteelWorks Ltd. é um exemplo adicional de um bocal que irácontinuar a ter problemas de vazamento quando sujeito àspressões de injeção normalmente associadas com a injeçãode material metálico. Neste projeto, o bocal possui umaparte cilíndrica protegida que é inserida dentro de umarecesso cilíndrico no molde. As duas superfícies anularesformadas no bocal e no molde são mantidas em contato anu-lar de modo a manter o bocal junto a interface do moldevedado. É o problema de manter tal vedação que foi supe-rado pela presente invenção, a qual não requer que o bo-cal esteja em contato de defrontação com o molde.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo primário da invenção é proporcionarum bocal para a interface da bucha do canal de entrada emuma máquina de moldagem por injeção que irá permanecervedado durante o ciclo de injeção.

Outro objetivo da invenção é proporcionar, emuma máquina de injeção de material metálico, um bocal deinjeção que possa mover-se em relação aa bucha do canalde entrada sem perder a vedação na interface entre o bo-cal e a bucha do canal de entrada.

Um objetivo adicional da invenção é proporcio-nar, em uma máquina de injeção de material metálico, umavedação entre o bocal da máquina e o molde que requeirauma força mínima para ser aplicada entre o molde e o bo-cal para manter uma vedação entre os mesmos.

Um objetivo adicional da invenção é proporcio-nar, em uma máquina de injeção de material metálico, umprojeto de bocal da máquina e da bucha do canal de entra-da que não requeira contato entre o bocal e a bucha docanal de entrada para manter a vedação entre os mesmos.

Os objetivos anteriores são alcançados por es-tender o bocal dentro da superfície interior da bucha docanal de entrada.

A invenção proporciona um bocal e bucha do ca-nal de entrada para uma máquina de moldagem por injeçãode material metálico. A bucha do canal de entrada possuiuma superfície cilíndrica e o bocal uma parte anular. Aparte anular encaixa-se de forma confortável dentro dasuperfície cilíndrica para proporcionar um encaixe de ve-dação entre a superfície e a parte quando o bocal encai-xa-se com a bucha do canal de entrada. A superfície e aparte são de comprimento suficiente para permitir o movi-mento axial limitado entre os mesmos sem uma perda de ve-dação entre os mesmos. A vedação real pode ser proporcio-nada pelo encaixe fechado entre a bucha do canal de en-trada e o bocal ou pela ligeira infiltração de materialmetálico entre as superfícies onde ele congela-se e pro-porciona a vedação necessária.

A invenção proporciona, em uma máquina de mol-dagem por injeção de material metálico, um bocal de inje-ção unido com um barril de injeção da máquina de moldagempor injeção, uma chapa de prensa estacionária segurandouma parte de um molde e um bucha do canal de entrada mon-tado no molde. 0 bocal encaixa com a bucha do canal deentrada quando o material metálico é injetado através dabucha do canal de entrada dentro do molde. 0 bocal possuiuma parte de espicho que se estende para dentro de um ca-nal na bucha do canal de entrada. Uma periferia externado espicho encaixa-se dentro da superfície interior docanal de modo a criar uma vedação entre a superfície e aperiferia do espicho ou permitir ao material metálicocriar a vedação e, desse modo, impedir perda de materialmetálico através da interface entre o bocal e a bucha docanal de entrada durante um ciclo de injeção.

A invenção é útil em qualquer processo de fun-dição ou de injeção de material metálico que requeira umainterface vedada entre um bocal e um bucha do canal deentrada. A invenção foi vista particularmente útil quan-do injetando-se ligas metálicas tal como ligas baseadasem magnésio quando no estado tixotrópico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é uma vista em perspectiva da injetorapara uma máquina de moldagem por injeção de metal com aqual a presente invenção é aplicável.

A FIG. 2 é uma vista em corte transversal daseção de barril da injetora apresentada na FIG. 1.

A FIG. 3 é uma representação esquemática de umainterface do bocal e da bucha do canal de entrada da téc-nica anterior como utilizada em uma máquina de moldagempor injeção de metal.

A FIG. 4A é uma vista plana da interface do bocale da bucha do canal de entrada, de acordo com a presenteinvenção.

A FIG. 4B é uma vista da seção 4B-4B da inter-face do bocal e da bucha do canal de entrada ilustrada naFIG. 4A.

A FIG. 5 é uma seção transversal da interfaceda bucha do canal de entrada e do bocal quando o bocalestá em encaixe com um bucha do canal de entrada em ummolde em uma chapa de prensa estacionária.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Referindo-se às FIGs. 1 e 2, um conjunto inje-tor 10 inclui um barril de injeção 11 possuindo um para-fuso extrusor 12 para alimentar material metálico tixo-trópico em direção a um bocal 13. Os cilindros de trans-porte 14 movem a injetora 10 em direção e para longe dachapa de prensa estacionária 15 e prendem a injetora 10no local com o bocal 13 em associação operativa com umbucha do canal de entrada conectado com um molde que estámontado entre a chapa de prensa estacionária 15 e umachapa de prensa móvel (não apresentada), de uma maneirabem conhecida na técnica. Barras de união estão conecta-das com a chapa de prensa estacionária 15 nos quatro can-tos da chapa de prensa 15 como indicado por 17 e com aestrutura da máquina de injeção quando o bocal está naposição de injeção de uma maneira que é bem conhecida natécnica. As barras de união garantem que a pressão sejaaplicada de forma uniforme junto à chapa de prensa 15 eao molde montado na mesma, de uma maneira que é tambémbem conhecida na técnica.

Para permitir a injeção do material metálicodentro de um molde, os cilindros de transporte 14 movem obarril 11 em direção da chapa de prensa estacionária 15até que o bocal 13 esteja em engate operativo com um bu-cha do canal de entrada no molde. Quando o bocal 13 en-caixa com a bucha do canal de entrada, os cilindros detransporte 14 prendem a injetora 10 na posição para injeção de material metálico dentro do molde.

Uma fonte de rotação 18 gira o parafuso 12 paramover o material metálico de um gargalo de alimentação 19para o bocal 13. Braçadeiras aquecedoras 20, ao longo docomprimento do barril 11, aquecem o material metálico atéa temperatura de injeção desejada. A medida que o materi-al metálico passa através da parte da cabeça do parafuso12, um válvula que não é de retorno 21 permite ao materi-al metálico acionar o parafuso 12 de volta em direção aoinvólucro do injetor 22. Isto cria uma carga de injeçãode material metálico na cabeça do parafuso 12.

Em operação, lascas de material metálico sãoalimentadas no gargalo de alimentação 19 no barril 11 damáquina. As lascas são transportadas através do barril 11pelo parafuso extrusor 12 e simultaneamente aquecidas atéum estado tixotrópico pelas braçadeiras aquecedoras 20localizadas ao redor do barril. Quando material metálicosuficiente para injeção foi movido passando pela válvulaque não é de retorno 21, o parafuso 12 é então acionadopara frente por uma unidade de injeção dentro do invólu-cro de injeção 22 para injetar o material metálico dentrodo molde. A medida que o material metálico esfria muitorapidamente quando ele entra no molde, é essencial que omaterial metálico seja injetado dentro do molde o maisrápido possível de modo a garantir que todas as partes domoldem sejam preenchidas. Para fazer isto, é requeridoque o pistão de injeção seja movido rapidamente parafrente durante o ciclo de injeção e com grande força. Aalta velocidade e força tornam muito difícil manter o bo-cal 13 em contato com a bucha do canal de entrada por to-do o ciclo de injeção mesmo que no entanto o bocal 13 se-ja positivamente preso junto aa bucha do canal de entradapelo cilindro de transporte 14 que, com as hastes de uni-ão e com as barras de união, são configurados para resis-tir totalmente a qualquer separação entre a bucha do canalde entrada e o bocal 13. Na prática, tem sido visto que obocal 13 e a bucha do canal de entrada realmente se sepa-ram durante o ciclo de injeção.

Cargas dinâmicas e inerciais são iniciadas emvárias partes do ciclo de injeção. O material metálico sesolidifica no bocal entre cada ciclo de injeção para for-mar um "tampão" cilíndrico. No início de cada ciclo deinjeção, o cilindro de injeção é pressurizado pelo fluidohidráulico que força o parafuso a mover-se para frente eaumenta a pressão no material metálico tixotrópico nafrente do parafuso, mas atrás do tampão. Eventualmente, aforça do pistão de injeção é suficiente para causar que otampão separe-se do bocal e injetar-se para dentro domolde junto com o material metálico tixotrópico. 0 pistãode injeção continua a mover-se para frente e o parafusoforça o material metálico para dentro do molde até que omolde seja preenchido. Quando o tampão deixa o bocal, elecria forças de recuo, a quais atuam sobre o bocal parareduzir a carga de vedação na interface com a bucha docanal de entrada. Esta redução da carga de vedação causaa separação na interface de vedação e o conseqüente vaza-mento de material metálico.

Outra carga significativa ocorre quando o moldeestá cheio e o parafuso vai para uma parada abrupta. Adesaceleração do parafuso, do pistão e do material metá-lico em frente do parafuso cria forças adicionais sobre aconexão do bocal com a bucha do canal de entrada. O bocalsalta para trás e a força de vedação é reduzida, ao mesmotempo que a pressão de derreter é mais alta. Isto causa ovazamento do material metálico por entre as faces de ve-dação do bocal e da bucha do canal de entrada.

Como apresentado na FIG. 3, o bocal da técnicaanterior 13' possui uma superfície esférica trabalhada àmáquina 23 que substancialmente associa-se com a superfí-cie esférica 24 da inserção da bucha do canal de entrada25 através de um ângulo predeterminado. A inserção da bu-cha do canal de entrada 25 proporciona isolamento térmicoentre o bocal 13' e a bucha do canal de entrada 16' demodo que o bocal 13' não é excessivamente esfriado pelabucha do canal de entrada 16'. Quando o bocal 13' é leva-do em contato por pressão com a inserção da bucha do ca-nal de entrada 25, a inserção da bucha do canal de entra-da 25 e o bocal 13' proporcionam uma vedação completa demodo que o material metálico injetado através do canal deinjeção não pode escapar do canal de injeção. Infelizmen-te, como indicado acima, o bocal 13' e a inserção da bu-cha do canal de entrada 25 realmente se separam durante ociclo de injeção e o material metálico começa a se esta-belecer nas superfícies da inserção da bucha do canal deentrada 25 e do bocal 13' as quais foram trabalhadas àmáquina para exatamente se associarem. Isto significaque, com o tempo, a conexão entre o bocal 13' e a inser-ção da bucha do canal de entrada 25 irá falhar e ter queser substituída por um novo bocal e inserção de bucha docanal de entrada. Isto é caro e consumidor de tempo e se-ria desejável encontrar uma conexão que não falharia oupelo menos funcionaria de forma apropriada para muitosmais ciclos de injeção. A interface do bocal com a buchado canal de entrada apresentada nas FIGS. 4A e 4B propor-ciona tal conexão.

Com o projeto apresentado nas Figs. 4A e 4B, obocal 13'' inclui uma parte de espicho 26, a qual é tra-balhada à máquina para encaixar de forma confortável den-tro do canal da bucha do canal de entrada 27. O apoio 28no bocal 13'' pode ou não entrar em contato com a face 29da bucha do canal de entrada 16' ' e ser mantido lá pelapressão aplicada através dos cilindros de transporte 14.Com este projeto, foi visto que o bocal 13'' e a bucha docanal de entrada 16'' podem, na verdade, moverem-se axi-almente com respeito um ao outro sem qualquer efeito dedilatório no processo. Enquanto o material metálico podeficar entre a parede da bucha do canal de entrada 16'' ea superfície da parte de espicho 26 do bocal 13'', elenão vai mais longe. A liga solidifica-se nesta área e im-pede qualquer ingresso adicional em direção ao lado defora do bocal 13''. O material metálico na superfície en-tre a bucha do canal de entrada 16'' e o bocal 13'' é re-movido com a bucha quando a parte moldada é ejetada domolde.

Por conseqüência, por esta simples alteração noformato do bocal, o problema da falha de vedação do bocalfoi superado.

Adicionalmente, existem uma série de vantagensadicionais para esta modificação de projeto. Por exemplo,o apoio do bocal 28 não precisa estar em contato com aface 29 da bucha do canal de entrada 16'' de modo que odesgaste destas superfícies pode ser evitado. Obviamente,uma inserção da bucha do canal de entrada como uma apre-sentada em 24 na FIG. 3 pode estar localizada na extremida-de da bucha do canal de entrada 16'' para adicionalmentetermicamente isolar o bocal 13'' da bucha do canal de en-trada 16'' se a separação entre a face 29 e o apoio 28proporcionar isolamento térmico insuficiente.Uma variedade de materiais metálicos podem serinjetados utilizando o novo bocal, entretanto, o bocaltrabalha particularmente bem com ligas de metal tal comoligas baseadas em magnésio. 0 bocal também irá trabalharcom outras ligas de metal tal como ligas baseadas em alu-mínio ou zinco.

A FIG. 5 é uma vista em corte transversal de umbocal real 13' ' em encaixe com um bucha do canal de entrada 16'' em uma chapa de prensa fixa 15.

Deve ser entendido que a invenção não está li-mitada às ilustrações descritas e apresentadas aqui den-tro, a quais são julgadas como sendo meramente ilustrati-vas dos melhores modos para realizar a invenção e que sãosuscetíveis à modificação da forma, tamanho, disposiçãodas partes e detalhes de operação. A invenção ao invésdisso é pretendida para abranger todas tais modificações,as quais estão dentro do seu espírito e escopo como defi-nidos pelas reivindicações.

Claims (11)

1. Máquina de moldagem por injeção de materialmetálico, CARACTERIZADA por um bocal de injeção (13") u-nido com um barril de injeção (11') da dita máquina demoldagem por injeção, uma chapa de prensa estacionária(15) segurando uma parte de um molde, um bucha do canalde entrada (16") montado no dito molde, o dito bocal(13") encaixando com o dita bucha do canal de entrada(16") quando o dito material metálico é injetado atravésdo dita bucha do canal de entrada dentro do dito molde, odito bocal possuindo uma parte de espicho (26) que se es-tende para dentro de um canal (27) no dita bucha do canalde entrada (16"), uma periferia externa do dito espicho(26) encaixando-se de forma confortável dentro de uma su-perficie do dito canal (27) de modo a criar uma vedaçãoentre a dita superfície e a dita periferia do dito espi-cho (26) e desse modo impedindo perda de material metáli-co através da interface entre o dito bocal (13") e o ditabucha do canal de entrada (16") durante um ciclo de injeção.

2. Máquina de moldagem por injeção, de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que odito material metálico é uma liga de metal.

3. Máquina de moldagem por injeção, de acordocom a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que adita liga de metal é selecionada de ligas de magnésio,zinco ou alumínio.

4. Máquina de moldagem por injeção, de acordocom a reivindicação 1, 2 ou 3, CARACTERIZADA pelo fato deque a dita parte de espicho (26) e o dito canal (27) sãodimensionados de modo que, durante um ciclo de injeção, adita parte de espicho (26) e o canal (27) estejam livrespara moverem-se axialmente em relação um ao outro até umadistância que seja menor do que o comprimento da ditaparte de espicho (26).

5. Máquina de moldagem por injeção, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4,CARACTERIZADA pelo fato de que a dita parte de espicho(26) é de um comprimento suficiente par manter a vedaçãoentre o dito canal (27) e a dita parte de espicho (26)durante um ciclo de injeção e curta o suficiente parapermitir a liberação de qualquer material metálico retidoentre o dito canal (27) e a dita parte de espicho (26)quando a bucha do canal de entrada (16") é liberado apartir do dito canal (27).

6. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada para uma máquina de moldagem por injeção de materi-al metálico, CARACTERIZADA pelo fato de que o dita buchado canal de entrada (16") possui uma primeira superfíciecilíndrica e o dito bocal (13") possui uma segunda super-fície cilíndrica de diâmetro menor do que a dita primeirasuperfície, a dita segunda superfície encaixando-se deforma confortável dentro da dita primeira superfície ci-líndrica para proporcionar um encaixe de vedação entre adita primeira superfície e a dita segunda superfíciequando o dito bocal (13") é encaixado no dita bucha docanal de entrada (16"), as dita primeira e segunda super-fícies sendo de comprimento suficiente para permitir omovimento axial limitado entre as mesmas sem uma perda devedação entre as ditas superfícies.

7. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pe-lo fato de que o dito bocal (13") possui uma terceira su-perfície cilíndrica de diâmetro similar à dita primeirasuperfície cilíndrica e onde as ditas primeira e terceirasuperfícies cilíndricas estão em relação próxima de nãocontato quando o dito bocal (13") é encaixado no dita bu-cha do canal de entrada (16").

8. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada, de acordo com a reivindicação 6 ou 7,CARACTERIZADA pelo fato de que uma pequena folga entre asditas superfícies permite uma quantidade limitada de ma-terial metálico entrar na brecha e solidificar-se na fol-ga para formar a dita vedação, a dita quantidade limitadade material sendo associada com a bucha do canal de en-trada (16") e removida com o mesmo.

9. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada para um máquina de moldagem por injeção de metal,CARACTERIZADA pelo fato de que o dito bocal (13") possuiuma primeira parte que encaixa-se de forma confortáveldentro de uma parte de superfície do dita bucha do canalde entrada (16") de modo que o dito bocal (13") pode mo-ver-se axialmente dentro do dita bucha do canal de entra-da (16") sem perder contato de vedação entre o dito bocal(13") e o dita bucha do canal de entrada (16") .

10. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pe-lo fato de que a dita primeira parte e a dita parte desuperfície são separadas por uma pequena folga que permi-te que uma quantidade limitada de material metálico fluadentro da dita folga e solidifique-se na dita folga paraformar a dita vedação.

11. Conexão de bocal e de bucha do canal de en-trada, de acordo com a reivindicação 9 ou 10,CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas partes são cilín-dricas .